■黃啟璋
(廣東省核工業(yè)地質(zhì)局二九三大隊(duì)廣東廣州 510800)
EH4電磁成像系統(tǒng)在高速公路隧道勘查中的應(yīng)用
■黃啟璋
(廣東省核工業(yè)地質(zhì)局二九三大隊(duì)廣東廣州 510800)
該文介紹了EH4電磁成像系統(tǒng)的原理、野外工作方法和資料處理,并將該方法應(yīng)用于某高速公路隧道的前期勘查中,收到了較好的效果,表明EH4電磁成像系統(tǒng)在高速公路隧道勘查中比較實(shí)用。
EH4 電磁成像系統(tǒng) 高速公路 破碎帶
EH4電磁成像系統(tǒng)是由美國EMI公司和Geometrics公司聯(lián)合研制,被廣泛應(yīng)用于地下水、礦產(chǎn)、地?zé)嵋约肮こ痰刭|(zhì)調(diào)查等方面,并取得了較好的效果。EH4電磁成像系統(tǒng)在某隧道的前期勘查中的應(yīng)用,取得了較好效果。
EH4電磁成像系統(tǒng)(簡稱EH4)既可以用天然場的大地電磁信號,又可以使用人工場源的電磁信號,以此來獲得測量點(diǎn)下的電性結(jié)構(gòu)。
根據(jù)電磁場與地下介質(zhì)電阻率之間的關(guān)系,由垂直入射地面的平面電磁波在均勻大地介質(zhì)中時,通過測量相互正交的電場分量和磁場分量,利用式(1)和(2)可確定介質(zhì)的電阻率;若介質(zhì)為非均勻時,則計(jì)算的電阻率為視電阻率。
式中f是頻率,Hz;ρ是電阻率,Ω·m;E是電場強(qiáng)度,mv/km;H是磁場強(qiáng)度,nT。由此計(jì)算出不同頻率下的卡尼亞視電阻率和相位,可以確定地下巖層的電性結(jié)構(gòu)和地質(zhì)構(gòu)造。
電磁波在大地介質(zhì)中的穿透深度或趨膚深度(δ)與頻率有關(guān),可由式(3)表示:
由上式可知,頻率較高的數(shù)據(jù)反映淺部介質(zhì)的電性特征,頻率較低的數(shù)據(jù)反映深部介質(zhì)的電性特征。因此,通過研究地表采集的電場和磁場信息,并由此計(jì)算出電阻率和相位,可反演出地下不同深度介質(zhì)的電性特征,這就是EH4觀測系統(tǒng)的方法原理。
EH4電磁成像系統(tǒng)野外測量多采用剖面法。野外數(shù)據(jù)采集時,以測線方向?yàn)閤軸,垂直測線方向?yàn)閥軸,采用“十”字形方式布極(見圖1)。
圖1 EH4電磁成像系統(tǒng)野外工作布置圖
4.1 工區(qū)概況
某隧道隧址區(qū)屬于侵蝕低山丘陵區(qū)地貌,本次勘探的目的是查明隧道周圍的破碎帶、巖溶區(qū)發(fā)育情況,為安全施工提供必要的物探依據(jù)。
某隧道隧道場的地層結(jié)構(gòu)由新到老的順序依次為:第四系全新統(tǒng)(Qh),志留系下統(tǒng)(S1)薄層夾中厚層的砂質(zhì)頁巖和砂巖,奧陶系中、上統(tǒng)(O2+3)灰綠、紫紅色中厚層、厚層瘤狀泥灰?guī)r,奧陶系下同(O1)灰色中厚層、厚層灰?guī)r,寒武系上統(tǒng)()薄層~中厚層灰色白云質(zhì)灰?guī)r。
從電性角度看,第四系覆蓋層粘土電阻率最低,大約幾十Ω· m;寒武系地層中,巖溶或溶蝕強(qiáng)烈發(fā)育一般由于富水或充填低阻粘土等物質(zhì)表現(xiàn)為中低阻特征,通常為n×10~n×102Ω·m;而完整的灰質(zhì)泥巖電阻率約為n×103Ω·m,較第四系覆蓋層、含水構(gòu)造帶和巖溶發(fā)育區(qū)的電阻率高約10倍以上。由此可見,該區(qū)具備開展電磁探測的地球物理前提。
4.2 資料解釋
根據(jù)EH4的探測資料,結(jié)合地質(zhì)條件和巖石的物性參數(shù),可以推斷出各類不良地質(zhì)現(xiàn)象的空間分布特征。
圖2 某隧道EH4大地電磁測深電阻率等值線斷面圖
如圖2所示,從該隧道EH4大地電磁測深電阻率等值線斷面圖上可以看到:測區(qū)內(nèi)的視電阻率局部較低,一般在n×10~1000 Ω·m;有明顯的“V”或“U”字型、橢圓形或圓形低阻異常特征。
低阻異常Ⅰ位于點(diǎn)號160~300號點(diǎn)、標(biāo)高760~640之間,推測該低阻異常由裂隙發(fā)育引起的;低阻異常Ⅱ位于點(diǎn)號440~500號點(diǎn)、標(biāo)高740~680之間,異常大號里程方向未閉合,推測該低阻異常為巖溶引起,主要表現(xiàn)為溶蝕裂隙;在點(diǎn)號460附近電阻率等值線斜率出現(xiàn)畸變,推測為破碎帶(F1)引起,F(xiàn)1向大號點(diǎn)方向傾斜。破碎帶周圍局部巖溶裂隙發(fā)育。
通過利用EH4電磁成像系統(tǒng)在某高速公路隧道勘查中的應(yīng)用,可以說明在復(fù)雜地形地質(zhì)條件下EH4電磁成像系統(tǒng)能夠取得較好的勘查效果,可對灰?guī)r地區(qū)的高速公路隧道的巖溶洞及斷裂構(gòu)造的賦存進(jìn)行超前的宏觀預(yù)測。
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P62[文獻(xiàn)碼]B
1000-405X(2016)-5-336-1