简春勇+孙俊飞

摘 要：本文介绍了EH4电磁成像系统的原理，通过西藏隧道的应用实例说明该方法在青藏高原地区，结合地质、钻探等手段对隧道基岩风化强度、断裂破碎带的划分具有较好效果。

关键词：EH4；隧道；勘察

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.13.084

“十三五”规划提出加快西部基础设施建设要以公路建设为重点，加快完善铁路、公路骨架网络。青藏高原基础设施建设相对滞后，在今后规划中是重点项目。在隧道工程勘察中需查明是否存在断裂破碎带及将基岩的风化强度进行划分，多采用EH4电磁成像系统进行勘察。

1 EH4电磁成像系统的原理

EH4电磁成像系统是一种双源型电磁系统，主要探测1000米以内的电磁场分布规律和特征具有明显的效果。它利用大地电磁的测量原理，配置特殊人工电磁波发射源。这种发射源的天线是一对十字交叉的天线，组成X、Y两个方向的磁偶极子，发射率从500Hz到100KHz，专门用来弥补大地电磁场的寂静区和几百赫兹附近的人文电磁干扰谐波。仪器用反馈式高灵敏度低噪音磁棒和特制的电极，分别接收X、Y两个方向的磁场和电场。由18位高分辨率多通道全功能数据采集、处理一体机完成所有的数据合成。其有效勘探深度为几十米至一千米左右，能满足大部分隧道的勘探深度。

根据以Maxwell方程组为核心的大地电磁理论，若将地表天然电场与磁场分量的比值定义为地表波阻抗，那么在均匀大地背景下，此阻抗与入射场极化无关，只与大地电阻率以及电磁场的频率有关：

对于水平分层的大地，上述表达式仍然适用。但用它计算得到的电阻率为视电阻率，而且随频率的改变而变化，因为电磁波的大地穿透深度或趋肤深度与频率有关。

EH4电磁成像系统的原理：趋肤深度取决于大地电阻率和使用的信号频率。电阻率减小或频率增高，趋肤深度变浅；反之，电阻率增大或频率降低，趋肤深度加大。如果大地电阻率结构一定，改变信号频率便可得到连续的垂直深度。趋肤深度并不代表实际的有效勘探深度，其有效勘探深度与现场的地质情况有关[1]。

2 应用实例

西藏某勘探隧道全长3152m，按隧道分类属特长隧道，隧道洞底最大埋深约820m，总体地势为两端低，中间段高，地形地质构造复杂。地表植被主要为西藏狼牙刺和禾草。区内构造总体属于雅鲁藏布江深大断裂带及影响范围内，受雅鲁藏布江深大断裂控制。实地踏勘，隧道穿越地段地层岩性主要为花岗闪长岩和板岩。工作时在K1+236（TKQ21）和K3+152（TKQ27）两处钻孔已接近尾声。TKQ21孔0m～83m为全风化花岗闪长岩，83m～184m为中风化花岗闪长岩；TKQ27孔0m～118m为全风化板岩，118m～369m为中风化板岩。以钻孔划分基岩风化层界面所对应的EH4电磁成像系统测量所得电阻率ρs为参考值，来确定勘测区花岗闪长岩和板岩的各风化层的电阻率ρs的范围（见表1），因钻孔深度未达到弱风化层无法参照，弱风化层电阻率ρs的范围以经验数据判断。从而以表1为参照，解释其他未知复杂地段的基岩风化层界面的划分。

对照表1分析可得，花岗闪长岩视电阻率大于板岩视电阻率，自左而右，花岗闪长岩和板岩界面明显，界面为地表K2+690处，倾向小里程方向，近直立，与地质调绘结果基本吻合；自上而下，地电层位明显，风化层界面清晰，隧道洞身穿越花岗闪长岩地层ρs值基本上在大于1500Ω·m以上的中风化层（隧道入口段）或5 000Ω·m以上的弱风化层（隧道入中段）中。隧道洞身穿越板岩地层ρs值基本上在大于250Ω·m以上的中风化层（隧道出口段）中。在地表K1+660处，有一明显相对低阻条带异常，推断为雅鲁藏布江深大断裂带的衍生逆断层F1，倾向小里程方向，倾向较陡，约为70°，后经钻探验证确认为宽度约30m的逆断层。

3 結束语

通过以上两个隧道的EH4电磁成像系统应用分析，有以下几点认识：

EH4电磁成像系统在青藏高原地区，结合地质、钻探等手段对隧道基岩风化强度、断裂破碎带的划分具有较好效果；在查明破碎带、断层和岩性界面问题上的准确度较高；在解决基岩风化层划分上是可行的。

参考文献：

[1]劳雷公司EH4说明书[S].