甘肃黄土地区EH4探测报告.docVIP

1 任务目的要求 1.1 工作目的和要求 在秦安地表采用高频大地电磁测深法进行勘查，主要目的是查明隧道通过地段的构造及不良地质体的性质、规模及发育分布规律。 2 地形地质概况及地球物理特征 2.1地形地貌 测区位于陇中黄土高原西部梁、峁、沟壑区，地势西北高，东南低，最高峰为鹿鹿山，海拔2350.8m，一般地势海拔1500m，相对高差为200余米，黄土梁、黄土峁、黄土喀斯特等黄土地貌发育。区域内新生代地层极为发育，第四系、第三系约占地表面积的95%以上，下覆下震旦系（Z）变质岩地层。沿线不良地质与特殊岩土、地质构造发育，水文地质条件较复杂。 2.2 地球物理特征 高频大地电磁测深法（EH4），是以视电阻率的差异来区分岩性及构造体的电性参数，根据电阻率量值的大小以及在地下的展布形式来识别地下地质体的空间分布及其状态和性质。影响视电阻率的主要因素有矿物成分，岩石结构，岩层构造，含水情况等许多情况。 本次测区通过的岩层主要岩性为火山岩、千枚岩、片岩、板岩、变质砂岩、黄土等。一般而言，较完整的岩石表现为高阻特征；破碎且含水岩石视电阻率较低。 3 野外工作 3.1 测线布置 测线测点间距为25～50m，现场采用手持GPS定位。 3.2 方法原理及仪器工作方法 3.2.1 高频大地电磁测深法方法原理 本次勘探是采用上世纪九十年代由美国EMI公司和Geometrics公司联合推出的新一代电磁仪——EH－4型StrataGem电磁系统，能观测到离地表几米至1000米内的地质断面的电性变化信息，基于对断面电性信息的分析研究，可以应用于地下水研究、环境监测、矿产与地热勘察，以及工程地质调查等。该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。 (1) (2) (3) 式中f是频率，单位是Hz，是电阻率（），E是电场强度（mv/km），H是磁场强度（nT）,是电场相位，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（） (4) 由（4）式可知，趋肤深度（）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EH－4观测系统的简单的方法原理。 一般情况下，大地是非均匀的，波阻抗是空间坐标的函数，此时必须用张量阻抗来描述。此外，大地电性分布的不均匀性，会引起电场的梯度变化，由此又产生磁场的垂直分量。进一步的讨论将会涉及较深的电磁场理论和张量分析等内容，其知识已超出本课题的研究内容。在解决一般性的工程地质调查中，作标量或张量观测即可。 StrataGem电磁系统野外工作有两种工作方式：一种是单点测深，另一种是连续剖面测深，选用何种方式由研究任务确定。该系统通常采用天然场源，只有在天然场信号很弱或者根本没有信号的频点上，才使用人工场源，用以改进数据质量，提高数据信噪比。StrataGem电磁系统可以在10Hz至92KHz的宽频范围内采集数据，为确保数据质量与工作实效，上述频带又分成三个频组： 一频组：10Hz－1KHz 二频组：500Hz－3KHz 三频组：750Hz－92KHz 具体观测中使用哪几个频率组，可视情况灵活掌握。在野外能实时获得的Hy、Ex、Hx、Ey振幅，ΦHy、ΦEx、ΦHx、ΦEy相位，一维反演和二维电阻率成象结果。在室内数据处理后，可获得二维正、反演结果等。 3.2.2 EH-4系统野外工作方法与技术 （1）平行试验： 在开展工作的前一天做平行试验，检测仪器是否工作正常，两个磁棒相隔5米远，平行放在地面，两个电偶极子也平行。观测电场、磁场通道的时间序列信号，如图1所示，分别为低频和高频段磁场、电场信号波形图，从图中可以看出，两个方向通道的波形形态和强度均基本一致，说明仪器工作正常。 （a）低频段