2011中铁物探年会报告-李志华-特长隧道(太行山)综合物探技术方法研究

前 言
三院物探
地质调绘和遥感地质解译， 地质调绘和遥感地质解译，均属宏观判断 层面，要准确查明地质条件， 层面，要准确查明地质条件，仍离不开钻探等 勘察手段。 勘察手段。 钻探作为铁路地质勘探的重要手段， 钻探作为铁路地质勘探的重要手段，查明 地质条件是十分有效的，但受钻探成本高 成本高的限 地质条件是十分有效的，但受钻探成本高的限 布置钻孔数量有限， 制，布置钻孔数量有限，因此揭示地层资料与 实际分布情况存在差异； 实际分布情况存在差异；另外铁路属于线状工 钻孔分散钻探设备繁重、搬迁困难， 程，钻孔分散钻探设备繁重、搬迁困难，加之 沿线地方和村民的干扰，造成钻探进度制约着 沿线地方和村民的干扰，造成钻探进度制约着 勘察设计的如期完成。 勘察设计的如期完成。
三院物探
数据处理技术
（一）人工源（CSAMT）法资料处 理技术研究 结合人工源（CSAMT）数据特点 ，对数据的前期处理分别进行了飞点 剔除、地形改正、近场校正及静态校 正方法研究，以及以提高精度为主要 目的的反演方法研究。
三院物探
数据处理与解译
地 形 改 正
(a) (b) (c)
2D
三院物探
三院物探
石太客运专线平面示意图
三院物探
勘察技术路线
本勘察紧密结合石太客运专线特长太行山等隧道铁路勘察工作进 行，首先围绕宏观性问题和特殊地质问题两个关键性因素，充分搜 集前人特长隧道勘察物探方法的理论、方法技术和应用效果进行系 统研究。主要研究内容如下： 1、针对深埋、长大隧道的复杂地质地形条件，结合生产研究地形改 正、静态校正等资料前期处理技术；研究开发以提高精度为主要目 的的复杂结构介质资料的反演处理方法，高分辨地识别有效异常。 2、针对不同的异常体采用适宜的数据处理技术，提高解决主要不良 地质体等凸现的处理技术和解译技术，有效促进并提升地质勘察的 精度。 3、研究总结不同地质构造技术模式，达到有针对性和实用性，总结 一套适合特长深埋隧道勘察的工作方法与技术。 4、结合生产研究解决石太客运专线太行山区域地质构造格局和特殊 地质问题。
三院物探
方法的试验和选择
在广泛收集、研究国内外物探技术及结合石太客运专线生 产的基础进行研究工作，特别加强围绕关键技术解决其一宏观 地质问题；其二地下水、不良地质体揭示；其三科学指导钻孔 布置等问题，开展提高精度的数据处理技术和解译技术研究， 突破单一物探方法，提出了综合物探方法技术模式。 石太客运专线工作开始之初选择了太行山、南梁隧道部分 地段进行人工源、天然源等方法效果试验，试验成果与前期地 质调绘资料进行对比，确定了适宜的综合物探模式。
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480 460 440 420 400 380 360 340 320 300 280 260 240 220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0
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三院物探
方法的试验和选择
模式二：DK79+360～DK82+885段 受区域断裂影响，太行山隧道洞 身所通过的该段地层为太古界 （Art）浅变质的花岗片麻岩变质 岩区，属于极硬岩，节理不发育， 岩体完整，富水程度差。岩性单 一，物性差异小，两种方法和综 合测井技术均适宜。
三院物探
方法的试验和选择
有近场的曲线
数据处理与解译
近
场
校
正
近场校正后的曲线 MT曲线
K CSAMT 理 MT
ρ1 = 100 Ω ⋅ m , ρ 2 = 500 Ω ⋅ m , ρ3 = 100 Ω ⋅ m
有近场的曲线
h1 = 100 m , h2 = 500 m , r = 2000 m , θ = 17.5o
近场校正后的曲线 MT曲线
石太客运专线太行山隧道地质条件
三院物探
