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csamt法在金口河隧道工程中的应用

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SOUTHWESTJIAOTONGUNIVERSITY匿瑚if硕±学位论文IftpM乂STERDISSERTATION隣箱>SAMT论文题目:C法在金口河隧道工程中的应用■嗎I—纖学位类别;—些些—雜:学科专业ift年么方.20";指导教师W讓5變難:20變壤繁绘挺逞蠢16年5月難雞.师讓麵麵 国内图书分类号:P319.3国际图书分类号:西南交通大学研究生学位论文CSAMT法在金口河隧道工程中的应用年级2011姓名喻晓通申请学位级别工程硕±专业工程地质指导老师巫锡勇二零一六年五月十八日 西南交通大学硕±研究生学位论文笠215CLCP3巧.3UDC:SouthwestJiaotonUniversitgyMasterDegreeThesisTHEAPPLICATIONOFCSAM了INJINKOURIVERTUNNTLEXPLORATIONGrade。。。Candidate:XiaoTongYuAcademicDegreeAppliedfor:MasterofengineeringSecialit:EnineerineoloexlorationpyggggypSupervisor:XionWuygMa.5.2016y 西南交通大学硕±研究生学位论文西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可W将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可W采用影印。、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文本学位论文属于1.保密□,在年解密后适用本授权书;2.不保密呀^使用本授权书。""(请在上方框内打V)学位论文作者签名:指导老师签名:日期;知八日期;兴/《r 西南交通大学硕±研究生学位论文II2页西南交通大学硕±学位论文主要工作(贡献)声明本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下:一、前期资料的收集和整理。在开题前广泛收集论文相关资料,确定题目、文章结构。、研究目的等内容二、撰写开题报告,提交导师审査并获得通过。H、所有研究内容除已注明为引用内容外,均为个人原创。在撰写过程中详细分析、认真研究,根据研究进展情况随时调整撰写。充分考虑开题时指导老师意见。四、与指导老师及时沟通,听取导师的修改意见,完善论文。:所呈交的学位论文本人郑重声明,是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体,均己在文中作了明确一说明。本人完全了解违反上述声明所引起的切法律责任将由本人承担。.r’学位论文作者签名;日期:兴乂C^ 西南交通大学巧±研究生学位论文^3摘要本文W金口河隧道施工为实例,使用CSAMT法(可控源音频大地电磁测深法)对隧道预施工地段进行了测量。对当前电法数据处理中常用的几种地形校正、反演方法一(维反演、空间滤波法、比值法、二维反演、二维带地形反演、H维反演等)进行了对比选择。通过对收集资料的分析,比较各类方法对地形干扰的抑制强度及解译精度,最终选择了能有效消除地形干扰的带地形CSAMT2D反演软件SCS2D作为。研究工具,使用该软件对测量数据进行处理并反演成图通过反演成果,对预施工段的地层岩性、含水层分布、地质构造(断裂、裙皱等)进行了巧步解析,从而在实际施工中达到有效规避复杂、危险地质区域,降低施工难度、预防危险及加快进度等作用。论文首先简要叙述了当前对于隧道应用施工中使用CSAMT法勘的现状及研究概况,然后总结论述了在对CSAMT数据测量成果进行如静态校正、地形校正等方面使用的方法及注意事项。最后结合金口河隧道施工中开展说AMT法的应用实例,证明了该方法对隧道区的地层岩性、构造及赋水情况等可W进行较为成功的预测,为隧道的设计、施工提供较为科学的依据。关键词:隧道施工勘探;CSAMT法应用;带地形二维反演;对比验证 西南交通大学硕±研究生学位论文第4页AbstractThisarticletaketheJinKourivertunnelconstructionasanexample,usethecontuoUed-srcecouaudiofreuenc化lluriceletromaeticCSAMTmethod化carronqygn()y-conconnnee打com打thesuTverfortherestrutitul.Thbariof过few姐ferentterrainyp,ypgcorrectionorinversionmethods(eg:ID&2D巧atlandinversion,spacefilterratio,methodwithtoorah2Dinversion3Dinversionandsoon?,pgpy,)Through化eanalysisaboutthecollecteddatecomarin化eaWlitofvarious,pgy"aroachesemovethetorahicfectinterretatio打accuraciSCS化roeandchocethepppgppy,">2Dwhichcanremove化6tbpographyefectperfectly(onesof化6她topography2Dinversion),tobe过researchtool,andusesitforrocessingandi打versmthedata.呂pThisp泣perbrieflydescribesthecurrentoverviewresearchoflongdeeptunnelinvestiationandthendiscussedtheimactbstaticefectscausedbhsicalandg,pyypytopographicalobectandthecorrectionmethods。FlnallsCombined化eJinkouriverjywecarrud-tunnelsoftheexloratio打rocessouttheCO打tro口edsourceaiofreuencpp,yqymnetotelluricmethodinlondeetunnelintheiresearchandalicatio打andmade江^gppp,successfulredictionofthetunnelarealitholoeoloicalstructureanditswaterpgy,ggsituatio打forthetunnddesignandCO打structio打torovide泣morescic打tificbasis.pKeyword:Exlorationof化etunnelconstruction;useofCSAMT;化etraceinversionpwi化化eterrain;o打siteverification. 西南交通大学硕±研究生学位论文第5页目录第71胃绪论1.1选题依据及研究意义71.1.1选题依据71.1.2研究意义71.3.1研究内容91.3.2研究目的及方法10第2章方法原理简介122.1工作原理122.2关于TE与TM测量方式简介13第3章反演软件及数据处理流程143.1数据处理软件的对比及选择143.2数据处理思路513.3数据处理的关键技术153.3.1数据编辑153.3.2静态校正153.3.4过渡区校正163.4数据处理流程16第4章CSAMT法隧道勘查应用实例184.1测区位置及概况184.2地层194.3构造214.3.1断层214.3.2擢皱224.4测区地球物理特征224.5仪器设备的选择234.6测点敷设24 西南交通大学硕±研究生学位论文M64.7试验工作254.7.1收发距试验2542.7.2供电电流试验74.7.3采集时间试验29304.8施工参数选择431.9数据采集49131..场源布设4.9.2接收装置布设3242.9.3施工难点3第5章资料解释与应用3351.解译原则335233.解译成果及应用5.3对比验证391结论及建议4主要结论41问题和建议42 西南交通大学硕±研究生学位论文^了^第1章绪论1.1选题依据及研究意义111..选题依据本选题来源于乐山至狭源髙速路金口河隧道的可控源音频大地电磁测深法(CSAMT)勘探工作。