eh4大地电磁测深法在隧道勘察中应用和所受干扰研究

《eh4大地电磁测深法在隧道勘察中应用和所受干扰研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、EH4大地电磁测深法在隧道勘察中应用和所受干扰研究　　摘要：将EH4高频大地电磁测深法应用于长大深埋隧道------洞湾隧道岩溶、构造、岩性的勘察，通过与钻探及地质调绘的资料对比，EH4音频大地电磁法可以在宏观上查明深埋隧道岩溶发育状况、地质构造及地层岩性分界，为钻孔布置及隧道设计、施工提供地球物理依据，在长大深埋隧道勘察中能达到较为理想的效果。但影响勘察结果的外部因素很多，深埋中的钢筋支护对勘察效果影响十分明显。关键词：EH4高频大地电磁测深；深埋隧道；洞湾隧道；干扰影响中图分类号：U45文献标识码：A文章编号：近年来，公路建设中面对越来越多的深长大深埋隧道，长大

2、深埋隧道有平面里程长、深埋大、地质构造复杂等特点，而且地形深切陡峭，钻探工作难以充分展开，一直是公路工程地质勘察与设计中的难点。就地球物理勘探方法而言，重磁法在研究岩溶发育状况、基底的起伏和埋深、划分构造单元、确定深大断裂方面具备明显的优势[1][2]，大地电磁法是近十几年来迅速发展起来的一种电磁法勘探技术，具有工作效率高、探测深度大、分辨率高、受地形影响相对较小、抗干扰性能强、成本较低廉等特点，在100—150012m深度范围内，能查明电阻率差异较大的高、低阻不均匀体[3][4]。洞湾隧道是赤水至望谟（仁怀至赤水段）高速公路中的一座长隧道，隧道正在开挖施工，在施工

3、过程中发现在右洞（里程YK66+488左右）的右侧壁出现大溶洞，宽约10～20m，高约30～40m，往小里程顷斜，与右洞轴线小角度相交，本次勘查的重点在于探明洞湾隧道未开挖段的岩溶发育状况，通过采用EH4高频大地电磁测深法，取得了较为显著的效果，对后期的隧道开挖工作有较大的指导意义。1、EH-4工作方法及原理本次勘测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m至1000m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

4、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。12(1)(2)(3)式中f是频率，单位是Hz，ρ是电阻率（），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。必须提出的

5、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（δ）由（4）式可知，趋肤深度（δ）将随电阻率（ρ）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。12一般情况下，大地是非均匀的，波阻抗是空间坐标的函数，

6、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0.1Hz至100KHz的宽频范围内采集数据，为确保数据质量与工

7、作实效，上述频带又分成四个频组：一频组：0.1Hz－1KHz二频组：10Hz－1KHz三频组：300Hz－3KHz四频组：1.5KHz－99KHz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。2、EH-4系统野外工作方法与技术（1）观测点的布置：通过GPS进行定点，要求点位差小于0.5m，方位差小于0.2°；12（2）在开展工作的前一天一定要做平行试验，检测仪器是否工作正常，要求两个磁棒相隔2～3m，平行放在