張 巍

（遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng) 110006）

EH-4電磁測(cè)深法是一種基于平面波卡尼亞電阻率的混合場(chǎng)源（天然源+人工源）的頻率域大地電磁測(cè)深法。其原理與大地電磁測(cè)深法基本相同，是以地下不同巖性、礦石的導(dǎo)電性、導(dǎo)磁性及介電性為主要物性基礎(chǔ)，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，通過(guò)觀測(cè)電磁場(chǎng)的空間與時(shí)間分布規(guī)律，來(lái)研究地質(zhì)構(gòu)造、解決工程、環(huán)境、災(zāi)害等地質(zhì)問(wèn)題的一類地球物理勘探方法[1]。EH-4電磁測(cè)深法可以適應(yīng)復(fù)雜地形條件下的物探工作，具有設(shè)備輕便、工作效率高及不受地形影響等特點(diǎn)。本文就EH-4電磁測(cè)深法在某流域勘測(cè)工程中的應(yīng)用進(jìn)行分析探討。

1 工程概況

某跨流域引水工程部分設(shè)計(jì)線路穿越山區(qū)，工程設(shè)計(jì)為深埋隧道，為保證隧道施工安全，在工程勘察時(shí)需查明工程區(qū)內(nèi)地下水分布特征，為工程設(shè)計(jì)及施工提供依據(jù)。

測(cè)區(qū)屬于丘陵山區(qū)，地形起伏，地表主要為田地、溝壑及低山。根據(jù)地質(zhì)調(diào)查及相關(guān)資料可知，該區(qū)地層巖性較為復(fù)雜，層狀分布，按地層年代主要為上中下三層，上層為第四系覆蓋層，巖性主要為砂、礫石及粉質(zhì)粘土等；中層為白堊系下統(tǒng)，巖性主要為火山角礫巖、玄武質(zhì)安山巖以及礫巖等；下層為侏羅系中統(tǒng)，巖性主要為火山角礫巖、玄武質(zhì)安山巖等。

根據(jù)已有地質(zhì)資料可知，本工程區(qū)內(nèi)的地下水賦存類型主要為松散巖類孔隙潛水、基巖裂隙水及構(gòu)造裂隙水三種。

2 工程勘測(cè)

2.1 EH-4電磁測(cè)深法

EH-4觀測(cè)的基本參數(shù)為正交的電場(chǎng)分量（Ex，Ey）和磁場(chǎng)分量（Hx，Hy）的時(shí)間序列。地表電場(chǎng)和磁場(chǎng)水平分量的比值為平面波阻抗：Z=E/Y，兩組偏振波的波阻抗：Z=Ex/Hy=-Ey/Hx=ωμ/k，由波阻抗公式計(jì)算可得到卡尼亞電阻率：

由卡尼亞電阻率公式可知，電阻率隨頻率變化而變化，而電磁波的穿透深度或趨膚深度也與頻率有關(guān)。因此不同的頻率反應(yīng)不同深度的電阻率。在不均勻?qū)訝罱橘|(zhì)情況下計(jì)算得出的“電阻率值”稱為視電阻率。這是因?yàn)橐曤娮杪适堑叵聦訝罱橘|(zhì)電性參數(shù)分布的綜合反映，而非真實(shí)電阻率。電磁波在非大地介質(zhì)中的穿透深度計(jì)算公式為：

在一個(gè)寬頻帶上測(cè)量E和H，并由此計(jì)算出不同頻率下的卡尼亞視電阻率和相位，進(jìn)而分析地下巖層的電性結(jié)構(gòu)和地質(zhì)構(gòu)造。

2.2 測(cè)線布置及工作方法

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況及勘探要求，沿設(shè)計(jì)隧道在未開(kāi)挖段布置EH-4測(cè)線，測(cè)線長(zhǎng)度分別為800 m和1000 m，測(cè)量點(diǎn)距20 m，電極距選擇20 m，工作模式為常用模式（不帶磁偶源發(fā)射系統(tǒng)），接收頻段分別為低頻段及高頻段，疊加次數(shù)選擇15次，信號(hào)不佳時(shí)加采中頻段。系統(tǒng)布置見(jiàn)圖1。

