天然场音频大地电磁法（AMT法）在输水隧洞中的应用

天然场音频大地电磁法（ AMT法）在输水隧洞中的应用

刘娜1，胡远杰

上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司 上海市 200000

摘 要 花溪河综合整治项目七星水库—巴国天潭调水工程输水隧洞的工程勘察具有隧道长度大、勘察工作量大、工程建设时间紧等特点，选择合适的物探勘察方法对于整个勘察工作的重要性及准确性不言而喻。音频大地电磁法(AMT)具有覆盖频率宽，探测深度大，使用天然场源，施工轻便及观测时间短等优势，结合场区的工程地质与水文地质条件，本次工作采用天然场音频大地电磁法（AMT法）对输水隧洞进行勘察，准确划分了隧道沿线地层岩性及其分界面，同时精确划定了区域破碎带及含水层的里程位置，取得了较好的勘察效果。

关键词 ATM法 输水隧洞 工程地质评价

花溪河综合整治项目七星水库—巴国天潭调水工程位于重庆市巴南区，本项目为长隧洞，为无压力单洞隧洞，项目起于巴南区南彭街道鸳鸯村南彭高速收费站附近八国天潭，于距起点约5.3KM处南彭街道天台山村的窑子台附近下穿在建渝黔高速复线，经兴隆场北西侧的凤行湾，终于南彭街道、惠明街道及天星寺镇交界处的二圣河（规划七星水库）。隧洞全长9.817km。设计隧洞建筑限界为宽2.5m，净空高2.8m，设计坡比为0.1%。

1 天然场音频大地电磁法（AMT法）基本原理

天然场音频大地电磁法（Audio-frequency magneto-telluric method）简称为AMT法，是大地电磁法的一个分支，它与大地电磁法一样，是利用天然的大地电磁场作为场源，来测定地下岩石的电性参数，并通过研究地电断面的变化达到了解地质构造、找矿、找水等地质目的的一种地球物理勘探方法^[1-2]。其原理可以简要概述为：在某个观测点上，测量由天然场源产生的电场（Ex、Ey）和磁场（Hx、Hy、Hz）分量，同一频率的电场对磁场的比值（E/H）称为阻抗，该阻抗是介质电性的函数。而电场、磁场的穿透深度伴随频率变化，频率和穿透深度成反比关系。因而可以通过在单个测点上测量不同频率阻抗的振幅和相位，达到了解不同深度介质电性的分布特征之目的^[3]。

2 隧址区工程地质与水文地质条件

2.1 工程地质条件

隧址区根据实地调查及收集有关地质资料，测区岩性特征及分布范围如下：

第四系人工填筑土（Q₄^s）：以块碎石、角砾、粉质粘土为主，松散～稍密、灰色、灰褐色，块碎石主要成分为泥岩、砂岩，次棱角状，一般粒径2～200mm。

冲、洪积层（Q₄^alp）：以含砂砾石粉质黏土为主，呈灰-灰褐色，软塑～可塑状，夹少量砂砾石，稍湿～湿，厚度2～5m。

崩坡积层（Q₄^col）：主要以砂岩碎块石及少量粘性土为主，碎块石含量约60～70%，最大块径1500mm，厚度一般0.5～5m，主要分布于隧洞起点处。

残坡积层（Q₄^eld）：主要以粉质粘土、粘土为主，夹少量角砾、碎石，呈暗紫色，厚度一般0.5～5m。

侏罗系上统遂宁组（J3s）：岩性为棕红－鲜红色泥岩夹紫红色细粒砂岩，底部有一层厚约2～25m紫红色的细粒石英砂岩。

侏罗系中统上沙溪庙组（J2s）为紫红色、棕红色泥岩、粉砂质泥岩、粉砂岩与黄灰、白灰色中厚至块状细~中粒长石碎屑砂岩或岩屑长石石英砂岩互层。普遍含大量钙质团块及结核。

侏罗系中统下沙溪庙组（J2xs）以紫红色、暗棕红色泥岩、粉砂质泥岩、粉砂钙质泥岩为主，夹黄灰色、紫红色中厚层块状中至粗粒长石砂岩、长石石英砂岩。

2.2 水文地质条件

工程区位于长江右岸，区内主要发育二条大的河流，分别为二圣河、花溪河。其余为溪沟。上述二条主河流均为长年性河流，河流水面宽5～45m，水深一般0.5～10.0m。局部两侧河漫滩宽10m以上。河床多堆积砂土及粘性土，受季节性变化显著，有利于地表水及地下水汇集排泄。

路段区沿线气候温暖潮湿，雨量充沛，地表径流丰富，为地下水的形成提供了良好的条件。线路区地形主要地形以浅丘为主，地表沟谷发育，含水介质类型多，线路段内广泛分布的砂泥岩互层等相对隔水层，控制了区域的地下水分布，使区内含水类型少，地下水水量小主要分布于地表浅部的基本特征。沿线地下水主要为松散岩类孔隙水、基岩裂隙水二类。

3 工程物探成果解释

根据各岩土层的视电阻率差异对隧址区的地层分布、岩石完整性、含水层等进行辅助判断，反演电阻率断面图与钻探、地质调查资料结合对地质构造进行解释。物探成果解释如下：

表1 天然场音频大地电磁法（AMT法）解释成果

4 结语

采用天然场音频大地电磁对花溪河综合整治项目七星水库—巴国天潭调水工程输水隧洞进行勘察的效果十分明显，在结合已有地质资料的情况下，基本上能够查明隧道的岩性、破碎带以及含水发育情况，为隧道施工提供良好的依据。天然场音频大地电磁法是电阻率频率测深，它具有探测深度大、快捷，能及时提供视电阻率拟断面图等优点，但也有所测试电阻率参数单一等因素增加了解释难度的不足。因此在利用AMT资料进行解释时，应结合已知地质资料特别是钻孔资料进行分析，这对物探成果准确性具有至关重要的影响。

参 考 文 献

[1]朱光喜.音频大地电磁在铁路隧道工程勘查中的应用[J].工程地球物理学报,2009,6(3): 294-298.

[2]闵刚，王绪本，等.CSAMT法在昆玉线宝峰深埋隧道勘察中的应用[J].煤田地质与勘探,2012,40(3):78-81.

[3]刘国栋.大地电磁测深研究[M].北京:地震出版社，1984.

1 作者简介：刘娜，联系地址：成都市高新区荣华南路366号2栋2单元1401号，邮编：610000，电话：19980430241。