音頻大地電磁測(cè)深法在秦嶺某隧道勘察劃分圍巖等級(jí)中的應(yīng)用

余超 黃雪林 李玉強(qiáng) 周洪祥 顏長(zhǎng)寧

（1.四川省冶金地質(zhì)勘查局六0五大隊(duì)，四川眉山 620860；2.成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，四川樂(lè)山 614000）

0.引言

隨著《“十四五”現(xiàn)代綜合交通運(yùn)輸體系發(fā)展規(guī)劃》出爐，我國(guó)將建設(shè)越來(lái)越多的公路、鐵路交通網(wǎng)，隧道工程項(xiàng)目也將日益增加，而行業(yè)內(nèi)安全意識(shí)逐步增強(qiáng)，這對(duì)隧道工程前期勘查的成果提出了更高的要求。在工程施工之前對(duì)巖體進(jìn)行完整性評(píng)價(jià)，對(duì)圍巖進(jìn)行基本分級(jí)非常重要[1]。深長(zhǎng)隧道往往位于地表以下幾百米至上千米，隧道深部的地質(zhì)情況、隱伏構(gòu)造很難用常規(guī)地質(zhì)手段進(jìn)行勘查。由于地下不同巖性分布、斷層、構(gòu)造破碎帶的位置會(huì)造成不同的電性差異，因此，利用音頻大地電磁測(cè)深研究這些電性差異，并進(jìn)行一定數(shù)據(jù)處理和分析，總結(jié)地質(zhì)體的電性特征，提高成果解譯水平，將音頻大地電磁測(cè)深法應(yīng)用于隧道勘察劃分圍巖等級(jí)具有非常重要的意義。

1.測(cè)區(qū)地形地質(zhì)概況

測(cè)段屬構(gòu)造中低山地貌，地形復(fù)雜，地勢(shì)陡峻，沖溝發(fā)育。隧址區(qū)上覆沖洪積層、坡殘積層、滑坡堆積層，沿線路地形上、下起伏，最高點(diǎn)為隧道DK53+520對(duì)應(yīng)的山脊處，高程約1051m，最低點(diǎn)為隧道進(jìn)口DK53+000處，高程約589m，最大高差約462m。線路附近發(fā)育多條沖溝或河流，均垂直或斜交線路分布。

測(cè)線大部位于山坡、半山坡及其兩側(cè)，由北向南貫穿多個(gè)山脊，第四系土層部分覆蓋，山體植被茂密。隧道進(jìn)口側(cè)地形相對(duì)平緩，出口側(cè)較陡。

（1）地層巖性。隧址區(qū)上覆第四系全新統(tǒng)坡洪積層（Q4dl+pl）、坡殘積層（Q4dl+el）、滑坡堆積層（Q4del）、泥石流堆積層（Q4sel）；下伏基巖為奧陶系下統(tǒng)高橋組（O1g）含炭板巖、板巖、鈣質(zhì)板巖夾灰?guī)r和加里東期侵入巖（βμ33）輝綠巖、輝綠玢巖。

（2）地質(zhì)構(gòu)造。隧道穿越一斷裂構(gòu)造，地層受構(gòu)造擠壓影響，在斷層附近巖性較破碎。

2.測(cè)區(qū)地球物理特征

大地電磁測(cè)深法，是以視電阻率曲線及分布形態(tài)的差異來(lái)區(qū)分地下巖性及構(gòu)造的有效手段；依據(jù)視電阻率值的大小和反演斷面電性結(jié)構(gòu)差異，是識(shí)別地下地質(zhì)體的空間分布和性質(zhì)的一種物探方法。在開展資料綜合解釋工作之前，要對(duì)影響大地電磁測(cè)深視電阻率變化的主要地質(zhì)體電性參數(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量和分析。

第四系覆蓋層主要分布在隧道進(jìn)、出口、地表層地勢(shì)低緩地帶，結(jié)構(gòu)不均，透水性較好，物探成果資料lgρs一般小于2.5，表現(xiàn)為低阻特征。隧址區(qū)內(nèi)下伏基巖主要為含炭板巖、板巖、鈣質(zhì)板巖夾灰?guī)r及輝綠巖，巖體較破碎～極破碎。其中，極破碎、極軟弱或富水巖體，lgρs一般小于2.5，表現(xiàn)為極低阻電性特征；破碎、軟弱或含水巖體，lgρs一般為2.5～3.0，表現(xiàn)為中低阻電性特征；較破碎巖體lgρs一般＞3.0，表現(xiàn)為中高阻電性特征；斷層及其附近一般表現(xiàn)為低電性特征，劃分為Ⅴ類異常。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和隧道實(shí)測(cè)斷面反演結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析，得出各地質(zhì)體的視電阻率值大小范圍和變化特征（見表1），作為斷裂構(gòu)造及不良地質(zhì)體的識(shí)別和視電阻率異常等級(jí)劃分等綜合地質(zhì)解釋的重要依據(jù)。

表1 隧道視電阻率參數(shù)表

3.測(cè)區(qū)視電阻率異常解譯方法及原則

依據(jù)地質(zhì)-地球物理綜合解譯模型，建立資料綜合解釋方法及原則。以物探資料反演結(jié)果為前提，以勘探區(qū)地質(zhì)資料反映的主要地層巖性、構(gòu)造為基礎(chǔ)，以不同巖性電性特征為地球物性依據(jù)，以已有鉆孔資料為約束條件，對(duì)物探資料進(jìn)行綜合分析與解釋。

