2011岩石力学与工程学报_隧道瞬变电磁多点阵列式探测方法研究

第 30卷 第 11期 岩石力学与工程学报 Vol.30 No.11 2011 年 11 月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Nov.，2011 收稿日期：2011–03–30；修回日期：2011–06–27 基金项目：国家自然科学基金重点项目(51139004)；国家自然科学基金青年科学基金项目(50908134)；山东大学优秀研究生科研创新基金项目(YYX10014) 作者简介：孙怀凤(1982–)，男，2006 年毕业于山东大学土木工程专业，现为博士研究生，主要从事瞬变电磁场的理论及超前地质预报方面的研究工 作。E-mail：sunhuaifeng@gmail.com。通讯作者：苏茂鑫(1980–)，男，现任讲师，主要从事电磁探测理论及超前地质预报等方面的教学与研究工作。 E-mail：sumaoxin2008@163.com 隧道瞬变电磁多点阵列式探测方法研究 孙怀凤 1，李术才 1，李 貅 2，戚志鹏 2，苏茂鑫 1，薛翊国 1，郭文波 3，刘人太 1，韩伟伟 1 (1. 山东大学 岩土与结构工程研究中心，山东 济南 250061；2. 长安大学 地质工程与测绘学院，陕西 西安 710054； 3. 西安交通大学，电子与信息工程学院，陕西 西安 710049) 摘要：针对传统的隧道瞬变电磁探测与解释仅主要依靠二维视电阻率断面图的不足，借鉴地面大回线中心装置瞬 变电磁的观测方式，提出隧道瞬变电磁多点阵列式探测方法。研究瞬变电磁非中心点垂直分量频率域响应双重贝 塞尔函数强振荡型积分的计算方法，以中心点频率域响应多项式为基函数，定义多项式形式的非中心点频率域响 应表达式，通过最小二乘拟合的方法得到多项式系数。推导瞬变电磁非中心点时间域响应公式，在瞬变电磁场晚 期近似条件下，给出非中心点垂直分量晚期视电阻率公式，实现隧道瞬变电磁探测时观测回线内非中心点垂直分 量响应能够转换为视电阻率图像进行解释，为隧道瞬变电磁多点阵列式探测提供理论基础，提出利用隧道瞬变电 磁阵列式探测响应数据进行三维视电阻率综合解释的方法。在理论研究的基础上，结合现场试验，开展隧道瞬变 电磁多点阵列式实际探测研究，对隧道底板下方含水构造进行多点阵列式探测，对探测结果进行对比和解释，形 成三维视电阻率图， 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 得到含水构造的三维空间展布规律。 关键词：隧道工程；隧道含水构造；瞬变电磁场；多点阵列式探测；视电阻率 中图分类号：U 45 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2011)11–2225–09 RESEARCH ON TRANSIENT ELECTROMAGNETIC MULTIPOINT ARRAY DETECTION METHOD IN TUNNEL SUN Huaifeng1，LI Shucai1，LI Xiu2，QI Zhipeng2，SU Maoxin1，XUE Yiguo1， GUO Wenbo3，LIU Rentai1，HAN Weiwei1 (1. Geotechnical and Structural Engineering Research Center，Shandong University，Jinan，Shandong 250061，China； 2. College of Geology Engineering and Geomatics，Chang'an University，Xi'an，Shaanxi 710054，China； 3. School of Electronic and Information Engineering，Xi'an Jiaotong University，Xian，Shaanxi 710049，China) Abstract：Aiming the limit of traditional transient electromagnetic method(TEM) detection in tunnels only depending mainly on 2D apparent resistivity，a method of transient electromagnetic multipoint array detection in tunnels is presented learning