可控源音频大地电磁法在公路隧道地质勘察中的应用.pdf

142中国高新科技2023年第14期els技术应用TECHNOLOGYAPPLICATION可控源音频大地电磁法在公路隧道地质勘察中的应用贺文强中国建筑材料工业地质勘查中心青海总队，青海西宁8810000摘要：文章主要研究可控源音频大地电磁法在公路隧道地质勘察中的应用。首先，介绍了大地电磁法及可控源音频大地电磁法的原理和仪器设备，分析了公路隧道地质特征及勘察方法。其次，详细探讨了可控源音频大地电磁法在地质勘察中的应用优势，并通过案例分析验证了其在公路隧道地质勘察中的实际应用价值。文章的研究结果对于公路隧道地质勘察工作具有一定的指导意义。关键词：可控源音频大地电磁法；公路隧道；地质勘察文献标识码：A中图分类号：U452文章编号：2 0 96-413 7（2 0 2 3）14-142-0 3D0l:10.13535/ki.10-1507/n.2023.14.44Application of controllable source audio magnetotelluric method in geological survey of highway tunnHEWenqiangQinghai Headquarters of China Construction Materials Industry Geological Survey Center,Xining 810000,ChinaAbstract:This paper studies the application of controllable source audio in geological survey of highway tunnel.Firstly,the principleand equipment of electromagnetic and controllable method are introduced,and then the geological characteristics and survey methodof highway tunnel are analyzed.Then,the application advantage of controllable source audio geodesy in geological survey and itspractical application value in highway tunnel geological survey is proved by case analysis.The results of this paper have certainguiding significance forthegeological survey ofhighway tunnels.Keywords:controlled source audio earth electromagnetic method;highway tunnel;geological survey1绪论1.1研究背景公路隧道是现代交通建设中重要的组成部分，其建设需要进行详细的地质勘察，以保证隧道的安全性和可靠性。传统的地质勘察方法存在缺陷，如勘察深度有限、勘察效率低、成本高等而可控源音频大地电磁法作为一种新型的地质勘察技术，具有勘察深度大、勘察效率高、成本低等优点，在公路隧道地质勘察中具有广泛的应用前景。本文旨在探讨可控源音频大地电磁法在公路隧道地质勘察中的应用价值，为公路隧道地质勘察提供新的技术支持。1.2研究意义传统的地质勘察方法需要进行钻探、采样等多个环节，需要投入大量人力、物力和财力，时间周期长，成本高，并且数据获取不全面，存在一定的误差。而可控源音频大地电磁法能够快速、准确地获取地下结构信息，提高勘察效率和精度，且只需要1台设备和少量工作人员就可以完成勘察任务。