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综合物探在隧道勘察中的应用 彭湘桂1姚远2邹桂高1 (1．中航勘察设计研究院有限公司，北京，100098；2．中国冶金地质总局矿产资源研究院，北京，100025) 摘要：铁路线路、油气管道在山区大多通过隧道穿越，对隧道的勘察往往通过效率高的物探手段来实现，结合地质测绘和 钻孔资料，能极大的提高勘察效率、精度和准确度，从而为设计提供一手资料。本文通过实例说明综合物探在铁路线路、 油气管道隧道前期勘察中的应用。 关键词：音频大地电磁法、高密度电法、地震折射层析成像、综合物探、地质测绘 0前言 物探是通过观测和研究各种地球物理场(如电场、磁场、重力场等)的变化来解决地质问题的一种 勘察方法【1]，每一种物探方法都有其适用性和局限性。铁路线路、油气管道在山区往往都通过隧道穿越， 具有勘探深度深、基岩面变化大、地层含水情况复杂等特点。这要求我们针对隧道勘察的特点，综合应 用不同物探方法结合地质测绘有针对性的进行勘察[2】。本文提出了采用音频大地电磁法(EH4)、高密度 电法及地震折射层析成像技术进行工程地质勘察的综合物探技术，查明隧道穿越山体的构造断裂、地层 破碎情况。通过工程实例表明，综合物探测试结果能够满足隧道勘察的工程地质要求，是一种快速、经 济并行之有效的方法。 1物探方法原理 1．1 音频大地电磁法 音频大地电磁法(EH4)是近20年迅速发展的一种电磁勘探技术，其采集的信号频率范围大致在10～ 100kHz之间，从而可以勘探地下数米至上千米范围内的地电信息【3】。通过同时对一系列当地电场和磁场 的波动测量来获得地表的电阻抗，这些电阻抗资料经过傅里叶变换后以能谱存储起来，通过能谱值计算 出来的表面阻抗是一个复杂的频率函数，在这个频率函数中，高频数据受到浅部或附近地质体的影响， 而低频部分数据受到深部或远处地质体的影响，通过改变观测频率获得不同深度的电磁场资料。 EH4大地电磁系统适用于各种不同的地质条件和比较恶劣的野外环境。其方法原理与传统的MT法 一样，它是利用宇宙中的太阳风、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， 该一次场是平面电磁波，垂直入射到大地介质中，由电磁场理论可知，大地介质中将会产生感应电磁场， 此感应电磁场与一次场是同频率的，引入波阻抗z。在均匀大地和水平层状大地情况下，波阻抗是电场E 和磁场H的水平分量的比值。 z酱玎旷训 p砂=；17Iz叫12=15厂1日egy12 (2) 714 工程勘察 GeotechnicalInvestigation＆Surveying 2014年增刊第1期 艮=古IzFl2=古I惫12 (3) 是电场相位，譬k是磁场相位，单位是mrad。必须提出的是，此时的E与H，应理解为一次场和感应场 的空间张量叠加后的综合场，简称总场。在电磁理论中，把电磁场(E、H)在大地中传播时，其振幅衰 减到初始值1／e时的深度，定义为穿透深度或趋肤深度(D) ／-go 万=503 J二 ＼『f (4) 由(4)式可知，趋肤深度(D)将随电阻率(∥)和频率(f)变化，测量是在和地下研究深度相 对应的频带上进行的。一般来说，频率较高的数据反映浅部的电性特征，频率较低的数据反映较深的地 层特征。因此，在一个宽频带上观测电场和磁场信息，并由此计算出视电阻率和相位。可确定出大地的 地电特征和地下构造，这就是EH4观测系统的简单的方法原理。 1．2高密度电法 电法勘探是以地层岩性的电阻率差异为基础，通过电极向地下供电形成人工电场，其电场的分布与 地下岩土介质的电阻率分布密切相关，通过对地表不同部位人工电场的测量，获得地下介质电阻率的分 布规律，根据岩土介质视电阻率的分布推断解释地下地质结构。该方法尤其是对围