太中银的兴旺卯隧道采用EH4勘测未能取得满意成果( 由于地形原因造成测线测点的多处不连续,反演结果与实际地层情况及钻孑L情况严重不符) 的原因很多,但在这两方面没能加以认识是最为重要的原因。地形效应中还隐含着另外一个问题一极化模式的问题。即TM模式与TE模式。目前的大地电磁工作包括EH4工作的处理解释一直主要采取TM模式,这一方面是由于其工作效率高,另一方面有也是由于该模式对二维条件下的接触带,或断层的敏感性要优于TE模式。下面比较TE、TM模式在受到地形影响后的特点。地形起伏往往在不同频段区间表现为畸变或静位移特征,反映地形的几何尺度与频率的相关关系。图l 是起伏地形地垒模型和水平地形下的相同模型。图l a中纯地形模型的大地电磁响应视电阻率曲线见图2。对于rI.E极化视电阻率曲线仅在高频段发生畸变,对于' ITVl 极化视电阻率曲线不仅在高频段发生畸变,并且在低频段表现静位移特征。a.地电模型b.二维地电模型圈1二维起伏地形条件的地电模型及水平地形的二维地电模型图2大地电磁二维纯地形影响起伏地形条件下的地电结构的视电阻率曲线比较复杂,图3是图l a模型的视电阻率曲线,与图1b模型结果( 图4) 相对比,1-E极化曲线尚能看出是地形引起干扰场与地下电性结构引起的场的叠加。对于TM极化曲线,由于地形引起的畸变及位移十分强烈,几乎完全掩盖了地电结构场响应。因此,在不连续观测方式下由于地形影响所造成的TM极化方式产生的数据畸变是不容忽视的。并且经模型模拟实验表明,在通过包括空间滤波的方法对数据进行校正后对TE模式可以获得较好的校正效果,但TM模式5∞铁道建筠技术RAILWAYCONSTRUCTI ON TECHNOLOGY2008f增J 万方数据 · 工程物探-是困难的这里说明一下:空间滤波的办法是基于沿剖面的大地电磁响应的地形影响在空间上属于高频噪声,可以对其实施低通滤波,以消除地形的影响。圈3二维地形、地垒构造MT响应圈4水平地形二维地垒构造MT响应综上所述,在选择观测方式时,应尽可能选择连续剖面观测方式。如无法满足条件。则应综合研究目标及成本效率的因素考虑选用旁侧线及横测线。如需要采用不连续剖面的观测方式,则应关注如下问题。( 1) 静态效应的降低目前,有多种静态校正方法,如空间域滤波法、理论计算法、联合解释法、资料的自身校正法、曲线平移法。还有一种简便可靠的方法就是通过现场实测进行校正。其基本思想是:①视电阻率曲线的首支渐进线反映了测点所在位置表层地层电阻率的大小。②通过岩石电性参数测量等途径可以获得工区内各个地层的电阻率,从而确定表层地层电阻率。③如果视电阻率曲线的首支渐进线高于或低于测点所在位置表层地层电阻率,则存在静态偏移,并且偏移量的大小为两者之差;否则不存在静态偏移。那么如何确定表层电阻率?在一个工区,可以通过岩石电性参数测量结果获得工区内各个地层的电阻率范围,结合工区电性结构,确定出各地层的电阻率。如果没有岩石测试资料,可以通过分析相邻测点视电阻率曲线的跳变隋况判断出不受或少受静态效应影响并且资料质量较好的测点,通过统计各个出露地层上测点的视电阻率曲线首支,获得各地层的电阻率,并编制成一张地层电阻率参数表。同时为了更好地进行静态校正,还应绘制一幅工区出露地层图,并标明测点点位。通过以上方法对静态进行校正。( 2) 地形效应的降低对于地形影响的克服,就要求我们在进行不连续剖面观测时,关注1’ E方式的测量数据要优于关注TM方式。在反演过程中,以TE模式的计算为主,结合上述静态效应的改正,以期获得相对真实的结果。最后,在采用不连续剖面进行观测的成果中还应强调的一点是,往往低频部分即深部成果的可靠性要优于高频部分的浅部成果。2.2观测对象的适用范围一般将大地电磁的观测对象做如下4种分类,即高阻中的低阻、高阻中的高阻、低阻中的低阻、低阻中的高阻。EH4这种方法对于上述对象的适用问题确实也鲜见理论上的直接深入研究。只能从实践层面结合一些理论进行探讨。实际上这一探讨是针对大地电磁分辨能力的。通常意义上研究的背景场中的异常场通常是指二维甚至三维情况下的。但为简单起见,从一维研究人手。其结论对二三维对象也是同样有意义的。下面一项针对电磁方法的研究值得关注。研究者对固定电阻率的均匀半空间中嵌入一水平层并不断改变该层的电阻率、厚度、深度以进行一维模拟。