瞬变电磁法在岩堆勘察中的应用

49

东北部、西南部山区铁路建设中经常会遇到岩堆，在过去的实践中，人们往往采取避绕的措施，然而随着高速铁路建设步伐的加快，受铁路线型要求及其他因素的影响不能任意修改线路，因此在岩堆地区开展铁路勘察设计不可避免。本文以田师府至桓仁铁路大前石岭隧道岩堆的瞬变电磁探测为例，讨论物探技术在岩堆探测方面的应用与可 行性。

1　地形地貌

田师府至桓仁铁路大前石岭隧道位于本溪市桓仁县境内，线路以隧道形式穿越大前石岭，全长2500m。大前石岭隧道进口位于辽宁省桓仁县大雅河流域大前石岭的半山坡上，地貌为中低山区。大雅河在群山之间蜿蜒流过，河宽30～50m，水流较急，河中布满漂石、巨块石。大雅河两侧山体海拔高度370～1340m，最大高差970m，山坡自然坡度13°～35°。在山坡坡面上，2/3面积长满低矮灌木及乔木；1/3面积无土壤和植被，为裸露的块石、碎石堆，形成石海、石流坡地貌，统称岩堆。

2　岩堆的工程地质特征

岩堆体一般呈碎裂、松散状，节理、裂隙极其发育，自稳能力差。作为一种不良地质，在铁

路勘察设计中经常遇到。岩堆的主要特征即不均一性。表现在组成物质的块径大小的不均一，一般岩堆的块石含量在70%或以上，块石直径一般在0.5～3.0m，最大者达10余m，小者为角砾和粘土颗粒，由此说明岩堆组成物粒径悬殊大；孔隙大小的不均一，一般岩堆的中下部孔隙小，较密实，上部尤其是岩堆的后缘孔隙大，十分松散；由于岩堆组成物质的不均一和孔隙大小的不均一，致使地表水下渗和地下水渗流的不均一。

3　地球物理特征

不同的岩层具有不同的电阻率，瞬变电磁法勘探就是通过测定地下不同地点不同深度的电阻率的差异来达到寻找目标地质体的目的。利用瞬变电磁法勘探解决地质问题的前提条件是目标地质体和围岩存在电性差异。岩堆的主要特征即不均一性，表现在组成物质的块径大小的不均一，块石直径一般在0.5～3.0m，最大者达10余m，小者为角砾和粘土颗粒，由此说明岩堆组成物粒径悬殊大；孔隙大小的不均一，一般岩堆的中下部孔隙小，较密实，上部尤其是岩堆的后缘孔隙大，十分松散。地下一定

范围内，孔隙的填充物不同，直接影响其电性分布状况。如果无地下水的情况，孔隙被空气充填，表现为较高的电阻率；由于地下水的充填及地表水沿

瞬变电磁法在岩堆勘察中的应用

王文喜1　姚文清2

（1.沈阳铁道勘察设计院有限公司，辽宁 沈阳 110013；2.辽宁省物测勘查院，辽宁 沈阳 110121）

摘要：

文章以田师府至桓仁铁路大前石岭隧道岩堆的瞬变电磁探测为例，讨论物探技术在岩堆探测方面的应用与可行性，基本上查明了岩堆的范围及厚度，有利地指导了钻探及挖探工作的布置。关键词：

瞬变电磁法；岩堆；勘察；物探技术；视电阻率中图分类号：

P631 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）28-0049-032012年第28期（总第235期）NO.28.2012

（CumulativetyNO.235）

孔隙向岩堆内部渗漏，其电阻率将明显发生变化，表现为较低的电阻率与围岩电性形成明显差异，为瞬变电磁法勘查提供了前提条件。

本区勘探任务是探测岩堆的范围及深度，正常的无岩堆存在的地层的瞬变电磁电阻率断面图上视电阻率等值线较连续，但当有岩堆存在时，就会破坏这种连续性，使等值线出现扭曲、凹陷或台阶状异常。在岩堆形成一定空隙，该处视电阻率会明显比同一深度两侧的视电阻率高，表现出明显的高阻特性，当岩堆的空隙被水或泥质充填，其视电阻率呈低阻反应。

根据地质调绘，该勘探区为山前陡坡地形，地下水不发育，岩堆孔隙基本无地下水，孔隙被空气填充，岩堆视电阻率在1000Ω·m以上。故解释瞬变电磁视电阻率等值线剖面时，应坚持以视电阻率等值线出现扭曲、凹陷或台阶状异常的形态特征为主，兼顾相应深度视电阻率大小的原则。

