EH-4电磁测深法在某流域工程勘察中的应用分析

2019-04-09张巍

陕西水利 2019年2期

张巍

（辽宁省水利水电勘测设计研究院有限责任公司，辽宁沈阳 110006）

EH-4电磁测深法是一种基于平面波卡尼亚电阻率的混合场源（天然源+人工源）的频率域大地电磁测深法。其原理与大地电磁测深法基本相同，是以地下不同岩性、矿石的导电性、导磁性及介电性为主要物性基础，根据电磁感应原理，通过观测电磁场的空间与时间分布规律，来研究地质构造、解决工程、环境、灾害等地质问题的一类地球物理勘探方法[1]。EH-4电磁测深法可以适应复杂地形条件下的物探工作，具有设备轻便、工作效率高及不受地形影响等特点。本文就EH-4电磁测深法在某流域勘测工程中的应用进行分析探讨。

1 工程概况

某跨流域引水工程部分设计线路穿越山区，工程设计为深埋隧道，为保证隧道施工安全，在工程勘察时需查明工程区内地下水分布特征，为工程设计及施工提供依据。

测区属于丘陵山区，地形起伏，地表主要为田地、沟壑及低山。根据地质调查及相关资料可知，该区地层岩性较为复杂，层状分布，按地层年代主要为上中下三层，上层为第四系覆盖层，岩性主要为砂、砾石及粉质粘土等；中层为白垩系下统，岩性主要为火山角砾岩、玄武质安山岩以及砾岩等；下层为侏罗系中统，岩性主要为火山角砾岩、玄武质安山岩等。

根据已有地质资料可知，本工程区内的地下水赋存类型主要为松散岩类孔隙潜水、基岩裂隙水及构造裂隙水三种。

2 工程勘测

2.1 EH-4电磁测深法

EH-4观测的基本参数为正交的电场分量（Ex，Ey）和磁场分量（Hx，Hy）的时间序列。地表电场和磁场水平分量的比值为平面波阻抗：Z=E/Y，两组偏振波的波阻抗：Z=Ex/Hy=-Ey/Hx=ωμ/k，由波阻抗公式计算可得到卡尼亚电阻率：

由卡尼亚电阻率公式可知，电阻率随频率变化而变化，而电磁波的穿透深度或趋肤深度也与频率有关。因此不同的频率反应不同深度的电阻率。在不均匀层状介质情况下计算得出的“电阻率值”称为视电阻率。这是因为视电阻率是地下层状介质电性参数分布的综合反映，而非真实电阻率。电磁波在非大地介质中的穿透深度计算公式为：

在一个宽频带上测量E和H，并由此计算出不同频率下的卡尼亚视电阻率和相位，进而分析地下岩层的电性结构和地质构造。

2.2 测线布置及工作方法

根据现场情况及勘探要求，沿设计隧道在未开挖段布置EH-4测线，测线长度分别为800 m和1000 m，测量点距20 m，电极距选择20 m，工作模式为常用模式（不带磁偶源发射系统），接收频段分别为低频段及高频段，叠加次数选择15次，信号不佳时加采中频段。系统布置见图1。

图1 EH-4电磁测深法系统布置示意图

3 勘测成果及分析

野外采集的EH-4数据经过处理并反演得到地下岩体的电阻率值，将计算得到的电阻率值绘制成断面成果图。

图2为桩号27+500～28+300的EH-4大地电磁测深电阻率断面成果图。从成果图中可以看出，在设计隧道高程存在4个低阻异常区，其中Y1异常值及范围较大，该异常区隧道已开挖至27+623，开挖段共存在5处出水点，水量约为70 m3/h～80 m3/h，开挖段岩体节理裂隙发育，推测本段洞室漏水原因为张性构造带切割深度较大，构成了古风化壳赋水带与洞室间的水系通道；Y2异常区的性质与Y1相似，但其水量相对较小；Y3与Y4电阻率异常值较小，且分布在同一相对低阻带上，推测该低阻带为岩性分界带，节理裂隙发育且含水，水量相对较小。

图2 EH-4大地电磁测深法（桩号27+500～28+300）电阻率断面成果图

图3 EH-4大地电磁测深法（桩号30+750～31+750）电阻率断面成果图

图3 为桩号30+750～31+750的EH-4大地电磁测深电阻率断面成果图。从成果图中可以看出，在高程约250 m处存在一个近似水平的低阻带，根据地质资料分析，该低阻带为侏罗系与白垩系地层间不整合接触，节理裂隙发育，岩体较破碎，为工程区内深部地下水的主要赋存空间。在设计隧道高程存在3个低阻异常区及1个构造异常区，其中Y5异常区隧道已开挖，开挖段存在多处出水点，水量约为400 m3/h～80 m3/h，出水主要为岩性接触带或节理裂隙出水，Y6、Y7异常区性质与Y5相似，均为岩性接触带及基岩裂隙水。桩号31+400附近存在一个近似直立的低阻异常带，推测该异常为断裂构造，且与上部不整合接触带相连通，该部位漏水量会比较大。