航空物探三维反演成果应用于交通廊道的多尺度分析法
技术领域：
本发明属于地球物理勘探技术领域，涉及一种航空物探三维反演成果应用于交通廊道的多尺度分析法。
背景技术：
高原山区线性工程以长大深埋隧道工程为主，选线阶段就需查明交通廊道内的基本地质条件，保证交通廊道的整体稳定性和安全可靠性，为线路方案的科学规划和及时优化提供依据，为隧道工程的地质条件评价提供数据，助力实现快速高效分析隧道工程区地质问题的目的。
长期以来，国内外航空物探方法主要应用于区域地质调查或探矿领域，所获得的航空物探成果资料以低精度、小比例尺为主，国内高精度、大-中比例尺航空电磁成果的缺口尤其巨大。国内对航空物探资料的分析，一般为定性分析；航磁资料反演仅局限在局部二维板状体模型反演上，且应用非常有限，三维反演目前仅处于理论研究和数值模拟阶段；航空电磁法长期处于实验研究阶段，未见生产实例。
区域地质调查和探矿领域中的航空物探所涉及的区域范围有限，构造单元比较单一，无需研究多构造单元的大尺度分析，一般只对航空物探资料进行地层、岩性、构造分析，以及成矿条件分析，属于中尺度分析解译。
而交通廊道属于线性工程，长度长、宽度窄，跨越构造单元多，但在垂直线路走向方向上追踪地层、岩性、构造，局限性大，需要针对构造单元的大尺度分析作为基础，来支撑针对地层、岩性、构造的中尺度分析；同时工程问题最终涉及到工程地质条件评判，属于小尺度分析，需要以构造单元作为背景，在地层、岩性、构造分析的基础上合理评判；这种“从大到小、从整体到细节”的航空物探资料的多尺度分析流程具有显著的交通廊道地质分析特点，目前尚无先例。
藏东南某山区铁路选线阶段，针对其复杂的地形、地质特征，引入航空瞬变电磁法(VTEM)、航空大地电磁法(ZTEM)，搭载航空磁法(TMI)探测，实现了370公里交通廊道航空电磁方法全覆盖的高精度测量。在处理航空物探数据时，成功应用了ZTEM、TMI三维反演技术，形成了铁路交通廊道电阻率、磁化率高精度立体成果图，为多尺度综合分析交通廊道地质条件提供了全新的基础资料与实现可能。
发明内容：
有鉴于此，本发明为解决现有解译分析中存在的不足，提供一种航空物探三维反演成果应用于交通廊道的多尺度分析法。
为解决现有技术存在问题，本发明的技术方案是:航空物探三维反演成果应用于交通廊道的多尺度分析法，其特征在于：所述方法为：利用航空物探三维反演成果，针对地质构造单元进行大尺度分析解译，针对具体构造带与地层岩性进行中尺度分析解译，以及针对特殊岩层、节理密集带、破碎富水带、岩溶发育区等工程地质特征进行小尺度分析解译，通过“大-中-小”多尺度综合解译分析，得到隧道工程区的基本地质条件。
进一步，具体步骤为：
1)提取交通廊道典型断面三维反演磁化率成果图，根据磁化率整体大小及强、弱磁性体分布特征解译划分廊道地质构造单元及地层岩性大区，进行宏观解译和大尺度分析；
2)提取对应区域的隧道纵断面三维反演电阻率成果图，对照三维磁化率成果图，根据垂向连通型电阻率或磁化率梯度带以及贯通型低阻带标定断裂构造，根据高、低电阻区分布特征划分隧道断面内的岩性岩组，进行细化解译和中尺度分析；
3)在大尺度和中尺度分析解译的基础上，进一步细化分析三维电阻率成果图种的非垂向连通型低阻区，结合低阻形态与岩性岩组划分出特殊地层、节理密集带、富水带、岩溶区，进行精细解译和小尺度分析，得到隧道工程区的基本地质条件。