石太客运专线经过河北、山西两省， 石太客运专线经过河北、山西两省，线路穿越复杂的太行 山区，经过太行山山前平原、井陉盆地、剥蚀－ 山区，经过太行山山前平原、井陉盆地、剥蚀－侵蚀的太 行山地、沁水盆地、晋中盆地等多个大型的地貌单元， 行山地、沁水盆地、晋中盆地等多个大型的地貌单元，跨 多个地表水、地下水分水岭，并通过大面积奥陶、 多个地表水、地下水分水岭，并通过大面积奥陶、寒武系 可溶岩地区，工程地质条件十分复杂。太行山（ 可溶岩地区，工程地质条件十分复杂。太行山（太行山隧 27.8km，是我国铁路开通运营的最长的山岭隧道） 道27.8km，是我国铁路开通运营的最长的山岭隧道）等隧 道隧道地处多个大地构造单元内， 道隧道地处多个大地构造单元内，尤其是在沁水断陷盆地 边缘地带，发育了很多条深大断裂， 边缘地带，发育了很多条深大断裂，且太行山隧道出口附 近大都被第四系巨厚的松散堆积层所覆盖。 近大都被第四系巨厚的松散堆积层所覆盖。因此宏观性地 质问题、断层破碎带、地下水、特殊岩土、 质问题、断层破碎带、地下水、特殊岩土、岩溶等为隧道 的主要工程地质问题。山势陡险、局部茂密的山林、 的主要工程地质问题。山势陡险、局部茂密的山林、黄土 的覆盖、 的覆盖、隧道埋深大地下深层与地表的地质情况常有很大 变化和差异或出现新的不良地质体等地质调绘无法解决， 变化和差异或出现新的不良地质体等地质调绘无法解决， 必须采用综合物探方法进行勘察。 必须采用综合物探方法进行勘察。
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• EMAP法 法 • 曲线平移法 • 2.5D直接反演法 直接反演法
A型曲线模型(H1=-200m：； H2=300m：；近地表存在高阻(500ohmm)静 态体的静校正结果 (a) 未作静校正1D反演断面图；(b) EMAP滤波静校正后1D反演断面图； (c) 曲线平移法（满足在频率2561024Hz段重合）后1D反演断面图； (d) 曲线平移法（满足在频率32128Hz z段重合）后1D反演断面图； (e) 2.5D快速松弛反演结果断面图 。
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数据处理与解译
数据反演技术
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• 滤波法
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480 460 440 420 400 380 360 340 320 300 280 260 240 220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0
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三院物探
方法的试验和选择
模式一：南梁隧道～太行山隧 道DK79+360段 隧道通过地层多为硬质岩 层（中厚层石灰岩和白云岩）， 岩层产状平缓，节理较发育， 岩体完整～较完整，南梁隧道 有岩脉侵入体，岩石为弱风 化～微风化，个别地段富水， 物性差异不明显，天然源 （EH4）方法和综合测井技术 适宜
在DK61＋650～DK60＋100段，天然源剖面呈红色相对低阻电性层基本水平 缓丘状上图。物探指导的钻探揭示红色低阻为白云岩裂隙发育含水；人工源电 性层反映不明显不符合实际下图。
三院物探
特长隧道(太行山) 特长隧道(太行山) 综合物探技术方法研究
铁道第三勘察设计院集团有限公司 物探
前 言
三院物探
铁路地质勘察是铁路建设的重要环节， 铁路地质勘察是铁路建设的重要环节，只有获取全 正确、详细的地质资料， 面、正确、详细的地质资料，才能得到最优的铁路线路 方案、最合理的工程措施，相反，如果忽视地质勘察， 方案、最合理的工程措施，相反，如果忽视地质勘察， 则可能遗留安全隐患，造成重大损失， 则可能遗留安全隐患，造成重大损失，尤其是当前铁路 建设形势下，铁路的质量、安全被空前关注， 建设形势下，铁路的质量、安全被空前关注，其中必须 通过详细的地质勘察来确保质量 安全。 确保质量、 通过详细的地质勘察来确保质量、安全。。 另一方面，地质勘察又是一项人力、 另一方面，地质勘察又是一项人力、物力投入很大 的工作，在整个铁路勘察设计成本中占比很高， 的工作，在整个铁路勘察设计成本中占比很高，所以在 查明地质条件的前提下，缩短勘察周期、 查明地质条件的前提下，缩短勘察周期、降低勘察成本 始终是铁路建设者们尤其勘察设计部门的不懈追求。 始终是铁路建设者们尤其勘察设计部门的不懈追求。 但传统的勘察方法和勘察手段已经难以满足工程建设 的需要。具体表现在： 的需要。具体表现在：

