音频大地电磁测深在秦岭山脉某隧道工程地质勘察中的应用

梁峰铭 冉红

摘要：简要阐明音频大地电磁基本原理，结合秦岭山脉某隧道工程勘察实例，结合地质等手段，划分隧道的围岩基本和完整性。为隧道施工提供依据。

关键词：大地电磁;围岩级别;隧道;EM3d

1、工程概况

工区工程地质条件、水文地质条件复杂，据据区域地质资料结合初勘钻探揭露及地表工程地质测绘，工区隧道所穿地层主要元古界（Pt），白垩纪（K），古近纪（E），奥陶纪（O），寒武纪（∈）等地层，岩性主要有灰岩、花岗岩、片岩、白云岩等。

2、大地电磁法基本工作原理

大地电磁测深（MT）是探测岩石层电性结构的主要方法。音频大地电磁测深（AMT）8192Hz～1Hz;而高频大地电磁测深（HMT）工作频率范围100KHz～10Hz。大地电磁测深法是利用宇宙中的太阳风、雷电、无线电波等入射到地面上的天然电磁场信号作为激发场源，又称一次场，该一次场是平面电磁波，垂直入射到大地介质中，由电磁场理论可知，大地介质中将会产生感应电磁场，此感应电磁场与一次场是同频率的，引入波阻抗Z。在均匀大地和水平层状大地情况下，波阻抗是电场E和磁场H的水平分量的比值。

3、野外數据采集

3.1观测点的布置

根据设计测网要求和基点坐标，依据工程测量技术规范（GB50026-93），采用实时动态差分法（RTK）对测线进行定位，实际工作时详细记录每个电极、检波器的实际位置，以校正因地形原因，实际铺设测线比设计测线长的问题。

3.2音频大地电磁测深法野外观测方法

为完成生产任务，本次勘探使用劳累物理探测仪器有限公司制造的Goode EM3D型三维电磁采集系统，观测频率为0.1～10000Hz。六个电极测量，两个电极组成一对电偶极子MN（长度20m），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。

3.3 音频大地电磁测深法数据处理

野外原始数据采集回来后，需要进行数据解编转换、编辑平滑、极化模式识别、静位移校正、横向滤波、反演计算、编辑成图等一系列的资料处理才能得出我们所需要的处理成果。野外原始资料预处理是将原始数据（各场量的时间序列）计算或转换为频率域测深曲线（即各个频率上的视电阻率和阻抗相位）。

本次资料处理与解释的主体软件为“winglink大地电磁二维处理和解释软件”。本次资料的实时处理与解释的流程可以将其分成三部分，即：

（1）资料预处理：主要包括AMT曲线的平滑、去飞点、极化模式判别与转换等;

（2）AMT资料的静位移校正与空间滤波;

（3）二维反演、成图与解释。

4  地球物理特征

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展布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。根据经验统计和工区地球物理反演结果分析，得出各类岩体的反演电阻率值（见表-1）。

由表-1可知风化层和灰岩之间存在一定的电性差异;较完整岩体与较破碎岩体之间在电阻率值和等值线形态有明显的区别。因此工区具备开展AMT法的地球物理勘探前提条件。

5  资料解释

在资料解释中，把大地电磁电法获得成果与实际地质情况进行结合分析、解释。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。根据反演电阻率断面图中电阻率和大小，并结合地质资料，分析隧道纵断面物性与地质体的对应关系。根据地质调查成果，隧道通过地层为白云岩夹灰岩，结合地质资料，根据物性差异对隧道纵断面地层划分如下：

1、洞身里程X0+000～X0+058段，电阻率值整体相对周围较低，电阻率等值线呈现一自地表向下延伸的条带状低阻异常，ρ=50～300Ω·m，结合地质资料推断该部分为断层破碎带，岩体破碎，富水。

2、洞身里程X0+058～X0+420段：根据反演电阻断面图中电阻率等值线分布情况，可以将此段落分为两个部分。其中：①上部电阻率值相对较低，电阻率等值线呈层状分布，ρ=50～500Ω·m，结合现场调查及地质资料推断该部分为风化层。②中部电阻率值相对上部较高，电阻率等值线呈层状分布，ρ=500～2000Ω·m，结合地质资料推断该部分为白云岩夹灰岩，岩体较破碎，中等富水，岩溶中等发育。

3、洞身里程X0+420～X0+532段：根据反演电阻断面图中电阻率等值线分布情况，可以将此段落分为三个部分。其中：①上部电阻率值相对较低，电阻率等值线呈层状分布，ρ=50～500Ω·m，结合现场调查及地质资料推断该部分为风化层。②中部电阻率值相对上部较高，电阻率等值线呈层状分布，ρ=2000～6000Ω·m，结合地质资料推断该部分为白云岩夹灰岩，岩体较完整，弱富水。③下部电阻率值较中部偏低，电阻率500～2000Ω·m，结合地质资料推断该部分为白云岩夹灰岩，岩体较破碎，中等富水，岩溶中等发育。

4、洞身里程X0+532～X0+595段，电阻率值整体相对周围较低，电阻率等值线呈现一自地表向下延伸的条带状低阻异常，ρ=50～300Ω·m，结合地质资料推断该部分为节理裂隙发育带，岩体破碎，富水。

5、洞身里程X0+595～X0+900段：根据反演电阻断面图中电阻率等值线分布情况，可以将此段落分为三个部分。其中：①上部电阻率值相对较低，电阻率等值线呈层状分布，ρ=50～500Ω·m，结合现场调查及地质资料推断该部分为风化层。②中部电阻率值相对上部较高，电阻率等值线呈层状分布，ρ=500～2000Ω·m，结合地质资料推断该部分为白云岩夹灰岩，岩体较破碎，中等富水，岩溶中等发育。③下部电阻率值相对中部较低，电阻率100～500Ω·m，结合地质资料推断该部分为白云岩夹灰岩，岩体破碎，富水，岩溶中等发育。

6、洞身里程X0+900～X1+465段：根据反演电阻断面图中电阻率等值线分布情况，可以将此段落分为四个部分。其中：①上部电阻率值相对较低，电阻率等值线呈层状分布，ρ=50～500Ω·m，结合现场调查及地质资料推断该部分为风化层。②第二层电阻率值相对上部较高，电阻率等值线呈层状分布，ρ=2000～6000Ω·m，结合地质资料推断该部分为白云岩夹灰岩，岩体较完整，弱富水。③第三层电阻率值相对上一层较低，电阻率500～2000Ω·m，结合地质资料推断该部分为白云岩夹灰岩，岩体较破碎，中等富水，岩溶中等发育。④底部电阻率值相对上一层较低，电阻率100～500Ω·m，结合地质资料推断该部分为白云岩夹灰岩，岩体破碎，富水，岩溶中等发育。

参考文献

[1]张迅，雷旭友，李强强. 音频大地电磁法（AMT）在某铁路隧道勘察中的应用[期刊论文].科技创新与应用.2015（1）

[2]朱光喜.音频大地电磁在铁路隧道工程勘察中的应用[期刊论文].工程地球物理学报.2009（03）

[3]柳建新，童孝忠，等.大地电磁测深法勘探[M].北京：科学出版社，2012，2012

（1.重庆一三六地质队  401147;2.重庆一三六地质矿产有限责任公司  401147）