音頻大地電磁法在秦嶺某遂道勘察中的應用

李延科，夏延超

（河北省地礦局第九地質大隊，河北 邢臺 054000）

1 概況

1.1 工程概況

本次所勘察的隧道線路地處秦嶺南麓，營盤鎮(zhèn)東南約6公里，隧道總長4.14公里，最大埋深550m，勘查區(qū)內最高海拔1700m，最低海拔1100m，山嶺起伏，溝壑縱橫，山高坡陡，地形險惡，植被極為茂盛，施工難度極大[1]。

1.2 地質概況

主體山脈多呈南北走向，區(qū)內地形切割較大，相對高差在600m以內，測線范圍內地面高程在1100m～1700m之間，交通極為不便。

隧道所經(jīng)區(qū)域主要分布有砂巖、閃長巖、花崗巖、變粒巖、角閃巖等。

1.3 地球物理概況

AMT法是以電阻率的差異來劃分地層巖性及地質構造、并根據(jù)電阻率值的大小以及形態(tài)來判釋地下地質體空間分布的一種物探方法。影響電阻率的主要因素有礦物成分、巖石的結構、構造及含水情況等。根據(jù)采集物性樣本及露頭法所測得物性參數(shù)，得出各類巖體的電阻率值（見表1）[2]。

由于本次工作目的是查明隧道洞身范圍內各地層及基巖風化層厚度、基巖起伏情況、不同巖性接觸關系、構造；判明基巖裂隙水的位置及賦水情況。依據(jù)地質資料斷層位于兩種巖性分界面處；由表1可知，不同巖性之間，較完整巖體與斷層破碎帶以及破碎、軟弱或含水巖體之間存在一定的電性差異，因此工作區(qū)具備開展AMT法的地球物理勘探前提條件。

表1 物性參數(shù)統(tǒng)計表

2 技術方法

2.1 方法原理

音頻大地電磁測深法基本原理通常所指的“電磁測深”，即是指電磁感應類的電阻率測深，是建立在法拉第電磁感應定律基礎上的一類電法勘探方法。AMT 以天然的交變電磁場為場源，當交變電磁場以波的形式在地下介質中傳播時，由于電磁感應作用，地面電磁場的觀測值將包含有地下介質電阻率分布信息。并且，由于電磁場的集膚效應，不同周期的電磁場具有不同的穿透深度。音頻大地電磁法有效勘探深度為：

其中，H為深度，ρ為背景電阻率，f為頻率。

2.2 工作參數(shù)

在秦豐隧道里程2450～6590段中線位置布置一條AMT測線，測點點距30米，測點具體點位由手持GPS定點。

頻率范圍根據(jù)勘探深度選擇。一般最高頻率取儀器響應的最高頻率，本次儀器選用加拿大鳳凰公司的V8多功能電法儀，配備MTC-30磁傳感器，最高頻率可達到10000Hz。

根據(jù)前期AMT探測視電阻率測深曲線為基礎，統(tǒng)計高頻段（近地表）電阻率。結果表明，工作區(qū)近地表電阻率一般在100歐姆米左右，按隧道洞深以下50m探測深度的要求，最大探測深度要求達到600m，根據(jù)上述公式1，故本次工作最低頻率選擇為10Hz。最高頻率取MTC-30磁棒的最高頻率即10000Hz。

2.3 野外數(shù)據(jù)采集

圖1 AMT法野外工作布置示意圖

3 資料處理

AMT法的資料處理分為兩部分，即野外資料預處理部分和資料后續(xù)處理部分。

3.1 預處理

預處理的主要目的是將原始數(shù)據(jù)（各場量的時間序列數(shù)據(jù)）轉換為頻率域測深曲線（各個頻率上的視電阻率和阻抗相位）數(shù)據(jù)。V8采集的時間序列數(shù)據(jù)經(jīng)SSMT2000軟件從時間序列變換到頻率域并計算出視電阻率和阻抗相位。資料預處理流程如圖2所示。

