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EH4大地电磁测深法在长大深隧道勘察中的应用鄢毛毛江西省地矿局九0二地质大队 江西 新余 338000第一作者简介:鄢毛毛(1986年7月~),男,江西省临川县,物探工程师,主要从事物探勘查及项目管理工作㊂ʌ摘 要ɔ本文介绍了大地电磁测深的基本原理㊁野外工作方法及资料分析,并结合地质㊁钻孔等资料,成功解释出了隧道岩性分布和断层破碎带的位置,为隧道设计㊁施工提供了重要的地球物理依据,对后期的隧道开挖工作有较大的指导意义㊂ʌ关键词ɔ大地电磁;破碎带;隧道勘察ʌ中图分类号ɔU452.11 ʌ文献标识码ɔB ʌ文章编号ɔ2095-588X (2019)-03-0213-011 引言由美国大地电磁仪器商EMI 和Geometrics 公司联合研制生产的EH4是一种全新的物探方法,实现了天然信号源与人工信号源的采集和处理,具有探测深度大㊁设备轻㊁速度快㊁精度较高等特点,非常适合长大深埋隧道的勘探㊂本文以杭绍台高速某隧道及梅汕铁路某隧道为例,探讨EH4大地电磁测深法在隧道勘察中的应用㊂2 EH 4大地电磁法基本原理EH4勘探方法原理与传统MT 法一样,都是利用宇宙中的太阳风㊁雷电等入射到地球上的天然电磁场信号作为激发场源,又称一次场,垂直入射到大地介质中,由于电磁感应作用,地面电磁场的观测值将包含有地下介质电阻率分布的信息,根据观测的电阻率分布特征和当地地质条件,分析判断底层岩性和断层破碎带的分布㊂3 EH 4大地电磁法野外工作方法野外工作方法主要由观测点的位置㊁平行试验㊁电极的布置㊁磁棒布置㊁前置放大器布置㊁主机布置等几个关键环节组成㊂其中㊂观测点的位置是用高精度GPS 定位,利用罗盘仪指示布极方向,要求点位差小于0.5m ,方位差小于1ʎ㊂开展前一天一定要做平行试验,检查仪器是否工作正常,要求两个磁棒相隔2-3m ,平行放在地面㊂野外工作电极布置是采用四个电极,每两个电极组成一个电偶极子,为了方便对比监视电场信号,其长度都为25m (点距25m ),分别沿平行测线方向和垂直测向方向各布置一对电偶极子㊂磁棒离前置放大器应大于5m ,为消除人文干扰,两个磁棒要埋在地下至少5cm ,用罗盘定方向使其垂直,所有工作人员要求离开磁棒至少10m ㊂前置放大器要求布置在测点上,并远离磁棒至少15m ㊂主机要放置在远离前置放大器至少20m 的一个平台上㊂图1 EH 4野外工作布置示意图4 工程勘探实例4.1 隧道一4.1.1 工区概况 该隧道长约2.5km ,海拔高程在150m -550m 之间,地形相对高差约450m ,隧道最大埋深约300m ㊂在区内出露地层从老到新依次为侏罗系上统黄尖组流纹质凝灰岩;白垩系下统馆头组凝灰质砂岩;新第三系上新统嵊县组玄武岩㊁河湖相沉积层㊂4.1.2资料成果解释图2为该隧道洞身部分视电阻率剖面图里程ZK63+330~ZK63+370段存在一倾向小里程的低阻异常条带,整体呈漏斗状,异常从地表穿过隧道洞身,异常中心位置埋深约为150-220m ,推测为断裂破碎带F1㊂物探完成后,在ZK63+250附近布置钻孔ZK006,经验证,低阻异常条带为强风化含角砾凝灰质砂岩,岩石风化强烈,节理裂隙发育,岩芯呈碎块状,与推断结果基本吻合㊂里程ZK63+943~ZK63+993段存在一大面积低阻异常区,并向深处延伸,与两侧相对高阻区有较为明显的线状界线,推测为含水断层破碎带F2㊂物探完成后,在ZK63+850附近布置钻孔ZK007,经验证,大面积低阻异常区为强风化凝灰质砂岩,节理裂隙发育,为一承压含水体,并见钻孔漏水现象,与推断结果基本吻合㊂图2 隧道一EH 4电阻率剖面图4.2 