周亞東ZHOUYa-dong曰陳江平CHENJiang-ping

　　(成都理工大學(xué)地球物理學(xué)院，成都610059)

　　(CollegeofGeophysics，ChengduUniversityofTechnology，Chengdu610059，China)

　　摘要:本文主要講述了音頻大地電磁測深在某隧道的實(shí)際應(yīng)用，從野外的施工到室內(nèi)的數(shù)據(jù)處理和資料成圖解釋。依據(jù)音頻大地電磁法(AMT)的帶地形二維非線性共軛梯度(NLCG)反演結(jié)果，把電阻率異常分為吁類、郁類、芋類及域類，分別對(duì)應(yīng)極破碎巖體(吁級(jí)圍巖)、破碎巖體(郁級(jí)圍巖)、較破碎巖體(芋級(jí)圍巖)和完整巖體(域級(jí)圍巖)。結(jié)合圍巖分級(jí)結(jié)果，查明了隧道洞深附近巖性、斷層破碎帶及巖溶位置，對(duì)巖體完整性進(jìn)行了評(píng)估。

　　關(guān)鍵詞院音頻大地電磁;隧道;電阻率異常;圍巖分級(jí)

　　中圖分類號(hào)院P631;U45文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼院A文章編號(hào)院1006-4311(2014)29-0116-03

　　0引言

　　音頻大地電磁測深法(AMT)勘測精度高，儀器輕便，費(fèi)用低，所以在工程建設(shè)中應(yīng)用廣泛。在隧道工程的應(yīng)用中，AMT結(jié)合地質(zhì)資料能夠一定程度上探測并判段出斷層破碎帶寬度及產(chǎn)狀(視傾角)，軟弱帶及富水帶的埋深和規(guī)模，主要地層巖性界線和判釋隧道洞身高程范圍內(nèi)的資料等，為隧道設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)資料，所以一直以來在隧道工程的應(yīng)用中十分廣泛[1,2]。本文主要講述音頻大地電磁在某隧道的實(shí)際應(yīng)用。

　　1測區(qū)地質(zhì)概況

　　1.1地質(zhì)概況測區(qū)位于揚(yáng)子準(zhǔn)臺(tái)地構(gòu)造單元內(nèi)，較大面積出露了下元古界變質(zhì)巖基底巖系，上部有白堊系上統(tǒng)巨厚紅色蓋層沉積。隧區(qū)經(jīng)歷了晉寧、華力西、燕山、喜山各期運(yùn)動(dòng)，除晉寧期及燕山期屬褶皺運(yùn)動(dòng)外，其他各期均為升降運(yùn)動(dòng)。區(qū)內(nèi)褶皺、斷層發(fā)育，巖漿活動(dòng)頻繁，基底變質(zhì)巖巖系內(nèi)構(gòu)造線以近東西向-北東向?yàn)橹?紅色蓋層構(gòu)造線以北北東向及北北西向?yàn)橹�，高角度的正、逆斷層發(fā)育。測區(qū)出露地層為：上覆第四系全新統(tǒng)沖洪積層、坡殘積層、坡崩積層、泥石流堆積層、滑坡堆積層，局部殘留第四系更新統(tǒng)圓礫土層;下伏地層白堊系上統(tǒng)趙家店組下段、白堊系上統(tǒng)江底河組第4段、白堊系上統(tǒng)江底河組第3段;下元古界上昆陽群第4段、下元古界上昆陽群第3段，下元古界上昆陽群變質(zhì)巖地層中常穿插有不明期次的輝長巖、輝綠巖、花崗巖侵入體。

　　1.2地球物理特征AMT法是以電阻率的差異來區(qū)分巖性及構(gòu)造體并依據(jù)電阻率阻值大小及在地下的展布形態(tài)來識(shí)別地下地質(zhì)體的空間分布和性質(zhì)的一種物探方法。影響電阻率的主要因素有巖礦物成分、巖性、巖石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造及含水情況等。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)和本區(qū)地球物理的反演結(jié)果分析，得出各地層的電阻率值(見表1)[3]。由表1可知，各地質(zhì)體之間存在一定的電性差異，因此工區(qū)具備開展AMT法的地球物理勘探前提條件。

　　2方法技術(shù)

　　2.1音頻大地電磁測深法基本原理通常所指的“電磁測深”，即是指電磁感應(yīng)類的電阻率測深，是建立在法拉第電磁感應(yīng)定律基礎(chǔ)上的一類電法勘探方法。AMT以天然的交變電磁場為場源，當(dāng)交變電磁場以波的形式在地下介質(zhì)中傳播時(shí)，由于電磁感應(yīng)作用，地面電磁場的觀測值將包含有地下介質(zhì)電阻率分布信息。并且，由于電磁場的集膚效應(yīng)，不同周期的電磁場信號(hào)具有不同的穿透深度。所以研究大地對(duì)天然磁場的頻率響應(yīng)，可獲得地下不同深度介質(zhì)電阻率分布信息[4]。