隧道设计长度为8415m,进口标高为641.53m,出口标髙为716.6如1,隧道最大埋深约为1300m。作者全程参与了实地踏勘、测量设计、数据收集及后期处理、研究工作。经反复参考对比认为,此次测量路段较为典型,在测量及资料处理过程中,也出现了较多的实际问题,通过研究解决此类问题,对于可CSAMT法数据测量及处理具有一定代表意义。1.1.2硏究意义""乐山至狭源高速公路(简称乐汉高速),总体走向起点起于峨眉,与乐峨连接线窩速公路对接。该高速在金口河段施工隧道为越岭隧道,地形条件较为复杂,存在山髙坡陡、局部断裂发育、岩体破碎等特点,总体施工难度较大。因此施工前需对隧道中轴线途经的断层等不良地质体的空间分布,岩体完整性和岩层富水情况进行査明。,为隧道布设钻孔及后期施工提供可靠依据。勘查项目在实际测量过程中,对测量深度及精度均有较髙的要求而目前在此领域使用较多的物探测量方法主要包括地震法(折射波法、面波法)、高密度电法、常规大功率电法测深等。但在W往工作中发现,此类方法多存在探测深度不够、工作效率低或受地形限制明显等问题,在近期内无法得到有效解决。与上述电法相比,近年来迅速发展的CSAMT法(可控源音频大地电磁测深法)具有探测深度大,设各W相对轻便及横向分辨率髙等特点。由于其良好的现场测量效果及较为全面方便的后、期数据处理技术,近年来由矿山测量水文地质测量、地热测量等方面的广泛应用,"’’3"逐渐扩展到城市规划、隧道测量等工程施工领域,并取得了较好的成果。通过前期对比论证及综合研究,认为使用CSAMT法可W较好的达到本次隧道测量设计目的。测量结果证明,合理使用CSMT法,通过对其测量数据的处理、分析,可W对 西南交通大学硕±研究生学位论文H8%预施王段的地层岩性、含水层分布、地质构造(断裂、摺皱)等进斤初步了解,从而在实际施工中有效规避相对复杂、危险的地质区域,达到降低施工难度、加快进。、度及防范危险等作用特别是针对地形条件复杂,勘探深度大外界干扰能力强等地段,CSAMT法具有独特的优势,在工程勘查、资源调查等方面发挥着越来越重要的作用。(2)近年来,随着计算机技术的发展和物探各类解译方法技术的大幅进步,国内外学者在原有电法勘查数据处理及反演算法的基础上,开发了多种算法及模拟软?W件(如1D、2D、2.加、3D等)。该类方法在保证测量数据完整性的同时,大大减小了各类干扰(自然干扰、认为干扰)及地形起伏对解译结果所造成的不良影响。但在CSAMT法使用过程中,因为使用各类数据校正、反演软件及施工人员水平的不同,也导致了后期成果的极大差异,对其正常使用产生了不利影响。而在隧道施工一勘查领域,CSAMT法并未有个规范化的处理及反演流程。因此,通过现场试验及后一个行之有效的处理流程期验证,对该方法W后在隧道施工测量中的应,初步确立用一,具有定的参考意义。1.2研究现状可控源音频大地电磁测深法(CSAMT)是在音频大地电磁测深(AMT)基础上一发展起来的种人工源频率测深方法。在70年代初,为克服大地电磁测深法中相对大地电磁场较弱,人文干扰较大等缺点,DWStrangway教授及他的学生MAGoldstein提出了沿用AMT测量方式,观测人工供电产生的音频电磁场由于所观测的电磁场频率、场强和方向均由人工控制,其观测的方式与AMT相同,所W称1"其为可控源音频大地电磁测深。近年来,随着计算机技术的发展和物探各类解译方法技术的大幅进步,国内外学者在电法勘查数值模拟(1D、2D、2.5D、3D)和反演算法的基础上,又研究开发出了多种算法(如面积分方程法、边界院方法、有限元法等)。该类方法在保证测量(数据完整性的同时,大大减小了各类干扰自然干扰、认为干扰)及地形起伏对解译结果所造成的不良影响。经过多年的试验与发展,CSAMT法己经具有了较为成熟的应用条件。广泛的应用于地热资源、水文地质、有色金属矿床等领域,近年来在工程地质勘查等方面也一,些CSAMT法应用实例有了较多的使用下表例举了,简要说明其应用领域、年 西南交通大学硕±研究生学位论文H9^M ̄253代及主要优势所在(见表^1)。一表11可控源音频大地电蹈法应用实例表应用领域应用实例主要优势备注黄力军、陆桂福等人在一北京、迁宁等勘探深度较大,能够测量北京远郊某区使用该技术进地热资源地深部地热般直流电阻率法无法观测到的行地热井探测,其反演结果调查资源调査深部热储地层及地质构造分布与验证数据仅相差几十米(孔深超过巧00m)。2006年水文地质山东泰安物浅部及中深部地下水资源张威、王文国等2013年调査探找水工作勘探均有较好应用效果危机矿山深福建大田县对中深部异常反应更为明部找矿(煤东西坑矿区显,在矿山工作中对各类人文干成江明等2008年矿、有色金(全国危机扰抗击能力较强属)矿山项目)对地下低阻体非常敏感,可有效划分断层破碎带,圈定地下永定河隧道陈煌、胡树林、郭志、工程勘查水富集区。有效避免窩阻屏蔽,勘查李冬泉、刘金處2013年解决常规电法及地震折射法不能解决的问题1.3研究主要内容、目的及方法1.3.1研究内容'"口河隧道工W3C本次论文W乐山至汉源离速路金前期施中采用的SAMT法及其反演成果为主要研究对象。在对测量数据处理前,对当前电法数据处理中常用的几一二种地形校正、电法反演方法(维反演、空间滤波法、比值法、维反演、二维带地形反演、H维反演等)进行了对比选择通过比较各类方法对地形干扰的抑制强度及解译精度,最终选择了能有效消除地形干扰的带地形CSAMT2D反演软件SCS2D作为研究工具。此软件为基础,对在测区收集的可控源音频大地电磁测深数据,通过多种筛选、剔除、误差校正方式,最终进行二维反演。在此基础上,将反演成果与现场实际情况(部分完成施工地段)进行对比,对部分不合理之处进行反推,从而对数据处理过程中存在误差、不合理的地方进行了校正,并重新对原始数据进 西南交通大学硕±研究生学位论义^10%行处理,得到了与实际情况契合程度较高的最终成果。1.3.2硏究目的及方法随着国家铁路,在,、高速公路网的推进与完善很多西部山区及偏远地区将面临越来越多的隧道等山地工程。在施工中面临的首要问题即需全面了解施工段岩性、W岩层、水工环等基础情况。而通过可控源音频大地电磁测深法,可W较为全面的探一测施工区域的地质构造等情况,为工程施工设计提供第手现场数据,极大的提高了施工过程中的安全性及针对性。因此,通过对测量数据的筛选及反演方式的合理一一,选择,总结出套行之有效的参数选择及误差校正方法能够进步的提高可控源测量方法在野外的适用性及解译的准确性,对后各类隧道工程设计及施工具有重要的现实意义。本文实际意义在于通过解析CSAMT法测量成果及其实用价值,突出了巧AMT法在工程施工领域中的重要作用。结合后期验证结果,对早期数据处理过程中存在的一一一些问题进行了合理修改,反推出套行之有效的数据处理和反演流程,进步的一提高可控源测量方法在野外的适用性及解译的准确性。并提出现有方法存在的些一问题,明确今后可供进步研究的方向。本次论文编写过程主要分为野外地质工作和室内工作两部分。1、野外地质工作2013年,进行了野外地质数据的测量及收集。从测量点位的施测到野外数据的采集均按相关规程和技术要求执斤。2、室内工作20H年(1)、,Zon资料处理,对采集的各类数据进行筛选、剔除演算最终使用美国ge公司出品的巧AMT2D反演软件(SCS2D)对最终数据进行反演、验证。(2)资料解释:根据完成的带地形CSAMT法二维反演地电断面图,综合分析物?IIVV、V探数据,根据电性特征及地质情况,参照相关标准,划分了I、IV、I级四类异常。(3)对比验证;结合解译结果,对部分现场已施工地段进行验证,根据验证结果对原数据处理、反演方式进行修正,并对原始数据进行二次处理。本次在对数据进行二次处理后;,得到的成果显示划分的地层分界线、断层破碎带、岩溶及破碎 西南交通大学硕±研究生学位论女或富水岩体等成果数据与地质情况基本相符,达到勘察目的。(4)。综合各类资料,编写论文 西南交通大学硕±研巧生学位论文第12页第2章方法原理简介2.1工作原理CSAMT法基本原理为通过供电电极AB向地下供入交变电流,在电偶极源AB中垂。?c+线两侧lK30、收发距DRF>68D(D;探测深度AB方向的电)的范围内观测场Ex和与之垂直的磁场Hy来计算卡尼亚视电阻率;2IE_:〇_S5fHy而探测深度D与大地电阻率和使用的工作频率有关:,计算公式为。音巧6巧从上式可见,当地表电阻率固定时,电磁波的传播深度(探测深度)与频率有关。高频时探测深度浅,低频时探测深度深。可W通过改变发射频率来改变探测深2-1。度,从而达到频率测深的目的,野外观测系统布置见图发射机、说ana明BIIA ̄J?l3kmfL—了--''一 ̄/\,AB长度般选择,1、AB为供电偶极l3km/\本次为2km。