可控源音频大地电磁法在公路隧道地质勘察中的应用具有重要意义，可为隧道建设提供更全面、精准、安全的地质勘察服务。1.3研究内容可控源音频大地电磁法是一种非侵入式的物理勘探方法，常用于公路隧道地质勘察。研究内容包括该方法的基本原理、技术特点、应用情况、优缺点和实际案例分析等方面。可控源音频大地电磁法在公路隧道地质勘察中的应用内容涉及地下岩层的电性参数测量、地下水的分布情况探测、地下油气等资源的分布情况探测、勘察方法的优化和改进以及结合其他勘察方法使用等方面。这些内容的研究有助于提高公路隧道地质勘察的准确性和效率，为隧道的设计、施工和后续管理提供重要参考。1.4研究方法研究方法主要包括以下内容：在勘察前需要对勘察区域进行野外调查，包括对地形、地质构造、地表覆盖层、水文地质等情况的了解和记录。根据野外调查结果设计合理的勘探方案，包括测线布设、测量参数选择、测量仪器配置等内容。根据勘探方案进行仪器设备的操作，包括仪器的设置、校准、启动、停止等步骤。在仪器设备操作完成后进行数据采集，包括接收、存储、处理等步骤。对采集到的数据进行解释与分析，包括数据处理、数据解释、成像等步骤。根据数据解释与分析结果编写地质勘察报告，包括勘察区域地质构造、地层分布、岩性、地下水情况等内容。2可控源音频大地电磁法原理及仪器设备2.1大地电磁法原理大地电磁法是利用地球上自然电磁场和人工激发电磁场，通过观测地下电磁场的变化来研究地下的物质结构和成分的一种地球物理勘探方法。大地电磁法的原理是根据电磁感应定律，当地球上的磁场发生变化时，会在地下产生感应电流，这些电流会在地下物质中遇到电阻，从而产生电场。通过观测这些电场的变化，就可以推断地下物质的电阻率分布，从而了解地下的岩石、矿物、水、油气等的存在情况。大地电磁法的原理基于电磁感应定律，即当磁场发生变化时会在导体内产生感应电流，反之亦然。在大地电磁法中，使用外部的人工电磁场激发地下的感应电流，通过观测地下电场和磁场的变化，可以推断地下物质的电导率或电阻率分布，从而反演地下结构。2023年第14期中国高新科技143TECHNOLOGYAPPLICATION技术应用2.2可控源音频大地电磁法原理可控源音频大地电磁法是一种地球物理勘探方法，其原理基于电磁感应现象。具体来说，当交变电流通过线圈时，会在周围产生交变磁场，而这个磁场会在导体中产生感应电流。在可控源音频大地电磁法中，勘探者会在地表放置一个发射线圈和一个接收线圈，通过改变发射线圈的电流频率和幅度，产生一个可控的交变磁场，然后接收线圈会测量这个磁场在地下的响应。由于地下不同的岩石、土壤和水含量会对这个磁场产生不同的响应，因此，勘探者可以通过分析接收线圈的测量数据，了解地下的地质结构和水文情况，相比传统的大地电磁法，可控源音频大地电磁法具有更高的频率和更大的幅度范围，因此，可以更好地探测地下深部的岩石和水含量。此外，可控源音频大地电磁法还可以在同一位置进行多次测量，以提高勘探精度和可靠性。2.3仪器设备介绍一般来说，可控源音频仪器设备是一种用于音频测试和分析的仪器，可以生成各种频率和振幅的信号，并提供各种滤波、相位、幅度等控制参数，以便对音频系统进行测试和评估。这些仪器通常用于音频工程、声学研究、电子工程等领域。GeodeEMD测量装置示意图如图1所示。GPS12VEthernetCableRS232RS232cLaptopGPSGPSh1ppsEy1+12VEH6Ey1Ex1-EX2-Ex2+Ex1+Ex1Ex2Ey1-HxHzHy图1GeodeEM3D测量装置示意图可控源音频仪器设备是一种非常重要的测试工具，它们可以生成各种不同频率和振幅的信号，并且可以通过各种控制参数进行调节。这些参数包括滤波器、相位、幅度等，对这些参数的调节可以帮助测试人员对音频系统进行精确的测试和评估。这些仪器通常用于音频工程、声学研究、电子工程等领域，以及各种音频设备的生产和测试过程中。