王 蔚

（江西省地質(zhì)局二六六大隊(duì)，江西 南昌 330038）

EH4電磁測深法是目前較為常用的地球物理勘探手段之一，采用單點(diǎn)張量觀測方式，測量兩個(gè)相互正交的電場和磁場分量，接收大地電磁信號(hào)的頻率范圍為10 Hz～100 kHz。因此通過觀測不同頻率的電磁信號(hào)，可獲得不同深度的電性信息，結(jié)合已知地質(zhì)資料和地層情況，便可解譯目標(biāo)體的地質(zhì)特征。被廣泛應(yīng)用于工程勘察、地?zé)峥辈煲约暗V產(chǎn)勘察等方面，取得了較好的效果。本文就EH4電磁測深法在文麻高速公路水井灣隧道（K56+075～K58+665）勘探應(yīng)用中的實(shí)例進(jìn)行說明。

1 基本原理

EH4電磁成像系統(tǒng)具有自動(dòng)采集電磁數(shù)據(jù)的功能和先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析技術(shù)，是可控源音頻大地電磁法和大地電磁法的結(jié)合體，是一種全新概念的張量式電導(dǎo)率測量系統(tǒng)。它能夠同時(shí)采集天然場和人工場的信號(hào)并進(jìn)行先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析，能觀測到離地表幾米至1000多米內(nèi)的地質(zhì)斷面的電性變化信息，觀測天然場源（10 Hz～100 kHz）成像反應(yīng)出深部地質(zhì)信息；觀測人工場（500 Hz～100 kHz）對(duì)天然訊號(hào)的補(bǔ)償，提高分辨率，從而獲得更精準(zhǔn)的地質(zhì)信息[1-6]。

2 工作方法

本次隧道勘探使用的儀器為美國EMI和Geometrics公司聯(lián)合生產(chǎn)的EH-4電導(dǎo)率成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)是目前國際上一種先進(jìn)的高頻大地電磁儀系統(tǒng)。音頻大地電磁測深原理基于大地電磁測深法原理，由電磁波在介質(zhì)中傳播的特征可知，趨膚深度（即勘探深度）隨頻率的降低而增大。因此通過觀測不同頻率的電磁信號(hào)，可獲得不同深度的電性信息，結(jié)合已知地質(zhì)資料和地層情況，便可解譯目標(biāo)體的地質(zhì)特征。電極布極方式主要為“+”字形，野外采集布極示意見圖1。

圖1 EH-4野外采集布極示意圖

3 工區(qū)概況及地球物理特征

根據(jù)鉆探揭露及地表調(diào)繪，隧址區(qū)地層主要為第四系全新殘坡積層(Q4el+dl)、石炭系下統(tǒng)大塘組（C1d）灰?guī)r、泥盆系中統(tǒng)東崗嶺組（D2d）灰?guī)r、寒武系下統(tǒng)沖莊組（E1ch）千枚巖?，F(xiàn)由新至老將各層分述如下：

3.1 第四系全新統(tǒng)殘坡積層(Q4el+dl)

紅黏土：褐黃色、紅褐色，主要由黏粒組成，夾灰?guī)r碎屑、角礫；無搖振反應(yīng)，干強(qiáng)度高，韌性中等，切面稍有光澤，失水干裂。可塑-硬塑狀，土體多呈碎塊狀結(jié)構(gòu)，表層見植物根系。該層主要分布于隧址區(qū)進(jìn)出口斜坡底部谷地內(nèi)，少量分布于灰?guī)r溶蝕凹槽以及溶縫內(nèi)，一般厚度0m～3m。視電阻率約為20Ω·m～500Ω·m，表現(xiàn)為低阻電性層。

3.2 石炭系下統(tǒng)大塘組（C1d）灰?guī)r

中等風(fēng)化灰?guī)r：灰色，礦物成分主要為方解石，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，勘察期間僅揭露中等風(fēng)化帶，巖芯多呈柱狀，少量短柱狀及塊狀，局部可見寬2mm～6mm的溶蝕溶孔，內(nèi)多由泥質(zhì)充填，少量鈣質(zhì)充填，巖質(zhì)較堅(jiān)硬，錘擊聲較清脆。視電阻率約為500Ω·m～4000Ω·m，表現(xiàn)為中阻電性層。

3.3 泥盆系中統(tǒng)東崗嶺組（D2d）灰?guī)r

中等風(fēng)化灰?guī)r：灰色，礦物成分主要為方解石，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，勘察期間僅揭露中等風(fēng)化帶，巖芯多呈柱狀，少量短柱狀及塊狀，局部可見寬3mm～8mm的溶蝕溶孔，內(nèi)多由泥質(zhì)充填，少量鈣質(zhì)充填，巖質(zhì)較堅(jiān)硬，錘擊聲較清脆。視電阻率約為500Ω·m～4000Ω·m，表現(xiàn)為中阻電性層。