W距一/\2、Drf为收发,般选择6至8倍最大探測/深度,本次工作为9.1km\./\33、有效探测范围为左图虚线之问的巧围。\//\/m\丄/\-图21CSAMT接收系统示意图相对其它常规物探方法而言,该方法具有工作效率高、探测深度大、分辨率高、受地形影响相对较小、抗干扰性能强等特点。在2kra深度范围内能发现电阻率差异一较大的高、低阻不均匀体,是高速公路长大深埋隧道勘察的种行之有效的手段。CSAMT法具有如下特点(1)勘探深度范围大;(2)垂直向分辨率高; 西南交通大学硕±研究生学位论文^13%(3)水平分辨率高。水平分辨率与收发距无关,约等于接收电偶极距;(4)高阻层屏蔽作用小。可W穿过高阻层,特别是高阻薄层;(5)抗干扰能力强。由于在波区观测,为平面波场,测区内地形影响较小,且电道受外界高压电干扰也较小,并易于消除。2.2关于TE与TM测量方式简介对于均匀大地而言,CSAMT的测量结果与发射偶级与测量偶级的方法无关,但一二H维的现实中真正的地下地质体很少是维的,多数情况是维或。在二维地电条件下。,视电阻率测量结果将受到发射偶级与接收偶级方法的影响在CSAMT法的标量测量中,发射源和测线平行于地质体构造走向的测量模式为TE模式;发射源和测线垂直于地质体构造走向的测量模式为TM模式。因为TTE模式TM与TM模式在电磁场的分布上有所差别,所W对异常有不同的反应,模式测量的是,而咒模式测量的电场E分量,平行于地质构造的构造走向电场的法向分量E,法向电性界面相距较远。所W说TM模式发现规模较小异常的灵敏度比TE模式强。TM模式横向分辨率较高,对低阻体反应敏感,可W用于普査低阻体,但其反应的异常中也和异常范围往往不够准确,因此最好不要根据TM模式解译成果布设钻孔;TE模式的垂向分辨率较离,能较为准确的反应低阻异常中也和异常范围,比较适合用于异常的査证。 西南交通大学硕±研究生学位论文^1415第3章反演软件及数据处理流程3.1数据处理软件的对比及选择。而在测量工作中在电法资料处理过程中,原始数据的准确性尤为重要,排除部分人为及不可控干扰外一,地形条件对测量数据准确性的干抗是不能忽视的个重要因素,特别是在地形起伏较大、岩体陡峭等地段,干扰非常明显,在野外测量中,、很难通过常规手段将其完全消除,而需要后期通过对数据的剔除筛选及校正来等方式进行修正。一二目前国内几种较为常用的地形校正、反演方法主要包括;维反演、维平地反演、空间滤波法、比值法、带地形二维反演法及H维反演方法等,通过对W往资料的对比及综合研究,可W初步得出W下结论一1、直接用维反演、二维平地反演方法进行数据反演,简单快捷,但其不能消除地形影响,变化不大的区域适用。若针对地。该类方法较为适用于地形相对简单形多变、起伏较大的测区,使用该方法进行数据处理会由于地形影响而产生较大误差,进而导致数据、成果的失真。一2、空间滤波法在小尺度浅部和小地形干扰方面能起到定作用,但其依据是认为地形影响在空间上是属于表层髙频噪音,从而对其实施低通滤波消除。事实上实际测量过程中,地形影响的幅度和范围远远大于表层高频噪音的影响,仅使用滤波消除是不够的,而且实际处理中很难选择恰当的滤波因子消除地形影响,也是其难一W适用于消除地形干扰的主要原因之。3、比值法能部分消除地形引起的视电阻率崎变,但其在改正过程中,对相位改正及校正因子的计算有一定要求。4、带地形二维反,演法,相对于前述几种方法能够更有效的消除地形起伏引起一的系列影响,改善反演解译结果,使其更接近实际。但带地形二维反演也不能彻一底消除纯地形产生的影响,这是由其本身就是种近似有限元数值圆滑反演方法所决定的。5、H维反演方法总体技术要求较高,在现阶段国内使用软件并不成熟,特别对 西南交通大学硕±研究生学位论文^15带地形反演,对野外数据采集及室内计算机均有严格要求,且反演结果不尽人意,故在实际生产工作中使用较少。综合上资料,结合实际经验,本次选择带地形二维反演软件SCS2D作为后期,结合静态校正,反演的主要工作软件、场源校正等方法对野外数据进行必要处理。3.2数据处理思路对野外测量数据处理的主要目的是消除CSAMT数据中的各种噪声的影响,如仪器噪声、天然电磁噪声、人文噪声和地质噪声(静态位移、地形影响)W及非平面波引起的过渡区崎变等影响。从各种叠加场中分离或突出地质目标体的场信息,并w'w使其信息形式或趋势得到增强,W便更易于识别和定量解释。前文已经说明,经过对比优选,本次主要采用SCS2D带地形二维反演及其配套软件进行数据处理。、前期处理方法包括:数据编辑静态校正、地形校正及过渡区校正等,处理完成数据进行带地形二维反演。3.3数据处理的关键技术3.3.1数据编辑数据编辑主要目的在于消除仪器噪声、风噪声、天然电磁噪声和人文噪声引起的明显崎变。根据野外观测工作原始记录、视电阻率曲线趋势特征、误差统计表或()分布曲线等信息,对受干扰大、噪声强的数据做合理的编辑剔除或圆滑处理。若曲线出现严重崎变,经过处理后,仍不能使用的物理点则作为报废点处理。本次通过数据检测编辑,剔除、重测物理点4处。3.3.2静态校正静态校正主要用于消除近地表局部地层导电性不均匀体引起的静态位移。在野外的数据采集中,,静态位移现象不可避免在理论上也是无法进行预测的,因此对静态位移效应明显的实测数据进行校正是数据处理中必不可少的步骤。处理过程中首先依据地质构造、地形起伏等情况,参考阻抗相位等资料判断原始资料是否存在异常(静态位移、异常响应或其它原因),若存在静态,对引起异常的原因进行分析位移现象,则应结合测区已知资料选择合适的方法(如空间滤波法等)对数据进行 西南交通大学硕±研究生学位论文M16^谨慎地静校正。、针对静态位移的校正一,主要点是在实测过程中,对野外测线、测点所经过的地形。例如途经的水塘、公路、村庄、高压线等。在室内、地物要做到详细的记录进行资料处理是,对于该类测点数据要重点关注,其测量数据有较大可能发生异常。如果发现有静态异常曲线,应及时与现场记录对比,初步找出发生静态异常的原因,一必要时可进行实地验证或重新测量。另外通过观察个排列中的测深曲线,也可W一初步判断数据是否发生静态位移。目前CSAMT接收机仪器是多道电场测量,共用一一道磁场测量,次完成多个点的频率测深,。般来说这多个点的频率测深曲线应一是紧密贴合在起的,如果发现其中个别点频率曲线明显高于或低于正常值范围,一,步得到确认则可能就是静态曲线此时通过野外记录对比,可W进。通过W上方法校验过的原始数据,再进行反演计算,其准确度会有明显提升,实践工作证明这一种较好的静态校正方式是。333..地形校正地形校正主要是用于消除由地形起伏引起的卡尼亚电阻率和阻抗相位曲线的崎变。本次工作区地形起伏较大,,经,构造复杂属地形影响较为严重的地区过研究对比,选取带起伏地形反演的二维软件SCS2D进行反演,直接消除大部分地形影响。(本次测量出去部分特别晓峭地段见附图)无法进行测量外,对其余实地测量中遇到的起伏较大地段(特别是山脊或山沟底部)均进行了专口地形记录及校正,消除了大部分因地形起伏带来的影响。义3.4过渡区校正过渡区校正主要用于消除卡尼亚电阻率在过渡区由于非平面波效应产生的崎变。,根据解释工作需要,选取专业软件的相关功能进行过渡区校正从而提取出过渡区""数据中隐藏的有用频率测深信息,使其得到有效利用。3.4数据处理流程根据本次勘探设计的要求,结合测区实际情况,本次对野外采集的数据首先进行剔野值、去噪、静态校正及近场校正等处理,而后进行带地形二维反演成像。资料处理采用了集数据去噪、平滑、静态校正、二维多方法多模式反演解释、二维有一体的大地音频电磁资料处理平台2D限元屏幕建模正演等为SCS软件进行。 西南交通大学硕±研究生学位论文H1了^数据处理流程分为预处理、二维正演模拟、反演解释兰个核也模块,基本可WCSAMT数据满足从预处理到反演解释的需要:(1)预处理模块(改进反演条件需要);沿用较成熟的预处理方法。其中包括、、、了:数据总览编辑平滑极化模式识别测点处理、静态校正和空间滤波;(2)二维正演模拟模块(反演先决条件);建模便利、快速兰角网格剖分、长剖面分段显示、修正机制。其中包括了:同时提供矩形和H角剖分两种建模方法、模型自动离散、后期模型检验修正、长剖面分段演示、利用地质解释背景绘制模型、、修改方便界面友好、操作简单;一二(3)反演解释模块(MT资料解释主体):提供多种维、维反演方法,手动设计网格,约束反演,实时反演监控。