簡春勇+孫俊飛

摘 要：本文介紹了EH4電磁成像系統(tǒng)的原理，通過西藏隧道的應(yīng)用實(shí)例說明該方法在青藏高原地區(qū)，結(jié)合地質(zhì)、鉆探等手段對隧道基巖風(fēng)化強(qiáng)度、斷裂破碎帶的劃分具有較好效果。

關(guān)鍵詞：EH4；隧道；勘察

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.13.084

“十三五”規(guī)劃提出加快西部基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)要以公路建設(shè)為重點(diǎn)，加快完善鐵路、公路骨架網(wǎng)絡(luò)。青藏高原基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)相對滯后，在今后規(guī)劃中是重點(diǎn)項(xiàng)目。在隧道工程勘察中需查明是否存在斷裂破碎帶及將基巖的風(fēng)化強(qiáng)度進(jìn)行劃分，多采用EH4電磁成像系統(tǒng)進(jìn)行勘察。

1 EH4電磁成像系統(tǒng)的原理

EH4電磁成像系統(tǒng)是一種雙源型電磁系統(tǒng)，主要探測1000米以內(nèi)的電磁場分布規(guī)律和特征具有明顯的效果。它利用大地電磁的測量原理，配置特殊人工電磁波發(fā)射源。這種發(fā)射源的天線是一對十字交叉的天線，組成X、Y兩個(gè)方向的磁偶極子，發(fā)射率從500Hz到100KHz，專門用來彌補(bǔ)大地電磁場的寂靜區(qū)和幾百赫茲附近的人文電磁干擾諧波。儀器用反饋式高靈敏度低噪音磁棒和特制的電極，分別接收X、Y兩個(gè)方向的磁場和電場。由18位高分辨率多通道全功能數(shù)據(jù)采集、處理一體機(jī)完成所有的數(shù)據(jù)合成。其有效勘探深度為幾十米至一千米左右，能滿足大部分隧道的勘探深度。

根據(jù)以Maxwell方程組為核心的大地電磁理論，若將地表天然電場與磁場分量的比值定義為地表波阻抗，那么在均勻大地背景下，此阻抗與入射場極化無關(guān)，只與大地電阻率以及電磁場的頻率有關(guān)：

對于水平分層的大地，上述表達(dá)式仍然適用。但用它計(jì)算得到的電阻率為視電阻率，而且隨頻率的改變而變化，因?yàn)殡姶挪ǖ拇蟮卮┩干疃然蜈吥w深度與頻率有關(guān)。

EH4電磁成像系統(tǒng)的原理：趨膚深度取決于大地電阻率和使用的信號(hào)頻率。電阻率減小或頻率增高，趨膚深度變淺；反之，電阻率增大或頻率降低，趨膚深度加大。如果大地電阻率結(jié)構(gòu)一定，改變信號(hào)頻率便可得到連續(xù)的垂直深度。趨膚深度并不代表實(shí)際的有效勘探深度，其有效勘探深度與現(xiàn)場的地質(zhì)情況有關(guān)[1]。

2 應(yīng)用實(shí)例

西藏某勘探隧道全長3152m，按隧道分類屬特長隧道，隧道洞底最大埋深約820m，總體地勢為兩端低，中間段高，地形地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。地表植被主要為西藏狼牙刺和禾草。區(qū)內(nèi)構(gòu)造總體屬于雅魯藏布江深大斷裂帶及影響范圍內(nèi)，受雅魯藏布江深大斷裂控制。實(shí)地踏勘，隧道穿越地段地層巖性主要為花崗閃長巖和板巖。工作時(shí)在K1+236（TKQ21）和K3+152（TKQ27）兩處鉆孔已接近尾聲。TKQ21孔0m～83m為全風(fēng)化花崗閃長巖，83m～184m為中風(fēng)化花崗閃長巖；TKQ27孔0m～118m為全風(fēng)化板巖，118m～369m為中風(fēng)化板巖。以鉆孔劃分基巖風(fēng)化層界面所對應(yīng)的EH4電磁成像系統(tǒng)測量所得電阻率ρs為參考值，來確定勘測區(qū)花崗閃長巖和板巖的各風(fēng)化層的電阻率ρs的范圍（見表1），因鉆孔深度未達(dá)到弱風(fēng)化層無法參照，弱風(fēng)化層電阻率ρs的范圍以經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)判斷。從而以表1為參照，解釋其他未知復(fù)雜地段的基巖風(fēng)化層界面的劃分。

對照表1分析可得，花崗閃長巖視電阻率大于板巖視電阻率，自左而右，花崗閃長巖和板巖界面明顯，界面為地表K2+690處，傾向小里程方向，近直立，與地質(zhì)調(diào)繪結(jié)果基本吻合；自上而下，地電層位明顯，風(fēng)化層界面清晰，隧道洞身穿越花崗閃長巖地層ρs值基本上在大于1500Ω·m以上的中風(fēng)化層（隧道入口段）或5 000Ω·m以上的弱風(fēng)化層（隧道入中段）中。隧道洞身穿越板巖地層ρs值基本上在大于250Ω·m以上的中風(fēng)化層（隧道出口段）中。在地表K1+660處，有一明顯相對低阻條帶異常，推斷為雅魯藏布江深大斷裂帶的衍生逆斷層F1，傾向小里程方向，傾向較陡，約為70°，后經(jīng)鉆探驗(yàn)證確認(rèn)為寬度約30m的逆斷層。

3 結(jié)束語

通過以上兩個(gè)隧道的EH4電磁成像系統(tǒng)應(yīng)用分析，有以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：

EH4電磁成像系統(tǒng)在青藏高原地區(qū)，結(jié)合地質(zhì)、鉆探等手段對隧道基巖風(fēng)化強(qiáng)度、斷裂破碎帶的劃分具有較好效果；在查明破碎帶、斷層和巖性界面問題上的準(zhǔn)確度較高；在解決基巖風(fēng)化層劃分上是可行的。

參考文獻(xiàn)：

[1]勞雷公司EH4說明書[S].