EH4在新疆某水利工程中的应用

2015-07-25黄玉辉

陕西水利 2015年1期

黄玉辉

（新疆水利水电勘测设计研究院勘测总队新疆昌吉 831100）

1 前言

随着国家西部大开发战略的深入，新疆水利水电工程建设迎来了新的高潮，一些大中型项目相续立项，勘探工作有了新的变化，勘探深度向千米发展，为此对物探工作有了新的要求。新疆某引水工程为深埋长隧洞工程，隧洞长近300km，最大埋深近800m，要求物探对隧洞沿线卫片判读构造进行探查，查明构造位置、宽度及延伸情况，并对沿线施工用水进行调查配合探测。EH4音频大地电磁成像是重点解决中深部范围内工程地质问题的一种双源型电磁数据自动采集和处理系统，其探测深度大、分辨率高，受地形影响相对较小，能够很好地探测和定位构造。为此，我们引进了EH4连续电导率剖面仪，工作中取得了初步成果，对后期勘探工作也有较大的指导意义。

2 方法原理及技术

EH4音频大地电磁法是以岩石导电性差异为基础的一种电磁测深法，利用了大地电磁的测量原理，配置了特殊的人工电磁波发射源，应用在水利水电工程勘察中，可谓是近十几年来发展起来的一种新的勘探方法。它是以天然场作为场源，辅以人工磁偶极子产生的高频电磁场，来观测正交的两个电场分量（Ex，Ey）和磁场分量（Hx，Hy），进而求得电场（XY）和磁场（YX）两个方向上的视电阻率（卡尼亚电阻率）和阻抗相位及视电阻率随深度变化的ρs～H曲线。然后通过对原始数据的编辑、空间滤波，形成频率～视电阻率等值线，再经过二维反演，得到二维反演断面图，确定大地的地电特征，结合地质资料最终形成测试剖面解释成果图。

EH4音频大地电磁法频段观测范围较宽，高频为 500Hz～100kHz，低频为 10Hz～1000Hz，勘探深度随频率的降低而增大（电磁波在介质中传播的趋肤深度δ=503√（ρs/f），勘探深度 H=356√（ρs/f）），由上式可知，趋肤深度(δ)将随电阻率(ρ)和频率(f)的变化而变化，测量是在与地下研究深度相对应的频带上进行的。一般来说，频率较高的数据反映浅部的电性特征，频率较低的数据反映较深的地层特征。因此，在一个宽频带上观测电场和磁场信息，并由此计算出电阻率和相位，可确定出地下地电剖面的电性特征和地下构造，根据地形地貌特征布置成“十”字型、“L”字型或“T”字型。工作中各测点的电极距根据地形地物条件布置为10m～20m不等，点距根据探测目的体规模确定，为10m～100m不等，布极方向(Ex)顺测线方向，（Ey）垂直于测线，磁传感器（Hx）平行测线，（Hy）垂直于测线。野外工作数据采集布置见图1。

EH-4接收系统及野外布置如图1所示，前置放大器置于记录采集点，工作中通常定义测线方向为X方向，垂直于测线的方向为Y方向，电极Ex0和Ex1布置于记录点X方向前后两侧，电极Ey0和Ey1布置于记录点Y方向左右两侧，距离与电极Ex0和Ex1的距离相一致。磁棒Hx、Hy分别布置在平行于X方向和Y方向且水平的任意一位置，两磁棒相距间隔至少5m，且远离接收机及前置放大器，如上述布置好后，则可启动接收机进行观测，并接收数据和记录，利用相关度进行数据质量控制。

图1 野外工作数据采集布置图

图2 卡麦里断裂测试成果图

图3 f78号断层测试成果图

图4 f13号断层测试成果图

图5 水井探查断层测试成果图

3 工程实例

3.1 构造探查

卡麦里断裂是隧洞穿过的区域大断裂，隧洞埋深500m，地质推测为破碎带宽度大于500m的构造。岩性主要为凝灰岩、凝灰砂岩及片理化凝灰岩，较完整的基岩电阻率为500Ω·m～1200Ω·m。我队分别于2013年和2014年在洞线穿过的卡麦里断裂附近布置了两条剖面，测试点距为50m，剖面长度分别为2km、1.4km。

图2：a为2013年沿洞线跨断裂测试成果图；b为2014年洞线微调后沿洞线跨断裂测试成果图。两剖面相隔不远，剖面中部电阻率均呈低阻反映，电阻率值30Ω·m～200Ω·m，为异常反映，宽850m左右，根据地质资料推断为断层破碎带，切割深度大于600m。

f78号断层在深埋洞线段，设计洞深在615m左右，地表地形为剥蚀丘陵地貌，地形起伏小，表层有较少植被。出露的基岩为石炭系片理化凝灰岩，电阻率 1000Ω·m～1600Ω·m，剖面布置顺洞线方向，测试点距为30m，剖面长度为500m。

测试成果见图3，剖面有低电阻率条带状异常反映，电阻率50Ω·m～300Ω·m且随深度增加电阻率有小幅增大，推测该异常为断层及影响带的反映，地表断层宽度约90m，陡倾，切割深度大于650m，穿过洞线处断层宽度约为45m左右。

f13号断层在洞线前段，设计洞深在247m左右，基岩为凝灰岩，电阻率800Ω·m～1000Ω·m，剖面布置垂直断层方向，测试点距30m，剖面长度500m。

测试成果见图4，剖面有低电阻率条带状异常反映，且宽度较大，电阻率300Ω·m～450Ω·m，随深度增加变化不大，推测该异常为断层及影响带的反映，切割深度大于250m，受断层倾角的影响，异常带宽度反映较大。地质开挖地表浅部断层宽度约50m。

3.2 水井探查

由于是长隧洞工程，隧洞施工布置有竖井工程，需要解决施工用水问题，布置了两处水井探查测试其富水性。两处水井均处于山前断裂位置，地表有地下水渗出，芦草茂密，基岩裸露，为凝灰质砂岩。根据地质要求布置了两条测试剖面，测试点距为30m。

图5为两处水井测试成果图，如图a所示，2号水井剖面电阻率等值线呈层状，没有低电阻率的条带状异常反映，物探解释判断其断裂属挤压性质，富水性存在问题；如图b所示，3号水井剖面前半部有较低电阻率的条带状异常反映，物探解释判断其为断层破碎带的反映，富水性较好，剖面后半部为物性不同的反映。据此布置水井钻孔，孔深200m，2号水井抽水即干，水位恢复需要很长时间，井下电视观测整孔均在断层破碎带内，断层破碎带充填物较多，透水性较差；3号水井获得了很好的水量。