陈永飞 李 振

（江西省地质局有色地质大队，江西 赣州 341000）

0 引言

随着交通工程建设的增多，隧道建设工程出现突水突泥塌方事故，造成重大安全事故，产生巨大的经济损失；朱捷等人[1]对隧道坍塌的主要因素进行了归类，分为地质条件、设计因素、施工因素三大类，各影响因素的统计概率分别为57.8%、10.9%、31.3%，其中设计因素及施工因素也跟地质条件的不明有关。软岩、岩溶发育、断层破碎带等不良地质体及地下水发育是这些事故发生的重要原因。隧道周围不良地质体分布情况对隧道的设计路由方案的比选有重要的参考意义。

EH4连续电导率剖面仪具有探测深度大、分辨率高、设备轻便、探测效率高等特点，并能实时显示时间序列、功率谱图像，有利于专业人士在野外现场快速进行数据质量的判断，一般情况下，完成一个1000m深度的电磁测深点，只需要15min。杨春利等人[2]使用EH4用于探测煤矿区中的采空区和富水区，曾玉娇等[3]使用EH4用于探测铅锌矿矿体，李维群等[4]采用EH4用于探测堤坝渗漏，均取得了很好的效果。该文通过EH4进行对隧道沿线地质情况进行AMT测量，为隧道设计路由选择提供基础数据及资料。

1 方法原理

大地电磁测深（MT）与电测深原理不同，它是把天然交变电磁场作为场源，交变电磁场由于有电磁感应作用，当电磁波在地下介质中传播时，地面电磁场的测量值将包括地下介质电阻率分布信息[5]。根据电磁波传播理论、亥姆霍兹方程推导可得视电阻率ρ如公式（1）所示。

式中：ρ的单位是Ω·m；E为电场强度，mV/km；H为磁场强度，nT。

电磁场在地下介质中传播时，电磁场的振幅将随深度而减小，当衰减到初始值1/e时，此时电磁波传播的距离为趋肤深度δ（单位m），如公式（2）所示。

趋肤深度δ与频率的平方根成反比，与地下介质的电阻率的平方根成正比。由公式（2）不难看出，当介质的电阻率一定时，工作频率越高，探测深度越小，工作频率越低，探测深度越大，所以在一个频带上从高频到低频测量不同频点上的电场和磁场，即可计算出电阻率和相位沿深度的变化规律，从而判定该点一定体积范围内地下介质结构情况，这就是大地电磁测深（MT）的基本原理，AMT使用的频段为音频频段。本次AMT测量采用的仪器为EH4连续电导率剖面仪。测量频段为10Hz～100kHz，其探测深度大致在10m～800m。

2 勘查区概况

南雅隧道位于浙江省温州市鹿城区藤桥镇，隧道起于K16+300，止于K18+400，全长2100m，最大埋深380m；勘查区内植被茂密，浮土覆盖后，地表露头少，区内出露的地层主要有第四系、侏罗系凝灰岩及流纹斑岩；区域构造主要有两条大断裂，一是温州—镇海大断裂，走向25°，由一系列北北东向及北东向断裂组成宽达1km～10km的断裂带；二是淳安—温州大断裂，走向310°～320°，断裂中有石英脉、花岗斑岩脉充填。第四系电阻率值范围n～n×102Ω·m；侏罗系凝灰岩及流纹斑岩电阻率值范围n×103～n×105Ω·m；断裂构造岩石破碎裂隙发育，多被水或泥质物质充填，通常反应为明显的低阻异常。

为查明隧道岩性分界线位置、断层破碎带宽度及产状、节理密集带宽度，围岩完整程度及裂隙的发育情况，为隧道施工提供依据。隧道右线布设测线，并在K16+980、K17+700、K18+180位置布设了三条垂直于隧道的横向测线，长度分布为1575m、1175m、800m。

3 数据采集与处理

3.1 数据采集

大地电磁测深的理论基础之一是将垂直入射大地的电磁波（平面波）作为场源，一般说来，信号可以分为近区信号与远区信号，如高压线、电网等都属于典型的近场源，而雷电则属于远区信号，远区信号有助于对EH4的数据采集，而近场源电磁波不符合平面波模式，则形成干扰。实际采集中应注意干扰的影响。仪器在开展正式工作之前应检测仪器是否工作正常，采用平行试验方法检验，两个磁棒相隔距离应大于5m，挖坑平行埋入土中（不受风、震动等影响），两个电偶极子方向也平行布设，磁棒方向与电偶极子方向相互垂直。布设完成后采集低频和高频电磁信号，采集过程中观察电场和磁场通道的时间序列信号波形图，两个电场通道之间和两个磁场通道之间的波形和强度应基本一致，测量结束后显示出来的视电阻率、相位、相干度、真电阻率图形应基本重合，此时才能说明仪器工作正常。

测线方向为X方向，Y方向垂直于测线方向，EH4测量系统野外布置电极布设采用“十”字形，地形无法满足时采用“L”或“T”型，两个电偶极子方向必须保证垂直，磁棒方向与对应电偶极子方向布设一致并水平埋入土中。小电极距可以提高分辨率，但不是越小越好，电极距太小信噪比太低且易受干扰，本次电极距为25m；测点采用RTK放样，X、Y方向用地质罗盘定向，误差小于2°；电偶极子长度用测绳测量，误差小于0.5m。