其中包括:简单界面操作、多种反演方法、-约束反演功能、实时查看反演图像,处理流程如下图所示(图41):数据整理><>r; ̄_J数据编辑近场校正静态效应校正IIIIII ̄1.i全域视电阻率计算I>r主VrJBostick反演>拟2D反演2D带地形反演I1IIII ̄等视电阻率断面^已知地质资料I<<'电学地质断面图-图31数据处理流程图 西南交通大学硕±研究生学位论文^18^;第4章CSAMT法隧道勘查应用实例4.1测区位置及概况本次测区位于四川盆地西缘,乐山市金口河区至峨边彝族自治县之间,中间有306口位于峨边彝族自治县杨省道相连,隧址进出口处车辆均能到达,进村乡往峨边方向一陡坡上,出口位于金曰河区解放村游旋坪东侧的溪沟右岸斜坡中下部,其间4-里程交通甚为不便,绝大部分测点需步行方能到达,交通位置见下图1。务L作JY琴井*巧iI媛凝苗市屬!列剌C管細区腳.I爲含兹0节.盈伽雜揀穿尸實4-图1交通位置不意图测区为四川盆地向青藏高原东部的过渡地带,整体地势呈西高东低趋向。预施工隧道为越岭隧道2000m,区内最高海拔W上,最低为隧道进口官料河,海拔为580m左右,相对高差达1420m,属高中山地地貌区。区内植被、竹林发育极为茂盛,荆棘化生,主要为灌木丛,乔木灌木混杂,步行艰难,妈験、毒蛇出没,增加了施工难-2。度,对生产施工带来了极大的影响,区内地形地貌特征见图4隱鸣.Ii图4-2DK64+205附近地形地貌 西南交通大学硕±研究生学位论文第19巧测区气候湿热多雨,接地条件较好,仅部分地段碎石堆积,区内有水流汇入隧。址两侧的官料河及大渡河总体而言,在测区内进行可控源音频大地电磁测量施工一一具有定难度。,但地形地貌较为典型,具有定的代表性及研究意义4.2地层4""本次测区主要出露地层为新生界第四系全新统崩坡积层(Q)、第四系全新统WW^冲洪积层(Q)、第四系中更新统冰水堆积层(〇)及P:2中生界峨眉山玄武岩組()、下统阳新组(P、-)、宝塔组(Owb)、e,y)、奥陶系下统红石崖组(0山)巧家组(〇1泪寒武系上统二道水组(eae)、中统西王庙组(e巧)、下统巧竹寺组(eiq)、震旦系 ̄edZ上统灯影組(Z2)、震旦)、震旦系上统列古六组(Zzi)、i系上统观音岩组(sg前震旦系峨边群(Pteb)等地层,现具体分述如下:1、第四系地层(Q)4""(1)第四系全新统崩坡积层(Q)W碎块石、含角碌粉质粘±为主,棱角状,主要分布在隧址区的斜坡、陡坡中?下部,石质成分主要为灰岩、玄武岩、石英砂岩等,估计厚度525m。4"w(2)第四系全新统冲洪积层(Q)、、该层主要分布于隧道进口的官僚河河床中,W卵碌石漂石大孤石为主,估计厚度>2加1。2、二叠(P0)系上统峨眉山玄武岩组2、、该层主要分布于隧道外,与本隧道无关,岩性主要为灰绿至黑色斑状致密状杏仁状、气孔状玄武岩,紫红色凝灰岩等。3、奥陶系地层(0)(1)红石崖组(Oih)该层分布于DK线隧道进口段:下部为浅灰色厚至薄层状细粒长,主要岩性包括、石石英砂岩与粘止岩,笔石及少量;中部为灰绿色薄层状水云母粘±岩产H叶虫、。腕足化石;上部为紫红黄灰色薄至中厚层状细砂岩、粉砂岩及梢±岩岩石多具?平行层理、脉状层理、透镜状层理,局部见微波状层理,岩层总厚度U8172m。 西南交通大学硕±研究生学位论女^20^(2)(0-巧家组,泪)??该地层分布于DK线隧道进口段,主要由长石石英岩粉砂岩粘±岩组成?2、53m厚的基本层序,底部具平行层理,缓斜交层理,属海滩沉积环境。下部具平行层理、斜交层理,微波状层理,为近滨沉积环境中部的生物碎屑灰岩夹粘±岩,;。产S叶虫,属潮间带沉积环境(3)宝塔组(Owb)??该地层分布于DK线隧道进口段,出露较少,主要由生物碎屑灰岩泥质灰岩粘±岩组成?。顶部为生物碎屑灰岩或豹皮纹状灰岩含猛质灰岩或赶质灰岩组成。岩石普遍具豹皮纹状构造、瘤状构造,具微波状层理或水平层理。该层与下伏巧家组地层为整合接触。3、寒武系(e)(1)寒武系上统二道水组(G把)该地层分布于DK线隧道进口段,岩性为浅灰色中厚层状粉砂质白云岩夹薄层粉?砂岩及砂岩条带,底部常有灰白色砂岩。厚度66巧2m。(2)寒武系中统西王庙组(C巧)该层分布于D一K线隧道进口段,岩性为套紫红、绿灰、黄灰色白云质长石石英粉砂岩与灰、黄灰色薄至中层状白云岩,砂质白云岩。底部紫红色石英粉砂岩与下?45伏石龙洞组,该组厚度33.93m。、上覆类山关组均为整合接触(3)寒武系下统巧竹寺组(e,q)该层分布于〇1<线隧道进口段,岩性1^深灰、灰色长石岩屑粉砂岩、黑灰色水云母粘±岩为主165;下部夹结核状、条带状踞质条带;顶部为灰色粉晶白云岩。厚一2242.1m组与下伏灯影组麦地坪段灰色白云岩呈平行不整合接触,该,接触面凹凸不平,具卡斯特溶蚀现象。4、震旦系(Z)—(1)震旦系上统灯影组(Z2eid)DK一该层主要分布于线隧道进口段,地层底部为套灰、灰白色粉晶白云岩、层纹状白云岩、渣状白云岩,下部具水平层理,微薄状层理,中部见有藻纹层构造、 西南交通大学硕±硏究生学位论文^21%渣状构造、葡萄状构造,上部具水平层理,顶部多夹磯质条带。与下伏观音岩组呈整合接触,与上覆巧竹寺组呈平行不整合接触。2Z()震旦系上统观音崖组(sg)该层主要分布于抓线隧道进口段,上部岩性主要为灰色含砂质、桂质灰岩夹页岩。下部岩性主要为灰白色粗粒石英砂岩与页岩组成韵律,底为含烁砂岩,该层厚?17约巧.55m。(3)震旦系上统列古六组(ZI)2该层主要分布与DK线隧道进口段,出露面积较少,岩性主要为紫红、灰紫、暗紫色碌岩、含巧砂岩、凝灰质砂岩、粉砂岩、粘±岩等。5、前震旦系峨边群(Pteb)该群为隧道洞身及出口段主要岩性层,,按岩性可分为H段第H段岩性底部为,偶见变质巧岩变质砂岩,下部为黄灰至深灰色细粒变质砂岩、粉砂岩夹千枚状板、岩,中上部为变质细砂岩粉砂岩、泥砂质板岩夹炭质板岩,厚度〉巧00m第二段;W黑色炭质板岩(局部已石墨化)为主,夹深灰色变质砂岩、细砂岩及泥砂质板岩,?Om在金日河巫路岗W北,夹有加左右的变质玄武岩及晶屑凝灰岩,厚度>1200m;一第段岩性为灰白色、灰绿色大理岩,条带状结晶灰岩夹桂质板岩,厚度MOOm。4.3构造区内地层发育较为完整,裙皱、断裂较为发育。其中招皱基地形成于晋宁期,?主要表现为近东西向的构造行迹燕山期,主要表现为断块运动特征。盖;加里东层權皱形成于喜山期。断裂多为古老断裂,婿皱构造W南北向线性构造为主要特征,构造叠加,、复合、干涉现象较为普遍南北向和北西向构造具多期活动特征,并对区内的地层沉积,岩浆活动及成矿作用起着明显的控制作用。4.义1断层一测区位于区域宜坪万坪断裂束北端,峨边断裂西端。1、峨边断裂该断层从峨边W西穿过宜坪后,向东从峨边县城南侧通过,沿大渡河南东岸向北东延伸出图,本图幅内长度20km左右,其断面向北西倾,峨边W西显示为正断裂 西南交通大学硕±研究生学位论文H22^一特征,峨边W东则显示为逆断裂特征,说明该断层为带压扭性质的断裂,断裂通?过处岩石受挤压强烈,岩体破碎极破碎。一2、宜坪万坪断裂束?该断裂为区域边界断裂,断裂束由34条迭瓦状断裂组成,这些分支断裂的裂°?面均倾向西,倾角3050。该断裂束北段断于下元古界变质岩与震旦系、古生界、?40000000m中生界之间,断距可达1,为延伸入基底的深大断裂;南段断在古生界一及中生界中,,断距逐渐变小,般几百米左右沿断裂带地层受挤压破碎严重,挤压破碎带宽达数十米,下盘地层常发生倒转,断层通过的地方,地形上常形成诬口和负地形。,还有断层湖和温泉分布一一、根据收集资料及踏勘发现,在宜坪万坪代,北西北东及近东西向的次级断裂较为发育,并将南北向主断裂错开,属于与该断裂有成生联系的张扭性断裂。4.3.2糟皱区内權皱较为发育一,地层产状变化频繁,在宜坪万坪断裂W西的前震旦系地°一般为0?70层走向6,由于禪皱发育,倾向在北西和南东间变化,亦有呈水平状°°一一?0?者,17Z6570,;在宜坪万坪断裂W东的地层产状般为160岩层倒转,。断层带附近挤压强烈,岩体中发育较多分支小断裂及挤压破碎带等。。??210Z74据调查,隧道进曰段岩体中主要发育两組节理:L1:59,延切10°。??20m化10:Z.5m,面不平L26011075,局部从山顶切到山脚,间距;,延切??距?512m820m0.52.0m。,局部,间,面不平,少量充填岩体被L1、L2、层面H组结构面切割W后呈块状?。碎块状,局部呈大块状。。??:出口段岩体中主要发育两组节理;L375Z7835m,.30.8m,延切间距0,。。Z??面不平;L4:3巧76,延切35m,间距0.30.8m,面不平,岩体被L3、L4层面H组结构面切割后呈块状、換形体状。4.4测区地球物理特征CSMT法W电阻率的差异来区分岩性及构造体,根据视电阻率值的大小W及在地下的展布形式来识别地下地质体的空间分布及其状态和性质。影响电阻率的主要因素有岩石岩性,,,岩石结构岩层构造含水情况等多种因素。