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广域电磁法是一种高效、抗干扰能力强的电磁勘探方法，常规E-Ex观测方式仅处理单分量信息，不利于复杂构造区勘探应用。开展E-Ex及E-Ey双分量观测与解释，是提高勘探精度的有效途径。为测试双分量广域电磁法的应用效果，本文以西南地区卡拉水电站深埋隧洞工程勘察为例，阐述和说明了双分量广域电磁法的基本原理、数据采集方案、数据处理及反演方法，获得了目标洞线剖面的双分量广域视电阻率及其二维反演模型；结合地质资料，对反演模型进行了推断解释。结果表明，双分量广域电磁法反演模型准确反映了目标剖面的主要电性结构，较好揭示了断裂及破碎带的位置和倾向；与常规E-Ex单分量观测相比，E-Ex及E-Ey双分量广域电磁法可在少量增加施工成本的基础上提供双倍的观测数据量，具有高效及可用信息多等优点，有利于提高复杂构造区勘探精度，是深埋隧洞勘察的一种有效手段。