from the fixed-loop survey method when detecting on the ground. The calculation method of high oscillation dual Bessel integration in frequency domain TEM response of non-central vertical component is studied. Taking the polynomial of center component in frequency domain as a basis function，a polynomial of non-central vertical component in frequency domain is defined；and the polynomial coefficients are obtained by least square fitting. The formula of non-central vertical component in time domain is derived. The late-time apparent resistivity of non-central vertical component is also derived according to the late-time approximate conditions of transient electromagnetic field. Transform of non-central vertical component of TEM • 2226 • 岩石力学与工程学报 2011 年 detection in tunnels into apparent resistivity image is realized. It is the basic theory for transient electromagnetic multipoint array detection method in tunnel. The interpretation method using three-dimensional(3D) apparent resistivity images combining the multipoint response is also proposed. On the basis of the theory studies，transient electromagnetic multipoint array detection method is studied combining the field test in one tunnel. The transient electromagnetic multipoint array detection method for water bearing structure under the tunnel floor are carried out；and the comparison and interpretation are also given about the detection results. A 3D apparent resistivity image is formed；and the 3D space distribution law is obtained by analyzing the 3D apparent resistivity image. Key words：tunnelling engineering；water bearing structure in tunnel；transient electromagnetic field；multipoint array detection；apparent resistivity 1 引 言 随着国家“十二五”战略规划的提出，我国在公 路、铁路、水电等领域都将会修建更多的深埋长大 隧道。隧道施工过程中可能遇到的突水、突泥等地 质灾害，在施工安全方面，将会带来重大灾难和巨 大的经济损失。因此，为保障隧道施工安全，尤其 是保证高风险岩溶地区隧道施工的安全，减轻突水、 突泥等灾害造成的损失，提高隧道含水构造超前预 报的精度，具有重要的理论意义和重大的工程应用 价值[1-2]。 瞬变电磁法是一种电磁感应探测方法，具有对 低阻体反应灵敏、能够同时进行测深和剖面测量以 及工作效率高等特点[3-7]。