音频大地电磁测深在四川乐山金口河隧道工程中的应用研究

连宇明，殷家慧，杨国红

（四川省地质矿产勘查开发局攀西地质队，四川 西昌 615000）

音频大地电磁测深（AMT）是基于大地电磁测深（MT）的一种地球物理探测方法，在油气勘探、地质找矿、隧道探测、环境噪声抑制等方面都有很好的应用[1，2]，在隧道的工程地质勘察方面非常有效。上世纪五十年代初期，AMT 方法开始提出并应用，以大地电磁场（又称天然场）作为AMT 的场源，当大地电磁场入射到地下时，一部分被介质吸收衰减，一部分反射到地面，反射地面部分带有反映地下介质电性特征的电磁场信息。通过观测地面上的电、磁场分量，可得到视电阻率（或相位）－频率曲线。由相位－频率曲线通过一定的反演方法可获取地下不同深度的电阻率分布。本文利用该方法对四川省乐山市金口河隧道工程进行了系统的勘察，取得了较好的认识，对工程施工提供了依据。

1 工程地质概况

金口河隧道工程进口位于四川省乐山市金口河区杨村乡岩门子附近，出口位于金口河区迎春村附近，出口邻省道S306，隧道长度大于8km，洞身段多无道路，交通不便。勘察隧道轴线段及其附近主要分布的是元古界前震旦系峨边群（烂包坪组pt2l、枷担桥组pt2j、茨竹坪组pt2c）、寒武系邛竹寺组、二叠系阳新组地层，主要岩性为板岩、片岩、白云岩、大理岩、灰岩，局部地段发育层断层构造破碎带，板岩岩质较软，板理片理发育，较破碎-破碎。白云岩、灰岩岩质相对较坚硬，碎裂状构造发育，易碎。总体而言隧道围岩灰岩、白云岩力学性质较板岩片岩好。表层一般被第四系崩坡、残坡积、强风化层覆盖，覆盖层厚度达几米～几十米，下伏基以灰岩、白云岩、板岩夹为主，局部地段夹砂岩、片岩。地下水多以基岩裂隙水和孔隙水为主，局部有溶洞水。

2 岩土地球物理特征

2.1 岩土物性特征

整体上视电阻率可分为特高阻（＞10000Ω·m）、高阻（10000Ω·m ～2000Ω·m）中高阻（2000Ω·m ～1000Ω·m）、中阻（1000Ω·m ～310Ω·m）、低阻（＜310Ω·m）五种类型，特高阻反应的是溶蚀空洞或完整的白云岩、灰岩、大理岩的电性特征；高阻主要反应的是白云岩、灰岩、大理岩的电性特征；中高阻主要反应的是碎裂白云岩、灰岩、大理岩的电特征、中阻主要反应的是板岩片岩的电性特征。低阻主要反应的是岩性较破碎-破碎相对富水（视电阻率小于50Ω·m 时为富水）、溶蚀裂隙片理化发育或含炭质较高时的电性特征。结合交通厅勘察地质成果，宏观上视电阻率的分布特征可反应地层及构造的空间展布特点。

2.2 岩土物性参数的影响因素

影响本测区岩层的视电阻率的主要因素是：岩性、地下水、构造、板理片理节理裂隙发育程度、动力变质程度、孔隙度、破碎程度、炭质含量等。

2.3 物性测试成果

物性标本的采集与测试在野外进行，主要取于先期施工的钻孔岩芯，介于灰岩、大理岩、白云岩其电阻率电性特征相近，故三者合并为一组采集样品。取样点及编号见工作布置图，测试及统计结果见下表1。

表1 物性测试成果表

3 音频大地电磁测深勘察成果及资料解译

3.1 解译原则

根据本次物探勘察获得的视电阻率断面图，结合已收集到的地质资料及成果，主要对隧道右线、送风斜井的隧道围岩进行分级，解译原则[5-8]：①隧道围岩一般指隧道顶板以上垂直高度50m 至隧道底板以下垂直高度20m 范围；②围岩综合分级按公路隧道围岩分级进行；③视电阻率并非围岩分级的一个绝对指标值，发育具一定规模的断层破碎带的隧道里程段一般划归Ⅴ类；④金口河隧道H1-H6 AMT 断面图上围岩分级类别亦按第①条所述确定隧道围岩范围，不代表水平距离段的岩体类别。横断面勘察成果与纵断面有出入时主要参照纵断面成果；⑤当隧道围岩为土质围岩时划为Ⅴ类；⑥隧道围岩分级综合多项指标进行，一般视电阻率小于50Ω.m 时划为富水区。

3.2 分段解译成果

本次物探勘察工程地质成果分析、物探分段解译节选描述，标注于图1 ～图2 工程地质概况物探解译专行，在此不再赘述，仅就断层构造解译说明于后。其中K60+750 ～K61+000、K62+280 ～K62+850 里程段因地形原因未进行物探勘察，介于物探成果的连续性和宏观指导分析，该两段基于分辩率降低的前提下给出了解译成果，仅供参考。

3.3 断层构造解译成果

F11：F11 视电阻率异常带在物探剖面上分布于K66+260 ～K66+820 段，水平距离约560m，以K66+500 地面高程为0，铅直深度约在420m 附近存在明显的视电阻率梯度带，由浅至深视电阻率由高阻向低阻快速递减，推断其为断层破碎带内因导水而引起的递度变化。铅直深度420m ～1000m 段，视电阻率呈低阻（＜50Ω.m）大面积展布，推断为破碎的富水的碳质板岩片岩引起。深度0m ～420m，水平方向上看，在断层破碎带两侧亦产出明显的由低阻向高阻在由高阻向低阻的梯度变化。结合区域地质和构造专项成果，推断F11 断层破碎带存在，且规模较大，几近直立。