　　Cagniard論證了當(dāng)場源為垂直入射的平面波，大地介質(zhì)為水平層狀分布時(shí)的相應(yīng)大地電磁的解，即得到了一維模型阻抗和視電阻率的理論響應(yīng)：籽T=0.2T|Z|2

　　在實(shí)踐中，就是觀測不同頻率的大地電磁場分量，隨著頻率的變化，反映了不同深度范圍的電阻率信息，給出地下介質(zhì)電阻率隨深度變化的規(guī)律。將觀測資料與不同模型得理論響應(yīng)做出對(duì)比和修改，可以得到與實(shí)測資料反映的地下真實(shí)模型某種意義上最接近的解釋模型[5]。

　　2.2野外施工方法按照相關(guān)的技術(shù)要求，在該隧道的中線里程(K07+035耀K18+380)段沿中線布置一條測線，測點(diǎn)點(diǎn)距為20m。使用加拿大鳳凰公司生產(chǎn)的網(wǎng)絡(luò)化多功能V8型大地電磁儀和其配套的RXU-3ER輔助接收盒子一起采集數(shù)據(jù)。

　　在施測中，觀測頻率范圍為1.25耀10400Hz。四個(gè)電極測量，即兩個(gè)電極組成一對(duì)電偶極子MN(長度20m)，其中，通過測量測線同向的MN電位差并計(jì)算得到電場水平分量Ex;測量垂直測線的MN電位差并計(jì)算得到另一電場水平分量Ey。V8接收機(jī)放在兩組電偶極子的中心;磁探頭與V8接收機(jī)距離大于5m，Hx磁探頭和Hy磁探頭相互垂直。電極布極方式主要為“垣”字形，在地形條件較差情況下，部分測點(diǎn)采用了“T”形的布極方式。圖1為AMT法的野外主機(jī)和盒子工作布置示意圖。

　　3資料處理

　　AMT法資料處理分為兩部分，即野外資料預(yù)處理部分和資料后續(xù)處理部分。v3.1數(shù)據(jù)預(yù)處理將原始數(shù)據(jù)，即各場量的時(shí)間序列數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為頻率域測深曲線(即各個(gè)頻率上的視電率和阻抗相位)數(shù)據(jù)。為了獲得更高質(zhì)量的資料處理結(jié)果，在室內(nèi)對(duì)每個(gè)AMT測點(diǎn)的時(shí)間序列原始數(shù)據(jù)進(jìn)行了再處理，并采用時(shí)間序列的交疊、人工選擇時(shí)間序列、自適應(yīng)相干度門坎值選擇及Robust處理等多種方法技術(shù)，突出有用信號(hào)，抑制干擾，提高資料的信噪比[6]。

　　3.2資料處理預(yù)處理后，采用MTSoft2D系列軟件進(jìn)行資料后續(xù)處理，在處理過程中，首先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行飛值剔除、去噪、靜態(tài)校正、空間濾波等處理，然后進(jìn)行一維及二維反演作定量解釋，再結(jié)合已知的地質(zhì)資料進(jìn)行綜合解釋。最后根據(jù)不同地層巖性的有不同電性特征，對(duì)得到的電阻率空間分布予以地質(zhì)涵義，給出地質(zhì)斷面[7]。

　　4應(yīng)用效果

　　圖2和圖4是該隧道的電阻率反演斷面圖，圖3和圖5為綜合解釋斷面圖。圖2中的淤號(hào)段包括K07+550耀K07+820段，于號(hào)段包括K08+600耀K09+000段，盂號(hào)段包括K10+905耀K11+052段，榆號(hào)包括K10+900耀K11+060段;圖4中的虞號(hào)包括K13+747耀K13+835段。

　　4.1異常劃分原則根據(jù)電阻率斷面圖中背景值的大小、低阻異常的形態(tài)、低阻異常值及其與背景值的差異等，并結(jié)合實(shí)際地段所對(duì)應(yīng)的地層巖性，對(duì)地層分界線、斷層、巖溶及巖體的破碎、軟弱或含水情況進(jìn)行判釋。根據(jù)上述資料分析并結(jié)合地質(zhì)資料得出解釋原則如下：