在隧道和矿山的超前地质 预报和含水构造探查中广泛应用，并取得了一定的 效果[8-12]。薛国强和李 貅[11]提出了基于等效导电平 面法，以二次电导微分参数为特征的瞬变电磁隧道 探测成像新方法，改变了原有解释仅依靠视电阻率 断面的状况，提高了解释精度。然而，以往的研究 都是基于隧道内单条测线的数据采集，依据感应电 动势剖面和二维视电阻率断面来进行解释，无法对 不良地质体进行空间定位。随着深埋长大隧道的修 建，越来越复杂的地质情况对探测精度和不良地质 体的定位提出了更高的要求，因此，有必要研究隧 道瞬变电磁多点阵列式探测技术，以期对隧道含水 构造进行三维空间定位。 在矿产资源瞬变电磁勘探中，为了获得较高的 分辨率并提高生产效率，通常在大回线中间 1/3 范 围内进行观测。在 资料 新概念英语资料下载李居明饿命改运学pdf成本会计期末资料社会工作导论资料工程结算所需资料清单 处理时，认为在这个区域内 场是近似均匀的，由此派生出既不同于常规意义下 的中心回线方式，也不同于大定源回线方式的大回 线中心装置[13-14]。在隧道含水构造瞬变电磁探测中， 借鉴大回线中心装置的观测方式，在同一发射回线 内布置多点进行阵列式接收，采集不同偏移距下的 瞬变电磁垂直分量响应并形成三维数据体，形成了 隧道瞬变电磁的阵列式观测方法(见图 1，图中 a～i 为接收点编号)。然而，隧道小回线情况下，不能像 大回线中心装置一样以中心点视电阻率公式计算非 中心点的视电阻率，在没有非中心点视电阻率定义 的情况下，隧道探测即使采集了非中心点的数据， 也无法进行电阻率成图。本文利用存在解析表达式 的瞬变电磁中心点频率域响应多项式为基函数，拟 合非中心点频率域响应的方法，提出了隧道瞬变电 磁探测非中心点垂直分量响应视电阻率计算方法， 并在瞬变电磁场晚期近似条件下，推导了非中心点 垂直分量晚期视电阻率公式，解决了隧道瞬变电磁 阵列式探测的理论难题。在理论研究的基础上，进 行了现场试验，对隧道底板进行了瞬变电磁多点阵 列式探测和数据解释，得到了含水构造的空间展布 规律。对类似工程及隧道瞬变电磁超前地质预报具 有一定的借鉴和指导意义。 图 1 隧道瞬变电磁多点阵列式探测装置示意图 Fig.1 Device diagram of transient electromagnetic multipoint array detection in tunnels 2 基本理论 2.1 中心点视电阻率定义 麦克斯韦方程组[5，15]可以表述为 a b c g h i d f e 第 30 卷 第 11 期 孙怀凤等：隧道瞬变电磁多点阵列式探测方法研究 • 2227 • 0 t t                BE DH j B D      (1) 式中：E 为电场强度，B 为磁感应强度，H 为磁场 强度，D 为电位移矢量，j 为电流密度，  为自由 电荷密度。 瞬变电磁探测中可以忽略位移电流，即 t  D 0，同时考虑 3 个独立的物质方程[5]：        j E B H D E (2) 式中：为介质的电导率，为介质的磁导率，为 介电常数。 由式(2)可以得到均匀半空间下瞬变电磁场的 频率域响应[5，16]为 2 z 0 1 0 0 1 ( ) ( ) ( ) dH I a J a J r u       (3a) 其中， 2 2 1 1u k  ， 21 ik   (3b) 式中： z ( )H  为中心点垂直磁场强度， 0I 为回线中 的电流，a 为等效圆回线半径，为频率，r 为偏移 距， 0J 为第一类零阶贝塞尔函数， 1J 为第一类一阶 贝塞尔函数。 当 r = 0 时， 0 (0) 1J  ，利用李普希茨积分和索 莫菲积分可以将 z ( )H  写成多项式的形式[5，17]： 10 1 2 2 z 1 12 3 1 ( ) [3 (3 3 )e ]k aIH k a k a k a      (4) 式中： 1 为均匀半空间电阻率。 将式(4)进行傅氏反变换，可得 iz ( ) ( )1 e d 2 i tzH t H t t            1 i 0 1 2 2 1 12 3 0 e[3 (3 3 )e ] d 2 i t k aI k a k a a           (5) 整理式(5)得到时间域的瞬变电磁响应[5-6]为 0 1z 3 0 3( ) ( )IH t f u t a     (6a) 其中， 2 2 /22( ) ( ) 1 eπ 3 uuf u u       (6b) 式中： ( )u 为概率积分， 0 为真空磁导率。 