隧道二4.2.1 工区概况 该隧道全长约10.5km ,海拔高程在350m-850m 之间,地形相对高差约500m ,隧道最大埋深约600m ㊂在区内位于于坪上断裂与潘田断裂西南部所夹部位的中间部位,属粤东沿海大埔-惠来构造岩浆带,地层出露岩性主要为凝灰岩㊂4.2.2 资料成果解释 图3为该隧道洞身部分视电阻率剖面图,根据电阻率等值线的分布特征,在里程DK42+405处附近,视电阻率横向呈明显变化,小里程方向视电阻率高,大里程方向视电阻率低,向大里程方向倾斜,推测为岩性接触带F1;在里程DK42+445处附近存在一相对低阻条带,推测为断裂破碎带F2,其向大里程方向倾斜,整体视电阻率由低到高平稳分布,但在F1处往大里程方向视电阻率较低,推测由岩性变化所致㊂图3 隧道二EH 4电阻率剖面图5 结束语EH4大地电磁测深法在探测岩性分界㊁断裂破碎带㊁富水构造等方面起到了较好的效果,且受地形的影响较小,野外作业方便㊂由于EH4对于地表浅部的解释精度较差,建议结合其他物探手段,并用少量钻孔验证㊂参考文献[1] 付良魁.应用地球物理教程-电法.地质出版社[2] 曹哲明,音频大地电磁法在宜万铁路隧道勘察中的应用效果[J ].隧道勘察.2004.(1):53-541312 探索科学 2019年3月 科学与探讨。
矿山地质构造探测中大地电磁测深法的应用谭成摘要：我国的经济发展与工业发展水平有很大的关系，而矿产资源作为工业发展的主要原料，受到国家和社会的高度重视。
因此，近年来由于相关技术和设备的不断优化，地质勘测水平逐年提高。
其中，在矿山地质构造探测中，通过应用大地电磁测深法可以取得较好的效果。
关键词：地质构造；大地电磁测深法；应用分析引言物探技术的发展与技术和设备的应用有直接关系，由于机械制造技术以及电磁波等技术的发展，相关的技术得到较快发展，设备也正在更新换代。
尤其是，大地电磁测深法已经相对成熟，该方法由于包含较多的信息量，并且装置相对简单，携带非常方便，在地质结构勘测的过程中，具有非常好的应用前景。
1、矿山地质概况1.1矿层分析某某矿区位于华北地区的边缘地带，北部为燕山山脉的东段，南部为华北平原北端的冲击平原，东临渤海。
通过对矿区的分析，发现基岩部分裸露，通过进一步的研究分析，发现露出的矿层是太古界、下元古界、燕山期矿体及元古界矿体，整个矿区处于中朝准地台（Ⅰ级）、燕山台褶带（Ⅱ级）、山海关台拱（Ⅲ）构造单内，该地域处于燕山构造带的东端，属于华北地带的北部边缘。
1.2物理特征分析通过探测发现，第四系冲洪积属于低阻矿层，具体的参数在400Ω·m以下，对于太古界的电阻率而言,电阻率在500Ω·m~2000Ω·m之间。
矿区内矿体的类型相对复杂，包括基性、中性、酸性、碱性等，电阻率的数值在3000以上。
太古界与第四系电性在研究过程中发现为低阻。
而燕山期的矿体主要表现为高电阻的电性特征，在本次探测中主要是通过对矿体的电性特征进行研究，从而进行相应的区别和分辨。
2、探测中使用到的设备在正式使用电磁测深法施工之前，需要对 MTU-5 主机、磁棒进行标定，标定通过之后，需要及时投入使用并做好野外试验。
野外仪器试验的设备包括发射机、MTU-5 主机和磁棒的稳定性检测；并做好三个磁棒的一致性检测。
大地电磁在隧道探测中的应用
为查明隧道地下地质构造情况，文章基于麦克斯维方程组原理，了解了大地高频电磁场特征和EH4电测深系统工作方法，结合西南某隧道低电阻层段和高电阻层段的地电断面实例，讨论分析了大地电磁法在隧道勘探中的应用。
结果表明，大地电磁法在岩性划分，断层、破碎带识别及含水层分析方面具有良好的应用效果，表明大地电磁法在隧道探测中具有可靠性和实用性。