通过使用可控源音频仪器设备，测试人员可以更加准确地评估音频系统的性能，并为音频系统的调试和优化提供支持。3么公路隧道地质特征及勘察方法3.1公路隧道地质特征公路隧道地质特征是指隧道所穿越的岩石种类、结构、力学性质、断层的走向、断距、滑动性质、地下水的水位、水流方向、水质、地形、地貌、地震、气候、工程地质等方面。这些特征对隧道的设计、建设、运营和维护都有很大影响，需要在隧道工程的各个阶段进行综合考虑和处理3.2地质勘察方法实地勘查是指地质工程师在现场进行实地勘查，包括采样、测量、照相等方式，以获取地质信息。钻探则是通过钻探工具进行地下勘探，获取地质构造和地层结构等信息。地球物理勘查利用地震波、电磁波、重力、磁力等物理现象，通过仪器测量地下物质分布和构造。遥感勘查是利用卫星、航空遥感技术，获取地表形态、地貌、植被、水文等信息。实验室分析则是通过对采样样品进行化学分析、物理性质测试等方式获得信息。以上是几种比较常用的地质勘查方法，不同的地质情况需要根据实际采用不同的勘查方法。4可控源音频大地电磁法在公路隧道地质勘察中的应用4.1可控源音频大地电磁法在地质勘察中的应用优势可控源音频大地电磁法是一种非常有效的地球物理勘探技术。在地质勘察中，它具有高分辨率、全面性、可重复性和经济性等优势，对于油气矿产资源的探测和开发具有重要意义。此外，可控源音频大地电磁法设备和操作成本较低，同时勘探范围广、效果好，因此在实际应用中经济性很高，已得到广泛应用，并且会在未来的勘察领域中扮演愈加重要的角色。4.2可控源音频大地电磁法在公路隧道地质勘察中的应用案例分析可控源音频大地电磁法在公路隧道地质勘察中的应用案例较多，下面以某公路隧道工程为例来介绍其应用情况。某公路隧道勘察方法如表1所示。表1某公路隧道勘察方法纵/横工作量项目里程桩号备注断面(m)K114+350横130进口横剖面点距5 m高密度电法K121+980横130出口横剖面点距5 m大地电ZK114+330纵7725左线纵剖面点距3 0 m磁法ZK122+055该工程位于山区，地质条件复杂，需要进行地下水、岩体结构等方面的详细勘察。采用传统地球物理勘探技术往往存在深度受限、探测精度不高等问题，因此，选择了可控源音频大地电磁法进行勘测。在勘测过程中，工作人员设置了多个激发源和接收器，通过改变激发源信号的频率和波形，获得了不同深度的地下介质信息。在数据处理和分析过程中，通过对比不同频率下的电阻率剖面图信息，确定了地下水分布情况和岩体结构特征，进而制定了合理的施工方案和支护措施。因此，在公路隧道地质勘察中，可控源音频大地电磁（下转第15 1页）2023年第1 4期中国高新科技151（责任编辑：肖央然）（上接第1 43页）.（责任编辑：肖央然）GEOGRAPHICINFORMATION地理信息长区域存在较弱的热岛效应，大部分地区没有热岛效应存在，而且整体上的热岛效应强度和范围都不大。（2）西宁市热岛强度在空间变化上看，中部城市区域热岛强度较大，东北部地区较容易出现强度较大的热岛效应，中部偏西的狭长区域也容易出现较强的热岛效应。总之，西宁市南部山区基本无热岛效应，山区边缘城镇有较弱的热岛效应，在中部地区及东北部地区城市中心有较强的热岛效应。由于西宁市地区所处的海拔较高，而且人口较西南沿海大城市较为稀薄，所以呈现为更加明显的热岛效应。西宁市地区郊区人口较少，大多为山区，所以温度总体较低，而人口集中分布的城市中心繁华地带，温度较高，就呈现出较为明显的城市热岛效应。整体上，西宁市存在热岛效应的区域较少，强度也不是特别大。（3）影响西宁市热岛强度的主要因素有：土地利用类型的不同对热岛效应产生的影响最大，主要是城市内建设用地是热岛效应形成的主要原因之一，而水体、岭地、耕地等可以缓解热岛效应；天气因素对热岛效应的影响主要体现为温度，法具有广泛的应用前景和发展空间。5结论可控源音频大地电磁法是一种有效的地球物理勘察方法，可用于探测地下水、油气等资源以及地质构造的分布情况。