实际探测中，接收的是线圈或探头中的感应电 动势，根据 B 与 H的关系得感应电动势与电阻率 的关系式为 0 1z 3 3( ) ( ) IB t f u t a   (7) 式中：∂Bz(t)/∂t 为观测到的垂直方向的感应电动势。 整理式(7)可得，中心回线装置中心点视电阻率 定义式[5-6]为   2 3 0 2 z τ z 0 0 ( )( ) 2 5 4 B tB t t I a t tt               (8) 式中： τ 为视电阻率。 2.2 非中心点垂直分量视电阻率定义 当观测位置不在中心点时，r  0，瞬变电磁场 的频率域响应积分核为双重贝塞尔函数，为了使用 线性数字滤波算法进行求解，首先对核函数性态进 行分析，图 2(a)给出了积分核 2 1 0[ /( )] ( )u J r    1( )J a 的函数性态，其实部具有非常强的震荡性， 并且不收敛，无法直接展成多项式的形式[18-19]。将 积分核进行变换为 1 0 1[ ( ) 1 2] ( ) ( )u J r J a      ， 变换后的核函数具有良好的性态，能够快速收敛(见 图 2(b))，方便积分。则式(3)可以写为 z 0 1 0 0 1 1( ) ( ) ( ) d 2 H I a J a J r u              1 0 0 1 ( ) ( ) d 2 J a J r     (9)   (a) 变换前  函 数 值 实 部 函 数 值 虚 部 /1 0－ 5 函 数 值 实 部 /1 0－ 8 • 2228 • 岩石力学与工程学报 2011 年  (b) 变换后 图 2 核函数变换前、后性态比较(r = 0.5 m，a = 1.69 m，  = 0.01 S/m，ω = 60 Hz) Fig.2 Characteristic comparison of kernel function before and after transformation( r= 0.5 m，a = 1.69 m， = 0.01 S/m，ω = 60 Hz) 式(9)中包含两项积分，将 1[ /( )] 1/ 2]u      0 ( )J r 看作核函数，第一项积分 0 [ /   1( )u   1 01/2] ( ) ( )dJ a J r   中 0 ( )dJ r  可以认为是收敛的 汉克尔型积分，可以通过线性数字滤波算法进行 计算[3，5，20-22]；第二项积分 1 0 0 ( ) ( ) dJ a J r     为强 震荡型积分，传统的积分方法无法求解。通过分析 可以看出该积分核只有实部而没有虚部，核函数 1 0( ) ( )J a J r   的性态见图 3。鉴于该积分目前无法 求解，故本文只采用虚部进行计算。  图 3 由于变换产生的积分的核函数性态 Fig.3 Characteristic of kernel function generated by transformation 通过以上分析可以得到非中心点频率域瞬变电 磁响应(虚部)，中心点和非中心点垂直分量频率域 响应(虚部)曲线见图 4，图 4(b)中的 4 条虚部曲线 与图 4(a)中的虚部曲线具有类似的性态，可以参照 中心点垂直分量频率域响应的多项式表达拟合非中 心点垂直分量频率域响应。参照式(4)，令非中心点 垂直分量响应多项式为 10 2 2 z z1 z2 z3 1 z4 12 3 1 [ ( )e ]k aIH c c c k a c k a k a     (10) 式中： z1c ， z2c ， z3c ， z4c 均为待求的非中心磁场垂 直分量对应项的系数。 对于同一地电模型，相同频率下各点的垂直分 量响应值相等，以单位电流响应建立线性代数方程 组为 10－1 101 103 105 107 频率/Hz (a) 中心点频率域响应 100 102 104 106 108 频率/Hz 100 102 104 106 108 频率/Hz 100 102 104 106 108 频率/Hz 函 数 值 虚 部 /1 0－ 7 100 10－1 10－2 10－3 10－4 10－5 10－6 10－7 10－8 10－9 实部 虚部 10－2 10－5 10－8 10－11 10－14 10－2 10－5 10－8 10－11 10－14 10－2 10－5 10－8 10－11 10－14 响 应 /(A · m － 1 ) 响 应 /(A · m － 1 ) 响 应 /(A · m － 1 ) 响 应 /(A · m － 1 ) 偏移距= 