EH4电磁测深法在隧道勘探中的应用

王 蔚

（江西省地质局二六六大队，江西 南昌 330038）

EH4电磁测深法是目前较为常用的地球物理勘探手段之一，采用单点张量观测方式，测量两个相互正交的电场和磁场分量，接收大地电磁信号的频率范围为10 Hz～100 kHz。因此通过观测不同频率的电磁信号，可获得不同深度的电性信息，结合已知地质资料和地层情况，便可解译目标体的地质特征。被广泛应用于工程勘察、地热勘察以及矿产勘察等方面，取得了较好的效果。本文就EH4电磁测深法在文麻高速公路水井湾隧道（K56+075～K58+665）勘探应用中的实例进行说明。

1 基本原理

EH4电磁成像系统具有自动采集电磁数据的功能和先进的数据分析技术，是可控源音频大地电磁法和大地电磁法的结合体，是一种全新概念的张量式电导率测量系统。它能够同时采集天然场和人工场的信号并进行先进的数据分析，能观测到离地表几米至1000多米内的地质断面的电性变化信息，观测天然场源（10 Hz～100 kHz）成像反应出深部地质信息；观测人工场（500 Hz～100 kHz）对天然讯号的补偿，提高分辨率，从而获得更精准的地质信息[1-6]。

2 工作方法

本次隧道勘探使用的仪器为美国EMI和Geometrics公司联合生产的EH-4电导率成像系统，该系统是目前国际上一种先进的高频大地电磁仪系统。音频大地电磁测深原理基于大地电磁测深法原理，由电磁波在介质中传播的特征可知，趋肤深度（即勘探深度）随频率的降低而增大。因此通过观测不同频率的电磁信号，可获得不同深度的电性信息，结合已知地质资料和地层情况，便可解译目标体的地质特征。电极布极方式主要为“+”字形，野外采集布极示意见图1。

图1 EH-4野外采集布极示意图

3 工区概况及地球物理特征

根据钻探揭露及地表调绘，隧址区地层主要为第四系全新残坡积层(Q4el+dl)、石炭系下统大塘组（C1d）灰岩、泥盆系中统东岗岭组（D2d）灰岩、寒武系下统冲庄组（E1ch）千枚岩。现由新至老将各层分述如下：

3.1 第四系全新统残坡积层(Q4el+dl)

红黏土：褐黄色、红褐色，主要由黏粒组成，夹灰岩碎屑、角砾；无摇振反应，干强度高，韧性中等，切面稍有光泽，失水干裂。可塑-硬塑状，土体多呈碎块状结构，表层见植物根系。该层主要分布于隧址区进出口斜坡底部谷地内，少量分布于灰岩溶蚀凹槽以及溶缝内，一般厚度0m～3m。视电阻率约为20Ω·m～500Ω·m，表现为低阻电性层。

3.2 石炭系下统大塘组（C1d）灰岩

中等风化灰岩：灰色，矿物成分主要为方解石，隐晶质结构，中厚层状构造，勘察期间仅揭露中等风化带，岩芯多呈柱状，少量短柱状及块状，局部可见宽2mm～6mm的溶蚀溶孔，内多由泥质充填，少量钙质充填，岩质较坚硬，锤击声较清脆。视电阻率约为500Ω·m～4000Ω·m，表现为中阻电性层。

3.3 泥盆系中统东岗岭组（D2d）灰岩

中等风化灰岩：灰色，矿物成分主要为方解石，隐晶质结构，中厚层状构造，勘察期间仅揭露中等风化带，岩芯多呈柱状，少量短柱状及块状，局部可见宽3mm～8mm的溶蚀溶孔，内多由泥质充填，少量钙质充填，岩质较坚硬，锤击声较清脆。视电阻率约为500Ω·m～4000Ω·m，表现为中阻电性层。

3.4 寒武系下统冲庄组（E1ch）千枚岩

千枚岩：地表所见有硅化现象。视电阻率约为5000Ω·m～15000Ω·m，表现为高阻电性层。

4 成果解译

在物性断面解释中，我们参考已知地质资料，分析了区域地质特点，考虑到可能不利于隧道施工和安全的地质现象，并研究了工区这些地质现象在视电阻率断面图中的异常特征，得出了各地层电阻率值，从而进一步分析各地层宏观电阻率结构特点，以及电性变化情况。地球物理解释的基础是依据音频大地电磁法视电阻率断面图(如图2所示)，结合地质资料，并详尽地分析野外实测原始曲线。

图2 水井湾隧道视电阻率断面图

结合已知地质资料和钻孔，从音频大地电磁法的解译推断图(如图3所示)，解译如下：①地表视电阻率较低，普遍小于500Ω·m，推测为第四系覆盖层及全风化-强风化层，埋深在5m～40m之间；②第四系覆盖层及全风化-强风化层之下为基岩，基岩的视电阻率变化较大，视电阻率范围一般在500Ω·m ～ 15000Ω·m之间，最高可达20000Ω·m以上。

图3 水井湾隧道解译推断图

在K56+075～K57+580里程段，埋深800m～1000m及K58+110～K58+665里程段，埋深800m～1250m，视电阻率值在5000Ω·m～15000Ω·m之间，呈中阻特征，结合地质资料分析，推测为千枚岩。其余基岩推测为灰岩；在K56+275～K56+400里程段，视电阻率等值线存在低阻凹陷，结合地质资料分析，推测为断裂构造Fs1，该断裂向小里程桩倾斜，视倾角约为45°；在K56+725～K56+875里程段，视电阻率等值线存在低阻凹陷，结合地质资料分析，推测为断裂构造Fs2，该断裂向小里程桩倾斜，视倾角约为45°；在K57+375～K57+575里程段，视电阻率等值线存在低阻凹陷，结合地质资料分析，推测为断裂构造Fs3，该断裂向小里程桩倾斜，视倾角约为45°；在K57+975～K58+175里程段，视电阻率等值线存在低阻凹陷，结合地质资料分析，推测为断裂构造Fs4，该断裂向小里程桩倾斜，视倾角约为60°,该断裂处岩溶较发育；在K58+275～K58+425里程段，视电阻率等值线存在低阻凹陷，结合地质资料分析，推测为断裂构造Fs5，该断裂向小里程桩倾斜，视倾角约为60°，该断裂处岩溶较发育；在K56+575～K56+775里程段，埋深950m～1200m位置存在一电阻率高值异常，结合地质资料分析，推测为岩溶，此溶洞中未有充填物；在K56+875～K57+375里程段，埋深950m～1250m位置存在电阻率高值异常，视电阻率值为5000～1500Ω·m，结合地质资料分析，推测为岩溶，此溶洞中未有充填物。

5 结语

（1）根据音频大地电磁测深视电阻率断面图推测覆盖层厚度为5～40m，变化幅度较大。同时发现了5处断裂构造，2处溶洞。

（2）根据音频大地电磁法勘探成果，部分地段（如K56+275～ K56+400里程 段、K56+725～ K56+875里 程 段、K57+375～ K57+575里程段、K57+975～ K58+175里程段）、K58+275～ K58+425里程 段、K56+575～ K56+775里 程 段、K56+875～K57+375里程段等）隧道硐室处存在断裂构造区、岩体破碎区，岩石完整程度较低，建议施工时加强防护，防止垮塌、掉落等危害。

（3）此次EH4电磁测深的勘探结果与实际地质情况基本吻合，这说明该方法在该地区的应用效果较显著，这对今后的隧道勘探也具有重大的意义。