楊生文，徐 林，張風(fēng)榮，戴曉明

（貴州煤田地球物理勘探有限責(zé)任公司，貴州 貴陽(yáng) 550001）

隨著礦產(chǎn)資源的大規(guī)模開(kāi)采和利用，采空區(qū)地面塌陷和地表水沉降等一些地質(zhì)問(wèn)題也隨之出現(xiàn)；加上礦山工程的大規(guī)模施工發(fā)展，礦產(chǎn)采空區(qū)的存在，嚴(yán)重影響人們安全和造成國(guó)家和個(gè)人的財(cái)產(chǎn)損失，我國(guó)是基建大國(guó)采空區(qū)的排查和治理更是迫在眉睫。

目前，對(duì)采空區(qū)的探測(cè)主要以物探方法為主，再結(jié)合地質(zhì)、鉆探的方法驗(yàn)證。物探方法常用的有：高密度電阻率法、瞬變電磁、地質(zhì)雷達(dá)、地震、微動(dòng)等方法，由于勘探深度、地形地質(zhì)條件及周?chē)h(huán)境的影響，每一種方法都有它的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)。其中，高密度電阻率法在采空區(qū)、地面塌陷區(qū)、巖體結(jié)構(gòu)探測(cè)等方面應(yīng)用最廣泛，其顯著特點(diǎn)是施工快捷、數(shù)據(jù)量大、分辨率較高、圖像直觀[1]，效率最高，但探測(cè)深度較淺，對(duì)地形條件要求較高，容易受地表高、低阻的屏蔽，影響勘探結(jié)果。瞬變電磁法具有勘探深度大、穿透高阻地層能力強(qiáng)、由于采用人工源方法，隨機(jī)干擾影響小、受地形影響小等優(yōu)點(diǎn)，由于對(duì)低阻體反應(yīng)靈敏，是水文地質(zhì)勘探的主要物探方法。其中大定源回線(xiàn)瞬變電磁法具有信號(hào)強(qiáng)度大，橫向分辨率高等優(yōu)點(diǎn)[2]，但淺部為盲區(qū)。因此，本文采用高密度電阻率法和瞬變電磁法對(duì)某礦山采空區(qū)進(jìn)行探測(cè)，取得了較好的效果。

1 高密度電阻率法和瞬變電磁法

1.1 瞬變電磁法

瞬變電磁法的工作原理，是在地表敷設(shè)不接地線(xiàn)框，輸入階躍電流，當(dāng)回線(xiàn)中電流突然斷開(kāi)后測(cè)量純二次場(chǎng)，在下半空間就要激勵(lì)起感應(yīng)渦流以維持?jǐn)嚅_(kāi)電流前已存在的磁場(chǎng)，并且此渦流場(chǎng)隨時(shí)間以等效渦流環(huán)的形式向下傳播、向外擴(kuò)展，利用不接地線(xiàn)圈或地面中心探頭測(cè)量二次渦流磁場(chǎng)或電場(chǎng)的變化情況，可用以研究地下的地電結(jié)構(gòu)，由于是在沒(méi)有一次場(chǎng)背景的情形下觀測(cè)純二次場(chǎng)異常，因而異常更直接、探測(cè)效果更明顯、原始數(shù)據(jù)的保真度更高。

1.2 高密度電阻率法

高密度電阻率法是一種直流電法，是基于電測(cè)深和電剖面的高效的陣列方法[3]，原理上同電測(cè)深法原理相同。電測(cè)深法是在同一測(cè)點(diǎn)上逐次增大供電電極距，使勘探深度由小逐漸加深，于是可觀測(cè)到測(cè)點(diǎn)處沿深度方向上由淺至深的視電阻率的變化規(guī)律。

通過(guò)對(duì)反映地電斷面變化的電測(cè)深曲線(xiàn)的分析，可以了解深度方向上地質(zhì)剖面的特征。高密度電阻率只不過(guò)是對(duì)電測(cè)深的加密，有密集的數(shù)據(jù)、更加高效直觀的反映出地下地質(zhì)體的電性特征，在野外工作簡(jiǎn)單、快捷，可以在相同的工區(qū)選擇不同的裝置測(cè)量，進(jìn)行分析對(duì)比；是解決淺部地質(zhì)問(wèn)題最為重要的一種物探方法。

