王龍昌

（山東省第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 濰坊 261000）

物探方法在查明地下采空區(qū)方面已成為人們公認(rèn)的有效探測(cè)技術(shù)手段，但利用物探方法查明某金礦礦山采空區(qū)的地下分布，除必須具有一定的勘探深度外，還受到該區(qū)地形起伏較大、測(cè)線不能完全按直線布置、柏油路、水泥地面或瓷磚鋪設(shè)等因素的制約。針對(duì)這種特殊的場(chǎng)地條件，在充分考慮現(xiàn)有各種物探方法的特性及應(yīng)用條件的基礎(chǔ)上，提出了高密度電阻率法和淺層地震反射波法相結(jié)合的綜合物探方法[1]。

1 工作區(qū)地質(zhì)、地球物理特征

研究區(qū)屬構(gòu)造剝蝕低緩丘陵區(qū)，地處中緯度暖溫帶季風(fēng)型濕潤(rùn)氣候區(qū)，四季變化和季風(fēng)進(jìn)退都較明顯，氣候溫和，沖溝不發(fā)育，除大氣降水時(shí)可形成地表徑流外，無地表水系通過。區(qū)內(nèi)地下水類型主要為第四系松散巖類孔隙含水巖組和基巖裂隙含水巖組。金礦床工程地質(zhì)條件較好，礦體上下盤節(jié)理不甚發(fā)育，坑道中次級(jí)斷裂也不甚發(fā)育，裂隙面多被后期硅質(zhì)，碳酸鹽細(xì)脈充填，使其完整性加強(qiáng)。因此，礦體頂?shù)装鍘r石基本完整，其工程地質(zhì)條件簡(jiǎn)單。

研究區(qū)內(nèi)分布粘土層、基巖風(fēng)化層、砂巖、水、黑云花崗閃長(zhǎng)巖、石英脈、采空區(qū)（充水或不充水）等介質(zhì)，存在較明顯的電性差異和波速差異，表現(xiàn)為電阻率及波速特征的不同。致密巖體的波速值通常較高（大于2500m/s），而破碎帶或者第四系沉積地層的波速一般較低，在采空區(qū)發(fā)育區(qū)，由于裂隙或者流體層的存在，導(dǎo)致地震波能量衰減，在斷面圖上形成“同相軸不連續(xù)”現(xiàn)象。

2 物探方法的選擇及解譯依據(jù)

此次綜合物探測(cè)量工程采用高密度電法和淺層地震反射波法勘查方法，能夠較好地從電性及彈性參數(shù)對(duì)工作區(qū)地層及目標(biāo)體發(fā)育情況進(jìn)行解釋推斷，方法選擇是合理有效的。

高密度電阻率法利用目標(biāo)地質(zhì)體與圍巖的電性差異，采用人工在地下建立穩(wěn)定電場(chǎng)的方式，在地表采集相應(yīng)點(diǎn)位的電位值，通過適當(dāng)?shù)奶幚硎侄危从车叵陆橘|(zhì)的電性分布特征[2]。此次電法工作目標(biāo)地質(zhì)體為采空區(qū)或者巷道，其賦存狀態(tài)與地電特征有較大關(guān)系。當(dāng)采空區(qū)或巷道沒有充水且沒有填充，在電阻率斷面圖上應(yīng)顯示為較明顯的高阻特征。如果目標(biāo)體充水，一般為礦化水，電阻率通常較低，呈現(xiàn)出低阻特征。采空區(qū)或巷道有局部塌陷，在其頂部易形成重力拉張的縱向裂隙，地下水將沿裂隙填充，造成視電阻率降低。其它致密圍巖或者脈巖，在斷面圖上通常表現(xiàn)為高阻特征。

圖1 高密度電法勘探線L14與ZK27號(hào)鉆孔相對(duì)位置疊合圖

地震反射波法是利用人工激發(fā)的地震波在地層的傳播過程中，在波阻抗界面上產(chǎn)生的反射信號(hào)進(jìn)行分析，用以推斷界面深度、構(gòu)造形態(tài)及其物性參數(shù)。采空區(qū)是由于人為挖掘或者天然地質(zhì)作用等原因形成的存在于地表以下一定深度的空洞，在金礦采區(qū)主要是指在開采過程中形成的無礦區(qū)，這些無礦區(qū)在地下以采空區(qū)的形式存在[3]。當(dāng)?shù)貙又写嬖诿娣e較大的采空區(qū)時(shí)，地震波在采空區(qū)中可以進(jìn)行傳播，而且由于采空區(qū)與未采礦層以及圍巖具有一定規(guī)模的速度和密度差異也即波阻抗差異，這一差異會(huì)在地震波場(chǎng)中引起響應(yīng)，可以通過識(shí)別這一地震響應(yīng)來判別圈定采空區(qū)的邊界及其分布范圍[4]。