进一步，步骤1)的进行宏观解译和大尺度分析的方法为：利用交通廊道典型断面三维反演磁化率成果图，根据“整体呈无磁性-弱磁性”特征圈定地块构造单元和正常沉积岩、负变质岩大区；根据“整体呈强、弱磁性体相间分布，中心区强磁性体以有根团块呈现且包含极强磁性体，边缘区强磁性体以无根团块或漂浮体呈现”特征圈定缝合带构造单元和混杂岩大区；根据“整体呈强、弱磁性体相间分布，强磁性体以有根区块呈现，不含极强磁性体”特征圈定岩浆弧构造单元及侵入岩大区。
进一步，步骤2)的进行细化解译和中尺度分析的方法为：利用隧道纵断面三维反演电阻率成果图，对照步骤1)完成大尺度分析解译的纵断面三维反演磁化率成果图，根据“垂向连通型电阻率或磁化率梯度带(突变带)”特征标定层间断裂；根据“由地表至深部贯通型低阻带”特征标定层内断层；根据“高阻区与低阻区以明显的垂向连通型梯度带相间”特征划分地块构造单元的岩性岩组；根据“高阻区与低阻区以不规则界线互相切割，电阻率团块与磁化率团块大致对应”特征划分缝合带构造单元的岩性岩组；根据“高阻区与低阻区以圆滑界线互相包裹，电阻率团块与磁化率区块无对应规律”特征划分岩浆弧构造单元的岩性岩组。
进一步，步骤3)的进行精细解译和小尺度分析的具体方法：利用通过步骤1)和2)完成中尺度分析解译的隧道纵断面三维反演电阻率成果图，详细分析各岩性岩组中的“非垂向连通型”低阻形态，将沉积岩区、负变质岩区“呈较大范围的连续定向展布，形状不规则但可看出展布趋势及走向”的低阻区解译为炭质页岩、炭质板岩、泥岩等特殊地层；将侵入岩区、正变质硬质岩区、沉积较硬岩区“呈较小范围的透镜状或串珠状分布，以整体高阻区中的低阻圈或整体低阻区中的超低阻圈出现，难以辨别其展布趋势及走向”的低阻区解译为节理密集带及破碎富水带；将可溶岩区“呈串珠状分布于整体高阻区块中，无展布趋势但具有一定的垂向分带特征”的低阻区解译为岩溶发育区。
与现有技术相比，本发明的优点如下:
1)本发明基于航空电磁、航磁联合探测数据，利用三维反演磁化率、电阻率成果，形成了一套“大—中—小”多尺度综合分析解译方法，实现了快速高效分析隧道工程地质问题的目的，从而为复杂艰险山区长大深埋隧道的线路选线和方案优化提供依据，以控制隧道工程地质风险，降低工程施工成本。
附图说明：
图1是交通廊道(缝合带段)典型断面TMI三维反演磁化率等值线图；
图2是交通廊道(地块段)典型断面TMI三维反演磁化率等值线图；
图3是交通廊道(岩浆弧段)典型断面TMI三维反演磁化率等值线图；
图4是(缝合带段)某隧道纵断面ZTEM三维反演电阻率等值线图；
图5是(地块段)某隧道纵断面ZTEM三维反演电阻率等值线图；
图6是(岩浆弧段)某隧道纵断面ZTEM三维反演电阻率等值线图。
图中：HT1～HT9中-高磁化率区(块)；HE1～HE5高电阻率区(块)；LE1～LE15低电阻率区(块)；10/f11/f12一般性断层编号；/F17/F18/F19区域性断裂编号。
具体实施方式：
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明航空物探三维反演成果应用于交通廊道的多尺度分析法为：利用航空物探三维反演成果，针对地质构造单元进行大尺度分析解译，针对具体构造带与地层岩性进行中尺度分析解译，以及针对特殊岩层、节理密集带、破碎富水带、岩溶发育区等工程地质特征进行小尺度分析解译，通过“大-中-小”多尺度综合解译分析，得到隧道工程区的基本地质条件。