　　根據(jù)值大小，并考慮地層巖性等因素，將低阻異常大致分為域、芋、郁和吁四類：域類異常值大于3500贅·m且分布均勻的高阻區(qū)域?yàn)檩^完整巖體;芋類異常值1500耀3500贅·m，為較破碎巖體;郁類異常值100耀1500贅·m，為破碎、軟弱或含水巖體;吁類異常值小于40贅·m，為極破碎、極軟弱或富水巖體。

　　依據(jù)等斷面圖上低阻異常的等值線密集處(梯度變化最大處)確定異常的邊界[3]。

　　4.2電阻率斷面圖分析圖2中盂號(hào)段、圖4中的虞號(hào)段，電阻率低或極低，為條帶狀反映,并且附近反演電阻率梯度值大，分別為推斷為F1和F2斷層。其中F2斷層與地質(zhì)推斷的逆斷層位置大致相同，斷層寬度為50m左右。K07+035耀K08+660為隧道進(jìn)口段，進(jìn)口山體坡度約50毅，植被茂密，除零星崩積塊石外，基巖出露較好，為大理巖、千枚狀大理巖夾千枚巖，圍巖條件總體較好。節(jié)理很發(fā)育，一般3耀5組以上，其中E-W/67毅N、N70毅W/42毅NE兩組節(jié)理傾向線路小里程方向的視傾角40耀65毅，隧頂進(jìn)口仰坡施工開挖對(duì)山體穩(wěn)定性影響較大，建議采取加固措施。線路右側(cè)20m和左側(cè)110m為巨型崩塌體，崩塌后壁明顯，坡麓堆積厚度10耀30m，橋隧工程位于兩崩塌體之間相對(duì)穩(wěn)定的陡坡。鑒于線路左右均已發(fā)生崩塌災(zāi)害，因此民太隧道進(jìn)口段需做預(yù)加固處理。K08+660耀K13+660段巖性主要為灰黑色，千枚狀構(gòu)造，薄-中厚層狀千枚巖，巖質(zhì)較堅(jiān)硬，節(jié)理發(fā)育，多充填方解石脈，局部可能受區(qū)域構(gòu)造作用存在擠壓破碎現(xiàn)象。該段為海資哨向斜，向斜核部榆號(hào)段物探揭示為異常低阻帶，圍巖潮濕耀浸潤狀，局部可能小股狀滲水，為含鹽巖泥巖段地層，圍巖條件較差。K13+660耀K18+380段含鹽巖地層為軟質(zhì)巖，地層總體緩傾，原生及構(gòu)造小褶曲發(fā)育，巖體較破碎，開挖后拱頂易坍方，應(yīng)加強(qiáng)初期支護(hù)、襯砌。K18+380為隧道出口處，出口老泥石流堆積土層厚且土石界面較陡，巖層電阻率低。其中圖2中淤、于號(hào)段和K11+400耀K13+100段的視電阻率極低，為富水區(qū)域;因此，在隧道施工行進(jìn)過程中，應(yīng)當(dāng)做好超前預(yù)報(bào)工作。隧區(qū)破碎帶富水性強(qiáng)，對(duì)隧道工程影響較大，建設(shè)加強(qiáng)支護(hù)及地下水封堵措施。隧道進(jìn)口山體存在不利節(jié)理結(jié)構(gòu)面及危巖落石，開挖施工前應(yīng)對(duì)進(jìn)口段采取加固措施，并對(duì)危巖落石進(jìn)行整治�？傮w而言，該隧道工程地質(zhì)條件較差。

　　5結(jié)論與建議

　　F1斷層為物探新推測的斷層，建議在隧道設(shè)計(jì)和施工中，對(duì)于斷層位置注意加強(qiáng)防護(hù)，預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。于軟弱、破碎或含水巖體。隧道洞身圍巖大部分位于域耀郁區(qū)域。其中的吁類異常區(qū)為極軟弱、極破碎或富水巖體，提請(qǐng)施工中注意預(yù)防涌水、突泥和塌方。盂運(yùn)用音頻大地電磁法(AMT)地球物理勘探和帶地形二維非線性共軛梯度(NLCG)反演，對(duì)電阻率異常進(jìn)行分類，結(jié)合地質(zhì)資料對(duì)勘探區(qū)巖體完整性進(jìn)行評(píng)估，取得良好的效果。

　　參考文獻(xiàn)：

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　　[2]高利華.大地電磁測深在北天山前緣油氣勘探中的應(yīng)用[J].石油物探，2006(04).

　　[3]張興昶，羅延鐘，高勤云.CSAMT技術(shù)在深埋隧道巖溶探測中的應(yīng)用效果[J].工程地球物理學(xué)報(bào)，2004(04).

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