0.5 m 偏移距= 0.7 m 偏移距= 0.9 m 函 数 值 第 30 卷 第 11 期 孙怀凤等：隧道瞬变电磁多点阵列式探测方法研究 • 2229 • 100 102 104 106 108 频率/Hz (b) 不同偏移距下非中心点虚部响应特性 图 4 中心点和非中心点垂直分量频率域响应(a = 1.69 m) Fig.4 Frequency response of vertical components of center point and non-center points(a = 1.69 m) 1 1 1 z1 z2 2 3 2 3 2 1 1 1 z3 z4 1 e e ek a k a k a c c k a k a k a a c c                H (11) 式中： H 为各频点非中心磁场垂直分量响应(虚 部)。 针对隧道非中心点瞬变电磁观测装置的实际情 况，采用最小二乘拟合计算 r = 0.50，0.71 m 时多项 式系数 z1c ， z2c ， z3c ， z4c 值(见表 1)。 表 1 垂直分量不同偏移距多项式系数表 Table 1 Coefficients of vertical components with different offsets r/m cz1 cz2 cz3 cz4 0.50 0.473 0 －0.473 0 －0.473 0 －0.211 5 0.71 0.456 3 －0.456 3 －0.456 3 －0.189 7 根据式(7)得到非中心点垂直分量时间域响应 公式为 0 1z z3 ( ) ( )IB t f u t a   (12a) 其中， 2 2 z z0 z1 z2 2( ) [1 ( )] e u f u c c u c u      2 3 2 z3 2 e u c u   (12b) 工程物探只采集晚期的瞬变电磁场响应，符合 1u  的晚期近似条件，即 2π 1a   ，其中， 为 扩散参数[15]。将 ( )u 和 2 2e u 进行泰勒展开得 3 52( ) 3! 5! u uu u            (13) 2 2 4 2e 1 2 8 u u u        (14) 将式(13)和(14)代入式(12)，得到非中心点垂直 分量的视电阻率表达式为 2 3 0 z 0 0z τ z ( ) 4 ( ) / c IB t t t t B t t                (15a) 其中， z3z2 z1 z 8 40 2 cc cc    (15b) 3 多点阵列式垂直分量响应特征 瞬变电磁法是依靠接收含水构造内涡流产生的 二次磁场变化来实现勘探的，含水构造内的涡流遵 循最小位能原理，瞬变电磁垂直分量响应可以认为 是与发送回线平行的涡流(称为平行涡流)造成的。 形状规则的含水构造处在发射回线正前方时，在回 线中心点观测到的垂直分量响应最强，由于实际工 程中地质情况复杂，这种理想状态往往是不存在的。 形状复杂的不良地质体偏离回线正前方情况更具有 普遍性(见图 5)。隧道内向掌子面前方探测时，发射 回线内部观测点越靠近含水构造，接收到的二次磁 场变化越大，远离含水构造的观测点垂直分量响应 较小[23]。有偏移距的情况下，接收探头采集到的感 应电动势与中心点处的感应电动势存在差异，因而 采集不同位置的感应电动势是有意义的。同时，在 图 5 掌子面前方不良地质体内平行涡流及其产生的磁力 线示意图 Fig.5 Diagram of parallel eddy in adverse geological body ahead of tunnel face and its caused magnetic thread 10－2 10－5 10－8 10－11 10－14 响 应 /(A · m － 1 ) 偏移距= 1.1 m 隧道 边墙 隧道掌子面 隧道开挖方向 不良地质体 涡流 发射回线 观测点 磁力线 • 2230 • 岩石力学与工程学报 2011 年 回线内部观测非中心点的垂直分量瞬变电磁响应， 能够得到反映地质体形态的三维数据，进行三维视 电阻率插值成图，可以更准确地分析含水构造的空 间形态和位置。 4 现场试验 为了验证隧道非中心点垂直分量瞬变电磁探测 的可行性和实际效果，在中梁山隧道进行了底板下 方含水构造的瞬变电磁探测试验。 4.1 工程概况 中梁山隧道位于重庆市沙坪坝区，出口位于陈 家桥镇，岩性以灰岩和角砾状灰岩为主，赋水性和 导水性较好，属岩溶发育区。所选试验区在施工过 程中出现了漏水情况，需要进行注浆堵水，在注浆 堵水前进行了瞬变电磁多点阵列式探测试验。 