3 成果分析

研究區(qū)內(nèi)共布設(shè)高密度電法勘探線6條，分別為L(zhǎng)2、L3、L4、L5、L14、L15；淺層地震勘探線4條，分別是S1、S2、S3、S4；驗(yàn)證鉆孔15個(gè)，其中鉆探驗(yàn)證到采空區(qū)的鉆孔有8個(gè)，對(duì)地球物理勘探解譯成果起到了很好的驗(yàn)證效果。

圖1高密度電法勘探線L14與ZK27號(hào)鉆孔相對(duì)位置疊合圖，8-16號(hào)點(diǎn)區(qū)段淺部表現(xiàn)低阻凹槽特征，異常相對(duì)完整，推斷為基巖不均勻風(fēng)化，導(dǎo)致局部裂隙發(fā)育；25-33號(hào)點(diǎn)區(qū)段淺部呈現(xiàn)明顯低阻異常，該區(qū)段低阻異常特征規(guī)模較大，異常向下延伸未封閉，形態(tài)完整，推斷為采礦巷道的反映；依據(jù)ZK27號(hào)鉆孔資料，證明該區(qū)淺部4.0-5.6m、28.0-31.0m為空區(qū)，采空區(qū)內(nèi)無充填物，采空區(qū)內(nèi)均含水。鉆孔典型照片見照片1。

照片1 ZK27鉆孔照片

圖2為L(zhǎng)5線高密度電法視電阻率斷面圖,測(cè)線方位70°，全長(zhǎng)300m。該斷面（點(diǎn)距5m）視電阻率橫向變化較大，呈現(xiàn)高低阻相間特征。整體上，淺部顯示為低阻特征，推測(cè)為第四系及風(fēng)化帶賦水所致；隨深度增加，電阻率逐漸增大，局部表現(xiàn)為向下延深較大的低阻凹陷區(qū)。9號(hào)、15號(hào)、34號(hào)及52號(hào)點(diǎn)區(qū)段淺部表現(xiàn)均存在低阻凹槽，推測(cè)為基巖不規(guī)則風(fēng)化或裂隙發(fā)育導(dǎo)致，分別編號(hào)D5-1、D5-2、D5-4、D5-5；25-30號(hào)點(diǎn)區(qū)段呈現(xiàn)明顯的直立狀低阻異常，且下延趨勢(shì)明顯，未封閉，推測(cè)為采空區(qū)或采礦巷道引起，該區(qū)段低阻異常特征規(guī)模較大，地層穩(wěn)定性較差，推斷該區(qū)段屬地層不穩(wěn)定薄弱區(qū)，編號(hào)D5-3。

圖2 L5測(cè)線高密度電阻率斷面圖

圖3 S3線淺層地震發(fā)射波法圖像特征

在S3線淺層地震發(fā)射波法圖像上，30m、52m兩處，地震反射波的同相軸發(fā)生能量減弱、連續(xù)性降低等現(xiàn)象，推斷兩處地層發(fā)生變化。其中，30m處相對(duì)較淺，推斷為基巖裂隙發(fā)育導(dǎo)致；52m處的圖像特征推斷為采礦巷道或采空區(qū)顯示，且與高密度電法L5線D5-3異常吻合較好。

4 結(jié)語

本次物探勘查運(yùn)用了高密度電阻率法和淺層地震反射波法，采集工作區(qū)的地電參數(shù)和波速特征。工作布置、推斷科學(xué)合理效果明顯，用軟件成圖，圖像清晰，直觀地反映了地下采空區(qū)結(jié)構(gòu)形態(tài)等情況[5]。對(duì)研究?jī)?nèi)地質(zhì)特征有了一定的系統(tǒng)了解，對(duì)其采空區(qū)的分布進(jìn)行了闡述，對(duì)調(diào)查區(qū)內(nèi)的地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境地質(zhì)問題的類型及空間分布情況進(jìn)行了歸納總結(jié)，基本斷定物探異常與采空區(qū)或者巷道的對(duì)應(yīng)關(guān)系，達(dá)到了預(yù)期目的。