HK CSAMT
MT
理
h2 = 400m, h3 = 500m, r = 2000m, θ = 17.5o
ρ1 = 100Ω ⋅ m , ρ 2 = 2 Ω ⋅ m ,
ρ3 = 100Ω ⋅ m, ρ4 = 2Ω ⋅ m, h1 = 100m
静态引起的条带异常
0
0
三院物探
480 460 440 420 400 380 360 340 320 300 280 260 240 220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0
前 言
三院物探
物探技术作为快捷、数字化、连续、 物探技术作为快捷、数字化、连续、物化消 作为快捷 耗少的地质勘察方法， 耗少的地质勘察方法，可以弥补地质调绘和 钻探局限。亟待加大研究力度。 钻探局限。亟待加大研究力度。 综合物探技术利用物探自身方法多的特 综合物探技术利用物探自身方法多的特 将多种方法综合应用于地质勘探中， 点，将多种方法综合应用于地质勘探中，经 过最后综合对比、分析、提出综合成果， 过最后综合对比、分析、提出综合成果，使 勘察成果准确、可靠。 勘察成果准确、可靠。 太行山隧道就是一个综合比较成功的实 践范例
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-1400 0 200 400 600 800 1000
0
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(a)
0 0 -200 -200
(b)
-400
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480 460 440 420 400 380 360 340 320 300 280 260 240 220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0
三院物探
方法的试验和选择
采用综合测井和井中电视，目的是确定岩层风化破碎 程度和岩土层的地球物理特性，确定岩层渗流、出水、涌 水部位及其补给方位；核补大地电磁成果。局部地形较好 地段，还采用常规地震和直流电法用于确定断层平面位置、 隧道浅埋区岩层风化破碎程度，核补大地电磁成果。 由于方法模式选择适宜，太行山（04.10.03开始历 时28天）和南梁（04.10.07开始历时28天，南梁地势陡 险）；在较短的时间内完成隧道的物探勘察工作。野 外数据采用 突出低阻异常 的处理技术，根据成果调 整了已布深孔9个，发现了隐伏断层，断层的规模得到清 晰显现等，并补充完善地质调绘成果。
三院物探
数据处理与解译框图
1、根据区域地质地球物理特性和试验成果选择相适宜的方法 、 2、采用突出的低阻异常 ， 提高精度的处理技术 ； 在比较关键部位 、 采用突出的低阻异常，提高精度的处理技术； 指导钻孔的布置 3、不同物探方法技术成果融和，结合地质调绘的成果，全面分析 、不同物探方法技术成果融和，结合地质调绘的成果， 不同物探成果，进行全面修补和完善，揭示不良地质体、地下水， 不同物探成果，进行全面修补和完善，揭示不良地质体、地下水， 提出独立见解 4、利用系统科学的综合技术评价体系来分析各种影响因素 ， 做到 、 利用系统科学的综合技术评价体系来分析各种影响因素， 对异常充分的认识， 对异常充分的认识，达到提交可以说明问题和可信度高的实测成果 解决地质构造格局和主要地质问题，确定岩层地下水渗、 。解决地质构造格局和主要地质问题，确定岩层地下水渗、出、涌 水的部位 5、总结不同地质单元适宜的综合技术模式，摸索深大特长隧道有 、总结不同地质单元适宜的综合技术模式， 效的、经济的、科学的综合物探技术。 效的、经济的、科学的综合物探技术。
模式三：DK82+885～太 行山隧道出口段隧道 断层发育，产状多 变，节理发育，岩体较 完整～破碎，物性差异 大，人工源（V-6）方 法和综合测井技术适宜。 成果显示人工源(V-6)效果 反映较好。右图为典型隐 伏断层异常，显示有源的 效果优于天然源。
上图 DK89+800米～DK87+800米段人工源(V-6)典型异常 下图 DK89+800米～DK87+800米段天然源(EH-4)典型异常