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RAILWAY CONSTRUCTION TECHNOLOGY 2008 l增l 531 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DKll8+300一DKl20+700段 的EH4二维反演断面瞰图6) 图6雁门关隧道DKll8+300一DKl20+ 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 田5桃园断裂RP一哪测线EH一4反演断面图 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 明显。属于上文所说高阻中找低阻。 532 铗遭建毵技术RAILWAY CONSTRUCTION TECHNOLOGY 2008 f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。 3 EH4大地电磁技术的应用效果 EH4大地电磁技术的探测深度范围为几十米 至l 000 In。如果配合低频探头则探深可达数千米。 其优势深度介于MT与TEM方法之间。下面介绍2 个例子,一个例子中的最大目标埋深为850 m,另一 个则为最大目标埋深100 in。 (1)北同蒲线雁门关隧道 测区位于山西省朔洲市山阴县以南与忻洲市代 县以北的交界处,线路走向基本沿208国道。隧道 全长14 400 m。施测时间为冬季。 测区位于山区,属恒山山脉,地形起伏极大,隧 道最大埋深达850 m。除个别地段为采矿施工弃渣 场。其他地段均为荒山。地表大部基岩裸露且风化 严重,第四系覆盖极薄。部分为松林及低矮灌木。 隧道所经沟谷,地表及地下水较为发育。 测区内地层岩性基本为上太古界冰淋沟组及东 湾组变质岩,仅进口部分地段为第四系洪积层松散 堆积物所覆盖。岩性基本为片麻岩、变粒岩及角闪 岩,其间发育有伟晶岩及磁铁石英岩岩脉。地层除 进口部分段落倾向小里程,大部倾向大里程。 该项工作采用的大地电磁方法除EH4外还采 用了可控源音频大地电磁V6方法。以下为两种方 法的二维反演断面。由于篇幅所限,仅展示反演断 面图的主要部分。 通过对两幅图件的对比,可以发现,两种方法的 宏观电性变化尤其是深部非常一致,且EH4所反映 的电性变化更为细致;对低阻目标的反映更为敏感。 断层、赋水、风化、裂隙、岩性变化等地质内容均被反 映。如前文所述,该测区的地球物理特点非常适合 发挥EH4的优势特点。经过后期大量的钻孑L验证, 与EH4的成果完全吻合。EH4对深达800 m至 900 m的目标反映优秀。 (2)长吉线关家沟隧道 隧道位于吉林省长春市与吉林市的交界分水岭 处,相对高差50 m、隧道最大埋深约46 m。隧道全 长320 m。为低山丘陵地形,线位远离公路。 隧道区主要岩性为花岗岩,出口侵入闪长岩。 地表为极薄土层覆盖。山体上部为树林,下部劈为 梯田耕地。 根据钻孔资料可知,测区隧道进口未见地下水, 隧道出口附近地下水位较浅。 本次隧道物探工作开展了诸多方法,EH4大地 电磁工作仅为其中一种。测线布置方案为除沿线路 布设贯通测线外,沿两侧各20 n1分别布设等长度的 平行旁测线。线位主测线二维反演断面图及三条测 线二维反演断面图的纵平切断面拟三维反演断面图 见图7、8、9。 图7关家沟隧道主测线EH4大地电磁二维反演断面田 铁道建筑技术RAILWAY CONSTRUC丁『ON TECHNOLOGY 2008 l增) 万方数据 ·工程物探· 图8雁门关隧道EH4大地电磁二维反演断面圈 圈9雁门关隧逆V6大地电磁二维反演断面图 主测线高程100 m以下电性反映主要为高阻, 100 m以上自左至右反映为自高阻向低阻的变化。 根据区域地质资料及既有钻孔资料分析断面中 的高阻为花岗岩的反映,低阻则为侵入闪长岩的反 映。电阻率于断面纵向上的整体反映为高低高,中 间相对低阻层自大里程向小里程规模逐渐变小,电 阻率逐渐变高,由电阻率的变化形态分析为侵入岩 自大里程向小里程侵人。 里程DK58+360地表附近可见明显的高低阻 分界,推断为侵入接触带,该带的左侧为花岗岩,在 EH4大地电磁二维反演断面图中视电阻率为2 000 —12 000 Q·m,侵入接触带的右侧为闪长岩,.