EH4 大地电磁测深在高速公路隧道勘察中的应用

2020-09-09魏元泵廖先平

资源信息与工程 2020年4期

肖想，魏元泵，廖先平

（湖南省核工业地质局三〇三大队，湖南长沙410119）

EH4 大地电磁测深是目前较为常用的地球物理勘测手段，电磁测深指电磁感应类的电阻率测深，利用人工或者天然电磁场在地球内部激发的电磁感应现象，研究地下由浅到深不同深度上地层的导电性结构，被广泛应用于地下水勘察、矿产和地热勘察以及工程地质勘察等方面，取得了较好的效果。本文就EH4 大地电磁测深在绵九高速公路隧道勘察应用中的实例进行说明。

1 工作原理

大地电磁法是基于电磁感应原理，利用能量很大的天然电磁场作为场源，高空电离层、磁层的电流体系由于太阳辐射发生变化，以及大气中的雷电效应都将引起地球磁场的波动，它的周期十分宽阔，这种磁场的波动在导电的地球内感应出变化的电场即大地电流场，并产生二次磁场。在地球内部这种电磁场的分布强度取决于岩石的电性结构（如岩石致密程度、完整性、含水性等）。在地面上单点观测的天然交变电磁场的四个分量（Ex、Ey、Hx、Hy）互相垂直，分析研究地面波阻抗随频率的变化，可以探测到地球内部岩石电性随深度的分布［1－3］。

2 野外工作方法

本次隧道勘查采用美国Geometrics 公司生产的EH4 连续电导率剖面仪进行数据采集。在数据采集中，四个电极构成的偶极-偶极装置，每两个电极组成一对电偶极子MN，长度均为20 m。其中，与测线同向的MN（X-Dipole 电偶极子）测量电位差并计算得到电场水平分量Ex；垂直测线的MN（Y-Dipole电偶极子）测量电位差并计算得到Ey。 Hx磁探头和Hy磁探头相互垂直。电极布极方式主要为 “ ＋”字形，图1 为仪器的野外工作布置示意图［4－8］。

图1 音频大地电磁现场布置示意图

3 工作区地质情况

隧址区位于四川盆地边缘，地势呈北西高南东低，北段为中低山，经中部的丘陵高岗地形逐步过渡到四川冲积盆地。地形地貌受地层岩性及龙门山前山断裂构造控制明显，属于构造侵蚀、剥蚀、堆积、溶蚀构造的中低山地貌，地形波状舒缓起伏，坡度一般为15° ～30°，沟谷相间分布。

根据现场地质调绘资料分析，主要发育有第四系（Q）、白垩系（K）、侏罗系（J）、三叠系（T）、石炭系（C）、泥盆系（D）以及志留系（S）的页岩、砂岩、泥质砂岩、灰岩、泥灰岩等地层，在桂溪隧道小桩号段发育有千枚岩，在药王谷隧道、九皇山隧道及大康2 号隧道的溶蚀现象较明显。本文选取大康2 号隧道勘察为例。

测区岩（土）体电阻率参数表，见表1。

表1 测区岩（土）体电阻率参数表

4 资料成果及效果分析

4.1 资料成果

大康2 号隧道右纵测线里程桩号为XK208 ＋500～XK209＋460，地面高程为610.0 ～688.5 m，相对高差最大为78.5 m（如图2）。隧道所经地段岩性由三叠系下统飞仙关＋铜街子组的石灰岩、泥灰岩、粉砂岩、泥岩以及侏罗系的泥岩、石英砂岩等所组成。岩体风化强烈，裂隙发育，较破碎。

图2 XK208+500～XK209+460 段视电阻率彩色剖面图

从右纵线的EH4 剖面中均可以看出，隧道进出洞口段及洞身，地表浅部为第四系覆盖层的含碎石粉质黏土，视电阻率较低，一般20～950 Ω·m 之间，厚度约为5～10 m；覆盖层下为强风化的石灰岩、泥灰岩、泥岩、粉砂岩等呈韵律式互层，视电阻率值在800～2 500 Ω·m 之间，厚度为6 ～12 m 不等；中风化的基岩，视电阻率值在1 500 ～2 500 Ω·m；再下为中-弱风化的基岩，视电阻率值在2 000 ～3 500 Ω·m 之间。其中在左线的右线的XK208 ＋541 ～XK208＋578、XK208＋695 ～XK208＋724、XK208＋843～XK208 ＋868、XK208 ＋932 ～XK208 ＋978、XK209 ＋330～XK209＋358 段视电阻率等值线呈现相对低阻区域，并出现凹陷特征，且上下贯通。结合实际地质资料和钻孔资料，推测这些地段存在构造破碎带或裂隙密集带，岩体较破碎，而在右线XK208＋932 ～XK208＋978 段的构造破碎带推断为区域地质上的F4 断层。

如图3 所示，右纵线的EH4 反演视电阻率断面图中的视电阻率从高到低变化十分明显，据区域地质资料，该处正好是岩性分界面。在隧道其余区段视电阻率值相对较高，推测基岩相对较完整。根据钻孔测井资料综合判断，将存在构造破碎带或裂隙密集带处以及隧道进出口段的隧道围岩分级为Ⅴ级，围岩稳定性差，其余区段为Ⅳ级，稳定性较差。