音频大地电磁测深法在秦岭某隧道勘察划分围岩等级中的应用

余超 黄雪林 李玉强 周洪祥 颜长宁

（1.四川省冶金地质勘查局六0五大队，四川眉山 620860；2.成都理工大学工程技术学院，四川乐山 614000）

0.引言

随着《“十四五”现代综合交通运输体系发展规划》出炉，我国将建设越来越多的公路、铁路交通网，隧道工程项目也将日益增加，而行业内安全意识逐步增强，这对隧道工程前期勘查的成果提出了更高的要求。在工程施工之前对岩体进行完整性评价，对围岩进行基本分级非常重要[1]。深长隧道往往位于地表以下几百米至上千米，隧道深部的地质情况、隐伏构造很难用常规地质手段进行勘查。由于地下不同岩性分布、断层、构造破碎带的位置会造成不同的电性差异，因此，利用音频大地电磁测深研究这些电性差异，并进行一定数据处理和分析，总结地质体的电性特征，提高成果解译水平，将音频大地电磁测深法应用于隧道勘察划分围岩等级具有非常重要的意义。

1.测区地形地质概况

测段属构造中低山地貌，地形复杂，地势陡峻，冲沟发育。隧址区上覆冲洪积层、坡残积层、滑坡堆积层，沿线路地形上、下起伏，最高点为隧道DK53+520对应的山脊处，高程约1051m，最低点为隧道进口DK53+000处，高程约589m，最大高差约462m。线路附近发育多条冲沟或河流，均垂直或斜交线路分布。

测线大部位于山坡、半山坡及其两侧，由北向南贯穿多个山脊，第四系土层部分覆盖，山体植被茂密。隧道进口侧地形相对平缓，出口侧较陡。

（1）地层岩性。隧址区上覆第四系全新统坡洪积层（Q4dl+pl）、坡残积层（Q4dl+el）、滑坡堆积层（Q4del）、泥石流堆积层（Q4sel）；下伏基岩为奥陶系下统高桥组（O1g）含炭板岩、板岩、钙质板岩夹灰岩和加里东期侵入岩（βμ33）辉绿岩、辉绿玢岩。

（2）地质构造。隧道穿越一断裂构造，地层受构造挤压影响，在断层附近岩性较破碎。

2.测区地球物理特征

大地电磁测深法，是以视电阻率曲线及分布形态的差异来区分地下岩性及构造的有效手段；依据视电阻率值的大小和反演断面电性结构差异，是识别地下地质体的空间分布和性质的一种物探方法。在开展资料综合解释工作之前，要对影响大地电磁测深视电阻率变化的主要地质体电性参数进行现场测量和分析。

第四系覆盖层主要分布在隧道进、出口、地表层地势低缓地带，结构不均，透水性较好，物探成果资料lgρs一般小于2.5，表现为低阻特征。隧址区内下伏基岩主要为含炭板岩、板岩、钙质板岩夹灰岩及辉绿岩，岩体较破碎～极破碎。其中，极破碎、极软弱或富水岩体，lgρs一般小于2.5，表现为极低阻电性特征；破碎、软弱或含水岩体，lgρs一般为2.5～3.0，表现为中低阻电性特征；较破碎岩体lgρs一般＞3.0，表现为中高阻电性特征；断层及其附近一般表现为低电性特征，划分为Ⅴ类异常。

根据经验和隧道实测断面反演结果统计分析，得出各地质体的视电阻率值大小范围和变化特征（见表1），作为断裂构造及不良地质体的识别和视电阻率异常等级划分等综合地质解释的重要依据。

表1 隧道视电阻率参数表

3.测区视电阻率异常解译方法及原则

依据地质-地球物理综合解译模型，建立资料综合解释方法及原则。以物探资料反演结果为前提，以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地球物性依据，以已有钻孔资料为约束条件，对物探资料进行综合分析与解释。

（1）首先在分析物探野外实测曲线类型及变化的基础上，进一步分析视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。（2）根据现场测试数据反演后的视电阻率ρs值大小结合本区经验数据，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，按视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）进行划分，视电阻率参数只作为隧道围岩等级划分依据之一。（3）依据ρs断面图上视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。对较明显的视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，可作为判断构造带异常类型的重要依据。

4.测区视电阻率异常特征及围岩分级

据反演电阻率断面图（见图1），总体特征表现为：整条隧道视电阻率呈中低阻，由于隧道较长，隧道进出口侧视电阻率相对较低，中间里程段有部分整体中阻及极低阻段，高低电阻在整条隧道均有体现，现根据电阻率断面图特征，结合地质资料，将本次测段断面分为DK53+000～DK53+693和DK53+693～DK54+000两段，分段解释如下。

图1 反演视电阻率断面等值线图

（1）DK53+000～DK53+693里程段，本段整体视电阻率呈低阻，基岩主要出露钙质板岩、砂质灰岩、辉绿岩。视电阻率值浅部较低为20Ω·m～100Ω·m，推测为浅部坡残积层黏土及中～强风化岩体；中深部到深部视电阻率由中阻逐渐减小到极低阻，由地质资料，隧道洞身范围DK53+467里程有一北倾50°左右的断层通过，断层上侧为辉绿岩，下侧为含碳板岩、粉砂质板岩、偶夹灰岩，岩性接触关系为断层接触。推测为受断层影响，断层附近的辉绿岩较破碎导致电阻率变低，断层下侧极低电阻率可能为含碳板岩、围岩较破碎或富水综合影响导致。（2）DK53+693～DK54+000里程段，本段视电阻率中浅部呈中阻，中深部呈低阻。基岩主要出露含碳板岩、粉砂质板岩、偶夹灰岩及辉绿岩。视电阻率深部较低为20Ω·m～100Ω·m，推测为中深部含碳板岩、围岩较破碎或富水导致；其右侧及上部视电阻率呈中高阻，推测为辉绿岩或岩体相对较完整。

通过对反演电阻率断面图解译，结合已有地质资料进行综合分析，推测出地下地质构造及地质界线（见图2）；通过视电阻率异常特征研究，结合测区视电阻率参数特征及推测地质界线、地质构造，最终对围岩等级进行判识（见图3）。

图2 推测构造及地质界线断面图

图3 围岩分级断面图

5 结语

通过音频大地电磁测深，结合已有地质资料，建立视电阻率与不同岩性及其完整性之间的对应关系，推测断层1条及地下地质界线位置。综合研究测区视电阻率参数特征、推测的岩性界线及构造，最终对围岩等级进行划分。后期对此位置进行钻探验证，其与物探解译结果基本吻合，说明将音频大地电磁测深法应用于深大隧道勘察划分围岩等级是一种行之有效的地球物理探勘探方法。