随着我国国民经济的快速发展,为提高铁路的运送能力和运行速度,缓坡度、大半径的铁路路线是更优的选择。在进行路线选择时,考虑到新建铁路对土地资源的占用以及对人文生活的干扰等因素,通常以隧道的形式穿越山区。近年来,隧道在铁路路线中所占比重逐年增大,隧道勘察也是整个铁路勘察设计中的重难点。结构复杂的山区地形,成因多样的地质情况,导致采用传统的地质调绘难以有效了解地下异常体的形态和分布。采用钻探手段能对地质信息进行有效的反应,但由于工作成本和地形条件约束,难以大面积使用。因此,地球物理勘探方法在隧道勘察中使用广泛。论文以九天山铁路隧道的地质勘察为例,选用可控源电磁测深法对隧道主线以及周围区域进行调查,确定隧道路线周围可能存在的危险区。进行本次可控源数据采集工区位于陕西省商洛市,为秦岭腹地,山区条件极为复杂,为使收发距满足勘探深度的要求,发射源设置地为距离测线9.5km的乡村农田。发射源长度设计长度为978m,供电电极之间的导线有一定的夹角,不能呈直线。针对这一问题,本文首先进行了发射源布设不规则的情况下测区电磁场值的变化的计算,然后讨论了导线形状不规则时的测量数据与理想状态下的水平电偶极子的电磁响应之间的偏差是否对观测结果产生明显影响。在此基础之上,对工区采集到的面积性可控源电场数据进行进一步的处理、计算。得益于众多学者在可控源三维反演研究中的突出贡献,可控源三维反演技术现在已比较成熟。采用三维反演可以有效避免一维、二维反演带来的假异常,更有利于查清地下地质体的空间展布状态。因此,本文期望在现有的技术和计算条件下,将可控源三维反演应用于安康地区的隧道勘察,结合工区地质情况以及踏勘和钻孔记录,研究其实际应用效果。本文所使用的三维正演理论参考了Commer等的思路,将有限长导线源激发的总场分解为两部分组成:层状介质产生的一次场;三维异常体产生的二次场。计算方面利用交错网格有限差分法和虚界面法直接积分进行一次场的数值计算。反演方法采用的是共轭梯度法的一种,非线性共轭梯度法(NLCG),NLCG的优势在于算法相对简便,对计算内存要求比较小,收敛速度快,是进行大规模无约束优化问题求解的常用方法。最后,本文借鉴前人学者的对于反演过程中网格大小,频率选择,误差门限等参数的研究成果,选择恰当的反演参数,对实测数据进行反演。并且根据区域地质概况、地表出露岩体以及钻孔岩心资料验证了三维反演结果的准确性;建立了工区地层层序和构造模式;总结了测量工区震旦系至泥盆系不同地层的岩性。将三维反演结果与整理的工区钻孔资料、地质图进行验证对比。通过分析反演的得到的三维电阻率模型以及沿测线的断面切片,本文对各工区的可控源电磁法三维反演成果进行了综合地质解释,划分了地层、断裂,识别了电性异常区和风险区。本文通过对导线形状对可控源电磁观测的影响计算,可控源实测数据的三维反演研究得到以下结论:(1)发射源导线形状变化程度在相对于供电电极距1/4倍长度以内时可以不考虑由于导线形状发生形变而产生的影响;(2)结合工区的地质资料和钻孔资料,可控源三维反演电阻率模型可以较好地划分岩性分界面和断层所在位置,准确地揭示地下结构;(3)根据可控源三维反演成果,参考工区的钻孔资料,地质资料,以及踏勘成果,对隧道沿线进行了风险标识和危险区划分。