EH4电导率成像技术在贵州地区深埋隧道工程地质探测中的应用(谭天元).doc

PAGE  PAGE 6 EH-4电导率成像技术在贵州地区深埋隧道工程地质探测中的应用 谭天元1, 许 彬 2, 钱 云2 （1.中水顾问集团贵阳勘测设计研究院, 贵州贵阳 550002; 2.贵州岑巩县电力局,贵州岑巩 557800） 摘 要：简介EH-4电导率成像技术原理，通过其在对贵州西线高速公路槽箐头隧道和团坡水电站引水隧洞的探测情况，浅谈其在深埋隧道工程地质探测中的应用效果。 关键词：EH-4 电导率成像 深埋隧道 趋肤深度 1 引言 在贵州，国家西部大开发战略和“西电东送”工程的实施，水电和高速公路建设得以较大发展。由于贵州处于山地地形地区，俗称‘地无三尺平’，水电站、高速公路建设常会出现深埋隧道的工程地质问题。工程地质调查只是在宏观上对该区域得出一较简单的认识，对其深部地质特征分析只能是推断，远远不能满足工程施工地质要求。必须借助物探、钻探等勘探手段进行探测。钻探虽是必不可少的勘探方法，但由于成本高，勘探周期长，不能较多布孔，且所揭示资料只是一孔之见。 因此，采用物探技术对深埋隧道进行探测是必然的，常规的物探方法如地震勘探和电法勘探技术，由于受实地地形条件等因素的限制，虽对浅部岩体有一定的风化分层和地质分层的作用，但达不到对深埋深隧道进行地质勘探要求。且探测精度较低。我院自2001年引进EH-4电导率成像技术以来，广泛的应用于中深部地质构造探测，获得较好的应用效果。本文以EH-4电导率成像技术在对贵州西线高速公路槽箐头隧道和团坡水电站引水隧洞的探测情况，浅谈其在深埋隧道工程地质探测中的应用效果。 2 EH-4电导率成像技术工作原理及技术要求 EH-4电导率成像技术是通过对地面两个正交的电场和两个正交的磁场的观测，来研究与探明地下岩体电阻率的分布规律的一种物探方法。其理论基础源于大地电磁测深，遵循电磁场理论。 电磁场与地下介质电阻率之间的关系由垂直入射地面的平面电磁波在均匀大地介质中的传递特性导出： ………………………………………..……………..（1） 而勘探趋肤深度可由下列公式给出： ……………………………………………….……..（2） 式中，ρ为地层的视电阻率；f为可控电磁频率；Ex为电场分量；Hy为磁场分量；δ为勘探趋肤深度。 由此可见，在一定距离的远场区观测Ex、Hy或Ey、Hx的变化，改变入射电磁场频率，即可得出地下介质不同深度的电阻率值。 但在实际工作中，探测介质为不均匀大地，其模型已不再是简单的一维模型，EH-4电导率成像技术采用张量测量形式，同时接收和分析 x、y两个方向正交的电场和磁场，不均匀大地波阻抗用4个张量元素描述： ………………………………………..……（3） ………………………………………..……（4） 式（4）为一超定方程，通过野外观测数据，应用数学处理方法即可对地下电阻率估算求解。 现场工作中采集人工电磁场，场源的布设可以直接影响探测结果，根据理论公式推导和现场实验，场源与接收点间距R应满足： ………………………………………..………………..（5） 为保证数据采集精度，布设电极、磁探头时，电极与磁探头应互相垂直；单点观测过程中重复观测误差小于正负10Ω·m。对采集数据应进行质量评价，质量评价的具体要求为：(1)视电阻率随频率变化曲线圆滑、不突跳、无断点；(2)相位曲线圆滑、不突跳、无断点；且相位在20~800之间变化。 3 应用实例 3.1 贵州西线高速公路槽箐头隧道探测 槽箐头隧道位于贵州西线高速公路红果段公里里程桩K186+700～K190+400段，为探明隧道段砂页岩与灰岩的分界线和隧道线通过部位有无不良地质现象发生，采用了EH-4进行勘探，勘探结果见图1。从勘探结果中可以看出：在左幅测线里程桩号K187+520～680，右幅测线里程桩号K187+560～750处，存在一明显的视电阻率值差异的分界面，该分界面解释为岩层分界面，其左侧岩石的视电阻率偏低，约300～550Ω.m，为砂页岩地层，右侧岩石的视电阻率较高，大于1000Ω.m，为灰岩地层；在左、右幅测线里程桩号K188+020～040，高程1980m处，存在一相对低阻异常体，解释为溶蚀发育区，其溶蚀发育区靠近隧道线。 3.2 团坡水电站引水隧洞探测 团坡水电站位于贵州省惠水县境内，是红水河左岸一级支流蒙江左源涟江梯级开发的第三个梯级。初拟水库正常蓄水位805m，坝址库容52.1万m3，最大坝高37m，工程以发电为主，电站装机容量80MW，属中型水电枢纽工程。引水隧洞布置于右岸，全长3.863km，初拟洞径5.8m，隧洞区地形北高南低，河谷深切，自涟江岸边向西至克查－团坡一带，发育有岩溶中高山和侵蚀中低山两种地貌。河岸最高山峰高程1213.4m，谷底至山顶相对高差达5