在正式数据采集前,项目组对测区内各类主要岩石进行了电性测量,据收集资料统计,灰岩、砂岩、板 西南交通大学硕±研究生学位论文H234-1岩、白云岩等岩性的常见电阻率值如下;,见表表4-1金口巧隧道测区各岩石电阻率常见值统计表-岩性样品数量(件)电阻率范围(欧姆?米)平均值.米)(欧姆I||-灰岩67180700411482-530327妙岩10粉砂岩753巧-96663896-2250白云岩11001634-板岩67115021001477-页岩853301100671553-碳质板若3105200440675-碳质页岩113028001899一由表可见,不同岩性之间存在定的电性差异,;此外较完整岩体与充水破碎带、软弱岩体及断层破碎带之间也存在明显的差异。因此,本工区能够用电性差异区分地层岩性,划分断层破碎带等构造体,具备开展CSAMT法的地球物理条件。4.5仪器设备的选择本次勘察主要设备采用加拿大化oenix公司的V8多功能电法采集系统。施工现4-24-场主要仪器设备见下表,图2:图4-3V8多功能电磁法采集系统 西南交通大学硕±研究生学位论文第24巧表4-2施工现场主要仪器设备表序号设备名称型号或规格单位数量检验状态1KTK中海达V8套!良好2发电机30kw台1良好V8主机V8-6R台31良好4辅助盒子口48台1良好5辅助盒子21;38台1良好6辅助盒子2141台1良好7辅助盒子2000台1良好8磁棒AMTC-30根1良好9不极化电极个20良好10森林罗盘1良好11水平尺1良好12电瓶12V个8島好■13对讲机台5良好14手持GPS台3良好巧猎豹车辆1良好16皮卡车辆1良好4.6测点敷设V8RTK双频动态GPS卫星一300E本次勘探投入中海达定位系统套,海王星型GPS3台,所使用测量仪器及配套设备均经过了严格检验,工作状态良好。'":80楠球3M000施工采用甲方提供的工程坐标系统西安,中央子午线为10,600m85国家高程基准投影商程面,采用项操作严格按照相关规程规范执行,保,各-3证了勘探线的测设精度,控制点使用情况见表4。-表43测量施工控制点使用表点名XYH位置XXXX49一G4232Xxxxxxxxx杨村乡至上地塘公路边地边新街组杨村乡往美姑县方向X149续*国防光缆G4332XXXXX49xxxxxxxxiiiXXXXG4432X49xxxxxxxx杨2。村乡场镇向美姑方向前行大约.5km 西南交通大学硕±研究生学位论文H2日勘探线采用V抓TK系统结合海王星30肥型GPS进行敷设。进行生产前,从甲方所提供图件里面读取出勘探线的各点坐标,并由专人进行检查复核。放点时,先在勘察区选择地形较高位置架设RTK基准站,采集2个已知控制点坐标,求取坐标转换参数,W其余1个控制点作为检核,并对工区关键点进行放点;完毕后将300EGPS设置好参数,对剩余测点放样。本次测网布设工作,在已知断层两侧点距布置为20m,其余地段布置为30m,共完成测点敷设说日个,作业正规,达到规范要求(详见附图1)。m图4-4测点敷设现场及标志4.7试验工作在野外正式测量工作开展前,项目组投入了大量的精力对仪器收发距、供电电流强弱、采集时间等参数进行了选择试验,W确定在实测中参数选择能够这到最佳效果:,具体测验情况如下4.7.1收发距试验""为了消除地层波的影响,工作场源布设需保证远区观测的条件,即收发距6?8倍探测深度范围内300m在,本次勘探要求的最大深度约为1,即要求收发距大于7.8km。理论上,收发距越大越能满足远区观测的条件,但受仪器设备性能的限制,当收发距太大时,接收信号太弱,接收数据质量降低。故在正式测量前,需结合实际情况试验确定最佳信号收发距离。试验在峨边彝族自治县大堡乡二道坪、茶丰村进行,收发距分别为6km、9.化m,-两处试验点均位于测线南部,中间没有较大规模水体等影响因素45、,成果见下图 西南交通大学硕±研究生学位论文H26^4-6。巨〇?构-EI,^:!曼IL-曼—i;41s!^:::!;……g4::]..…一.…i.JiC-*芝;!;巧I虫史1?!?曼SCT::::j甚1iI;*s,^1rr?■一?n..iI.....------^-"7^苗]pI;p^^..-。.---,一占…Ti;;保量[图4-5收发距6km试验单点数据图弓-含?*?*.口。巧j;言ミII--.-------?■■占■;I^Tp■■今三■三*—§>?,-■■?'-*"*'**''*'*-巧>>心iiTi*--………….--…-Iif1I,—?■■■*—■■占—Q:^Ia,?…奋占I;-……Sf:tI.苗立S、I三中卡;)???.……...…-."."…-町:izjf::;才rbi;‘"■巨IW?t-6图4收发距9.1km试验单点数据图1km由图可W看出,9.收发距测量所得视电阻率曲线较化m收发距测量所得视电阻率更加连续,干扰压制效果更好,因此,本次生产工作发射站定于大堡乡茶丰村,91收发距.km。此外°,为满足发射偶极与测线平行,角度小于3的要求,本次测量工作设置了3个B极点位,在不同里程进行测量时,对B极点位进行了相应的移动,保证了数据4-7的准确采集,场源布设见下图(图)。 西南交通大学硕±研究生学位论文^2了^4-图7巧源布设示意图4.72.供电电流试验加大供电电流可W提高发射功率,増强发射信号,提高信噪比。本次生产工作A、B极选择了接地条件较好的地方,并采取加盐水、加大接地面积、向地下砸钢筋等措施减少接地电阻,W达到较高的供电电流,保证发射功率,提高信噪比。-本次供电电流试验了AA及1-5、89A及0A,试验单点测深曲线见下图48、494-10。从图中可W看出5A及,供电电流为时,单点测深曲线信号较凌乱,测量数据完全不能用于进行反演解释;而8A和9A时的单点测深曲线差别不大,曲线较光滑、离差小、信噪比高,,数据质量要稍好于8A但供电电流为9A时;而当供电电流设置为10A时,尽管采取了扩大接地面积,增加接地介质(加大钢筋埋深及数量),灌注一系列措施盐水等,发射机均无法保证全频段稳定工作,,因此本次勘探选择了9A供电电流进行数据采集。 西一通醜父料娜巧巧生学第28页巨o^w-of心。^IEo.C:..O..?I-jM"i ̄)i^IIiIi:h._杏.;7-.Ni ̄lMM??MIMMi!-M么i而个Mj*lI ̄1f...—进17.扣o;;一-三,l! ̄t.T"W■1Int:,—企.巧! ̄..一n^j^I-Ii??一MII?mM ̄Cf心I!j!II..也.iJ:.B ̄*.-d-fci ̄<(u*I-"0aIl.^.,..;.,CT.W.*!! ̄—.口.t):_i-^liW-i心uIIitW一|jI^ ̄^1:-?.Ti—!m.—:ra.::¥—:c!|-lI-II一|.M ̄J1!IIdVr..:;‘4>:.山一,-:o..;:.|IMl!MIIIMMM ̄cc.iK11M个IIlraTo;a!;.: 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西南交通大学硕±研究生学位论文M30........—..............—....Iiji..f记;|’>2!??■■■?■■?■*■*********奇--*'""O?个TX5—i-……-…rI1ii:…---------------二:1IiIi**巧i二二<2含::::I1……f泛4…——…-4U…—…4?I.0>?W;:::豈Wii-\I't.-—......氏s?立,.,-."*.,.‘;冬4*iI■?一??一§i呈1iIi4-图1345min测量时间试验单点数据图%*.g〇?*Xk"…W§*1if1i1*之,.'-**■*■?■—'占"!童去tI产-I5"[tf\5..::{I.I一义的""??S…?*??ta&-'S■■"島i.i:;々Ililt?S:gjj??一?*;g^一?????'?,j,?>?????广巧muA召?■爱???:严,呈^居*??>■?W?-图41450mm测量时间试验单点数据图4.8施工参数选择频点设置首先需要满足探测深度的需求,其次需要在对数坐标轴上均匀分布,再次,频点越多,采取的地下信息越丰富。根据工作原理,在相同频率的情况下地表视电阻率越大,探测深度越深,按照甲方要求,本次勘察深度要求约为1300米,参数设置时W1350米为目的深度,结’合附近工区收集到的资料,W20Qm为地表视电阻率,经计算,最低频率应设置为1.4HZ,因此选择0.75HZ作为最低频点能满足需求。本次探测最终为采用频率见下表-44。根据上述试验工作及地质任务,本次生产工作最终采用如下施工参数: 西南交通大学硕±研究生学位论文^31发射极距:化化收发距:9.化化n。供电电流:9A采样总时间:巧mi;表-一44金口河隧道勘察CSAMT采用频率览表 ̄ ̄ ̄ ̄ ̄采样时间频率采样时间可I^万I(Hz:m:ss))(h:mm:ss)(Hz)(hm ̄ ̄196000:00:40巧800:19:20 ̄ ̄ ̄2§533.