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音频大地电磁测深法在某隧道中的应用

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音频大地电磁测深法在某隧道中的应用

引言

音频大地电磁测深法（AMT）勘测精度高，仪器轻便，费用低，所以在工程建设中应用广泛。在隧道工程的应用中，AMT结合地质资料能够一定程度上探测并判段出断层破碎带宽度及产状（视倾角），软弱带及富水带的埋深和规模，主要地层岩性界线和判释隧道洞身高程范围内的资料等，为隧道设计提供基础资料，所以一直以来在隧道工程的应用中十分广泛[1，2]。本文主要讲述音频大地电磁在某隧道的实际应用。

1测区地质概况

1.1地质概况测区位于扬子准台地构造单元内，较大面积出露了下元古界变质岩基底岩系，上部有白垩系上统巨厚红色盖层沉积。隧区经历了晋宁、华力西、燕山、喜山各期运动，除晋宁期及燕山期属褶皱运动外，其他各期均为升降运动。区内褶皱、断层发育，岩浆活动频繁，基底变质岩岩系内构造线以近东西向-北东向为主；红色盖层构造线以北北东向及北北西向为主，高角度的正、逆断层发育。测区出露地层为：上覆第四系全新统冲洪积层、坡残积层、坡崩积层、泥石流堆积层、滑坡堆积层，局部残留第四系更新统圆砾土层；下伏地层白垩系上统赵家店组下段、白垩系上统江底河组第4段、白垩系上统江底河组第3段；下元古界上昆阳群第4段、下元古界上昆阳群第3段，下元古界上昆阳群变质岩地层中常穿插有不明期次的辉长岩、辉绿岩、花岗岩侵入体。

1.2地球物理特征AMT法是以电阻率的差异来区分岩性及构造体并依据电阻率阻值大小及在地下的展布形态来识别地下地质体的空间分布和性质的一种物探方法。影响电阻率的主要因素有岩矿物成分、岩性、岩石的结构、构造及含水情况等。根据经验统计和本区地球物理的反演结果分析，得出各地层的电阻率值（见表1）[3]。由表1可知，各地质体之间存在一定的电性差异，因此工区具备开展AMT法的地球物理勘探前提条件。

2方法技术

2.1音频大地电磁测深法基本原理通常所指的“电磁测深”，即是指电磁感应类的电阻率测深，是建立在法拉第电磁感应定律基础上的一类电法勘探方法。AMT以天然的交变电磁场为场源，当交变电磁场以波的形式在地下介质中传播时，由于电磁感应作用，地面电磁场的观测值将包含有地下介质电阻率分布信息。并且，由于电磁场的集肤效应，不同周期的电磁场信号具有不同的穿透深度。所以研究大地对天然磁场的频率响应，可获得地下不同深度介质电阻率分布信息[4]。

Cagniard论证了当场源为垂直入射的平面波，大地介质为水平层状分布时的相应大地电磁的解，即得到了一维模型阻抗和视电阻率的理论响应：ρT=0.2T|Z|2

在实践中，就是观测不同频率的大地电磁场分量，随着频率的变化，反映了不同深度范围的电阻率信息，给出地下介质电阻率随深度变化的规律。将观测资料与不同模型得理论响应做出对比和修改，可以得到与实测资料反映的地下真实模型某种意义上最接近的解释模型[5]。

2.2野外施工方法按照相关的技术要求，在该隧道的中线里程（K07+035～K18+380）段沿中线布置一条测线，测点点距为20m。使用加拿大凤凰公司生产的网络化多功能V8型大地电磁仪和其配套的RXU-3ER辅助接收盒子一起采集数据。

在施测中，观测频率范围为1.25～10400Hz。四个电极测量，即两个电极组成一对电偶极子MN（长度20m），其中，通过测量测线同向的MN电位差并计算得到电场水平分量Ex；测量垂直测线的MN电位差并计算得到另一电场水平分量Ey。V8接收机放在两组电偶极子的中心；磁探头与V8接收机距离大于5m，Hx磁探头和Hy磁探头相互垂直。电极布极方式主要为“+”字形，在地形条件较差情况下，部分测点采用了“T”形的布极方式。图1为AMT法的野外主机和盒子工作布置示意图。

3资料处理

AMT法资料处理分为两部分，即野外资料预处理部分和资料后续处理部分。

3.1数据预处理将原始数据，即各场量的时间序列数据转换为频率域测深曲线（即各个频率上的视电率和阻抗相位）数据。为了获得更高质量的资料处理结果，在室内对每个AMT测点的时间序列原始数据进行了再处理，并采用时间序列的交叠、人工选择时间序列、自适应相干度门坎值选择及Robust处理等多种方法技术，突出有用信号，抑制干扰，提高资料的信噪比[6]。

3.2资料处理预处理后，采用MTSoft2D系列软件进行资料后续处理，在处理过程中，首先对数据进行飞值剔除、去噪、静态校正、空间滤波等处理，然后进行一维及二维反演作定量解释，再结合已知的地质资料进行综合解释。最后根据不同地层岩性的有不同电性特征，对得到的电阻率空间分布予以地质涵义，给出地质断面[7]。

4应用效果

图2和图4是该隧道的电阻率反演断面图，图3和图5为综合解释断面