综合物探方法在隧道工程勘察中的应用

刘亮红

摘要：在交通线路设计勘察中，查明隧道段覆盖层的厚度、隧道洞身位置地震纵波波速度、断裂构造等不良地质体的分布，是隧道工程物探勘察的主要地质任务。物探方法中的地震折射法、高密度电法，大地电磁测深法（EH-4）等是隧道工程物探中常用而有效的物探方法。本文介绍地震折射法与高密度电法、大地电磁测深法（EH-4）相结合的综合物探方法在隧道勘察中的应用效果。

Abstract： In the design and survey of traffic routes， it is the main geological task of tunnel engineering geophysical exploration to find out the thickness of the tunnel section， the seismic longitudinal wave velocity of the tunnel body and the distribution of unfavorable geological bodies. The seismic refraction method， high-density electric method and magnetotelluric sounding method （EH-4） in geophysical methods are commonly used and effective geophysical methods in tunnel engineering geophysical exploration. This paper introduces the application effect of integrated geophysical methods combined with seismic refraction and high-density electrical method and magnetotelluric sounding method （EH-4） in tunnel survey.

关键词：隧道勘察;覆盖层;断裂构造;地震折射法;高密度电法;大地电磁测深法（EH-4）

Key words： tunnel survey;cover layer;fault structure;seismic refraction method;high-density electrical method;magnetotelluric sounding method （EH-4）

中图分类号：U45                                          文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）26-0132-03

0  引言

交通线路勘察中，铁路、高速公路隧道段，查清覆盖层（低速松散层）的厚度，可确定隧道浅埋段的范围;查明隧道洞身段地震纵波波速、可能发育的构造破碎带的位置、产状等，可确定围岩分级;这对于隧道结构的设计是至关重要的。适当应用地震折射法与高密度电法、大地电磁测深法（EH-4）相结合的综合物探方法能取得较好的勘察效果。

1  隧道工程物探地球物理条件

隧道工程物探中，覆盖层是指松散低速层，包括第四系粘土层、全、强风化基岩。覆盖层纵波平均速度较低，一般在600～1500m/s，弱、微风化基岩纵波速度一般大于2000m/s。覆盖层与弱、微风化基岩存在较在的波速差异，覆盖层与弱、微风化基岩间也一般存在明显电性差异，具备地震折射法、高密度电法勘察的地球物理前提。

隧道段断裂构造用巖溶等不良地质体发育时，因为基岩破碎至波速明显降低，破碎含水性高而至明显低电性;基岩岩性变化时，岩性分界线两侧往往有明显波速或电性差异。具备应用地震折射波、高密度电法、大地电磁测深法（EH-4）勘察断裂构造等不良地质体及确定岩性分界的地球物理前提。

2  综合物探方法技术

2.1 地震折射法

地震折射法是地震勘探方法中应用较早、运用较普遍的方法，它是以人工震源在地下介质中传播时发生的折射，根据折射波到达各道检波器的时间，分析处理后获得地下介质分层厚度、波速等物性参数。地震波在地下传播中，当地层岩石的弹性参数发生变化，从而引起地震波场发生变化，通过人工接收变化后的地震波，经数据处理，解释后即可反演出地下地质结构及岩性。

隧道工程勘察中地震折射法，通常采用相遇追逐观测系统，24道接收，检波点距5m，炸药震源激发，排列两端追逐炮偏移距应大于两端折射盲区范围。

2.2 高密度电法

高密度电法兼具电阻率剖面法与测深法的功能，其数据采集密度大、精度高的断面测量结果能较直观地反映及电性异常体的形态及纵、横向展布情况。因此，高密度电法广泛应用于隐伏区基岩断裂构造勘查、隐伏岩溶勘察等。

隧道工程勘察中，高密度电法一般采用对称四极装置，基本极距5～10m。

2.3 大地电磁测深法（EH-4）

EH-4全称为EH-4连续电导率剖面仪，是一套应用大地电磁法原理的双源型电磁系统。EH-4连续电导率剖面仪可使用人工电磁场和天然电磁场两种场源。既具有有源电探法的稳定性，又具有无源电磁法的节能和轻便，接收频点多，具有较高的分辨率，可探测具一定电性差异的地质构造和地层分层。