3.4 寒武系下統(tǒng)沖莊組（E1ch）千枚巖

千枚巖：地表所見有硅化現(xiàn)象。視電阻率約為5000Ω·m～15000Ω·m，表現(xiàn)為高阻電性層。

4 成果解譯

在物性斷面解釋中，我們參考已知地質(zhì)資料，分析了區(qū)域地質(zhì)特點(diǎn)，考慮到可能不利于隧道施工和安全的地質(zhì)現(xiàn)象，并研究了工區(qū)這些地質(zhì)現(xiàn)象在視電阻率斷面圖中的異常特征，得出了各地層電阻率值，從而進(jìn)一步分析各地層宏觀電阻率結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以及電性變化情況。地球物理解釋的基礎(chǔ)是依據(jù)音頻大地電磁法視電阻率斷面圖(如圖2所示)，結(jié)合地質(zhì)資料，并詳盡地分析野外實(shí)測原始曲線。

圖2 水井灣隧道視電阻率斷面圖

結(jié)合已知地質(zhì)資料和鉆孔，從音頻大地電磁法的解譯推斷圖(如圖3所示)，解譯如下：①地表視電阻率較低，普遍小于500Ω·m，推測為第四系覆蓋層及全風(fēng)化-強(qiáng)風(fēng)化層，埋深在5m～40m之間；②第四系覆蓋層及全風(fēng)化-強(qiáng)風(fēng)化層之下為基巖，基巖的視電阻率變化較大，視電阻率范圍一般在500Ω·m ～ 15000Ω·m之間，最高可達(dá)20000Ω·m以上。

圖3 水井灣隧道解譯推斷圖

在K56+075～K57+580里程段，埋深800m～1000m及K58+110～K58+665里程段，埋深800m～1250m，視電阻率值在5000Ω·m～15000Ω·m之間，呈中阻特征，結(jié)合地質(zhì)資料分析，推測為千枚巖。其余基巖推測為灰?guī)r；在K56+275～K56+400里程段，視電阻率等值線存在低阻凹陷，結(jié)合地質(zhì)資料分析，推測為斷裂構(gòu)造Fs1，該斷裂向小里程樁傾斜，視傾角約為45°；在K56+725～K56+875里程段，視電阻率等值線存在低阻凹陷，結(jié)合地質(zhì)資料分析，推測為斷裂構(gòu)造Fs2，該斷裂向小里程樁傾斜，視傾角約為45°；在K57+375～K57+575里程段，視電阻率等值線存在低阻凹陷，結(jié)合地質(zhì)資料分析，推測為斷裂構(gòu)造Fs3，該斷裂向小里程樁傾斜，視傾角約為45°；在K57+975～K58+175里程段，視電阻率等值線存在低阻凹陷，結(jié)合地質(zhì)資料分析，推測為斷裂構(gòu)造Fs4，該斷裂向小里程樁傾斜，視傾角約為60°,該斷裂處巖溶較發(fā)育；在K58+275～K58+425里程段，視電阻率等值線存在低阻凹陷，結(jié)合地質(zhì)資料分析，推測為斷裂構(gòu)造Fs5，該斷裂向小里程樁傾斜，視傾角約為60°，該斷裂處巖溶較發(fā)育；在K56+575～K56+775里程段，埋深950m～1200m位置存在一電阻率高值異常，結(jié)合地質(zhì)資料分析，推測為巖溶，此溶洞中未有充填物；在K56+875～K57+375里程段，埋深950m～1250m位置存在電阻率高值異常，視電阻率值為5000～1500Ω·m，結(jié)合地質(zhì)資料分析，推測為巖溶，此溶洞中未有充填物。

5 結(jié)語

（1）根據(jù)音頻大地電磁測深視電阻率斷面圖推測覆蓋層厚度為5～40m，變化幅度較大。同時(shí)發(fā)現(xiàn)了5處斷裂構(gòu)造，2處溶洞。

（2）根據(jù)音頻大地電磁法勘探成果，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）隧道硐室處存在斷裂構(gòu)造區(qū)、巖體破碎區(qū)，巖石完整程度較低，建議施工時(shí)加強(qiáng)防護(hù)，防止垮塌、掉落等危害。

（3）此次EH4電磁測深的勘探結(jié)果與實(shí)際地質(zhì)情況基本吻合，這說明該方法在該地區(qū)的應(yīng)用效果較顯著，這對(duì)今后的隧道勘探也具有重大的意義。