上述方法的具体步骤为：
1)提取交通廊道典型断面三维磁化率成果图，根据磁化率整体大小及强、弱磁性体分布特征解译划分廊道地质构造单元及地层岩性大区，进行宏观解译和大尺度分析，为中尺度分析提供地质构造背景与岩性分析基础；
进行宏观解译和大尺度分析方法为：利用交通廊道典型断面三维反演磁化率成果图，根据“整体呈无磁性-弱磁性”特征圈定地块构造单元和正常沉积岩、负变质岩大区；根据“整体呈强、弱磁性体相间分布，中心区强磁性体以有根团块呈现且包含极强磁性体，边缘区强磁性体以无根团块或漂浮体呈现”特征圈定缝合带构造单元和混杂岩大区；根据“整体呈强、弱磁性体相间分布，强磁性体以有根区块呈现，不含极强磁性体”特征圈定岩浆弧构造单元及侵入岩大区。
2)提取对应区域的隧道纵断面三维反演电阻率成果图，对照三维磁化率成果图，根据垂向连通型电阻率或磁化率梯度带(突变带)以及贯通型低阻带标定断裂构造，根据高、低电阻区(块)分布特征划分隧道断面内的岩性岩组，进行细化解译和中尺度分析，为小尺度分析提供具体的物性特征参照；
进行细化解译和中尺度分析方法为：利用隧道纵断面三维反演电阻率成果图，对照步骤1)完成大尺度分析解译的纵断面三维反演磁化率成果图，根据“垂向连通型电阻率或磁化率梯度带(突变带)”特征标定层间断裂；根据“由地表至深部贯通型低阻带”特征标定层内断层；根据“高阻区与低阻区以明显的垂向连通型梯度带相间”特征划分地块构造单元的岩性岩组；根据“高阻区与低阻区以不规则界线互相切割，电阻率团块与磁化率团块大致对应”特征划分缝合带构造单元的岩性岩组；根据“高阻区与低阻区以圆滑界线互相包裹，电阻率团块与磁化率区块无对应规律”特征划分岩浆弧构造单元的岩性岩组。
3)在大尺度和中尺度分析解译的基础上，进一步细化分析三维电阻率成果图中的非垂向连通型低阻区，结合低阻形态与岩性岩组划分出特殊地层、节理密集带、富水带、岩溶区等，进行精细解译和小尺度分析，得到隧道工程区的基本地质条件，为隧道围岩划分、深部工程地质问题评估提供可靠的数据支撑。
进行精细解译和小尺度分析方法为：利用通过步骤1)和2)完成中尺度分析解译的隧道纵断面三维反演电阻率成果图，详细分析各岩性岩组中的“非垂向连通型”低阻形态，将沉积岩区、负变质岩区“呈较大范围的连续定向展布，形状不规则但可看出展布趋势及走向”的低阻区解译为炭质页岩、炭质板岩、泥岩等特殊地层；将侵入岩区、正变质硬质岩区、沉积较硬岩区“呈较小范围的透镜状或串珠状分布，以整体高阻区中的低阻圈或整体低阻区中的超低阻圈出现，难以辨别其展布趋势及走向”的低阻区解译为节理密集带及破碎富水带；将可溶岩区“呈串珠状分布于整体高阻区块中，无展布趋势但具有一定的垂向分带特征”的低阻区解译为岩溶发育区。
实施例：以某高原复杂山区铁路工程为例：
一种航空物探三维反演成果应用于交通廊道的多尺度分析法为：
1、大尺度宏观解译地质构造单元、岩性大区
该交通廊道通过的地质构造单元主要有地块(地质历史演化以来未被切割或裂解的较完整沉积或变质区)、缝合带(地质历史演化过程中以洋底环境为主、包含洋中脊扩张带、经历多期次的海陆变迁而成的混杂岩带)、岩浆弧(地壳隆升、造山运动过程中伴随强烈的岩浆活动而形成的已侵入岩为主的巨大山体或山系)。本发明主要根据航磁MVI三维反演成果宏观解译分析此三种地质构造单元及其各自所包含的岩性大区，以实现大尺度分析。
1.1地块单元