F9：F9 视电阻率异常在物探剖面上分布于K63+720 ～K63+900 段，宏观上呈陡倾（倾向小里程）、水平宽度平均约150m 宽的低阻带，往深部超过隧道底板，低阻带有收敛的趋势，推断引起低阻的原因主要为炭质和岩性破碎富水引起，富水区带沿F9 产出。根据钻探成果，54.5m ～68.3m 存在炭质板岩破碎带，286m 以上为炭质板岩、板岩夹较破碎大理岩，286m 至孔底为中风化板岩夹辉长辉绿岩。

结合钻探和区域地质成果，推断F9 断层相对而言规模不大，往深部延伸推断受F9-1 的控制。受F9 的影响，地层较破碎，地下水空间上沿其流通，进一步引起大理岩的溶蚀。F9 亦在送风及排风井上出露。

F9-1：F9-1 断层水平投影在K63+250m 附近，铅直深度0m ～32m 视 电 阻 率310Ω.m ～1000Ω.m，320m 以 下50Ω.m ～310Ω.m，视电阻率由高至低变化，浅部的相对高阻推断为块碎石和白云岩的电性特征，深部相对低阻反应的是板岩、大理岩的电性特征，梯度变化不明显。在剖面上呈相对高阻夹相对低阻，相对低阻带以K63+250 为中心向深部延伸，至铅直深度约400m 附近后转而向大里程方向缓倾。推断因F9-1 上盘上升引起。

结合区域地质及构造专项成果资料，推断F9-1 为压性断层，破碎带规模相对而言不大，倾向大里程方向，富水性中等，断层上盘主要为峨边群板岩夹大理岩，下盘浅部推断为Zbd 灯影组碎裂白云岩，中深部地层为板岩夹大理岩。

F8：F8 视电阻率异常带在物探剖面隧道洞身以上，展布于K61+650 ～K61+950段，相对低阻异常带，视电阻率＜310Ω·m，近直立穿过隧道洞身后继续向下往深部延伸。铅直方向上，有梯度变化，水平方向上梯度变化非常明显，特别是在隧道洞身段K61+850 ～K62+280 段梯度变化龙为明显。

结合区域地质及构造专项和前人物探勘察成果，推断F8 断层为陡倾（倾向大里程）逆断层，断层上下盘推断为邛竹寺组碎裂白云岩，断层影响带较宽，在隧道洞身附近断层上盘推断存在溶蚀导水区和或溶蚀空洞。

F7：F7 断层水平投影位置推断位于K61+70m 附近，视电阻率值在2000Ω·m ～310Ω·m，呈中～中高阻在水平和垂直方向上有变化，但梯度不陡，沿地形坡度产出的似层串珠状相对低阻层至F7 附近后不连续，被F7 中断，上盘局部产出低阻团块。中深部的中阻层沿F7 上盘运动方向向左上侵入。

结合结合区域地质及构造专项和前人物探勘察成果，推断F7 为向大里程方向倾的逆断层，上盘产出邛竹寺组中风化白云岩，下盘产出二叠系阳新组灰岩。

4 结论

4.1 电阻率特征

视电阻率总体呈中低阻（局部高阻）的特点：中高阻主要反应出围岩主要以灰岩白云岩为主或以板岩为主的特点；低阻主要反应围岩含炭质，节理裂隙片理发育相对富水的特点；局部高阻为较完整的白云岩或溶蚀空洞，浅表高阻推断由外界电磁干扰引起。

4.2 构造特征

推断隧道右线纵断面有数条断层（F7、F8、F9、F9-1、F11）通过，其中F9 亦通过了送风井，断层通过段，围岩相对较破碎且富水，力学性质相对较差。推断K61+900 ～K62+280 段构造、岩溶发育，局部里程段隧道底板以下有隐伏岩溶。复合褶皱主要发育于元古界前震旦系烂炮坪、枷担桥、茨竹坪组（峨边群pteb2）板岩、大理岩、片岩中。

4.3 工程施工建议

白云岩力学性质相对较好，碎裂状构造发育，局部溶蚀裂隙发育富水；板岩易碎，力学性质相对较差，施工应引起重视。隧道出口处有土质围岩，进口处为块碎石，实际应用时应主要接合实际地质情况。围岩类别分级建议综合定为Ⅳ～V 类，隧道右线、左线、通风井物探剖面段内推断无采空区分布。

在工程设计时建议从区域上考虑地层展布特征和隧道围岩进口段K60+680 ～K63+450 段隧道围岩主要为灰岩、白云岩，其余里程段主要为峨边群的板岩、片岩、大理岩、辉长辉绿岩；断层通过段岩性破碎，板岩易碎的工程地质特点。建议针对物探异常带及断层和富水区进行钻探验证，以对勘察成果进行必要的修正和补充。K62+280 ～K62+850 段是深切割段，为物探空白区，建议布设适当勘察工程钻孔。

物探视电阻率异常是一种宏观的地质体电性特征空间分布，视电阻率等值线并不代表绝对的地质体空间大小，一般而言，物探异常均对地质体有放大效应，建议在设计应用时结合地质特征综合考虑。