音频大地电磁法在秦岭某遂道勘察中的应用

李延科，夏延超

（河北省地矿局第九地质大队，河北 邢台 054000）

1 概况

1.1 工程概况

本次所勘察的隧道线路地处秦岭南麓，营盘镇东南约6公里，隧道总长4.14公里，最大埋深550m，勘查区内最高海拔1700m，最低海拔1100m，山岭起伏，沟壑纵横，山高坡陡，地形险恶，植被极为茂盛，施工难度极大[1]。

1.2 地质概况

主体山脉多呈南北走向，区内地形切割较大，相对高差在600m以内，测线范围内地面高程在1100m～1700m之间，交通极为不便。

隧道所经区域主要分布有砂岩、闪长岩、花岗岩、变粒岩、角闪岩等。

1.3 地球物理概况

AMT法是以电阻率的差异来划分地层岩性及地质构造、并根据电阻率值的大小以及形态来判释地下地质体空间分布的一种物探方法。影响电阻率的主要因素有矿物成分、岩石的结构、构造及含水情况等。根据采集物性样本及露头法所测得物性参数，得出各类岩体的电阻率值（见表1）[2]。

由于本次工作目的是查明隧道洞身范围内各地层及基岩风化层厚度、基岩起伏情况、不同岩性接触关系、构造；判明基岩裂隙水的位置及赋水情况。依据地质资料断层位于两种岩性分界面处；由表1可知，不同岩性之间，较完整岩体与断层破碎带以及破碎、软弱或含水岩体之间存在一定的电性差异，因此工作区具备开展AMT法的地球物理勘探前提条件。

表1 物性参数统计表

2 技术方法

2.1 方法原理

音频大地电磁测深法基本原理通常所指的“电磁测深”，即是指电磁感应类的电阻率测深，是建立在法拉第电磁感应定律基础上的一类电法勘探方法。AMT 以天然的交变电磁场为场源，当交变电磁场以波的形式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有地下介质电阻率分布信息。并且，由于电磁场的集肤效应，不同周期的电磁场具有不同的穿透深度。音频大地电磁法有效勘探深度为：

其中，H为深度，ρ为背景电阻率，f为频率。

2.2 工作参数

在秦丰隧道里程2450～6590段中线位置布置一条AMT测线，测点点距30米，测点具体点位由手持GPS定点。

频率范围根据勘探深度选择。一般最高频率取仪器响应的最高频率，本次仪器选用加拿大凤凰公司的V8多功能电法仪，配备MTC-30磁传感器，最高频率可达到10000Hz。

根据前期AMT探测视电阻率测深曲线为基础，统计高频段（近地表）电阻率。结果表明，工作区近地表电阻率一般在100欧姆米左右，按隧道洞深以下50m探测深度的要求，最大探测深度要求达到600m，根据上述公式1，故本次工作最低频率选择为10Hz。最高频率取MTC-30磁棒的最高频率即10000Hz。

2.3 野外数据采集

图1 AMT法野外工作布置示意图

3 资料处理

AMT法的资料处理分为两部分，即野外资料预处理部分和资料后续处理部分。

3.1 预处理

预处理的主要目的是将原始数据（各场量的时间序列数据）转换为频率域测深曲线（各个频率上的视电阻率和阻抗相位）数据。V8采集的时间序列数据经SSMT2000软件从时间序列变换到频率域并计算出视电阻率和阻抗相位。资料预处理流程如图2所示。

图2 AMT资料预处理流程框图

3.2 后续处理

对由SSMT2000软件计算得的阻抗文件进行格式转换之后，采用MTEDITOR软件进行资料后续处理，在处理过程中，首先对数据进行飞点剔除等处理，然后输出EDI格式文件，使用WINGLINK软件进行二维反演，处理流程如图 3所示。

图3 AMT资料后续处理流程框图

4 资料解释

在资料解释中，把反演电阻率断面图作为资料解释的基本图件和主要依据（见图5）。

根据反演电阻率断面图中电阻率背景值的大小以及梯度值，并结合地质资料，分析隧道纵断面电性与地质体的对应关系。

（1）洞身里程2450～2600段，整个断面图上电阻率值较低，结合地质资料，推测该段为断层破碎带，岩体破碎，弱富水，电阻率小于6000Ω·m。

（2）洞身里程2600～3485段整个断面图上电阻率值较高，结合地质资料，岩体主要为混合花岗岩，表层为风化混合花岗岩。推测隧道洞身范围内，岩体较完整，弱富水，电阻率约6000～20000Ω·m。

图5 电阻率反演断面图

（3）洞身里程3485～3665段整个断面图上电阻率值较低，结合地质资料，该段地层岩性主要为破碎混合花岗岩，表层为风化混合花岗岩。推测隧道洞身范围内，岩体较破碎，弱富水，电阻率约1000～6000Ω·m。

（4）洞身里程3665～5560段整个断面图上电阻率值较高，结合地质资料，岩体主要为混合花岗岩，推测隧道洞身范围内，岩体较完整，弱富水，电阻率约6000～20000Ω·m。

（5）洞身里程5560～6260段整个断面图上电阻率值较低，结合地质资料，该段地层岩性主要为破碎混合花岗岩，表层为风化变粒岩，隧道洞身范围内，岩体较破碎，弱富水，电阻率小于6000Ω·m。

（6）洞身里程6260～6500段整个断面图上电阻率值较高，结合地质资料，该段地层岩性主要为混合花岗岩，表层为风化混合花岗岩，隧道洞身范围内，岩体较完整，弱富水，电阻率约6000～8000Ω·m。

（7）洞身里程6500～6590段整个断面图上电阻率值较低，结合地质资料，岩体主要为破碎混合花岗岩，推测隧道洞身范围内，岩体较破碎，弱富水，电阻率约1000～6000Ω·m。

5 结论

（1）根据物探资料，本次物探划分了地层岩性，判释了隧道洞身范围内的岩体完整性，富水性及断层破碎带。基本查明了断层破碎带1处，具体位于隧道洞身里程2450～2600段。建议隧道设计和施工中应特别加强支护，预防塌方和涌水等地质灾害的发生。隧道整体岩性较差，工程地质条件较差。运用音频大地电磁法对隧道围岩的完整性进行评估，获得了良好的效果。本次勘探的结果为线路的比选提供了有效的数据支撑。

（2）由于秦岭地区自然环境较为封闭，且山高坡陡，交通极其不方便，在此进行物探工作不但需要仪器尽可能的轻便更需要施工时将环境的破坏程度降到最低；加拿大凤凰公司的V8多功能电法仪由于自身仪器体积小，重量轻特别适合在山区施工；并且测量不极化电极选用固体不极化电极罐，更是避免了传统硫酸铜溶液极罐缓慢渗透对土壤的污染，最大程度的保护了当地的自然生态，真正做到了环保勘探。