扣0:01:203066.6670:20:00 ̄ ̄ ̄376800:02:0031^00:20:40 ̄ ̄ ̄464000:02:40如480:21:20 ̄ ̄ ̄551200:03:2033400:22:00 ̄4:0064266.667:034扣3330:22400: ̄ ̄738400:04:4035300:23:20830720:05:2036240:24:00— ̄92%00:06:0037200:24:40— ̄102133.:3330:06:4038T6.6670:25:20 ̄ ̄ ̄1119200:07:2039150:26:001215360:08:0040120:26:40— ̄1312800:08:404110027:20: ̄20141066.6670:09:428.:3330:28:00__15¥600:10:00437.50:28:40 ̄—167680:10:404460:29:20 ̄ ̄176400:1]:204550:30:00——185:33.:3330:12:00467.1670:30:40194800:12:40473.750:3120: ̄ ̄ ̄ ̄20384013:204830:32:00: ̄ ̄—213200:14:0049云0:32:4022266.6670:14:40502.0830:33:20232400:15:20511.8750:34:00 ̄ ̄一241920:16:00521.50:34:40 ̄ ̄—25:40251600:1653L0:35:20 ̄ ̄2613333.;30:17:2054^04子0:36:08 ̄— ̄271200:18:00550.93750:3702:28I96I0:18:40I56|0.75|0:40:004.9数据采集经过前期的准备工作,确定了各测量参数并开始数,项目组在反复验证测算后,在数据测量过程中采取了下措施据采集工作。为保证采集数据的质量:4.9.1场源布设(1)A、B极点位的地理位置满足远区观测的条件,AB场源平行于测线方向布°3一。设,方位误差小于本次工作中,因隧道在测量过程中有定的角度变化,因此 西南交通大学硕±研究生学位论文H323采用了变化发射偶极角度的措施,设置了个发射偶极,在生产过程中,及时调整发射偶极角度,保证了发射偶极与隧道测线的角度要求。(2)A、B极布置在交通较方便、±壤坚实且潮湿、接地条件好的茶丰村。采用铅箱等片状电极平敷在接地点上,并向地下打入钢筋,减小接地电阻,并用湿±压实。(3)为避开较大规模水域,A、B极选择布置在与隧址相同方向的大渡河北岸。4.9.2接收装置布设(1)接收偶极MN沿测线方向布设;MN导线贴地放置,避免因风力等因素使导线晃动而产生电磁干扰。(2)MN电极的接地电阻做到低于3kQ,遇到基岩裸露地区,采取加盐水等措施降低接地电阻,;MN电极不埋设在流水、污水或废石堆上极坑内不留碱石和杂物。(3)遇到学校等建筑物、金属栏杆、供电线路、无线电塔及道路时,MN进行适当平移,减小干扰。°(4)施工时磁探头垂直于MN方向布设,采用森林罗盘仪定位,方位误差小于2;磁探头水平放置,为避免较大的误差,40cm的水平尺校准使用了长度大于;磁探头紧贴地面或固定在专用的非金属材料制成的支架上,为避免震动而产生噪声,磁探头在地下埋深均在20cm上。(5)磁探头到接收机的距离大于7m。4.9.3施工难点(1)本工区大部分地区交通不便,国家在当地实施退耕还林十几年,当地百姓大部分已搬迁下山。测线所过之处更是鲜见居民,施工时每天必须步行数公里上山,加之工区植被覆盖茂密,荆棘丛生,毒蛇、妈擅出没,给生产施工带来极大影响。(2)施工时正值当地强降雨时节,暴雨过后往往引起山体塌方,道路堵塞;而雨水过后多为阴天,道路,背负仪器步行艰难,湿滑不干;部分地段地表覆盖软弱脚底不实。,危险系数极大(3)测线所经部分地段,碎石堆积,除了对安全行走带来影响,也增加了改善MN接地工作的难度,遇到这种情况,采取了从别处取±,加盐水制作泥浆的做法。。通过对实际情况的针对性处理,保证了测量工作的顺利进行 西南交通大学硕±研究生学位论文^33第5章资料解释与应用5.1解译原则、本次解译主要任务是根据已有的测量成果,结果断面图中视电阻率背景值的大小异常的形态等特点判释地层的完整性、地层分界线、断层、岩溶发育情况、岩体的破碎及含水情况。通过对电性特征进行分析己有地质资料划分为曲?、IV、IV,结合,将异常V、Q,V四类异常。视电阻率大于2000m,初步推测围岩较完整且富水性弱,推断为m类??异常;视电阻率介于10002000之间,初步推测围岩较破碎且富水性中弱,推’300?OOOQm之间断为IV类异常,l,推测围岩破;岩体视电阻率低介于碎且富水性??QV300m且富水性强,中等,推断为IV类异常;岩体视电阻率小于,推测围岩极破碎推断为V类异常。5.2解译成果及应用SCS2D软Au通过前期数据处理,利用件反演,在后期采用toCAD软件做出了金口河隧道视电阻率断面图(详见附图)。通过实地剖面测量并结合收集地质资料进行综合分析,对测区地下岩层稳定性、含水性等方面做出了初步推断及部分施工建议,具体如下:-图51金口河隧道视电阻率断面图5-由图1可W看出,?+(1)DK62+435抓62905段该段位于测线东端,为金口河隧道峨边进口,由于地形切割严重,落差较大,且发生落石、塌方等可能性较大,人员及仪器设备无法到达点位,未能施测。?+(2)DK62巧05DK64010段 西南交通大学硕±研究生学位论文H34^该段主要发育有奥陶系下统红石崖组(0化)、寒武系上统二道水组(e3e)、中统西王庙組(e:2x)、震旦系上统灯影组(Z2d)地层。其中奥陶系下统红石崖组主要岩性为石英砂岩与页岩互层;寒武系上统二道水组主要岩性为浅灰色中厚层状粉砂质白云岩夹薄层粉砂岩及砂岩条带,底部常有灰白色砂岩;中统西王庙组主要岩性为紫红色具灰绿色条带状粉砂岩、泥岩、页岩,中下部夹白云质灰岩及泥灰岩;震县系上统灯影组分为上下两部分,上部岩性主要为灰色、灰白色白云岩夹娃质岩及燈石结核,下部岩性主要为灰色、灰白色白5岩,、泥灰岩、页岩。,具葡萄状构造偶夹灰岩?+DK62巧0日DK62928段该段隧道轴线处视电阻率较低,与本段地层产状较为吻合,反映了地层的大致形态。本段东部未能施测,但从已有物探成果可W看出断层对该段视电阻率仍然产生了影响,洞,,导致视电阻率较低,推断该段为V类异常身处受到断层影响且岩层破碎富水性强,建议施工时应加强支护和防治水工作,防止巧塌和突水事故发生。+928?DK62DK62+960段从断面图上可W看出,该段视电阻率相比东部有增大趋势,向西部高视电阻率段。逐渐过渡从其特征来看,整体呈近直立形态,与地层产状较为吻合,地表至洞身处?视电阻率较稳定,变化不大,推断为IVV类异常,围岩较破碎且富水性中等,施工。时应加强支护工作,防止巧塌事故发生抓?+62+960DK62990段从视电阻率特征来看,该段仍为过渡段,相比东部有增大趋势,向西部高视电阻为?IV类异常,围岩较破碎且富水性中弱,施工时应加强支护工作,率逐渐增大,推断防止巧塌事故发生。?DK62巧90DK63+422段Q,m该段整体视电阻率相对较髙,均大于2000,为金口河隧道东端视电阻率值最高段,从地表至洞身变化稳定,电阻率形态与地层形态较为吻合,推断为皿类异常,围岩较完整且富水性弱。+?DK63422DK63巧46段’,Qm?Q该段视电狙率在lOOO2000m之间,总体形态向西倾斜,反映了相应段的地层形态?,视电阻率从地表至洞身处变化较为稳定,围岩较为破碎性中,推,富水弱。断为IV类异常,施工时应加强支护工作,防止巧塌事故发生+?+DK63546DK63700段 西南交通大学硕±研究生学位论文^35,该段形态特征大致向西倾斜,视电阻率值相对东侧逐渐减小由整体来看,本段?V为岩体向其西部断层逐渐过渡带,推断为IV类异常,洞身处围岩较破碎且具中等富水性,,建议施工时应加强支护工作防止巧塌事故发生。+?+1DK63700DK6400段一V该段形态类似个字,但整体形态向西倾斜,从异常特征来看,W本段低视电阻率异常中必为轴线,可将两侧分为对称的两部分,结合已知资料,推断该段为断层,断层向西倾斜并穿过洞身,并继续向下延伸,影响带,推断为V类异常围岩破碎且富水性强,加强支护和防治水工作,。建议施工时应进行超前预测、预报W防止巧塌和突水事故的发生。?DK64(3)DK64+010巧70段该段因地形切割严重,异常陡峭而无法测量。