王麗妍，胥博文，楊毅，石峰

（1.天津地?zé)峥辈殚_發(fā)設(shè)計(jì)院，天津 300250；2.中國地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所，廊坊河北 065000）

CSAMT在隧道工程勘察中的應(yīng)用
——以重慶三環(huán)高速公路明月山隧道為例

王麗妍1，胥博文1，楊毅2，石峰1

（1.天津地?zé)峥辈殚_發(fā)設(shè)計(jì)院，天津 300250；2.中國地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所，廊坊河北 065000）

采用可控源音頻大地電磁法（CSAMT），探測了重慶三環(huán)高速公路合川至長壽段明月山測區(qū)深度600 m以內(nèi)溶蝕裂隙密集帶、溶洞發(fā)育區(qū)和斷裂等不良地質(zhì)現(xiàn)象的分布情況，發(fā)現(xiàn)在測區(qū)北部，擬建隧道要通過溶蝕裂隙密集帶、溶洞發(fā)育區(qū)，還要穿越斷裂帶；在測區(qū)南部，巖溶形式主要表現(xiàn)為地下暗河出露，地表多處出現(xiàn)泉水，線路越往南移，預(yù)計(jì)地下水也越豐富，因此，建議抬升擬建隧道標(biāo)高，并將隧道位置定于測區(qū)北部。本次研究可為隧道工程選線提供地質(zhì)和地球物理依據(jù)。

CSAMT；巖溶；溶蝕裂隙；隧道；重慶

重慶三環(huán)高速公路全長約500 km，串起14個(gè)區(qū)縣，是“1小時(shí)經(jīng)濟(jì)圈”的環(huán)線高速公路，可實(shí)現(xiàn)公路、水路、鐵路無縫連接，對(duì)重慶社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。三環(huán)高速公路合川至長壽段需穿越明月山，該地區(qū)地形復(fù)雜，地面高差較大，溶洞及巖溶裂隙發(fā)育，探測明月山測區(qū)內(nèi)溶蝕裂隙密集帶、溶洞發(fā)育區(qū)和斷裂等不良地質(zhì)現(xiàn)象的深度和范圍是本次工作的重點(diǎn)。本次采用CSAMT在明月山測區(qū)布設(shè)6條測線，根據(jù)測線視電阻率斷面及地質(zhì)推斷解釋剖面圖，推斷溶洞、巖溶裂隙發(fā)育情況及斷裂分布情況[1-3]，并在相應(yīng)位置布設(shè)物探異常驗(yàn)證鉆孔進(jìn)行驗(yàn)證，CSAMT推測巖溶裂隙和斷裂的位置及深度與異常驗(yàn)證鉆孔視電阻率曲線低阻值位置及深度可以很好的吻合。CSAMT勘探成果可為隧道工程選線提供地球物理依據(jù)。

1 測區(qū)概況及測線布設(shè)

1.1 測區(qū)基本概況

明月山背斜北起四川開江縣中新場，往南跨過長江至重慶市巴南區(qū)惠民鎮(zhèn)附近，長220 km，寬約2～8 km。走向呈北東25～30°，為不對(duì)稱背斜，東陡西緩，西翼巖層傾角30～55°，東翼巖層傾角55～70°。測區(qū)主要的斷層為北東向的白云山壓扭性逆斷層，位于明月山背斜軸部，與背斜軸平行相鄰，局部重合，長約16 km，地面斷開地層為二疊系上統(tǒng)長興組，受斷層影響，斷層帶附近巖石破碎，產(chǎn)狀紊亂，且破壞了背斜軸部。測區(qū)地層由老至新為二疊系長興組，三疊系嘉陵江組、雷口坡組、須家河組和第四系地層（圖1）。

第四系地層：主要為粉質(zhì)粘土，結(jié)構(gòu)松散。主要分布于溝谷和斜坡坡麓，厚度0～10 m。

三疊系上統(tǒng)須家河組（T3xj）：為主要的含煤地層，巖性為黑色頁巖、砂質(zhì)頁巖與灰色砂巖。分布于明月峽背斜兩翼，與下伏地層呈假整合接觸，層厚400～600 m。

三疊系中統(tǒng)雷口坡組（T2l）：灰、黃灰色白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r，中部為灰色、黃灰色泥灰?guī)r夾角礫巖、頁巖，底部有淺綠色薄層粘土巖，層厚90～200 m。

三疊系下統(tǒng)嘉陵江組（T1j）：灰?guī)r、白云巖互層夾膏鹽角礫巖，局部夾頁巖，分布于背斜兩翼，層厚約500 m。

二疊系上統(tǒng)長興組（P2c）：下部為灰、深灰色中-厚層狀灰?guī)r、骨屑灰?guī)r夾薄層狀鈣質(zhì)頁巖，中上部為灰、灰白色中厚層狀含燧石結(jié)核、條帶灰?guī)r與白云質(zhì)灰?guī)r，頂部為灰色薄層灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r與粘土巖不等厚互層夾硅質(zhì)層及燧石條帶，位于背斜核部，層厚約125 m。