圖2 AMT資料預處理流程框圖

3.2 后續(xù)處理

對由SSMT2000軟件計算得的阻抗文件進行格式轉換之后，采用MTEDITOR軟件進行資料后續(xù)處理，在處理過程中，首先對數(shù)據(jù)進行飛點剔除等處理，然后輸出EDI格式文件，使用WINGLINK軟件進行二維反演，處理流程如圖 3所示。

圖3 AMT資料后續(xù)處理流程框圖

4 資料解釋

在資料解釋中，把反演電阻率斷面圖作為資料解釋的基本圖件和主要依據(jù)（見圖5）。

根據(jù)反演電阻率斷面圖中電阻率背景值的大小以及梯度值，并結合地質資料，分析隧道縱斷面電性與地質體的對應關系。

（1）洞身里程2450～2600段，整個斷面圖上電阻率值較低，結合地質資料，推測該段為斷層破碎帶，巖體破碎，弱富水，電阻率小于6000Ω·m。

（2）洞身里程2600～3485段整個斷面圖上電阻率值較高，結合地質資料，巖體主要為混合花崗巖，表層為風化混合花崗巖。推測隧道洞身范圍內，巖體較完整，弱富水，電阻率約6000～20000Ω·m。

圖5 電阻率反演斷面圖

（3）洞身里程3485～3665段整個斷面圖上電阻率值較低，結合地質資料，該段地層巖性主要為破碎混合花崗巖，表層為風化混合花崗巖。推測隧道洞身范圍內，巖體較破碎，弱富水，電阻率約1000～6000Ω·m。

（4）洞身里程3665～5560段整個斷面圖上電阻率值較高，結合地質資料，巖體主要為混合花崗巖，推測隧道洞身范圍內，巖體較完整，弱富水，電阻率約6000～20000Ω·m。

（5）洞身里程5560～6260段整個斷面圖上電阻率值較低，結合地質資料，該段地層巖性主要為破碎混合花崗巖，表層為風化變粒巖，隧道洞身范圍內，巖體較破碎，弱富水，電阻率小于6000Ω·m。

（6）洞身里程6260～6500段整個斷面圖上電阻率值較高，結合地質資料，該段地層巖性主要為混合花崗巖，表層為風化混合花崗巖，隧道洞身范圍內，巖體較完整，弱富水，電阻率約6000～8000Ω·m。

（7）洞身里程6500～6590段整個斷面圖上電阻率值較低，結合地質資料，巖體主要為破碎混合花崗巖，推測隧道洞身范圍內，巖體較破碎，弱富水，電阻率約1000～6000Ω·m。

5 結論

（1）根據(jù)物探資料，本次物探劃分了地層巖性，判釋了隧道洞身范圍內的巖體完整性，富水性及斷層破碎帶?；静槊髁藬鄬悠扑閹?處，具體位于隧道洞身里程2450～2600段。建議隧道設計和施工中應特別加強支護，預防塌方和涌水等地質災害的發(fā)生。隧道整體巖性較差，工程地質條件較差。運用音頻大地電磁法對隧道圍巖的完整性進行評估，獲得了良好的效果。本次勘探的結果為線路的比選提供了有效的數(shù)據(jù)支撐。

（2）由于秦嶺地區(qū)自然環(huán)境較為封閉，且山高坡陡，交通極其不方便，在此進行物探工作不但需要儀器盡可能的輕便更需要施工時將環(huán)境的破壞程度降到最低；加拿大鳳凰公司的V8多功能電法儀由于自身儀器體積小，重量輕特別適合在山區(qū)施工；并且測量不極化電極選用固體不極化電極罐，更是避免了傳統(tǒng)硫酸銅溶液極罐緩慢滲透對土壤的污染，最大程度的保護了當?shù)氐淖匀簧鷳B(tài)，真正做到了環(huán)?？碧?。