在 EH4大地电磁二维反演断面图中视电阻率为500— 3 000 Q·m。 里程DK58 4-240附近可见明显的纵向电阻率 等值线错动现象。推断为断层反映,且两侧层序错 动规律,错动线倾向小里程。小里程侧下降,大里程 侧上升,推断为正断层,且为先侵入后断开。断距约 为30 m。据此确定岩性及侵入界限,断层形态及 位置。 以上分析与既有钻孔资料相符;06一zc一050 钻孔揭示0 m至4.5 m为土至强风化花岗岩,4.5 m 至16.7 in为弱风化花岗岩,16.7 m以下至洞身为 微风化花岗岩,未见地下水。06一ZD一030钻孔揭 示自0 m至10.6 m为土至强风化花岗岩,10.6 nl 至13.8 m为强风化闪长岩,13.8 m以下至洞身为 弱风化闪长岩,花岗岩与闪长岩接触关系为侵入, 4 m左右见地下水。 为便于资料分析,将三条测线数据除绘制如上 二维反演断面图外,亦绘制了拟三维反演断面图 (见图10)。二维三维图件均清晰反映了隧道区域 的地质状况。 万方数据 a.纵切断面 图10关家沟隧道断面拟三维反演断面圈 b.平切断面 (下转第543页) 铁道建筑技术RAILWAY CONSTRUCTION TECHNOLOGY 2008 t增l ·工程物探· 好。对于上层松散覆盖层,活动层和下层冻土层,它 们之间存在一个明显的横波速度跃变带,这一跃变 带对应土层中从正温到负温的区域,即活动层上限。 在这一层面上速度梯度的增长最快,频散曲线特征 明显,这对于面波的分层和资料解释是很有利的;而 且面波是12道内速度的平均,一定程度上有利于消 除局部异常的影响。面波法的不足是在表面松散情 况下,高频成分能量衰减很严重,0.6 m以上的数据 缺失,影响了数据的质量。 由于冻土活动层上限6月份距离地表只有1.5 ~2 m,应用偶极电法测量的时候,必须包括较小的 电极距,否则无法反映浅部的信息,这就造成电法测 量受局部异常影响很大,这给资料解释带来一定的 困难。而且受青藏高原特殊的气候影响,地表以及 浅层的含水率变化很大,活动层上限附近和上层未 冻土之间的含水率相差不大,造成电性差异不明显, 使得应用偶极电法区分冻土活动层的位置比较 困难。 4结论 冻土引起的冻涨融沉等工程问题危害很大。冻 土活动层的勘探和监测是对冻土问题进行治理的关 键。通过利用瞬态面波法和偶极电法对青藏高原冻 土活动层勘探的实例,将所得数据和历年地温监测 数据以及钻探资料的对比表明,瞬态面波法对于冻 土活动层的勘测效果比较好,同时装置比较轻便,成 本低廉,适合大面积冻土连续测量。 本文由国家自然科学基金(40472157)和地球探 测与信息技术教育部重点实验室(2004D'rKF005) 资助。 参考文献 1青藏铁路冻土技术研究一路基调查监测与整治措施研究 一五道梁试验段研究报告.西南交通大学.2006 2单娜琳.程志平,刘云祯.工程地震勘探.北京:冶金工业 出版社。2006 3贝阿铁路的地震测量方法.俄刊线路和工务,1990 (上接第534页) 三条测线宏观形态变化完全一致。结合以上三 维图件分析,闪长岩侵人方向为由大里程向小里程, 由线位右侧向线位左侧。电性特点反映到断面图中 为该层电阻率由大里程向小里程,由线右向线左渐 次增高。于隧道出口处的侵入接触带清晰可见。区 域内整体围岩电性自上而下反映为高低高的基本 特点。 无论于二维三维图件均可见于隧道里程DK58 +240附近范围内电阻率等值线大幅错动,高低高 的层序产生明显错动。更加确认为断裂构造,且为 先侵人后断裂。由电阻率形态可知倾向小里程,上 盘下降,下盘上升,为正断层,断距约30 m。根据三 条EH一4大地电磁测深测线的断层位置,可确定断 层走向。 EH4方法对浅至100 m左右的目标同样反映优 秀。 4结语 从理论到实践,EH4大地电磁方法在条件适宜 的前提下,无论是多么复杂的地形条件,无论是数十 米亦或上千米的目标深度,可以取得满意的效果。 这些除了方法本身所具备的优势外,也要依赖于外 业勘测中对质量的严格要求及内业处理中一丝不苟 的专业精神。尤其对于EH4这样一种依靠天然场 微弱信号进行数据采集及处理的方法来说,这一点 是至关重要的。不能说这样一种方法已经达到了一 个多么完美的境界。实际上,面临的问题与困扰比 所解决的问题和取得的成就还要多,并且有时候这 些问题与困扰看起来仿佛是不可逾越的。