EH4大地电磁测深在马茨深埋长输水隧洞勘察中的应用

高锡良，杨立中

(楚雄欣源水利电力勘察设计有限责任公司，云南 楚雄 675000)

桂花水库位于大姚县东北部万马河支流皮左黑河上，属金沙江支流。水库距桂花镇15km，距县城97km，是一座以集镇供水、农村人畜饮水和农业灌溉为主，兼顾防洪的综合性水利工程。其输水工程全长27km，其中马茨隧洞全长7.56km，占输水工程总长的28.0%，最大埋深569m，是桂花水库建设的重点难点及控制性工程。

马茨隧洞断面为2.2m×2.5m，属典型的小断面深埋长输水隧洞，大断面隧洞施工机械受限制，传统人工钻爆法成为优先选择的施工工艺，人工钻爆法在处理隧洞涌水、突泥、软岩大变形、破碎等问题时，存在风险大、效率低、处理不彻底等缺点。由于马茨隧洞轴线植被发育较好，大部分洞段地表分布不同厚度的覆盖层，地质填图、钻探、槽探等勘察方法受到限制，且存在勘察周期长、耗资金大、盲目性、整体性差等不足。因此，马茨隧洞最终选定沿轴线开展贯通性EH4大地电磁测深探测，综合基础地质资料、钻探等进行推断成果解译，并通过施工揭露对物探推断成果进行验证，将物探、勘探综合应用于隧洞勘察中，为隧洞设计、施工提供合理可靠的地质依据。

1 地质概况

马茨隧洞位于昙华山北东侧，进口在马茨河右岸，出口在六姑鲊箐左岸，隧洞区域构造处于昙华山向斜东翼，沿线主要出露白垩系江底河组上杂色泥岩第三段(K2j3)、第四段(K2j4)，主要岩性为砂泥岩互层，岩层走向与洞轴线近平行，倾向顺流右洞壁，区域地质简图及EH4测线布置(沿洞轴线布置)如图1所示。

图1 马茨隧洞区域地质简及EH4测线布置

2 物探方法选择

马茨隧洞沿线主要出露中生界白垩系地层，岩性为紫红色粉砂岩、泥质粉砂岩夹粉砂质泥岩、泥岩。不同岩性及地质体电阻率存在明显差异，物性特征砂质岩电阻率范围值为200～1500Ω·m、泥质岩30～200Ω·m、断层破碎带5～30Ω·m、褶皱破碎带30～100Ω·m、含水带10～100Ω·m。马茨隧洞区出露的地层岩性及可能存在的地质体物性特征存在明显差异，且隧洞沿线无500kV输电线路、风力发电厂等电磁场干扰源，天然大地电磁场未受干扰，大地电磁信号强，具备开展EH4工作的大地电磁场条件，因此，选择EH4大地电磁测深对马茨隧洞进行沿轴线全段面贯穿性探测[1- 3]。

3 野外数据采集与解译

3.1 数据采集

根据马茨隧洞测量成果、沿线地形地貌，隧洞全长7.56km，确定本次测量点距为40m，共布置189个测点。本次采用美国EMI公司和Geometrics公司联合研制的新一代电磁仪Strata—gem型EH4电磁系统进行数据采集。工作区远离各种电磁干扰和较大的近地表横向电性不均匀性，因此，本次野外数据采集主要采用天然场源，实施单点张量观测方式，即测量2个相互正交的电场和磁场分量，同时获得TE、TM 2个方向的电阻率值。接收大地电磁信号的频率范围为10Hz～100kHz，设置好能量增益后，主要采用一、七频段叠加次数为16次进行数据采集。

3.2 数据处理

通过马茨隧洞EH4野外采集，并对采集数据进行时间序列预处理，再进行FFT转换，获得电场和磁场虚实分量和相位数据，对每一个测点进行编辑，剔除畸变频点，保留高质量频点数据，后进行一维BOSTICK反演和地形校正，在一维反演的基础上，再进行二维带地形反演成像，最后进行综合解译，具体流程如图2所示。

图2 EH4大地电磁测深数据处理流程

3.3 成果解译

3.3.1钻孔资料分析

马茨隧洞沿轴线共布置6个勘探钻孔，根据EH4电阻率反演剖面，钻孔相应位置EH4电阻率等值线(数值n为电阻率指数，电阻率为10nΩ·m)如图3所示。

图3 钻孔位置EH4电阻率等值线

根据勘探钻孔揭露的岩性、节理裂隙发育、透水性、溶孔发育、EH4电阻率等特征统计见表1。

表1 马茨隧洞钻孔主要成果及EH4电阻率统计

3.3.2物探推断解译

通过数据处理及成图，获得马茨隧洞EH4电阻率等值线图，等值线图电阻率主要分为0～20、20～100、100～1000Ω·m 3个区段，综合隧洞钻探成果、地质条件隧洞推断成果解译如图4所示，推断成果解译[4- 10]见表2。

表2 马茨隧洞EH4推断成果解译

图4 马茨隧洞EH4电阻率等值线及推断成果解译

4 推测解译成果验证

马茨隧洞施工由进出口同时向中部掘进，已掘进超70%，其中进口方向已掘进3.5km，出口方向已掘进2.0km。已施工部分的验证结果表明，EH4推断解译成果与已施工洞段揭露的地质情况基本一致，其中2+345里程揭露粉砂岩、泥质粉砂岩互层，地下水活动状态为渗水(如图5所示)，6+040里程揭露粉砂岩、泥质粉砂岩夹泥岩，地下水活动状态为渗水(如图6所示)。

图5 马茨隧洞2+345里程掌子面

图6 马茨隧洞6+040里程掌子面

5 结语

EH4探测在马茨隧洞勘察设计过程中有效避免了隧洞勘察局部性、盲目性，并实现了施工宏观预测。表明EH4在小断面深埋长输水隧洞勘察应用中有一定的优势和前景，能大幅提升隧洞勘察、设计效率和质量，可为类似工程勘察设计提供参考。但EH4探测受大地电磁场控制，存在高压输电线、风电厂等干扰限制，且解译推断结果存在多解性。因此，在开展工作前需做好干扰源调查、排查工作，成果解译宜结合已有的勘察成果资料开展，从而确保成果的可靠性。