4　原始数据采集

图1 （DK69+180～DK69+360）纵断面图

瞬变电磁法属时间域电磁感应方法，其探测原理是：在地面布一回线，并给发送回线上供一个电流脉冲方波，在方波后沿下降的瞬间，产生一个向地下传播的一次磁场，在一次磁场的激励下，地质体将产生涡流，其大小取决于地质体的导电程度，在一次场消失后，该涡流不会立即消失，它将有一个过渡（衰减）过程。该过渡过程又产生一个衰减的二次磁场向地表传播，由地面的接收回线接收二次磁场，该二次磁场的变化将反映地下地质体的电性分布情况。如按不同的延迟时间测量二次感生电动势V（t），就得到了二次磁场随时间衰减的特性曲线。如果地下没有良导体存在时，将观测到快速衰减的过渡过程；当存在良导体时，由于电源切断的一瞬间，在导体内部将产生涡流以维持一次场的切断，所观测到的过渡过程衰变速度将变慢，从而发现地下导体的存在。

5　物探异常解释推断

图2 DK69+180处横断一拟断面图

大前石岭隧道全长2500m，山高路陡，山势十分险峻，而且没有车道，只能依靠人力背卸设备；山体大部分是裸露的岩石、基岩，电极根本无法插入。在施工过程中，曾在进口段布设了240m长的可控源音频大地电磁法，但接地效果十分差，测试的结果也十分不理想。经过集体研讨，认为：在接地十分差的情况下，选择电极直接接地的物探方法行不通，故选择无需电极接地的瞬变电磁法。在隧道的进口岩堆发育的地段，沿隧道进口里程方向布设1条瞬变电磁测线；进口段垂直于隧道布设2条等距平行瞬变电磁测线。

大前石岭隧道进口DK69+180～DK69+360段，测线长度为180m，瞬变电磁测点数为10个；瞬变电磁装置为重叠回线；发射线圈边长20m，接收线圈边长20m；根据地质条件、现场实际以及拟断面图上的视电阻率异常显示，认为：粉红色高阻部分（视电阻率大于1000Ω·m）是由松散的岩堆引

50

起的，具体界限见图1虚线部分，虚线以上部分推断为岩堆发育；隧道DK69+180～DK69+360经过岩堆发育区，应引起特别注意。我们又在进口段垂直于隧道布设2条等距平行瞬变电磁测线，瞬变电磁法装置同上，测点长度为240m，瞬变电磁测点数为15个；每条测线的中点位置，即第三个测点分别位于里程DK69+180、DK69+360，测线方向为自南向北；由图2、图3推断，红色高阻是由松散的岩堆引起的，由此推断，虚线以上部分推断为岩堆发育，厚度在16～20m范围内，岩堆分布厚度比较均匀。综上所述，认为：大前石岭隧道进口DK69+180～DK69+360段处于岩堆发育区域，岩堆的厚度在16～20m范围内，地表仅有几米厚的碎石土，大部分地表是可见的岩堆。隧道经过此段时应特别引起注意，防止隧道施工时出现岩石

塌落。

图3 DK69+260处横断二拟断面图6　钻探验证

经过50型钻机现场勘探，DK69+200处钻孔，地层情况与物探解译基本一致。

7　结语

（1）瞬变电磁法探测岩堆的方法是可行的，它基本上查明了岩堆的范围及厚度，有利地指导了钻探及挖探工作的布置。

（2）经钻探验证，瞬变电磁法探测岩堆结果与实际情况基本吻合。

（3）瞬变电磁法无需电极接地，特别适合接地效果不良的场地；解决了钻探、挖探受地形限制无法进场的难题，给铁路设计提供了可靠的地质资料。

参考文献

[1] 董新平，丁锐．不稳定岩堆体中隧道修建技术[J]．铁道

工程学报，2001，70（2）：47-50．

[2] 王万值．内昆铁路大关车站岩堆的综合治理[J]．重庆建

筑，2005，（5）：36-37．

[3] 高军．不稳定岩堆体大跨隧道稳定性控制[J]．矿山压力

与顶板管理，2002，（2）．

[4] 魏永幸．内昆铁路岩堆路基工程技术研究[J]．铁道勘察，

2004，（2）：27-30．

作者简介：王文喜（1981-），男，辽宁抚顺人，沈阳铁道勘察设计院有限公司工程师，硕士；姚文清（1981-），女，山西太谷人，辽宁省物测勘查院工程师，硕士。

（责任编辑：周加转）

51