4.2 试验数据采集 由于隧道内空间狭小，无法像地面一样布置大 线圈，为了使发射磁矩不会太小并能够移动形成测 线，隧道内的瞬变电磁激发源一般采用 3 m×3 m 的 方形回线，在以中心点为形心的正方形(尺寸为 1 m× 1 m)顶点及边长中点增加 8 个观测点，共布置 9 个 观测点(编号为 a～i)，形成非中心点垂直分量瞬变 电磁观测装置。图 6 给出了测试布置示意图，在隧 道底板布置一条测线，测线长度为 16.5 m，测点间 距为 0.5 m。发送回线为 3 m×3 m×8 匝，发送频率 为 62.5 Hz，发送电流 0.8 A，采用谐振频率为 250 kHz 的高频磁探头进行观测，发射和接收设备采用 IGGETEM30A 瞬变电磁仪。 4.3 数据解译与分析 首先将各测点的观测数据进行整理，得到不同 偏移距下的感应电动势剖面(见图 7，图中矩形框表 示明显的感应电动势异常区域)。整体数据具有良好 的重复性，对比感应电动势剖面可以看出，靠近边 墙 N 的观测点 a，d，g 的感应电动势与中心点 e 图 6 隧道底板非中心点垂直分量瞬变电磁探测测线布置 示意图 Fig.6 Diagram of TEM survey line of non-center vertical component on tunnel floor 的变化趋势一致，在 12 号和 30 号测点附近出现了 明显的感应电动势剖面上升，而靠近边墙 M 的观测 点(c，f，i)位置表现出来的异常明显变小，边墙 M 的观测点在 3 号测点附近的感应电动势变化程度明 显大于其他测点。 中心点数据采用瞬变电磁中心回线视电阻率公 式进行计算，其余测点采用非中心点垂直分量视电 阻率公式进行计算，得到了各观测点的视电阻率等 值线断面(见图 8)。由图 8 可知各测点的视电阻率断 面存在明显的差异。对比中心点视电阻率断面和非 中心点的各视电阻率断面可以看出，仅根据中心点 图像只能判断隧道底板下方含水体的位置，对含水 体体积大小无法进行判断。从图 8 中各不同测点的 视电阻率等值线断面可以明显看到底板下方的视电 阻率分布情况，边墙 N 侧的低阻异常面积较大，初 步推断含水构造体积较大，边墙 M 侧的低阻异常面 积相对较小，初步推断含水构造体积相对较小。 由上述可知，仅依靠二维平面的视电阻率等值 线断面无法判断含水构造的三维形态和空间分布情 况。根据 9 个观测点的视电阻率断面数据建立了三 维视电阻率插值图，如图 9 所示，图中，x 轴表示 隧道宽度方向，y 轴表示隧道轴线方向，z 轴表示 底板下方的探测深度。从图 9 中可以看出，含水构 测点号 测点号 测点号 (a) 观测点 a (b) 观测点 b (c) 观测点 c 感 应 电 动 势 /( V · A － 1 · m － 2 ) 感 应 电 动 势 / (V · A － 1 · m － 2 ) 感 应 电 动 势 / (V · A － 1 · m － 2 ) 第 30 卷 第 11 期 孙怀凤等：隧道瞬变电磁多点阵列式探测方法研究 • 2231 • 测点号 测点号 测点号 (d) 观测点 d (e) 观测点 e (f) 观测点 f 测点号 测点号 测点号 (g) 观测点 g (h) 观测点 h (i) 观测点 i 图 7 不同偏移距下的感应电动势剖面 Fig.7 Induced electromotive force profiles with different offsets 图 8 不同偏移距视电阻率等值线断面图(单位：·m) Fig.8 Contours of apparent resistivity of vertical component with different offsets(unit：·m) 造的形态和空间分布情况，含水构造在边墙 M 侧体 积较小。含水构造整体形态为类棱台、类楔形体，M 侧为上底，厚度约为 4 m，N 侧为下底，厚度约为 7 m。 