（1）首先在分析物探野外實(shí)測(cè)曲線類型及變化的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分析視電阻率斷面圖橫向及縱向電性結(jié)構(gòu)變化規(guī)律，以及局部高、低阻異常的范圍和形態(tài)，從整體上把握隧道在大地電磁測(cè)深資料上的反映特征，初步對(duì)巖性界線、斷裂破碎帶、軟弱帶及含水情況進(jìn)行判釋，為后續(xù)進(jìn)一步的綜合地質(zhì)解釋工作提供基礎(chǔ)。（2）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)反演后的視電阻率ρs值大小結(jié)合本區(qū)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并針對(duì)不同的巖性、巖體完整性及各種不良地質(zhì)構(gòu)造的電性特征進(jìn)行綜合分析，按視電阻率大小及等值線變化的形態(tài)，采用（Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ）等標(biāo)識(shí)符號(hào)對(duì)應(yīng)為（較破碎巖體、破碎巖體、極破碎巖體）進(jìn)行劃分，視電阻率參數(shù)只作為隧道圍巖等級(jí)劃分依據(jù)之一。（3）依據(jù)ρs斷面圖上視電阻率異常的等值線形態(tài)及梯度變化趨勢(shì)，確定異常帶的范圍邊界。對(duì)較明顯的視電阻率曲線錯(cuò)斷及梯度較陡的等值線所反映出的高、低阻異常帶，在排除明顯巖性分界帶的情況下，可作為判斷構(gòu)造帶異常類型的重要依據(jù)。

4.測(cè)區(qū)視電阻率異常特征及圍巖分級(jí)

據(jù)反演電阻率斷面圖（見圖1），總體特征表現(xiàn)為：整條隧道視電阻率呈中低阻，由于隧道較長(zhǎng)，隧道進(jìn)出口側(cè)視電阻率相對(duì)較低，中間里程段有部分整體中阻及極低阻段，高低電阻在整條隧道均有體現(xiàn)，現(xiàn)根據(jù)電阻率斷面圖特征，結(jié)合地質(zhì)資料，將本次測(cè)段斷面分為DK53+000～DK53+693和DK53+693～DK54+000兩段，分段解釋如下。

圖1 反演視電阻率斷面等值線圖

（1）DK53+000～DK53+693里程段，本段整體視電阻率呈低阻，基巖主要出露鈣質(zhì)板巖、砂質(zhì)灰?guī)r、輝綠巖。視電阻率值淺部較低為20Ω·m～100Ω·m，推測(cè)為淺部坡殘積層黏土及中～強(qiáng)風(fēng)化巖體；中深部到深部視電阻率由中阻逐漸減小到極低阻，由地質(zhì)資料，隧道洞身范圍DK53+467里程有一北傾50°左右的斷層通過(guò)，斷層上側(cè)為輝綠巖，下側(cè)為含碳板巖、粉砂質(zhì)板巖、偶夾灰?guī)r，巖性接觸關(guān)系為斷層接觸。推測(cè)為受斷層影響，斷層附近的輝綠巖較破碎導(dǎo)致電阻率變低，斷層下側(cè)極低電阻率可能為含碳板巖、圍巖較破碎或富水綜合影響導(dǎo)致。（2）DK53+693～DK54+000里程段，本段視電阻率中淺部呈中阻，中深部呈低阻?；鶐r主要出露含碳板巖、粉砂質(zhì)板巖、偶夾灰?guī)r及輝綠巖。視電阻率深部較低為20Ω·m～100Ω·m，推測(cè)為中深部含碳板巖、圍巖較破碎或富水導(dǎo)致；其右側(cè)及上部視電阻率呈中高阻，推測(cè)為輝綠巖或巖體相對(duì)較完整。

通過(guò)對(duì)反演電阻率斷面圖解譯，結(jié)合已有地質(zhì)資料進(jìn)行綜合分析，推測(cè)出地下地質(zhì)構(gòu)造及地質(zhì)界線（見圖2）；通過(guò)視電阻率異常特征研究，結(jié)合測(cè)區(qū)視電阻率參數(shù)特征及推測(cè)地質(zhì)界線、地質(zhì)構(gòu)造，最終對(duì)圍巖等級(jí)進(jìn)行判識(shí)（見圖3）。

圖2 推測(cè)構(gòu)造及地質(zhì)界線斷面圖

圖3 圍巖分級(jí)斷面圖

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)音頻大地電磁測(cè)深，結(jié)合已有地質(zhì)資料，建立視電阻率與不同巖性及其完整性之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，推測(cè)斷層1條及地下地質(zhì)界線位置。綜合研究測(cè)區(qū)視電阻率參數(shù)特征、推測(cè)的巖性界線及構(gòu)造，最終對(duì)圍巖等級(jí)進(jìn)行劃分。后期對(duì)此位置進(jìn)行鉆探驗(yàn)證，其與物探解譯結(jié)果基本吻合，說(shuō)明將音頻大地電磁測(cè)深法應(yīng)用于深大隧道勘察劃分圍巖等級(jí)是一種行之有效的地球物理探勘探方法。