黄礼杰 陈春阳

(华东勘测设计院有限公司，福建 福州 350000)

1 大地电磁法概述

本项目磁法勘探采用大地电磁法，所采用的方法设备为仪器设备及其技术参数采用美国Geometrics公司和EMI公司联合研制的Stratagem EH4电导率成像系统进行数据采集工作。能观测到离地表几米至地下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，进行地质勘察。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，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，ρ是电阻率(Ω·M)，E是电场强度(mv/Km)，H是磁场强度(nT),φE是电场相位，φH是磁场相位，单位是mrad。必须指出的是，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，定义为趋肤深度(δ)：

(4)

上述公式为理论上的趋肤深度，根据实践，探测深度的经验公式为：

(5)

由(5)式可知，探测深度(H)将随电阻率(ρ)和频率(f)的改变而改变，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。

2 工程概况

北线引水工程位于深圳市北部，全长约29.92km。起于东莞，途经平湖、观澜、龙华、光明、公明，止于石岩。其主要任务是从东莞凤岗镇雁田村上埔泵站取东深原水到茜坑水库、鹅颈水库与石岩水库，以解决宝安中西部地区的城市用水问题。

2.1 地形地貌

工区周围属低山丘陵地貌类型，主要山脊走向呈东北走向，工区位于公路边上，工区内地势平坦，海拔标高70m～80m。工区内合福高铁南西-北东向穿过，上广公路自北西-南东向穿过。工区场地基本为水泥路面，周边有植被覆盖的山体及居民区。

2.2 地层岩性

本区域出露的地层东部广泛分布中生代白垩纪早世侵入的坪田凸单元中粗粒黑云母花岗岩，中部分布下侏罗纪系统金鸡组地层，区域北西部分布有三叠纪地层计震旦系黄婆山地层，四者呈时代不整合接触关系。场地分布地层由新到老描述如下：

(1)坪田凸单元侵入岩。

(2)早侏罗系金鸡组(J1j)。

(3)晚三叠系小坪组(T3x)。

(4)震旦系黄婆山片岩(Zh)。

2.3 水文地质条件

工区地表溪流较发育，地下水主要赋存石炭系藕塘底组溶洞中，主要由大气降水和南部山坡地表径流下渗补给。地下水流向由南向北。

2.4 地质构造

工程区域在大地构造部位上隶属于紫金—惠阳凹褶断束的组成部分，是加里东褶皱基底上发育而成的晚古生代凹陷，其后被中、新生代构造叠加、改造、发生过多期次的断裂和岩浆活动。

近场区的主要断裂是北西向断裂束和北东向断裂带，此外还有个别规模小的东西向断裂。

3 工作技术方法及质量评述

3.1 测网布设

本次物探工作依据设计要求开展了大地电磁法测试。物探测线按要求在隧道纵线采用大地电磁测深法进行勘查。大地电磁法测点按设计点位使用RTK进行定位放样，物探测线具体位置详见图1。

图1 物探勘查平面布置图

本次GM1线完成大地电磁法测点299个(含15个检测点)，测线长度4 035m。

3.2 仪器设备

本次工作共投入大电磁法仪器2套，如表1。

表1

3.3 工作原理

大地电磁法勘探是利用岩土体电阻率的差异，通过大地电磁测量，取得测线剖面上的岩土体视电阻率变化特征，根据所测的岩土体视电阻率变化特征和当地地质条件，分析、判断地层岩性和构造的分布。

3.4 资料处理

采用EH4数据处理系统对大地电磁法资料进行处理，在处理过程中，首先对野外数据进行剔野值、去噪、静态校正及近场校正等处理，然后进行一维及二维反演成像，得到视电阻率剖面图。

4 物探成果资料解释

4.1 物性特征分析及地球物理推断解释标志

隧道场区地势陡峭，坡度较大，坡度大于20°，局部坡度超过35°，隧址区地层表层分布松散覆盖层，其中粉质黏土层含少量碎石、下伏基岩风化程度差异较大，在纵向上岩土层物性变化明显，具备开展地球物理勘探工作的条件。

隧道场区内主要岩土体物性参数见表2。

表2 场区岩土体物性参数表

4.2 地质解释

综合上述定性分析成果，对本次大地地磁成果进行了详细的综合研究，并按照异常类型、编号、平面位置、特征、解释等五个方面做了具体的描述、推断解释，如图2所示。

图2 GM1线音频大地电磁法视电阻率剖面图

根据物探工作反演成果，我们得到如下地质解释：

GM1测线里程0～255m段为隧洞进口端，地形较平缓。地表为含细粒土砾，洞身基岩主要为花岗岩。

由电阻率断面图知，洞身附近电阻率呈中阻特征，电阻率在600～900Ω·M，推测洞身段岩体破碎。施工时须采取必要措施，加强支护。

GM1测线里程255～730m：地表为含细粒土砾，洞身基岩主要为花岗岩。由电阻率断面图知，洞身附近电阻率呈低阻特征，电阻率在450～700Ω·M，推测洞身段岩体破碎, 里程255～735m段电阻率呈下凹趋势，推测该段为破碎带，在破碎带以下里程415～690m段推测该段为裂隙发育带。施工时须采取必要措施，加强支护。