如所预期的那样,当该层变薄、更深或者电阻率增高时,异常的幅度减小。注意,对于给定电阻率比的高阻层比起同样比的低阻层所产生的异常要小。高阻层只是分辨其厚度,而低阻层则分辨其电铁道建筑技术RAILWAYCONSTRUCTI ONTECHNOLOGY2008l 增l531 万方数据 · 工程物探·阻率与厚度的积。野外经验证明,在具有良好的信号水平并且是简单的地质情况下,获得的异常至少·大于或小于背景电阻率值的10%,那么电阻率变化可以分辨出来。经研究证明,层的分辨能力可由厚度与深度之比作为度量。这对于高阻目标与低阻目标两者来说都是正确的。然而,低阻体的分辨能力高度依赖于该低阻体相对于围岩的电阻率的比;而高阻体的分辨能力却几乎与电阻率比无关。换句话说,电磁测深不仅能很容易的发现低阻体,他还能够分辨不同的导电程度。另一方面,测深发现高阻体就不那么容易。这一结论证明了电法用来勘探低阻体比勘探高阻体更好,虽然它按常规是用于这两种情况的。通过上述的研究我们可以得知。对于相对高阻体的勘探是较为困难的,无论其是在高阻区还是低阻区勘探高阻体。这也说明了我们采用电磁方法研究高阻采空往往成效不大的原因。当然,在高阻体规模较大的情况下要另当别论。而对于低阻体的勘探,采用电磁的方法当然是有效果的。尤其对于高阻中的低阻。正如前文所指出,低阻体的分辨能力高度依赖于该低阻体相对于围岩电阻率的比。所以对于高阻背景区中的低阻目标,采用电磁的方法,其分辨率是高的。但是对于电阻率比值较低的低阻区域中的低阻,往往其分辨率被降低了。关于这一方面介绍两个例子。(1)津秦线桃园断裂勘察中跨越青龙河测线的EH4反演断面图( 图5) 。桃园断裂位于卢龙县城西侧总体呈北25。东展布,倾向北西,倾角60—70。。该断裂形成于燕山构造期,为压性逆断层。覆盖层厚度大约40余m,下伏片麻岩。图5中的断层位置是根据地震反射工作确定的位置,根据地震工作的结论,该断层宽度约为25 m。如果单纯根据EH4的成果很难确定断层的准确位置及倾向,且不可能确定其宽度。但可以大致确定土石分界,图中的蓝线即为该土石界线,这一结论也是和该处的电测深解释结果、钻孔资料相符的。造成难以确定断层准确位置及倾向的主要原因实际上就是上文所提出的电磁方法分辨率的问题。具体分析有2点:①由于该处测区在地下300 13' 1以上属200—800 Q· m的低阻区域,且深部也以低阻为主,与实际断层的差异缺乏精确分辨的条件。属于低阻中找低阻。②压性断层的上盘破碎较下盘严重,且影响带波及较远,在地表及地下水的作用下充水,造成了电阻率比值的减小,分辨率进一步降低。随着深部基岩整体电阻率的提高,分辨率开始提高,但由于测线长度的限制,无法进行更深的反演,且这种反演没有实际的工程意义。可知,在这样一种区域单纯依靠EH4的方法是难以解决问题的。( 2) 雁门关隧道DKl l 8+300一DKl 20+700段的EH4二维反演断面瞰图6)图6雁门关隧道DKl l 8+300一DKl 20+700段EH- 4反演断面图图6所反映的正是区域内的罗庄一雁门关正断层。其下伏基岩以斜长角闪岩为主。由于深部断层与围岩的差异较大,所以断层的上下盘,倾向反映极田5桃园断裂RP一哪测线EH一4反演断面图明显。属于上文所说高阻中找低阻。532铗遭建毵技术RAILWAYCONSTRUCTI ON TECHNOLOGY2008f增J 万方数据 · 工程物探·综合以上理论及实例可以总结对观测对象适用范围的几点结论。( 1) 对于大地电磁EH4来说,足够的电性差异或者说在足够高的高阻中找足够低的低阻是获得尽可能精确分辨率的前提。而在低阻中找高阻是困难的,无论其差异有多大。( 2) 深部的异常确定要比浅部的可靠,这个深度按照经验至少要在100 m以下。这一方面是由于浅部电性差异往往不够大,还与高频部分的频点密度及噪声干扰等因素有关。当然,如果在高频部分增加发射源的话,浅部的效果会有所改善。这样做无疑是提高了信噪比及增加了可信频点的密度。但信号强度的增加是否会对分辨率的提高有所帮助还是个疑问。( 3) 即便是得到了足够的分辨率,EH4大地电磁还是不能够精确确定类似于断层宽度这样一类问题,而有赖于协同其他物探方法共同确定。当然,实际问题要远远复杂的多,对于这一问题的深入认识还需要去做大量的工作,包括理论层面的和实践层面上的。