在公路隧道地质勘察中，可控源音频大地电磁法也具有重要的应用价值。可控源音频大地电磁法可对地下岩层进行快速精准的识别。通过该方法，可以获取地下岩层的电性参数，如电阻率、介电常数等，从而了解地下岩层的类型、厚度、形态等信息，为隧道的设计和施工提供重要参考。可控源音频大地电磁法还能探测地下水与地下油的分布情况。在公路隧道勘察中，了解地下水、地下油的情况对隧道的设计和施工具有至关重要的作用。可控源音频大地电磁法可以通过测量地下岩层的电性参数，进而推断出地下水、地下油的存在情况和分布范围，为隧道的安全施工提供依据。总之，可控源音频大地电磁法在公路隧道地质勘察中具有广泛的应用前景，可以为隧道的设计、施工以及后续的开采和利用提供重要的技术支持，但在实际应用中需要进行优化和改进，并与其他勘察方法结合使用，才能取得更好的效果。作者简介：贺文强（1 9 9 0-），男，青海海东人，中国建筑材料工业地质勘查中心青海总队工程师，研究方向：地质工程。参考文献1廖树衡，向阳。可控源音频大地电磁法在煤矿采矿影响评价中的应用J山西冶金，2 0 2 3，46（2）：1 7 8-1 7 9，1 8 7.通过大气辐射影响热岛效应，降水影响热岛效应的分布范围，风速也会影响热岛效应的强度；人类活动对城市热岛的主要影响就是随着城市化进程的加快，建设用地比例增大，加大了热岛区域的范围。此外，人类活动对大气环境的破坏，增加了温室气体及颗粒污染物，很大程度上加大了温室效应的强度。作者简介：马宗蕊（1 9 9 7-），女，青海海东人，青海省气象干部培训学院助理工程师，研究方向：气象教育培训。参考文献1李福建，马安青，丁原东，等基于Landsat数据的城市热岛效应研究J.遥感技术与应用，2 0 0 9,2 4(4):5 5 3-5 5 8.2陈兴鹃，温新龙，郭磊基于Landsat8卫星影像的南昌城市热岛效应研究J江西农业学报，2 0 1 7，2 9(3):103-108,114.3】何萍，李霄，矣永正，等城市化对云南高原楚雄市近年来城市热岛效应影响研究J干旱区地理，2 0 1 6，39(4):687-694.4张晓莉，赵鹏祥，高凌寒，等基于Landsat影像的西宁市主城区热岛效应分析J西北林学院学报，2 0 1 6，31(3):183-190.2王宁，李正，田光彩，等。物探方法在检测采空区注浆充填效果中的应用一一以山东章丘某建设场地为例J山东国土资源，2 0 2 2，38（1 2）：42-47.3郑燕，宋德朝，宋豪，等基于可控源音频大地电磁法的煤矿采空区探测研究J.能源与环保，2 0 2 2，44(8):123-131.4】刘泽丞，梁红波，王汉卿，等广域电磁法与可控源音频大地电磁法探测效果对比研究一一以浙西北巨厚沉积岩地区为例J资源信息与工程，2 0 2 2，37（3）：9 1-9 4.5王洪亮可控源音频大地电磁法在安徽阜南某地热勘查中的应用J冶金管理，2 0 2 2（1 1）：8 6-8 8.6】刘桂梅，范剑，王茜，等可控源音频大地电磁和折射地震在隧道勘查中的应用：以沈白铁路杨树隧道为例J.西部探矿工程，2 0 2 1，33（1 1）：1 7 9-1 8 2.7】李坚大（理）瑞（丽）铁路高黎贡山隧道可控源音频大地电磁法勘探案例C中国地球科学联合学术年会.2021年中国地球科学联合学术年会论文集（三十七）一专题一百一十注册地球物理工程师学术论坛、专题一百一十一壳慢介质地震各向异性、专题一百一十二活动构造、构造地貌的高精度定量研究中国地球物理学会，2 0 2 1:34-36.8】苏晓璐。可控源音频大地电磁法在公路隧道地质勘察中的应用J山西交通科技，2 0 2 1，（5）：7 0-7 3.9王秋领，田朋飞。可控源音频大地电磁法在金矿采空区充填评价中的应用J采矿技术，2 0 2 1，2 1（5）：48-5 1.10王会敏，宋启龙可控源音频大地电磁法在河北顺平山间谷地找水中的应用J勘察科学技术，2 0 2 1,(4):50-53,61.