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1、EH4电磁成像系统在隧道工程勘察中应用 摘要:EH4电磁成像系统由美国著名Geometrics和EMI一起研究开发,其系统是一种双源型的。目前,广泛应用于金属矿产的勘察、铁路,公路隧道的勘察、以及水资源的勘察等等。本文介绍了EH4的原理、工作方法、以及数据处理。并结合具体隧道中的应用效果,说明该方法可以对沿轴线方向大型断裂地质构造分布状况、岩体完整性及岩层富水带的埋深和规模进行超前的宏观预测。Abstract:EH4electromagneticimagesystem,developedjointlybythefamousAmericanGeometricsandEMI,electromag
2、neticsystemisakindofdoublesourcetype.Atpresent,itiswidelyusedinmetalmineralsprospecting,railway,highwaytunnelsurvey,andwaterresourcessurveyandsoon.ThispaperintroducestheworkingprincipleoftheEH4,workingmethodanddataprocessing.Combinedwiththeconcretetunneleffectinapplication,itshowsthatthemethodcanbea
3、longtheaxisdirectionoflargefracturedistributionofthegeologicalstructure,rockmassintegrityandrichstrataburieddepthandscaleofthehosetomacroforecastaheadof5histime.关键词:EH4电磁成像系统;隧道工程;应用效果Keywords:EH4electromagneticimagesystem;tunnelengineering;applicationeffect中图分类号:U45文献标识码:A文章编号:1006-4311(2013)29-018
4、7-020引言仪器从20世纪90年代开发出来以后,深受国内外从事工程、环境、水文、铁路公路、探矿等部门的钟爱。EH4大地电磁系统是由美国GEOMETRICS和EMI公司联合生产的采用最新数字处理器的连续电导率成像系统。大地电磁测深系统是双源型,分别是人工场源和天然场源,其有效勘探深度可以达几十米到一千米左右,很适合高速公路隧道的勘测。EH4在高速公路隧道勘查中有以下优点:EH4具有有源电探法和无源电磁法的优点,即稳定和节能、轻便;EH4能同时处理两个垂直方向上的电场和磁场,反演这两个方向上电导率张量剖面,有利于识别地下构造特征;EH4仪器的重量很轻,方便携带,而且测一个点只需要十几分钟就完成,
5、这样就可以实施密点连续测量;实时数据处理和显示,资料解释简捷,图像直观。1基本原理5根据电磁学理论,地面电磁波在地下传播遵循Maxwell方程,在理想的条件下即地下大多是无磁性,宏观上均匀导电且不积累电荷,那么Maxwell方程就可简化为?荦2H+K2H=0(1)?荦2E+K2H=0(2)式(1)和式(2)称为亥姆霍兹方程。其中K=■(3)称作复波数或传播系数。可得波阻抗Z=■(4)式中,f为可控电磁频率;ρ为地层的视电阻率,μ为磁导率。地层中的视电阻率由下式求取:ρ=■■■(5)式中Ex为电场分量,Hy为磁场分量。其勘探趋肤深度可由下列公式给出:δ≈503■(6)大地电磁法(EH4)连续电导
6、率成像系统勘探基本原理就是基于以上基本理论的基础上,通过采集天然电磁场和人工建立的可控电磁场系统,在一定距离的远场区观测Ex、Hy或Ey、Hx的变化,绘制测区内视电阻率等值线图,结合测区地质(包括测区地层岩性、构造)情况进行分析计算目的体的范围和深度,判断目的体的性质及形态,以达到勘测地下目的体的一种较为特殊的勘探方法,其勘探深度可达上千米。2野外工作方法5EH-4连续电导率成像系统勘探野外工作方法:在所测的点位上,沿着本次测线方向即X方向布置一条线,在其垂直方向布置另一条线即Y方向。本次工作点距为20m,所以X,Y方向的线的距离就是40m。X磁棒与X方向平行,Y磁棒与Y平行离中间的前置放大器
7、距离不少于5m。剩下就是如图1接线。本次勘探控制勘探深度在1000m范围内,EH-4大地电磁现场剖面布置见图1。3资料处理大地电磁法首先对原始数据进行编辑,剔除明显的干扰点,对存在静态影响的数据进行空间滤波,形成频率-视电阻率等值线图,再通过二维反演,绘出二维反演断面图;分析以上图件,划分出异常段;把异常和其它辅助物探方法取得的资料作对照,结合地质资料做出初步地质推断(断层带及破碎带和较完整岩体的
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