地块因地质构造过程中处于相对稳定的环境，地层以正常沉积岩、负变质岩(由沉积岩变质而成)为主，表现为无磁性-弱磁性特征。以图1中的f10～f11段及图2为例，廊道典型断面三维反演磁化率等值线图整体表现为0～50的无-弱磁性特征，反映了以沉积岩及负变质岩为主的相对平稳成岩环境和岩性大区特点；磁化率等值线图呈平缓形态，对大小断裂构造均无反应(F27～F30)。
1.2缝合带单元
从空间上看，缝合带单元中，强、弱磁性体多呈相间分布，缝合带边缘区强磁性体常以无根团块或漂浮体呈现，中心区强磁性体以有根团块呈现且包含极强磁性体团块。以图1中的f11～f19段为例：从f11到F18，地层磁化率逐渐增大，从整体低磁化率包含少量中高磁化率(HT1、HT2)逐渐过渡为整体中高磁化率(HT3)包含较大范围的高磁化率(HT4)，反应了缝合带边缘向中心过渡的磁性变化特征；F18～F19之间的极高磁化率(HT6)在断面上表现为有根强磁性体，反应了橄榄岩、蛇绿岩等超基性岩块的存在，证明了缝合带洋中脊的发育历史；高、低磁化率多呈相间分布，中-高磁化率以无根团块或漂浮体(HT1、HT2、HT4)呈现，反应了缝合带地层岩体经多期构造反复揉和而成的混杂岩带特征；磁化率等值线图对断裂构造的反应在缝合带中心区域相对明显，主要表现为高、低磁化率转换的贯通型梯度带(F12、F18、F19)，而在缝合带边缘区域并无明显反应(f11)。
1.3岩浆弧单元
从空间上看，岩浆弧单元中以弱磁性-强磁性体为主，无极强磁性体出现，强、弱磁性体多呈相间分布，强磁性体常以有根区块、带根漂浮体呈现。以图3磁化率等值线为例：中-高磁化率(HT8、HT9)呈有根团块状，(HT7)呈带根盖状分布，而低磁化率被中-高磁化率区块切割、包围，反应了侵入体与被侵入地层、不同期次侵入体以及不同基性岩体的空间分布特征；中-高磁化率代表后期侵入或同期侵入分异形成的中性闪长岩体，而低磁化率代表早期侵入形成的偏酸性花岗岩体，隧道进、出口段的无磁性则代表了早期的沉积、变质地层；磁化率等值线图整体较均匀、平整，对断裂构造的位置反应并不确切(F39、F40)，但对侵入体与沉积岩之间的界线断层(F41)反应较好。
2、中尺度分析解译构造带、地层岩性岩组
航磁对地块、缝合带边缘区及岩浆弧带的多数断裂无明显反应或反应位置不精确，而航空电磁对区域断裂带及富水断层有明显的反应，因此可结合航磁成果大尺度分析出的构造单元和岩性大区，利用航电三维反演电阻率成果重点解译分析构造带、地层岩性岩组，以实现中尺度分析。
2.1断裂构造
断裂构造在航空电磁三维反演电阻率断面图上的规律为：层间断层(即发育在两套地层或两种岩性之间的断层)主要表现为由地表至深部连通型的电阻率梯度带(突变带)，如f11、F17、F18、F27、F28、F29、F30、F40；部分层间断层同时表现为连通型的电阻率和磁化率梯度带(突变带)，如F17、F18、F41；层内断层(即发育在同一套地层内的断层)主要表现为由地表至深部贯通型低阻带，如f10、F19、F39。
2.2岩性岩组
地块区段的隧道航空电磁三维反演电阻率断面图(图5)表现为高阻与低阻以明显的垂直率梯度带相间的形态，梯度带所在位置为断裂构造的发育位置，根据2.1分析，断裂带即为岩性岩组分界线。航电高阻区分布岩性为灰岩(HE4)、石英砂岩(HE5)等。航电低阻区分布岩性为炭质页岩(LE9)、板岩、泥岩(LE7)等。