圖1 EH-4電磁測(cè)深法系統(tǒng)布置示意圖

3 勘測(cè)成果及分析

野外采集的EH-4數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理并反演得到地下巖體的電阻率值，將計(jì)算得到的電阻率值繪制成斷面成果圖。

圖2為樁號(hào)27+500～28+300的EH-4大地電磁測(cè)深電阻率斷面成果圖。從成果圖中可以看出，在設(shè)計(jì)隧道高程存在4個(gè)低阻異常區(qū)，其中Y1異常值及范圍較大，該異常區(qū)隧道已開(kāi)挖至27+623，開(kāi)挖段共存在5處出水點(diǎn)，水量約為70 m3/h～80 m3/h，開(kāi)挖段巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，推測(cè)本段洞室漏水原因?yàn)閺埿詷?gòu)造帶切割深度較大，構(gòu)成了古風(fēng)化殼賦水帶與洞室間的水系通道；Y2異常區(qū)的性質(zhì)與Y1相似，但其水量相對(duì)較??；Y3與Y4電阻率異常值較小，且分布在同一相對(duì)低阻帶上，推測(cè)該低阻帶為巖性分界帶，節(jié)理裂隙發(fā)育且含水，水量相對(duì)較小。

圖2 EH-4大地電磁測(cè)深法（樁號(hào)27+500～28+300）電阻率斷面成果圖

圖3 EH-4大地電磁測(cè)深法（樁號(hào)30+750～31+750）電阻率斷面成果圖

圖3 為樁號(hào)30+750～31+750的EH-4大地電磁測(cè)深電阻率斷面成果圖。從成果圖中可以看出，在高程約250 m處存在一個(gè)近似水平的低阻帶，根據(jù)地質(zhì)資料分析，該低阻帶為侏羅系與白堊系地層間不整合接觸，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體較破碎，為工程區(qū)內(nèi)深部地下水的主要賦存空間。在設(shè)計(jì)隧道高程存在3個(gè)低阻異常區(qū)及1個(gè)構(gòu)造異常區(qū)，其中Y5異常區(qū)隧道已開(kāi)挖，開(kāi)挖段存在多處出水點(diǎn)，水量約為400 m3/h～80 m3/h，出水主要為巖性接觸帶或節(jié)理裂隙出水，Y6、Y7異常區(qū)性質(zhì)與Y5相似，均為巖性接觸帶及基巖裂隙水。樁號(hào)31+400附近存在一個(gè)近似直立的低阻異常帶，推測(cè)該異常為斷裂構(gòu)造，且與上部不整合接觸帶相連通，該部位漏水量會(huì)比較大。

4 結(jié)論

（1）本次EH-4電磁測(cè)深工作較好的解決了隧道工程勘察中的地質(zhì)問(wèn)題，根據(jù)本次成果預(yù)測(cè)未開(kāi)挖隧道的富水情況，為隧道施工及安全提供了依據(jù)；同時(shí)也證明了EH-4電磁測(cè)深法在深埋隧道工程地質(zhì)勘察中具有良好的效果，可以被廣泛應(yīng)用；

（2）通過(guò)實(shí)踐證明，EH-4電磁測(cè)深法與其他主動(dòng)源電磁法不同，其在復(fù)雜地形條件下，采集到的數(shù)據(jù)不受地形影響，且與常規(guī)大地電磁測(cè)深法相比具有數(shù)據(jù)采集速度快，工作效率高的特點(diǎn)；

（3）EH-4電磁測(cè)深法與其他物探方法相似，在資料分析解釋時(shí)，需要與地質(zhì)、鉆探成果相結(jié)合，才能提高物探數(shù)據(jù)解釋水平，將物探法在工程勘察中起到的作用最大化。