EH4高频电磁测深在断层构造探测中的应用研究———以川藏路高尔寺山隧道为例钟邱平1，赵虎1，宫悦2，赵敏2(1．四川省交通厅公路规划勘察设计研究院，四川成都610041;2．四川省地震局，四川成都610041)摘要:将EH4高频大地电磁测深法应用于高原特长隧道—高尔寺山隧道构造、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地层岩性分界、地质构造及其赋水性，为钻孔布置及隧道设计、施工提供地球物理依据，在高原地区深埋隧道勘查中能达到较为理想的效果。关键词:EH4高频大地电磁测深;深埋隧道;高尔寺山:P631文献标识码:A:1001－8115(2012)02－0042－06近年来，公路建设中面对越来越多的深埋长大隧道，长大深埋隧道有平面里程长、深埋大、地质构造复杂等特点，高原地区深埋隧道又因其特殊性(高海拔、高寒)，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］，然而针对在公路系统应用中受到时间紧、任务重以及成本等条件限制的因素因此目前选择运用最多的工程物探方法为电法与弹性波法(面波、地震折射波、地震测井、地震反射波)，尤其是浅层地震方法，在高原地区应用时往往会受到地形条件、震源等因素制约，难以达到勘探工作的要求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［2，3］，在100～1500m深度范围内，能查明电阻率差异较大的高、低阻不均匀体，利用EH4电磁成像可以完成双源型电磁法数据自动采集和处理，若再将EH4配合其他综合地球物理方法同样也可用于探测和定位活动断层，多种地球物理探测方法为数据处理后的对成果图的正确解译异常奠定坚实的基础［4，5］。川藏路高尔寺山隧道为国道318线川藏南线公路改建工程的一座高海拔特长隧道，隧址区气候条件极其恶劣(积雪时间长)、人际稀少、洞身地形陡峻，传统勘察方法难以充分查明其地质情况，本次勘查的重点在于探明高尔寺山隧道所通过的断层破碎带的位置、规模，通过采用EH4高频大地电磁测深法，取得了极为显著的效果，对后期地质勘察工作有较大的指导意义。HFM方法原理1高频大地电磁测深是基于电磁波传播理论和麦克斯韦方程组导出的水平电偶极源在地面上的电场及磁场公式:I·AB·ρ1·(3cosθ－2)2(1)Ex=2π3r3I·AB·ρ1Ey=·sin2θ(2)4π3rI·AB·ρ12πr2μ0ωEz=(i－1)··cosθ(3)槡2ρ12ρ1槡μ0ω3I·ABHx=－(i+1)··cosθ·sinθ(4)4π3r收稿日期:2011－12－31;修回日期:2012－04－09作者简介:钟邱平(1975－)，男，四川内江人，工程2ρ1I·AB2Hy=(i+1)·(3cosθ－2)(5)3·槡μ0ω4πr3I·AB·ρ1(6)Hz=i4·sinθ2πμ0ωr式中，I为供电电流强度;AB为供电偶极强度;r为场源到接收点之间的距离。将(1)式沿X方向的电场(Ex)与(5)式沿Y方向的磁场(Hy)做比值运算，然后再经过一些简单运算，就可获得地下的视电阻率(ρs)公式:2Ex1(7)ρs=25fHy式中，f代表频率。由(7)式可见，只要在地面上能观测到两个正交的水平电磁场(Ex，Hy)就可获得地下的视电阻率ρs，也叫卡尼亚电阻率公式。又根据电磁波的趋肤效应理论，在准静态条件下导出趋肤深度公式为:ρ槡f(8)δ≈503式中，δ代表趋肤深度，ρ代表电阻率，f代表频率。虽然趋肤深度在某种意义上说与电磁波在介质中穿透的深度有关，但它并不代表电磁勘探中实际的有效深度。勘探深度H是一个模糊的概念，根据经验我们将地磁波衰减到50%时的深度称为勘探深度，可以得到勘探深度的经验公式为:ρ(9)H≈0．6932δ≈356槡f该式表明，随着电阻率的减小或频率增大，探测深度变浅;反之，随着电阻率的增大或频率减小，探测深度加深。因此，当大地电阻率一定时，通过对不同频率电磁场强度的测量就可以得到该频率对应深度的地电参数，从而达到测深的目的［6，7，8］。2HFM工作方法2.1设备组成EH4电导率成像系统是重点解决浅、中深度范围内工程地质问题的一种双源型电磁系统，工作频率范围在10Hz～100kHz。这是全新概...