ADU- 07e 电磁测深系统在铁路勘察中的应用

魏士俊

（中国建筑材料工业地质勘查中心四川总队物探队，四川 成都610051）

1 概述

随着我国铁路修建发展迅速，特别是西部地区战略性发展，铁路网的建设如火如荼，在西部高山峡谷，高海拔地区隧道修建便是常遇到的工程问题。对于世纪工程藏区铁路修建隧道工程愈加重要。从选线到初设和施设阶段勘察工作尤为重要，在西部高海拔地形条件复杂的山区大地电磁测深法展示出其独特的优势。通过研究大地对天然电磁场的频率响应，可获得地下不同深度介质电阻率分布的信息。从而推断地质构造、划分地层岩性界限等，并根据岩石电阻率差异进行隧道围岩分级，为隧道设计提出建设性意见。

2 大地电磁测深基本理论与ADU-07e 系统

2.1 基本理论

大地电磁测深以天然交变电磁场为场源，当交变电磁场在地下介质中传播时，由于电磁感应作用，地面电磁场的观测值将包含地下介质电阻的分布信息。伴随着电磁场的趋肤效应，不同频率的电磁场信号又有不同的穿透深度，因此通过研究大地对天然电磁场的频率响应，可获得地下同深度介质电阻率分布的信息。

资料采集时，观测资料必须包含有足够的频率成分和满足质量指标的记录长度，从而达到勘探要求。

2.2 ADU-07e 电磁测深系统工作介绍

ADU-07e 大地电磁测深系统是德国Metronix 公司研发，由主机ADU-07e、磁场传感器、电极和软件系统组成。ADU-07e 是全频段电磁观测系统：10Hz-50kHz 称为声频AMT，主要接收大气层雷电活动产生的电磁波；10,000s-10kHz 为MT+AMT，主要接收太阳活动和大气层雷电活动产生的电磁波，它是大地电磁法的主要频带；1kHz-100,000s 称其为超低频MT。其中AMT 频段是本文论述的主要内容。现将该ADU-07e 电磁测深系统野外施测、仪器一致性校验介绍如图1、2。

图1 资料采集布置示意图

图2 时域曲线（上）、频率电阻率曲线（下）一致性校验

2.3 数据处理与反演

采用Mapros 软件对资料进行预处理，成果示意如图3。

图3 预处理频率电阻率曲线

预处理后，采用相关反演软件对资料进行处理，首先对野外数据进行剔非值、去噪等处理，然后进行一维及二维反演成像（反演电阻率断面图）及解释。

3 应用实例

3.1 工区地质概况和地球物理特征

工区位于甘孜州境内，横洞主要岩性为新近系二长花岗岩、糜棱岩化花岗岩、三叠系上统杂谷脑组变质石英砂岩夹板岩以及少部分断层角砾。工区属于中- 高山地貌，发育有色拉哈-康定断裂、雅拉沟分支断裂以及雅拉河分支断裂。

据经验统计和工区地球物理反演结果分析，得出各类岩体的电阻率值：极破碎、极软弱富水岩体电阻率值小于350Ω·m；破碎、软弱或含水岩体350～1200Ω·m ；较破碎、软弱岩体大于1200Ω·m。各类岩体存在明显电阻率差异提供了良好物探前提。

3.2 测线布置

本次物探目的是探测穿越横洞洞身断层产状及破碎带宽度、埋深和规模等；查明横洞的工程地质条件，为横洞设计提供基础资料。综合相关要求，在横洞中线位置布置一条测线，测点距为30m，电极距为20m。

3.3 成果分析与解释

图4 DK0+000～DK3+500 段大地电磁测深电阻率断面图

3.3.1 成果分析

以物探资料分辨能力为前提及勘探区地质资料反映的主要地层岩性、构造为基础，以不同岩性电性特征为物性依据对物探资料进行综合分析与解释。

a.在分析物探野外实测曲线类型及变化的基础上，进一步分析电阻率断面图横向及纵向电性结构变化规律，以及局部高、低阻异常的范围和形态，从整体上把握隧道横洞在大地电磁测深资料上的反映特征，初步对岩性界线、断裂破碎带、软弱带及含水情况进行判释，为后续进一步的综合地质解释工作提供基础。

b.根据现场测试数据反演后的视电阻率ρs 值大小结合经验数据，并针对不同的岩性、岩体完整性及各种不良地质构造的电性特征进行综合分析，按反演电阻率大小及等值线变化的形态，采用（Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ）等标识符号对应为（较破碎岩体，破碎岩体，极破碎岩体）的3 类岩体进行划分，电阻率参数只作为隧道围岩等级划分依据之一，但有别于隧道最终地质成果的围岩等级划分。

c. 依据ρs 断面图上电阻率异常的等值线形态及梯度变化趋势，确定异常带的范围边界。对于较明显的反演电阻率曲线错断及梯度较陡的等值线所反映出的高、低阻异常带，在排除明显岩性分界带的情况下，可以作为判断构造带异常类型的重要依据，断层归为Ⅴ类异常区。

3.3.2 成果解释

a.DK0+000～DK1+200 段

电阻率断面图显示以中高阻为背景、浅部分布有条带状低阻异常的电性特征；在横向上，电性有间断；竖向电阻率总体向下递增，在洞身里程为DK0+720～DK0+800 地段，存在上下基本贯通的条带状低阻异常，等值线有明显错断，梯度较陡，判释为断层破碎带（Ⅴ类异常）；余下洞身段落未见明显低阻异常，判释为Ⅳ及Ⅲ类异常，分别对应破碎、软弱岩体和较破碎、软弱岩体。

b.DK1+200～DK3+500 段

电阻率断面图显示洞身以上浅部区域以中高阻为背景、分布有规模较大的条带状低阻异常。横向等值线分布不连贯，在洞身里程为DK1+665～DK1+710、DK2+895～DK2+960 两处等值线显示明显错断且梯度较大，判释为断层破碎带（Ⅴ类异常）；横洞出口有电阻率低阻异常，据地质资料判释出口有断裂存在；洞身附近其他段落未见明显低阻异常，判释为Ⅳ及Ⅲ类异常，分别对应破碎、软弱岩体和较破碎、软弱岩体。

综上：在物探Ⅴ类异常地段，特别是几处断层破碎段落建议线路方案比选，在施工过程中应加强落实支护方案，有效预防塌方及涌水等。

4 结论

通过ADU-07e 电磁测深系统在横洞勘察中的应用，说明在复杂地形地质条件下该方法能够取得较好的勘探效果，论证了该仪器的有效性、以及音频大地电磁法的可靠性。音频大地电磁法在发现电阻率物性差异较大的不均匀体方面是可靠有效的。因该方法地表浅层解释精度有限且局部存在多解性以及地形因素、干扰电磁场的存在要求实际工作中应尽量采用多种勘探方法加以验证，使物探成果与实际符合。