EH4电磁成像系统在高速公路隧道勘查中的应用

2016-10-10黄启璋

地球 2016年5期

关键词：厚层电性岩溶

■黄启璋

（广东省核工业地质局二九三大队广东广州 510800）

EH4电磁成像系统在高速公路隧道勘查中的应用

■黄启璋

（广东省核工业地质局二九三大队广东广州 510800）

该文介绍了EH4电磁成像系统的原理、野外工作方法和资料处理，并将该方法应用于某高速公路隧道的前期勘查中，收到了较好的效果，表明EH4电磁成像系统在高速公路隧道勘查中比较实用。

EH4 电磁成像系统高速公路破碎带

1 前言

EH4电磁成像系统是由美国EMI公司和Geometrics公司联合研制，被广泛应用于地下水、矿产、地热以及工程地质调查等方面，并取得了较好的效果。EH4电磁成像系统在某隧道的前期勘查中的应用，取得了较好效果。

2 EH4电磁成像系统的原理

EH4电磁成像系统（简称EH4）既可以用天然场的大地电磁信号，又可以使用人工场源的电磁信号，以此来获得测量点下的电性结构。

根据电磁场与地下介质电阻率之间的关系，由垂直入射地面的平面电磁波在均匀大地介质中时，通过测量相互正交的电场分量和磁场分量，利用式（1）和（2）可确定介质的电阻率；若介质为非均匀时，则计算的电阻率为视电阻率。

式中f是频率，Hz；ρ是电阻率，Ω·m；E是电场强度，mv/km；H是磁场强度，nT。由此计算出不同频率下的卡尼亚视电阻率和相位，可以确定地下岩层的电性结构和地质构造。

电磁波在大地介质中的穿透深度或趋肤深度（δ）与频率有关，可由式（3）表示：

由上式可知，频率较高的数据反映浅部介质的电性特征，频率较低的数据反映深部介质的电性特征。因此，通过研究地表采集的电场和磁场信息，并由此计算出电阻率和相位，可反演出地下不同深度介质的电性特征，这就是EH4观测系统的方法原理。

3 野外工作方法

EH4电磁成像系统野外测量多采用剖面法。野外数据采集时，以测线方向为x轴，垂直测线方向为y轴，采用“十”字形方式布极（见图1）。

图1 EH4电磁成像系统野外工作布置图

4 应用实例

4.1 工区概况

某隧道隧址区属于侵蚀低山丘陵区地貌，本次勘探的目的是查明隧道周围的破碎带、岩溶区发育情况，为安全施工提供必要的物探依据。

某隧道隧道场的地层结构由新到老的顺序依次为：第四系全新统（Qh），志留系下统（S1）薄层夹中厚层的砂质页岩和砂岩，奥陶系中、上统（O2+3）灰绿、紫红色中厚层、厚层瘤状泥灰岩，奥陶系下同（O1）灰色中厚层、厚层灰岩，寒武系上统（）薄层～中厚层灰色白云质灰岩。

从电性角度看，第四系覆盖层粘土电阻率最低，大约几十Ω· m；寒武系地层中，岩溶或溶蚀强烈发育一般由于富水或充填低阻粘土等物质表现为中低阻特征，通常为n×10～n×102Ω·m；而完整的灰质泥岩电阻率约为n×103Ω·m，较第四系覆盖层、含水构造带和岩溶发育区的电阻率高约10倍以上。由此可见，该区具备开展电磁探测的地球物理前提。

4.2 资料解释

根据EH4的探测资料，结合地质条件和岩石的物性参数，可以推断出各类不良地质现象的空间分布特征。

图2 某隧道EH4大地电磁测深电阻率等值线断面图

如图2所示，从该隧道EH4大地电磁测深电阻率等值线断面图上可以看到：测区内的视电阻率局部较低，一般在n×10～1000 Ω·m；有明显的“V”或“U”字型、椭圆形或圆形低阻异常特征。

低阻异常Ⅰ位于点号160～300号点、标高760～640之间，推测该低阻异常由裂隙发育引起的；低阻异常Ⅱ位于点号440～500号点、标高740～680之间，异常大号里程方向未闭合，推测该低阻异常为岩溶引起，主要表现为溶蚀裂隙；在点号460附近电阻率等值线斜率出现畸变，推测为破碎带(F1)引起，F1向大号点方向倾斜。破碎带周围局部岩溶裂隙发育。