GM1测线里程730～920 m段：地表为含细粒土砾，洞身基岩主要为花岗岩。由电阻率断面图知，洞身附近电阻率呈中高阻特征，电阻率在900～1500Ω·M，推测洞身段岩体较破碎和较完整。

GM1测线里程920～1620 m段：地表为含砾粉质黏土，洞身基岩主要为砂岩和花岗岩。由电阻率断面图知，洞身附近电阻率呈中阻特征，电阻率在500～1500Ω·M，推测洞身段岩体较较完整和破碎；其中在洞身里程930～1620m段电阻率低且呈下凹现象，推测上部区域为破碎带，下部区域为裂隙发育带。施工时须采取必要措施，加强支护。

GM1测线里程1620～2310 m段：地表为含砾粉质黏土，洞身基岩主要为砂岩。由电阻率断面图2知，洞身附近电阻率呈低阻特征，电阻率在650～1500Ω·M，推测洞身段岩体较破碎、破碎和较完整。其中在洞身里程1620～2075m段电阻率呈下凹现象，推测上部区域为破碎带，下部区域为裂隙发育带；洞身里程1920～1980m段电阻率呈下凹且向下延伸400m左右，推测该段为断裂构造带，倾角60°左右。施工时须采取必要措施，加强支护。

GM1测线里程2310～2910m段:地表为含砾粉质黏土，洞身基岩主要为砂岩。由电阻率断面图知，洞身附近电阻率呈低阻特征，电阻率在300～450Ω·M，推测洞身段岩体较破碎、破碎和极破碎，该段为破碎带。其中在洞身里程2315～2910m段电阻率呈下凹现象，推测上部区域为破碎带，下部区域为裂隙发育带；在里程2650～2700m段电阻率有向大里程方向下凹现象，推测该段为断裂构造带,断层附近为破碎带和裂隙发育带，倾向北西，倾角80°左右。施工时须采取必要措施，加强支护。

GM1测线里程2910～3540m段：地表为含砾粉质黏土，洞身基岩主要为砂岩。由电阻率断面图知，洞身附近电阻率呈低阻特征，电阻率在450～700Ω·M，推测洞身段岩体破碎、较破碎和极破碎。其中在洞身里程2910～3540m段电阻率呈半封闭状的低阻下凹条状区域；推测上部区域为破碎带，2910～3175m段下部区域为裂隙发育带。施工时须采取必要措施，加强支护。

GM1测线里程3540～4035m段为隧洞出口端，地形较平缓。地表为含砾粉质黏土，洞身基岩主要为片麻岩。该段受多条高压线的影响，对数据采集有一定干扰，后期数据分析造成一定偏差。由电阻率断面图2知，洞身附近电阻率呈低阻特征，电阻率在80～250Ω·M，推测洞身段岩体极破碎。整段电阻率很低，推测为破碎带和富水洞段含水层，施工时须采取必要措施，加强支护。

5 结论与建议

5.1 结论

通过本次大地电磁物探工作，探测了工作区附近破碎带、断层等构造带分布情况，得出结论如下。

(1)本次物探工作大地电磁测深测线共299个EH4大地电磁测深测点，200m的设计点距，15m加密点距，共计剖面长度4035m，勘探深度300m。圆满完成了设计工作量，工作效果较好。

(2)根据大地电磁测深剖面测量成果，结合地质工作成果，在勘查区内推测了2条断裂带,探明了测区地段基覆界线，划分了裂隙发育带、破碎带、断层等构造带，富水洞段含水层、汇水构造的分布等。其中测线1970～2000m段断层断面南倾，倾角在60°，断裂呈现较陡的形态，由南东向北西逆冲; 里程2650～2700m段倾向北西，倾角80°左右。

5.2 建议

本次工作了解了调查区内地质体的电性特征，推测了2条断层，并大致推测了地下地层分界线，划分了裂隙发育带、破碎带、断层等构造带，富水洞段含水层、汇水构造的分布等。虽然以物探测量方法为主做出的推断解释评价较为单一，但仍然为调查区下一步工作奠定了基础，后期建议在钻探的成果基础上再次解译，加强综合研究才能更好完善成果。

由于物探的多解性及异常成果为地下各种地质体异常的综合反映，结合钻孔验证的成果，建议在设计和施工中，结合钻探和物探资料的基础上，及时调整具体实施的整治方案。

在裂隙发育带、断裂构造带区域范围内，设计和施工中要注意加强支护措施，预防塌方和涌水，确保隧道施工安全顺利推进。