野外采集数据的质量是室内解译的基础，如果数据质量不高，再好的处理技术均无法发挥出作用。EH4连续电导率剖面仪对环境要求较高，风动、电力、噪声会对其产生影响，野外作业应实时观测时间序列、功率谱图像，如有异常应及时排除；每个测点测量完成后检查视电阻率、相位、想干度、视电阻率测深曲线，跳点和异常频点太多应重新测量。

3.2 数据处理

资料处理应按照由已知到未知、由定性到定量的原则。充分收集测区已有地质成果，在了解研究区基本地质规律的基础上来指导音频大地电磁测深勘察的成果。同时，对区内测点测深曲线进行分析，建立地质模型，对测区构造特征建立整体认识。在定性认识的基础上进行定量化的解释。

数据检查无误后用IMAGEM软件进行编辑，删除跳点和异常频点，然后导出DAT格式数据使用SURFER成图。这里特别注意的是圆滑系数的选择，如果取值过大，那么数据拟合度太小、模型较平滑，会滤掉某些地质信息；取值过小会导致数据拟合度太高，模型较粗糙，有可能引入假的地质信息。实际应用是使用不同圆滑系数成图，与地质资料进行对比，本次数据处理过程中最终采用的圆滑系数为0.3，反演电阻率断面图分层明显，能反映本区的地质结构。IMAGEM软件导出的成图数据，并不包括地形数据，所以应加入地形数据进行地形改正，再使用SURFER成图。

4 资料解译

4.1 解译标志

测区出露的地层主要为凝灰岩和流纹岩等火成岩，完整层状地层电阻率较高，当有断裂构造的存在时，地层的连续性遭受破坏，岩石破碎且多被水或泥质物质充填，造成电阻率的降低，电磁场的连续稳定性被破坏，使电位场发生畸变，通常反应为明显的低阻异常。本次资料解释推断将根据上述原则进行。

断裂构造推断标志如下：1）在视电阻率断面图上，定向延深的低阻带或等值线梯级带，是地质体在垂直断层走向上剧烈变化的地带，为断层的反应；2）在电阻率断面等值线图上，等值线呈“U”字型或“V”字型低阻区，是地质体遭受作用力破碎、泥质充填或冲水地带，为断层的反应；3）在电阻率断面图上，等值线同步扭曲、线性异常被错断、转折是平推断层的反映。

4.2 解译结果

4.2.1 南雅隧道

以南雅隧道存在4处断裂，如图2所示：1）地表里程K16+850附近电阻率出现条带凹状相对低阻异常，推断为断层F1的电性特征反映，推测该断层产状较陡，受该断层影响，推测K16+800～K16+900段围岩相对较破碎；2）地表里程K17+250附近电阻率出现条带凹状相对低阻异常，推断为断层F2的电性特征反映，推测该断层产状较陡，受该断层影响，推测K17+200～K17+275段围岩相对较破碎；3）地表里程K17+475附近电阻率出现条带凹状相对低阻异常，推断为断层F3的电性特征反映，推测该断层倾向大里程方向，受该断层影响，推测K17+450～K17+525段围岩相对较破碎；4）地表里程K17+975附近电阻率出现条带凹状相对低阻异常，推断为断层F4的电性特征反映，推测该断层产状较陡，受该断层影响，推测K17+950～K18+000段围岩相对较破碎。

4.2.2 南雅隧道备选路线

测线位于K10+400～K12+175，推断测线存在5条断裂，1处破碎带，如图3所示：1）地表里程K10+750附近电阻率出现条带凹状相对低阻异常，推断为断层F2的电性特征反映，推测该断层产状较陡。2）地表里程K10+975附近电阻率出现条带凹状相对低阻异常，推断为断层F3的电性特征反映，推测该断层产状较陡。3）地表里程K11+200和K11+525～K11+775附近电阻率出现条带凹状相对低阻异常，结合地质资料推断为环状断层F5的电性特征反映，推测该断层倾向大里程方向，受该断层影响，推测K11+150～K11+250和K11+525～K11+775段围岩相对较破碎。4）地表里程K11+575附近电阻率出现地阻异常，推测围岩相对较破碎。5）地表里程K12+050附近电阻率出现条带凹状相对低阻异常，推断为断层F4的电性特征反映，推测该断层产状较陡，受该断层影响，推测K11+950～K12+050段围岩相对较破碎。

5 结论

通过本次物探工作，南雅隧道共发现了5条隐伏构造，1处围岩破碎带，查明隧道段的地层电性剖面分布特征，可为综合分析地层展布及岩体完整性提供依据。一般情况下，视电阻率等值线变化平缓，反映了地层岩性变化平缓；反之，视电阻率等值线的不规则变化、剧烈变化，也在很大程度上反映了地层岩性的不规则变化和剧烈变化。

由于野外地质情况的复杂性和物探方法有局限性，因此解释结果与实际情况会有一定差异。在电法工作中，因地形、覆盖层、地层含水情况等的剧烈变化，也可能导致解释结果与实际情况存在偏差。电性断面结果为一定深度介质电性的综合反映，解释结果与钻探结果可能存在一定差异，物探推测异常应结合钻探、测绘资料进一步核实确定。