标签：隧道；大地电磁法；EH4
1 高频大地电磁测深原理
1.1 麦克斯维方程组
电磁法勘探的基本方程是麦克斯维方程组：
（1）
式中E为电场强度；B为磁感应强度；D为电通量密度；H为磁场矢量，？塄为哈密顿算符。
1.2 EH4电磁测深系统介绍
1.2.1 EH4电磁测深系统特征
EH4工作频率范围在0.1Hz-100KHz之间，属于高频电磁测深频带范围。
EH4系统在勘探中有许多优点，具体表现为：（1）EH4电磁测深系统提供二维张量测量与处理、解释；（2）提供探测区外的场源，为某些频段信号差提供重要参考数据；（3）EH4电磁测深系统适用各种地形，采集数据效率高。
1.2.2 EH4电磁测深系统工作方法
EH4电磁测深系统工作首先是从野外采集电磁场数据（Ex、Ey、Hx、Hy），进而进行去噪、信号加强等处理，然后通过二次处理输出相应数据。
根据EH4工作方法可以看出，其剖面测线的选择很灵活，测线布设不一定走直线，这大大提高了勘探效率。
2 大地电磁在隧道探测中的应用
2.1 工区概况
西南某公路隧道大部分地势比较平缓，但局部地区较陡，海拔高差在400米左右。
自上而下的地层包括第四系的卵砾石、黏土等松散岩土层，侏罗系自流
井组砂、泥岩，三叠系须家河组含煤砂、泥岩；雷口坡组石灰岩等。
从电性特征来看工区完整的岩体与软弱岩体、破碎岩体存在着明显的电性差异，这为大地电磁测深勘探提供了前提保障。
2.2 测线布设
从勘探目的来看，隧道中开展大地电磁法主要是为了查明地下一定深度范围内的岩性，并划分地层界线，判断地下断层、破碎带发育情况和分布位置。
因此测线沿隧道中线布设，电极距为20米，测点距为20米。
2.3 资料处理解释
2.3.1 EH4资料处理与解释流程
（1）资料处理。
为保证解释数据定性、定量解释的真实可靠，需要对外业采集的原始资料进行预处理，包括极化判别、静态效应校正、视电阻率曲线编辑等。
（2）定性分析。
定性分析的内容包括曲线类型分析、参数分析、相位分析等。
（3）资料反演。
主要的反演方法包括Bostick反演、一维连续介质反演、二维连续介质反演。
（4）结合地质、钻探、测井等资料，综合解释地下地质构造情况，并绘制电学地质断面图，提供综合解释成果。
2.4 应用分析
2.4.1 低阻层断面分析
图1为隧道低阻层段的大地电磁测深综合解释成果图。
从图1可以看出，红色直线代表隧道洞身的位置，该解释剖面位于隧道进口段，地形起伏较大，埋深较浅。
从电阻率断面图可以看出，整体电阻率值都偏低，说明岩体总体比较软，并且破碎。
在岩体极破碎位置或岩溶发育的位置，出现明显的低阻团块和等值线下凹畸变。
地表和近地表覆盖层电阻率非常低，说明岩土层非常疏松，含水性高，在施工过程中应注意涌水、塌方等地质灾害。
2.4.2 高阻层断面分析
图2为隧道高阻层段的大地电磁测深综合解释成果图。
从图2可以看出该测线段位于隧道中深部地段，电阻率没有明显的低值，电阻率相对比较高，说明此段岩体比较完整，以下部老地层基岩为主。
低电阻率层以地表和近地表的覆盖层为主。
3 结束语
文章从电磁场原理出发，讨论了高频大地电磁场的特征和EH4系统的工作
方法，并结合实际大地电磁资料，分析了隧道低阻层段和高阻层段的电性断面。
应用结果表明，大地电磁法在隧道探测中具有良好的可行性和有效性。
参考文献
[1]刘国栋，赵国泽.大地电磁法新进展[J].地球科学进展，1994，9（4）：97-100.
[2]刘国栋.我国大地电磁测深的发展[J].地球物理学报，1994，37（增刊1）：301-310.
[3]金长明.Stratagem TM EH4系统电导率成像系统的研究与应用[J]. 西部探矿工程，2003（5）：45-47.。