圖1 測區(qū)地質(zhì)圖Fig.1 Geological map of the survey area

1.2 地球物理前提

測區(qū)內(nèi)土層與基巖，破碎巖與完整灰?guī)r，砂、泥巖與完整灰?guī)r等都存在著明顯的電性差異。一般情況下，完整的長興組灰?guī)r、嘉陵江組灰?guī)r和雷口坡組白云巖電阻率大于4 000 Ω·m，當(dāng)巖石破碎、飽和含水，電阻率一般小于2 500 Ω·m；泥灰?guī)r一般電阻率在幾百至2 000 Ω·m之間；砂、泥巖電阻率在幾十至幾百Ω·m之間，若飽和含水，電阻率甚至低至幾Ω·m；當(dāng)巖石受地質(zhì)構(gòu)造作用，巖石破碎、裂隙發(fā)育，充水或充泥時(shí)將導(dǎo)致破碎帶內(nèi)的電阻率進(jìn)一步降低。這些電性差異，為采用電阻率方法來探測地下的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和構(gòu)造，具備了地球物理應(yīng)用前提。

1.3 CSAMT基本原理及測線布設(shè)

可控源音頻大地電磁法（CSAMT）[4-6]是在大地電磁法（MT）和音頻大地電磁法（AMT）的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種人工源頻率域測深方法。這種方法是使用接地導(dǎo)線或不接地回線作為場源，在波區(qū)測量相互正交的電、磁場切向分量，計(jì)算波阻抗—卡尼亞電阻率，并同時(shí)獲得阻抗相位—電、磁場分量間的相位差。本方法有三大特點(diǎn)：使用人工源，而不是使用天然源；測量卡尼亞視電阻率，而不是測量單分量（Ex或Hz）視電阻率；改變頻率進(jìn)行測深。

根據(jù)探測深度及場地的地質(zhì)條件，采用加拿大Phoenix公司生產(chǎn)的V8多功能電法儀，在明月山測區(qū)布設(shè)CSAMT測線6條[7，8]。收發(fā)距為12 000 m，采集頻率為1～8 192 Hz，采集時(shí)間為30 min左右。以背斜軸部巖溶區(qū)為主要探測對(duì)象，東西兩翼延伸至碎屑巖組，由北東方向至南西方向分別為第1測線至第6測線（圖1）。以第1、第2測線為例（圖2、圖3）。

2 解釋成果及分析

2.1 數(shù)據(jù)解釋

第1測線共推斷出破碎帶4條，編號(hào)F1、F2、F3和F4；溶蝕裂隙破碎區(qū)兩處，編號(hào)p1，p2；溶洞11處，編號(hào)r1，r2，……r11（圖2）。2 120～3 700 m里程段為三疊系下統(tǒng)嘉陵江組碳酸鹽巖。從視電阻率斷面中，雷口坡組與嘉陵江組的接觸界限清晰，嘉陵江組碳酸鹽巖在界線處呈現(xiàn)明顯的高電阻率特征。在該組碳酸巖中，電阻率高值背景中的低阻異常，推斷為溶洞（標(biāo)記為r1，r2…，r9）或溶蝕裂隙破碎區(qū)（標(biāo)記為p1，p2）。溶蝕裂隙破碎區(qū)中尤其以p1明顯，范圍大，下延深，特別是在樁號(hào)2 750 m、2 925 m里程處，低阻異常發(fā)育深度大，下延至100 m高程，形成兩處明顯的凹陷異常，向上呈現(xiàn)低值異常區(qū)，該區(qū)內(nèi)推斷多處有溶洞發(fā)育，標(biāo)記r1～r6。溶蝕裂隙破碎區(qū)p2東側(cè)與三疊系下統(tǒng)飛仙關(guān)組頁巖接觸，多處有溶洞發(fā)育，標(biāo)記r7～r9。

圖2 第1測線視電阻率斷面及地質(zhì)推斷解釋剖面圖Fig.2 Cross-section of apparent resistivity and sectional figure of geological speculation of line 1

圖3 第2測線視電阻率斷面及地質(zhì)推斷解釋剖面圖Fig.3 Cross-section of apparent resistivity and sectional figure of geological speculation of line 2

第2測線共推斷出破碎帶兩條，編號(hào)F2和F3；溶蝕裂隙破碎區(qū)4處，編號(hào)p3，p4，p5和p6；溶洞8處，編號(hào)r12，r13，……r19（圖3）。

2.2 物探異常驗(yàn)證鉆孔

在第1和第2測線各布置3個(gè)物探異常驗(yàn)證鉆孔，分布于測線的兩端和中間。各點(diǎn)視電阻率測深曲線見圖4，各段低阻異常見表1。

CSAMT推測巖溶裂隙及斷裂位置及深度與異常驗(yàn)證鉆孔視電阻率曲線低阻值位置及深度可以很好的吻合。

圖4 異常驗(yàn)證鉆孔視電阻率測深曲線Fig.4 The apparent resistivity sounding cure of anomaly verification drilling