4.4 试验结果验证 根据瞬变电磁探测解释结果在现场布置了 6 处 钻孔，M，N 侧各布置 3 个钻孔，通过钻孔证实钻 进 2 m 左右的位置存在一处含水构造，探测结果未 －17 －14 －11 －8 深 度 /m 1 5 9 13 17 21 25 29 33 测点号 (g) 观测点 g 4090 －5 40 －19 －16 －13 －10 深 度 /m 1 5 9 13 17 21 25 29 33 测点号 (i) 观测点 i 40 －7 40 90 －17 －14 －11 －8 深 度 /m 1 5 9 13 17 21 25 29 33 测点号 (h) 观测点 h 40 －5 40 90 －2 －17 －14 －11 －8 －5 深 度 /m 1 5 9 13 17 21 25 29 33 10 10 40 4090 测点号 (a) 观测点 a －17 －15 －13 －11 －9 深 度 /m 1 5 9 13 17 21 25 29 33 测点号 (b) 观测点 b 50 50100 －16 －12 －8 －4 深 度 /m 1 5 9 13 17 21 25 29 33 测点号 (c) 观测点 c 40 40 40 －19 －16 －13 －10 －7 深 度 /m 1 5 9 13 17 21 25 29 33 40 测点号 (d) 观测点 d 40 90 90 140 －17 －14 －11 －8 深 度 /m 1 5 9 13 17 21 25 29 33 40 测点号 (e) 观测点 e 40 9090 30 －15 －12 －9 －6 深 度 /m 1 5 9 13 17 21 25 29 33 测点号 (f) 观测点 f －18 感 应 电 动 势 / (V · A － 1 · m － 2 ) 感 应 电 动 势 / (V · A － 1 · m － 2 ) 感 应 电 动 势 /( V · A － 1 · m － 2 ) 感 应 电 动 势 / (V · A － 1 · m － 2 ) 感 应 电 动 势 / (V · A － 1 · m － 2 ) 感 应 电 动 势 /( V · A － 1 · m － 2 ) • 2232 • 岩石力学与工程学报 2011 年 (a) 三维视电阻率图 (b) 三维视电阻率切片图 图 9 三维成像效果图 Fig.9 Three-dimensional imaging effect drawing 显示该处的异常。经钻孔验证，在测区内钻孔 5 钻 进到 5 m 左右开始出现含水区域，钻孔 4 在底板下 方超过 7 m 后出现含水区域，含水构造为角砾岩充 水破碎带，底板下方 12～14 m 岩体逐渐变好，揭 露较完整的大理岩。钻孔 3 钻进到 6 m 时的出水情 况见图 10。 图 10 钻孔 3#出水图片 Fig.10 Photo of water inflow in drilling hole #3 4.5 试验结果分析 单纯依靠中心点的二维视电阻率等值线图仅能 够判断底板下方 8～12 m 范围内存在的含水构造， 由于探测结果存在盲区，使用等效导电平面进行深 度计算时，未得到 8 m 以上的电阻率结果，综合 8 个非中心点响应视电阻率等值线图，观测点 a，d， g 位置的响应反映了与中心点类似的视电阻率图 像，说明探测位置的地电结构与中心点处变化不大， 观测点 c，f，i 的计算结果盲区较小，得到了更浅部 的信息，并且清晰得到了含水夹层。 进行非中心点探测的另一个优势是得到了三维 视电阻率图，通过查看三维视电阻率图和不同位置 的切片图，能够真实地反映含水构造的三维空间展 布规律。 由于该方法本身的局限性，瞬变电磁探测存在 盲区，并且低阻层会对信号形成屏蔽作用，因而探 测结果未能反映出 2 m 左右的含水层，2 m 左右的 含水层对瞬变电磁信号具有屏蔽作用，并且导致整 体的探测深度相对较浅。 5 结 论 (1) 提出了隧道瞬变电磁多点阵列式探测方 法，实现了隧道含水构造的三维瞬变电磁探测。 (2) 采用多项式拟合的方式定义了隧道瞬变电 磁回线内非中心点垂直分量视电阻率，使隧道瞬变 电磁多点阵列式探测时接收非中心点垂直分量响应 能够转换为视电阻率断面进行解释。 (3) 进行了现场试验，通过三维视电阻率图和 三维视电阻率切片图，分析得到了隧道含水构造的 空间展布规律。试验表明隧道瞬变电磁非多点阵列 式探测能够得到更丰富的地质信息，并能够对含水 构造进行多方位多角度的观察。 (4) 提出的隧道瞬变电磁多点阵列式探测方法 对隧道超前地质预报及含水构造探测具有一定的借 2 34 66 98 130 单位：·m 第 30 卷 第 11 期 孙怀凤等：隧道瞬变电磁多点阵列式探测方法研究 • 2233 • 鉴和指导意义。 参考文献(References)： [1] 李术才，李树忱，张庆松，等. 岩溶裂隙水与不良地质情况超前预 报研究[J]. 岩石力学与工程学报，2007，26(2)：217–225.(LI Shucai，LI Shuchen，ZHANG Qingsong，et al. 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