3  应用实例

3.1 某铁路隧道进口段综合物探勘察

区域地质资料反映：某铁路隧道进口段基岩岩性为粉砂岩、砂质板岩，岩性接触关系为断层接触。地质任务是查明岩性分界线即断层接触带位置。

3.1.1 地震折射法资料

此测段进行地震折射法时距曲线显示，第6排列第18道至第7排列第3道，基岩波速为2450m/s，小里程段基岩波速为3250m/s，在里程段基岩波速为3800m/s（见图1）。

依据地震折射法时距曲线推断：第6排列第18道至第7排列第3道为低速异常段。该测段设计隧道洞身与地面高程差小于100m，因此以此段为中心布置了高密度电法剖面。

3.1.2 高密度电法资料

高密度电法视电阻率断面资料显示：高、低阻区接触面位置与折射低速异常段吻合，接触面倾向小里程。小里程段为相对低阻区，依据基岩波速与电性推断基岩为粉砂岩;大里程段高阻区为砂质板岩区（见图2）。

3.1.3 综合解释

综合地震折射资料与高密度电法资料，编制了该测段综合地质断面图。覆盖层底部未至设计洞身深度，此测段无浅埋段。此测段为粉砂岩与砂质板岩岩性分界段，为断层接触，断层倾向小里程方向（见图3）。根据岩性与速度等资料，推定断层位置围岩级别为Ⅴ级，两侧围岩为Ⅲ级。

3.2 云南某公路隧道洞身段综合物探勘察

地质资料反映，本测段基岩岩性为泥质粉砂岩。地质任务是查明基岩岩性和可能发育的断裂构造位置。

3.2.1 地震折射法资料

此测段进行地震折射法时距曲线显示，第5排列第22道至第6排列第3道，基巖波速为2450m/s，小里程段基岩波速为3850m/s，在里程段基岩波速为3650m/s（见图4）。

依据地震折射法时距曲线推断：第5排列第22道至第6排列第3道为低速异常段。该测段设计隧道洞身与地面高程差小于100m，因此以此段为中心布置了高密度电法剖面。

3.2.2 高密度电法资料

高密度电法视电阻率断面资料显示：高、低阻区接触面位置与折射低速异常段吻合，接触面倾向小里程。小里程段为相对低阻区，依据基岩波速与电性推断基岩为粉砂岩;大里程段高阻区为砂质板岩区（见图5、图6）。

3.2.3 综合解释

综合地震折射资料与高密度电法资料，编制了该测段综合地质断面图。覆盖层底部未至设计洞身深度，此测段无浅埋段。此测段为粉砂岩，断面中段发育一倾向大里程方向断裂构造。根据岩性与速度等资料，推定断层位置围岩级别为Ⅴ级，两侧围岩为Ⅲ级。

3.3 大地电磁测深（EH-4）

设计隧道洞身高程与山项高程差较大时，高密度电法勘察深度受限，断裂构造的勘察可采用大地电磁测深法（EH-4）。

3.3.1 某公路隧道大地电磁测深（EH-4）资料

此测段地层为一套厚度较大的火山岩系，为深灰色、暗灰色英安岩、英安玢岩、凝灰岩。设计洞身与地面高程差在200～350m。地质调查资料反映本测段岩性较复杂、构造发育。物探工作的地质任务是查明断裂构造的位置、产状等，推断设计洞身位置断裂构造的发育位置。

该段EH-4视电阻率断面反映：剖面中段有一倾向大里程方向的低阻条带状异常，倾角较陡，推断为断裂破碎带位置（见图7）。

3.3.2 某铁路隧道大地电磁测深（EH-4）资料

此测段基岩为凝灰岩。设计洞身与地面高程差在150～350m。地质调查资料反映地表基岩出露段有断裂破碎现象。物探工作的地质任务是查明断裂构造位置、产状等，推断设计洞身位置，断裂构造的发育位置。

该段EH-4视电阻率断面反映：剖面中段有一倾向小里程方向的低阻条带状异常，倾角较陡，推断为断裂破碎带位置（见图8）。

4  结语

综合物探方法广泛应用隧道工程物探勘察，主要的地质目的是：查明覆盖层厚度，圈定浅埋段位置;确定基岩波速，查明构造破碎带位置、产状等，并依据基岩波速、构造破碎带位置来确定围岩级别。应用地震折射法查明覆盖层厚度、基岩浅部低速异常段位置;应用高密度电法、大地电磁测深法（EH-4）查清构造破碎带发育位置、产状等。合理选择不同的物探方法组合进行综合物探勘察，可取得良好的勘察效果。

参考文献：

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