缝合带区段的隧道航空电磁三维反演电阻率断面图(图4)表现为高阻与低阻呈以规则分割线相间、互相包裹切割的分布形态，梯度带相对与地块区段更显粗糙。大块高阻区分布岩性为沿缝合带边缘区侵入的花岗岩及闪长岩(HE1)。高、低阻相间区分布岩性为缝合带内以各种片岩为主、夹杂超基性岩块及石英岩的混杂岩带，一般高阻区块岩性为石英岩、石英片岩、片麻岩(HE2、HE3)等，低阻区块一般为云母片岩、绿泥片岩、超基性岩等(LE4、LE5)。
岩浆弧区段的隧道航空电磁三维反演电阻率断面图(图6)表现为高阻与低阻呈以圆滑的模糊界线互相包裹的分布形态，极少有贯通型梯度带。对照分析图3、图6，高磁低阻、高磁高阻、低磁高阻、低磁低阻均有对应区块，说明电阻率大小与岩性分区无必然关系。低阻区一般为侵入岩中的蚀变带(LE11)、断层破碎带(LE12)或节理密集带(LE13)。
3、小尺度详细解译特殊地层、节理密集带或破碎富水区、岩溶发育区
在前述大、中尺度分析的基础上，利用航空电磁三维反演电阻率断面图详细分析各种低阻形态，解译出与工程地质相关的岩体物性特征，以实现小尺度分析。
3.1特殊地层
特殊地层造成的低阻区多呈较大范围的连续定向展布，形状虽不规则但可以看出其展布趋势及走向，如图5中的LE7、LE9、LE16，分别反应了侏罗系拉贡塘组炭质板岩、白垩系多尼组炭质页岩、侏罗系马里组泥岩的物性特征。
3.2节理密集带或破碎富水区
节理密集带及富水带导致的低阻区多呈较小范围的透镜状或串珠状分布，以整体高阻区中的低阻圈或整体低阻区中的超低阻圈出现，难以辨别其展布趋势及走向，如图5中的LE6、LE8，分别反应了侏罗系拉贡塘组砂质板岩、古近系宗白群砂岩夹泥岩中的破碎富水区。
3.3岩溶发育区
根据2.2分析，可溶岩为整体高阻特征，溶洞、溶穴、溶隙等岩溶现象发育在可溶岩区，其导致的低阻一般呈串珠状分布于整体高阻区块中，且具有一定的垂向分带特征，与区内夷平面的发育呈正相关性，如图5中的LE17。
以青藏高原某山区交通廊道为例，廊道跨越了澜沧江、怒江、雅江等缝合带，穿越了伯舒拉岭等岩浆弧带，通过了昌都、冈底斯等地块。提取370公里交通廊道航空电磁、磁法三维反演成果图，按前述方法进行多尺度解译分析，快速高效分析隧道工程地质问题，为线路方案优化及隧道地质条件评价提供依据。解决问题的步骤如下：
1、通过大尺度分析解译，将全线16座长大深埋隧道工程划分于不同的地质构造单元，分析每座隧道通过的地层大区及可能遇到的主要地质问题，对线路方案优化提出建议，指导隧道工程方案优化。
2、针对不同地质构造单元的不同物性特征，综合分析每座隧道断面的三维反演磁化率、电阻率成果，以垂向连通型电阻率或磁化率梯度带(突变带)标定层间断裂，以贯通型低阻带标定层内断裂，根据各地质单元中的高、低阻区(块)组合特征依次标定地层岩性名称以及侵入岩中的蚀变带等。为隧道围岩划分及工程地质问题分析提供参考。
3、详细分析隧道断面电阻率成果图中的低阻区(块)，将较大范围连续定向展布的低阻区标定为炭质页岩、泥岩等特殊地层，将以较小范围的透镜状或串珠状分布的低阻区标定为节理密集带或破碎富水带，将可溶岩区呈串珠状分布于高阻区块中的低阻区(点)圈定为岩溶发育区。在此基础上详细划分围岩级别，结合隧道埋深分析隧道可能遇到的岩爆、软岩大变形、突涌水、有害气体等具体工程地质问题，为工程方案设计与工程施工措施提供依据。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。