4?DK65+6()DK64巧7010段该段主要发育地层有震旦系上统灯影组、观音崖组及列古六组;震旦系上统观音岩组主要岩性为灰色含砂质、娃质灰岩夹页岩、含巧砂岩震旦系上统列古六组主要;岩性为紫红、灰紫、暗紫色烁岩、含碌砂岩、凝灰质砂岩、粉砂岩、粘±岩等。+?DK64巧264+672?DK64370、DK6DK64巧76段’?Q5001000ra之间全段视电阻率在,其形态由地表至洞身逐渐扩大,大致向西?倾斜与地层形态较为吻合。推断该段位于岩性接触带附近,为IVV类异常,围岩,较破碎,,富水性中等建议施工时应加强支护工作,防止巧塌事故发生。巧?DK64+672DK6426段一该段视电阻率值较小,异常规模不大,仅限于洞身处段,并未向地表延伸,但视电阻率从其两端向洞身处有降低的趋势,可能发育岩溶或破碎带,推断为V类异常,洞身处岩层较破碎,富水性较强,施工时应加强支护和防治水工作,防止巧塌和突水事故发生。+77?+?DK646DK64+885、D齡5348DK65巧61段*?该段视电阻率值在10002000Qm之间,,异常规模较大从地表至洞身处范围逐?渐缩小,顶部联通,洞身处被分为两部分。推断为IV类异常,围岩较破碎且富水性中弱。+?DK65+?DK6488日179、DK化+289抓化巧48段’400?Q该段视电阻率值相对两侧逐渐降低,在lOOOm之间,并且向中间逐渐降 西南交通大学硕±研究生学位论文^36?低,V类异常从地表岩性看,应处于岩性接触带附近,推断为IV,围岩较破碎且富水性中等,施工时应加强支护工作,防止巧塌事故发生。+1?+DK6579DK65289段,该段视电阻率值均小于400Qm,总体形态为漏斗形,上部大,至洞身处变小,W该段为中也,,推断本段为V类异常西侧视电阻率逐渐变大,洞身处岩层较破碎,富水性较强,施工时应加强支护和防治水王作,防止巧塌和突泥、突水事故发生。DK65巧6?+1服65610段该段视电阻率值从地表至洞身处变化不大,整体形态向西倾斜,与地层形态较为?吻合,往西逐渐向低视电阻率值带过渡,推断为IVV类异常,围岩较破碎且富水性中等,施工时应加强支护工作,防止巧塌事故发生。+?(5)腑化610DK66+425段本段受本区区域性断层影响明显,全段视电阻率极低,主要发育前震旦系峨边群=三段岩性底部为变质砂岩(Pteb)地层,按岩性可分为段,第,偶见变质烁岩,下部为黄灰至深灰色细粒变质砂岩、粉砂岩夹千枚状板岩,中上部为变质细砂岩、粉砂岩、泥砂质板岩夹炭质板岩,厚度>15〇〇m;第二段黒色炭质板岩(局部已石墨化)?为主,夹深灰色变质砂岩、细砂岩及泥砂质板岩,500m,在金口河巫路岗W北夹有m一,厚度>1200第,左右的变质玄武岩及晶屑凝灰岩;段岩性为灰白色、灰绿色大理岩条带状结晶灰岩夹桂质板岩,厚度MOOm。+6??DK郎10DK65+831、DK66+069DK66+425段,该段受断层影响强烈,从地表至洞身处视电阻率值均小于200Qm,异常通过洞身并有向下延伸的趋势。通过视电阻率异常特征,结合地质资料推断,该异常应位于本区区域断裂附近,断裂性质不明,为V类异常。洞身处围岩极其破碎且富水性极强,易发生巧塌,、突泥、突水等情况。建议施工时应进行超前预测、预报加强支护和防1。治水工作:^防止事故的发生,,应加,同时强监测工作DK65+83?+1DK66069段’该段被区域性断层破碎带包裹于中间,视电阻率值大于lOOOQm,隧道洞身处较?,V类平稳,且有所抬高推测为IV,围岩。其两侧均为断裂破碎带异常破碎且富水性较强,施工时应加强支护工作,防止巧塌事故发生。?DK66+827(6)DK66+4巧段本段主要发育前震旦系峨边群(Pteb)地层上文已详细簡述,不再赞述。,岩性 西南交通大学硕±研究生学位论文第37页+??+DK664巧DK66巧22、抓66巧巧DK66^7段?该段东侧为区域性断裂破碎带,向本段视电阻率值逐渐抬高,在4001000之间一?,整体较为平稳,顺地表直向西延伸,向下至洞身处分为东西两段,推断为IVV类异常,围岩较破碎且富水性中等,施工时应加强支护工作,加强监测及通风工作,防止巧塌、瓦斯爆炸等事故发生。抓?+66巧22DK66719段Q,m该段视电阻率值较两侧有所升高,均大于1000,且洞身段有所抬升,推断为IV类异常,围岩较破碎,富水性为中等。?+(7)DK66巧27DK682巧段主要发育前震宜系峨边群(Pteb)地层,岩性上文己详细阐述。,本段视电阻率值均小于400Qm,为金口河隧道全测线视电阻率值最小区域。从电DK67巧00。性异常上来看,该段背斜特征反应明显,大致W为轴线,两侧呈对称分布。对比已知地质资料,该段并无较大断裂存在因此,推断引起低视电阻率的主要原因为背斜两翼挤压造成岩体裂隙大量发育冲水导致。抓?+?66+827DK67698、D悦7+8巧DK68巧巧段该异常区视电阻率值为金口河階道全测线最低值区域,大体上DK67W00为轴线??m之间+m呈对称分布电阻率值在50400Q,该1400,视段标高处低阻异常与东部已知断裂破碎带有一定的连通性从已有地质资料可知,该段低阻异常区域对应已知背斜,两翼,岩体受构造影响强烈,紧密挤压裙皱发育,岩层陡倾,层间挤压错动强烈,软岩层多形成层间错动带,板岩及砂岩中节理发育。推断该段为V类异常,施工前应进行超前预测、预报,加强支护和防治水工作,加强监测和通风工作,防止巧塌、突泥、突水和有害气体爆炸事故的发生。+?+DK67698DK67825段从已知资料可W看出,该段为裙皱轴部,岩体受紧密挤压,反映在电性特征上为视电阻率相对两翼较高?V类异常工时应加强支护和防治水工作,推测该段为IV,施,重点加强监测及通风工作W防止巧塌、突水事故的发生。+?+(8)DK68273DK69068段该段地层发育有前震旦系峨边群(Pteb)地层,其地层及岩性上文已详细阐述。+2?巧DK6873DK6853段?Q,该段视电阻率从地表至洞身较稳定,在4001000m之间,范围由上至下逐渐 西南交通大学硕±研究生学位论文第38页?V类异常扩大,大致向东倾斜,与地层形态较为吻合,推测为IV,围岩较破碎,具中等富水性,建议施工时应加强支护工作,加强监测及通风工作,防止巧塌、瓦斯爆炸等事故发生。?孤+DK68巧5368810段该段视电阻率值较东部有所増大,异常大致向东倾斜,与地层形态较为吻合,推测为W类异常,施工时应加强监测及通风工作,防止巧場、瓦斯爆炸等事故发生。+?+DK68810DK68985段Q*该段视电阻率值较高,均大于2000m,从地表至洞身逐渐减小,上部大,下部小,推测该段为阻类异常,岩体较完整,富水性较弱,施工时应重点加强监测及通风工作,防止瓦斯爆炸等事故发生。?+DK68+98日DK69068段该段为东侧相对完整岩体向西部断层带过渡带,视电阻率相对逐渐降低^岩体经挤皮变形,推测为IV类异常,施工时应重点加强监测及通风工作。?+850(9)DK69+068DK70段该段地层发育有前震旦系峨边群(Pteb)地层。+068?DK69DK69巧33段?Q,m之间该段视电阻率值在4001000,大致呈东西向分布,整体形态较连续,根据己知资料?V工时应重,岩体中含碳质,推测该段为IV类异常,地层较完整,施点加强监测及通风工作。+333?DK69DK69+424段Q,该段视电阻率值均小于400m,对已知断层反映比较明显,从异常特征来看,断层有通过洞身并向下延伸的趋势,推断为V类异常,围岩破碎且富水性强,施工时应进行超前预测、预报,加强支护和防治水工作,同时做好监测及通风工作,防止巧塌和突泥。、突水事故的发生DK+?+69424DK69804段该段视电阻率异常中等,异常范围从地表至洞身出逐渐増大,整体形态较连续,根据己知资料?,岩体中含碳质,推测该段为IVV类异常,地层较完整,施工时应重点加强监测及通风工作。+80?DK694DK69巧08段一该段视电阻率低,在电学断面上看,与东部受断层影响区域连成体。根据己知 西南交通大学硕±研究生学位论文H39^一条河流与测线垂向相交资料,该段异常地表处存在,洞身距地表仅80米左右,推断该段地层较破碎,受地表河流影响而导致洞身范围内充水。推断为V类异常,围岩破碎且富水性强,施工时应进行超前预测、预报,加强支护和防治水工作,同时做好监测及通风工作,防止巧塌和突泥、突水事故的发生。?+DK69+908DK70770段该段视电阻率异常中等,异常范围从地表至洞身出逐渐増大,整体形态较连续,?施工时应重根据已知资料,岩体中含碳质,推测该段为IVV类异常,地层较完整,点加强监测及通风工作。+?抓DK7077070巧加段该段位于金口河隧道入口端,视电阻率较低,岩体较破碎,推断为V类异常,围岩破碎且富水性强,施工时应进行超前预测、预报,加强支护和防治水工作,同时做好监测及通风王作,防止巧塌和突泥、突水事故的发生。