但是相信 伴随着与物探相关技术的快速发展;在电磁学专家 们的努力下电磁理论的进一步成熟与进步,EH4大 地电磁技术必将向我们展示其所包含的巨大潜力和 顽强的生命力。 参考文献 l何继善.可控源音频大地电磁法.长沙:中南工业大学出 版社,2002 2王绪本,李永年,高永才.大地电磁测深二维地形影响及 其校正方法研究.物探化探计算机技术,1999(4) 铁道建筑技米RAILWAY CONSTRUCTION TECHNOLOGY 2008 l增l 万方数据 EH4大地电磁技术的适用及应用效果 作者: 作者单位: 刊名: 英文刊名: 年,卷(期): 被引用次数: 董晨, 张吉振 铁道第三勘察设计院集团有限公司物探所,天津,300251 铁道建筑技术 RAILWAY CONSTRUCTION TECHNOLOGY 2008,(z1) 1次 参考文献(2条) 1.王绪本;李永年;高永才 大地电磁测深二维地形影响及其校正方法研究[期刊论文]-物探化探计算技术 1999(04) 2.何继善 可控源音频大地电磁法 2002 相似文献(10条) 1.期刊论文 陈锁成.罗维斌.CHEN Suo-cheng.LUO Wei-bin EH4高频大地电磁测深数据的时频分析 -甘肃冶金 2009,31(3) 介绍了EH4高频大地电磁测深原理,以及希尔伯特-黄变换(HHT)的时频分析原理.应用HHT分析了大地电磁信号的时频分布特征.基于matlab平台,编制 了EH4时间序列读取及信号分析程序.结果表明,希尔伯特-黄变换是分析EH4非高斯、非平稳信号的有效方法. 2.期刊论文 曹小飞 EH4高频大地电磁测深的数据插值处理方法 -甘肃科技纵横2009,38(6) 分析了EH4高频大地电磁测深的方法原理,提出了应用连分式有理插值的EH4数据处理方法.由于天然的大地电磁场在一些频段信号很弱,导致EH4的观 测结果在某些深度没有电阻率数据,影响对大地电阻率分布形态的分辨.连分式有理插值利用有限的数据表列建立有理逼近函数,使插值数据更接近实际情 况.数据处理结果表明,用连分式有理插值可以改善EH4数据的图示效果. 3.期刊论文 郝明.董晨.Hao Ming.Dong Chen 牡绥线初测综合物探 -铁道勘察2008,34(6) 牡绥线初测阶段综合物探选用地震折射波法和电测深法查找隧道进出口的土石分界;在无玄武岩盖的区域用地震折射波法探测基岩纵波,结合其他资 料评定隧道围岩分级;在地形陡峻区域,采用可控源大地电磁和 EH4 大地电磁法探测断层.钻探揭示的地层、岩性、断层及地下水等情况与物探结果比较 吻合. 4.期刊论文 马文德.沈庆夏 EH4大地电磁测深法在重庆北联络线右线隧道勘探中的应用 -城市建设2010(23) 随着仪器采集精度的提高,分析、反演解释技术的长足进步以及铁路隧道勘探的需要,出现了EH4大地电磁深测法.EH4大地电磁深测法自出现以来获得 了不断的完善发展,并在实践中被证明是勘探铁路隧道的有效方法. 5.期刊论文 金德均.楼凯峰.JIN De-jun.LOU Kai-feng EH4电磁成像系统在兰田张隧道勘察中的应用 -东华理工大 学学报(自然科学版)2009,32(2) EH4电磁成像系统是结合了CSAMT和MT的一种大地电磁测深系统.兰田张隧道勘察运用EH4对K19+775~K20+675,K22+160~K23+060里程段进行了勘探 ,查明了两处断裂构造,为设计提供了必要的依据,达到了预期目的.EH4电阻率成像技术在兰田张隧道勘察中的应用,说明该技术对中深部大型构造的探测 效果良好,是长大、深埋型隧道勘察的一种有效手段;对浅部地层EH4电阻率成像系统解释精度不足,建议在开展工作时应综合运用其它勘察手段加以互补. 6.会议论文 沈远超.申萍.刘铁兵 EH4双源大地电磁测深技术在危机矿山隐伏矿预测中应用 2008 本文介绍了EH4双源大地电磁测深的特点,EH4双源大地电磁测深的基本原理,EH4在韧性剪切带型金矿床隐伏矿预测中应用。 7.期刊论文 沈远超.申萍.刘铁兵.李光明.曾庆栋.SHEN Yuan-chao.SHEN Ping.LIU Tie-bing.LI Guang-ming. 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