表1 鉆孔位置及CSAMT解釋低阻異常段Tab.1 The borehole location and the low resistivity anomaly of CSAMT interpretation

2.3 綜合分析

地表嘉陵江組巖溶的主要表現(xiàn)為呈線狀發(fā)育的落水洞、溶洞、漏斗等，地表水通過落水洞等排入地下，成為地下水與地表水聯(lián)系的主要通道。從地貌上看，嘉陵江組沿槽谷呈北東-南西向，具有有利的匯水條件和具備一定的匯水面積，高程從北向南逐漸遞減。測區(qū)的北段以埋藏型為主，而南段則以出露地表為主，顯然南段較北段富水，成為南北向的主要富水帶。嘉陵江組以破碎帶（F3）為主要的導(dǎo)水構(gòu)造。長興組灰?guī)r的破碎帶（F2）及附近可能存在巖溶強(qiáng)烈發(fā)育。碎屑巖夾碳酸鹽巖的雷口坡組，巖溶主要發(fā)育在與純碳酸鹽巖的接觸帶上，以溶蝕裂隙破碎形式為主。地層產(chǎn)狀也有利于地下水沿非可溶巖、可溶巖或破碎帶邊界運(yùn)移，有利于在純碳酸鹽巖一側(cè)形成強(qiáng)烈的巖溶發(fā)育區(qū)，此類接觸帶也是很好的儲(chǔ)水空間。

測區(qū)北部擬建隧道高程為430～350 m，隧道將通過兩條測線的溶蝕裂隙密集帶或溶洞發(fā)育區(qū)，穿越F2、F3等巖溶破碎帶等不良地質(zhì)現(xiàn)象，而此地段地表多發(fā)育落水洞等，接收地表水的補(bǔ)給，因此建議抬高擬建隧道標(biāo)高，盡量減少巖溶水對(duì)隧道掘進(jìn)施工以及后續(xù)運(yùn)行的影響。而若在測區(qū)南部選線，巖溶形式則主要表現(xiàn)為地下暗河出露，地表多處出現(xiàn)泉水，有可能疏干地表泉水，影響地下暗河水量，另外線路越往南移，預(yù)計(jì)地下水也越豐富。綜合分析建議，被選線路盡量北移。

3 結(jié)語

根據(jù)本次CSAMT勘查在明月山地區(qū)取得的成果有如下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：

（1）CSAMT在明月山地區(qū)，地形復(fù)雜，地面高差較大，荊棘叢生等極端地形下也可以取得很好的勘探成果。

（2）CSAMT對(duì)高阻屏蔽小，明月山測區(qū)中，在高阻中圈定低阻異常，為推斷溶蝕裂隙及溶洞的位置提供依據(jù)。

（3）CSAMT橫向分辨率高，可靈敏的發(fā)現(xiàn)斷層。

（4）CSAMT在隧道勘查中，勘探效果明顯，圈定溶蝕裂隙及溶洞的位置，發(fā)現(xiàn)斷裂破碎帶，為隧道工程選線，提供依據(jù)。

（5）CSAMT引入人工源，不可避免會(huì)產(chǎn)生靜態(tài)效應(yīng)[9]等源效應(yīng)問題，且物探方法存在多解性[10]，采用綜合勘查方法、引入先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理方法以提高工作精度是今后勘查的發(fā)展方向。

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Application of CSAMT in tunnel engineering investigation ：a case study of the tunnel in Mingyue mountain of the tricyclic expressway in Chongqing

WANG Li-yan1,XU Bo-wen1,YANG Yi2,SHI Feng1

（1.Tianjin Geothermal Exploration and Designing Institute，Tianjin 300250,China 2.Geophysical Institute of Geochemistry,ChineseAcademy of Geological Sciences,Langfang Hebei 065000,China）

Using the Controllable Source Audio Frequency Magnetotelluric（CSAMT）exploration method（CSAMT）to probethe distribution of the adverse geological phenomenas,such as ascorrosion crack dense band,cave developed area or fractures,Hechuan-Changshou section depth less than 600 m within the survey area of the Mingyue mountain of the tricyclic expresswayin Chongqingcity,we found the tunnel will pass through the dissolution fissure zone,karst area,and fault zone in the north area.In the southern part of the survey area,karst form mainly is underground riverexposing on the surface,and the springs are more in the north than in the south.Then,it is suggested that the tunnel elevation should be upraised,the tunnel position should be in the north area.This research can provide the basis geological and geophisical information for the tunnel engineering.

CSAMT；Karst；dissolution fissure zone；tunnel；Chongqing

P631.3+25

A

1672－4135（2017）01－0157-05

2016-09-19

重慶市三環(huán)高速公路合川至長壽段明月山隧道比較線可控源音頻大地電磁法探測

王麗妍（1985-），女，物探工程師，碩士研究生，主要從事電法勘探，尋找礦產(chǎn)資源，地?zé)豳Y源，及與地?zé)嵯嚓P(guān)工作，Email：277184942@qq.com。