基于1 Hz～100 kHz天然电磁场深埋长隧道勘察

作者：郭涛; 席振铢; 王鹤^*; 韦洪兰; 刘威; 杨晓敏; 黄晓帝

来源：铁道科学与工程学报, 2023, 20(11): 4107-4116.

DOI：10.19713/j.cnki.43-1423/u.t20222282

• 宽频大地电磁法
• TE与TM极化
• 深埋长隧道
• 非结构化网格剖分
• 隧道勘察

随着深埋长大隧道洞身埋深的增加，目前常用的10～8 192 Hz频带音频大地电磁法满足不了隧道勘察中浅层高分辨率探测和深部数千米深度探测的需求。为了提高浅层分辨率和深埋洞身探测能力，将频率范围扩展至1 Hz～100 kHz进行研究。首先建立复杂地形深埋长大隧道与不良地质体的电性模型结构，利用非结构化网格剖分有限元二维正演计算频率1 Hz～100 kHz宽频天然电磁场的电阻率和相位响应。研究结果显示：TM极化模式对地形、断层及浅部异常体的横向分辨力更强，但受静态效应影响导致纵向分辨率较差；TE极化模式横向分辨力较TM极化模式稍差但不受静态效应影响拥有较高纵向分辨能力，理论上论证1 Hz～100 kHz的频带范围可满足0～2 000 m范围内复杂地形深埋长隧道探测需求。随后，基于MPMT-18系统，一次性完整采集了重庆市武隆区高速公路谭家隧道1 Hz～100 kHz的天然场电磁信号，计算了电阻率和相位响应并反演了谭家隧道的电性结构得到电阻率剖面图，以不同岩性电性特征为物性依据进行综合解释：精细划分了地表第四系覆盖层的厚度，推断了土石界面；分辨了洞身二叠系下统的灰岩、泥岩以及志留系页岩不同岩性围岩，为隧道施工提供了依据；根据电阻率特征在灰岩、泥灰岩地层中划分出3个异常区，经SZK02和SD 33钻孔揭示异常区存在3～4 m大小的岩溶，验证了资料解释的可靠性。

• 单位
  物理学院; 中南大学