5.3对比验证---后期在测区内施工了部分验证钻孔沈1(见图51)、ZK5等(位置见附图),就ZK-1收集到的资料显示,钻孔提取地层岩巧主要包括第四系地层(Q)、寒武系巧竹寺地层砂岩、-、白云岩地层(C)震旦系灯影组白云岩、泥晶白云岩地层(Z2ed)。其iqi一?-1中ZK中71.077.7m段,提取岩巧为黑灰黑色,十分破碎黑色砂岩、石英砂岩,孔内涌水严重。该段与成果资料推断断裂Fi位置吻合,说明了成果资料的可靠性。??本次测量DK66巧27DK67+689段与DK67+8巧DK68巧巧段是金口河隧道全测线视电阻率最低值区域,主要由充水断裂破碎带引起。根据初步数据处理资料判断,其破碎区位于地下埋深约400m左右(髙程巧80m附近),而在山顶施工钻孔资料显示ZK-5280m700m(),当进尺至地下左右(高程1附近),即进入岩层破碎带且钻孔涌水严重,较预计埋深上升了近120m。分析认为,出现此类现象主要原因是因为在山脊处""地形影响,对富水地层的异常值及异常范围进行了放大,从而对其异常深度判断出现了偏差。后期经过钻孔验证,对校正系数进行了调整,反演后与钻孔实际情况吻合。 西南交通大学硕±研究生学位论文^40—"々g?Aft:^W机tT;*。担*垃,…?屯泣《!^膽#&J16托l—…I*沒:I][^|"翁*?巧Z了^背佩巧&腑、,史了I顯j石广主*#-,*(*夫也表554|:?***-?Q*.;?tL?化?—::..—..——-;_E香:3八;->:.-r—1■1?::.??f'.占!資S云;马.j?w"^>}1:資.阜-V.:.At§??>;*fc?it>3U?w.:ry.—,'.X中-令々公;w."长》备;-?、?>《狂於》!*&?空巧.定衣;化;;:#受■.-‘走ti.:5?*.ti-,?.MtJ**..?t.左AS.,.?:’:A**£**?*.含?**.;?i"-K.n?;?■!,h右*.<.i?£?中?>?玄一f,?t.??ft^1t&???:白M???tMfAtf.liEftMlta*■-"4#化M.>>7f#>?化99MHf?.lgic*失"名^??..,?L.*,行,>n.巧*"*,文*.K<fcA.■■:_*,:"?.*?,化ft.Cf.,,KftT,.,1U.UAMM??- ̄?:?.fijfi口I巧?iTirC-""<■乂化"JUULfil#g±£JL.Ji.——^*tw'、—化视^...i-..A..,:.百..!-U-二-J护----vrvv.Sr;広立為国ess ̄?.J.■.?>*?>tiag8£*???,.7*■>■*I接U?i.MUtsi''题远互^装或说施邀期' 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西南交通大学硕±研究生学位论文^1^4结论及建议主要结论总体而言,结合金口河隧道CSAMT法勘探实例,选用合理软件进斤数据处理,对隧道范围内的地下岩层、构造、富水层等情况进行了查明。结合区域综合资料,为隧工提供了科学一、有效的依据,也为隧道工程安全施工提供了层保障道的设计、施。通过分析与总结,可W得出W下结论;1、CSAMT法具有工作效率较高、探测深度大、抗干扰能力强等多项优点,特别针一一对复杂地形条件下对隧道施工测量,具有定的优势,是种行之有效的隧道勘查物探方法。2、通过选择适当的数据处理程序及反演软件,能够较为准确的反映出测区的实际情况。在已知的几种反演方法中,带地形二维反演方法是较为成熟的反演方法,它能,够明显消除绝大多数地形的影响,改善反演解译结果使其更接近真实情况。在现阶段成熟的3D带地形电磁反演软件未广泛应用前,使用带地形二维反演方法是理想的地形校正方法。3、在进行反演之前,数据的预处理工作,包括崎点数据剔除、去燥、静态校正、"",静场校正等工作,会对后期成果造成直接影响。在此过程中需耍对不良数据进行反复推敲、比较,特别对山脊顶部(或山沟底部)出现的异常数据,很可能是因为"""")地形变化导致的局部崎变,对数据产生了放大(或弱化效应。对该类数据最好对比现场记录资料(地形、岩性、构造记录等)进行合理取舍,而不应不加筛选的全部去除或保留。必要时可使用多种校正、反演方法处理后进行比较,结合实际情况,保留合理的异常。4、资料预处理过程中,若进行多次处理(静态校正、2D圆滑反演等),则可能对""有效异常反应(断裂作用,若异常强度较弱或规模较小,则、溶洞等)起到弱化?可能丢失异常12,。因此建议对常规测量数据,进行次预处理工作即可这样既不会""弱化异常,也不会影响解译效果。 西南交通大学硕±研究生学位论文第42巧问题和建议在现场测量过程中,也遇到了部分问题,现总结如下:1、在原始数据采集过程中,对数据的准确性及精度有较高的要求。野外工作应尽量满足相关电流强度、采集密度的要求,且在允许条件下尽量避免人为干扰及避开可能对数据采集过程产生影响的各类干扰源(如高压线、电站等)。2、通过前期实验,对各类测量参数进行了选择,但在实际测量中,部分参数因现一。场条件限制,难W达到测量要求,需采用定技术处理如供电电流强度,在地面坚D+?硬、千燥及相对海拔较高地段(如K64巧70DK64巧26段),在测量组加大供电电压。情况下,仍难W达到预设的9A强度针对此类情况,采用了在A、B极使用铅箱等片状电极平敷在接地点上,向地下巧入钢筋,减小接地电阻,并用湿±压实,紹灌盐水等手段,在多次修正后使电流达到测量要求。3、经过数据处理后的反演图件,在地层、断裂分布等方面与实际情况仍有部分差别,导致该类情况发生的主要原因在于对局部地段地形变化与岩体异常叠加或抵消。主要包括两种情况:一为当地下为低阻体时其(如低阻富水层),此时在山脊地段异常容易被放大,而DK66巧27?+在山谷地段异常容易被减弱甚至抵消。该现象在本次测量DK67689段与DK67+825?DK68+273段ZK-5。较为明显,即中验证情况其二为当地下存在商狙体时(如断裂带、蚀空区等),此时在山脊地段异常容易被减弱甚至抵消,而在山谷地段异常容易被放大。此类情况在本次测量中部分地段(如D+?+K63700DK64010段)有所显示但并不明显,经地形校正后对与实际情况基本吻合,对生产施工不会产生影响。??4、本次反演结果对部分近地表地表(05m)地质构造(节理、裂隙等)反应不够完整,局部甚至出现缺失等现象。总结主要原因是该类测量条件下CSAMT本身对浅地表测量存在局限,部分地表段无法测量,而在数据校正处理材会自动对该段数据。进行补偿,从而出现反演失真或缺失等问题该类问题对W反应中深部地质情况为主一般工程测量中影响较大要目的的隧道施工测量不会产生明显影响,但在城市管线、。一般采用缩小点距或使用其它电法测量手段改善该类问题(如TEM、小四级等)相结合进行分段测量的方法,在后期数据处理中进行综合对比,W对近地表测量数据进行校正及弥补。 西南交通大学硕±研究生学位论文H43%感谢本文是在四川省四0五地质队及四川省煤田物勘院金曰河勘查项目资助下完成的。在论文完成期间不仅得到了恩师巫锡勇、唐学渊二位教授的悉也指导,且二位教授在治学与科研方面的严谨学风亦使我终身受益。同事张强、马妮同志真诚协助一完成了大量数据处理、反演计算工作。在此并表示衷也的感谢!参考文献[1]黄力军,刘瑞德。。物探化探计,陆桂福可控源音频大地电磁测深法应用实例算机.2006年,第4期[2]孙鸿雁。可控源音频大地电磁法影响及校正方法的对比研究与应用。中国地质大学.20054月(北京)年G0LDSTENASTRANGWAYDW-[3]M.Audiofreuencmanetitellurics.19巧’qyg,P-:11591161[4]张斌.可控源音频大地电磁二维正反演研究。中国地质大学(北京).20口年,第5期。[引秦伟,可控源音频大地电磁法在地层识别中的研究东北石油大学2013年4月[6]林昌洪,谭择东,舒晴,冬拓,谭嘉言。可控源音频大地电磁H维共辆梯度反演研究。地球物理学报2012年11月[7]董泽义,汤吉,周志明。可控源音频大地电磁法在隐伏活动断裂探测中的应用。地震地质2010年9月[引孙鸿雁。。可控源音频大地电磁法地形影响及校正方法的对比研究与应用中国地质大学(北京)2005年4月[引许广春,习铁宏,段洪芳。可控源音频大地电磁法(CSAMT)在隧道勘查中的应用。工程勘查2008年1月[10,]张国鸿,李仁和张良敏。可控源音频大地电磁法若干方法技术问题的探讨。安徽地质2009年6月[11]周茂军。CSAMT)的近场。,周玉冰可控源音频大地电磁法(效应和近场校正迁宁地质1993年10月 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