天然场大地电磁测深在隧道探测上的应用分析

庞 军

（中国建筑材料工业地质勘查中心新疆总队，新疆 乌鲁木齐 830000）

天然场大地电磁视电阻率测深是隧道勘察上重要的物探技术的手段。只要选择合适的天然电磁场频率区间，大地电磁法就可探测从地表指到地幔数百公里深处的各点电性特征。

1 隧址区地质概况

隧址区在新疆西天山腹地，是拟建的独库高速公路。地层主要为第四系（Q4al）冲积：砂、砾石、块石等。下石炭统巴音沟组（C2bb及C2bc）灰绿色、浅灰色厚层状、块状中性凝灰岩、安山玢岩、拉斑玄武岩及火山角砾岩夹砂岩和深灰色、灰色厚层状凝灰质含砾砂岩、粗砂岩、砾岩。

拟建隧道进、出口均位于山前斜坡地带，隧道进口自然坡角约34°～41°，上部主要为第四系碎石砂、砾石、块石等，下部凝灰岩（D2bb）。；出口自然坡角约为34°～42°，上部主要为第四系碎石砂、砾石、块石等，下部为凝灰岩（D2bb），自然边坡处于基本稳定状态。隧址区进出口第四系碎石砂、砾石、块石等，有牧道通过，通行条件一般。

2 隧址区岩石电性

该隧道岩长4888.00m，最大埋深673.31m，整体走向约136°，岩性为凝灰岩。由岩石的破碎程度强弱，构造位置，裂隙含水量多少的不同，所决定了隧道纵断面上各点的电阻率各不相同，满足有电阻率差异的勘探前提。

3 大地电磁测量（MT）

3.1 技术参数

本次施工所采用的大地电磁仪为美国劳雷公司生产的Geode EM3D（即EH6），是目前大地电磁测深的先进设备，该系统的数据采集方式为时间域采集，然后通过傅氏变换转换为频域信号，再进行分析。即通过对时间域采集的两个电场分量Ex、Ey，两个磁场分量Hx、Hy进行傅氏变换，转换为电磁场频域的实分量、虚分量。然后计算各频带的视电阻率，E-H振幅，相位差及全信息相干度等，并实时显示一维图像(图1）。资料处理分为野外实时处理与室内处理，实时处理能显示单点的电阻率、振幅、相位及相关度曲线，三点及三点以上能做出二维Bostick反演电阻率断面图，依据视电阻率断面图推测岩石等级。EM3D测线按照设计任务布置测线；测点间距30m，电偶极距30m，采集EMAP的方法进行野外作业，高频参数为10 kHz-1000 Hz，中频参数为1000Hz-2Hz。

图1 大地电磁（MT）测深波形图

3.2 视电阻率断面图解释推断

该隧道视电阻率划分了5个异常区，分别为视电阻率在258Ω·m～383.69Ω·m的DJ-1、DJ-2、DJ-3高阻异常区，视电阻率在70Ω·m～118.63Ω·m的DJ-4、DJ-5低阻异常区（图2）。由视电阻率值可见，高阻异常区视电阻率是低阻异常区的2倍。由视电阻率值初步把高阻区划分为Ⅲ级围岩，低阻区划分为Ⅴ级，其他区域化分为Ⅳ级围岩（表1）。下面分别对高阻异常区、低阻异常区进行推断解释：

图2 大地电磁（MT）测深成果图

表1 视电阻率划分围岩等级

（1）高阻异常区DJ-1在隧道里程段K74+160～K74+430处视电阻率为258Ω·m～383.69Ω·m，埋深347m，为似椭圆形。推测该高阻异常是由于埋深大，岩石破碎程度低，完整性好所形成，且有可能含有一定含量的硅质，属于致密大块状岩石地段。DJ-2在山顶，推测该段的高阻区是由于岩石破碎程度低，完整性好。DJ-3在隧道里程段K75+480～K75+780处视电阻率为276Ω·m～374Ω·m，埋深426m，为长轴半椭圆形。推测该高阻异常是由于埋深大，岩石破碎程度低，完整性好所形成，且面积范围大，属于致密大块状岩石地段。

（2）低阻异常区DJ-4在隧道里程段K72+650～K72+800处视电阻率为70Ω·m～93Ω·m，推测岩石强破碎。结合地质调查资料，该低阻推测由强破碎的凝灰岩裂隙中含有由地表及岩石上部渗水而形成。DJ-5在隧道里程段K76+680～K76+740处视电阻率为107Ω·m～118.63Ω·m。该低阻区为条带状，两边相对高阻区为椭圆状且面积较大，推测该段为构造所引起的条带状含水破碎带。结合地质调查资料，验证了该处为F16断层的位置。

（3）隧道其他里程段在高阻异常区与低阻异常区之间，视电阻率为118.63Ω·m～258Ω·m，属于非异常区。推测岩石为破碎，岩石的完整性较好。

4 结论

（1）该隧道通过大地电磁（MT）测深，依据视电阻率值推断了隧道进口岩石强破碎，围岩等级为Ⅴ级，隧道经过段2处较破碎，岩石完整性较好地段，围岩等级为Ⅲ级。

（2）推测的破碎带位置与地质调查F16断层位置相符，证明了大地电磁测深（MT）的有效准确性。

（3）大地电磁测深（MT）只有视电阻一个参数，如能结合岩石波速，则能更准确的划分岩石等级。