2 工程概況

2.1 項(xiàng)目簡(jiǎn)述

某研究礦區(qū)在礦產(chǎn)1礦界之內(nèi)，以西有礦產(chǎn)2存在，以前相關(guān)單位對(duì)該地段地采空區(qū)專(zhuān)項(xiàng)評(píng)價(jià)報(bào)告顯示：“區(qū)域北部塊段礦層最小埋深大于縱向影響深度，采空區(qū)對(duì)擬建工程不產(chǎn)生影響，南部塊段礦層最小埋深小于縱向影響深度，礦層開(kāi)采對(duì)擬建工程可能產(chǎn)生影響”，但工程完工一個(gè)多月，發(fā)現(xiàn)樁號(hào)：K70+789.5至K70+996.5，從K70+896至K70+789.5段有四個(gè)基礎(chǔ)樁基向小樁號(hào)沉降量逐漸增大，沉降量7cm～47cm。

施工單位和專(zhuān)家懷疑礦區(qū)施工基礎(chǔ)可能存在礦產(chǎn)采空區(qū)，所以，對(duì)該地段采用物探和鉆探相結(jié)合的辦法，查明采空區(qū)的位置，以便消除安全隱患。

2.2 工區(qū)地質(zhì)概況

測(cè)區(qū)位于四川盆地西南邊緣，西靠高山地區(qū)，東臨丘陵盆地區(qū)，區(qū)域的地形特征為西高東低，屬中低山—丘陵地形。

調(diào)查區(qū)內(nèi)的地層巖性較為復(fù)雜，主要出露以下地層：

第四系，主要是殘積堆積物，厚0m～4m，成分為角礫、砂、粘土及其它松散巖體。富水性較好，由于其厚度薄，含水量少，對(duì)礦井充水影響較小。

侏羅系中統(tǒng)下沙溪廟組（J2xs）、侏羅系中統(tǒng)新田溝組（J2x），巖性為泥巖、砂巖互層，地表井、泉出露較多動(dòng)態(tài)隨氣候變化。泥巖常成為隔水段，含水性較弱。

侏羅系中下統(tǒng)自流井組（J1-2z），巖性為泥巖、頁(yè)巖夾灰?guī)r，其中灰?guī)r裂隙巖溶發(fā)育，為裂隙巖溶含水層，含水性較強(qiáng)。其間夾的泥頁(yè)巖為相對(duì)隔水層，且距含礦資源系較遠(yuǎn)。

侏羅系下統(tǒng)珍珠沖組（J1z），巖性為粘土巖、石英砂巖、粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖不等厚互層。富含碎屑巖裂隙水及孔隙水，砂巖風(fēng)化及構(gòu)造裂隙發(fā)育。

三疊系須家河組（T3xj），下部為灰白色厚層狀中～粗粒長(zhǎng)石石英砂巖；中部為灰、深灰色水云母粘土巖、炭質(zhì)頁(yè)巖，頂部為泥質(zhì)砂巖及細(xì)砂巖。測(cè)區(qū)礦產(chǎn)開(kāi)采礦層K9、K10d號(hào)礦層位于其中，大部分為可采礦層，厚度為0.25m～0.88m，平均礦層厚0.66m。

2.3 結(jié)果分析

本文將測(cè)線(xiàn)9、10線(xiàn)瞬變電磁法和高密度電阻率法的成果進(jìn)行分析對(duì)比。本次的瞬變電磁法數(shù)據(jù)采集采用大定源回線(xiàn)裝置進(jìn)行，發(fā)射的線(xiàn)圈為400×600m，點(diǎn)距為10m。高密度電法點(diǎn)距為10m，主要布置在施工區(qū)域以北的主要下沉位置；礦區(qū)以北有礦區(qū)1、2的已知采空區(qū)，采集裝置是通過(guò)探測(cè)一直采空區(qū)所確定。

如圖1所示，9線(xiàn)瞬變電磁成果，地表及淺部為高阻，為該方法的盲區(qū)；在點(diǎn)位小號(hào)至470m，標(biāo)高在250m至230m段，有呈橫向的相對(duì)低阻異常，推斷為采空區(qū)，由礦區(qū)1所采；礦區(qū)中軸線(xiàn)下方，有較明顯的低阻范圍，為金屬構(gòu)建干擾所致。結(jié)合高密度成果圖，在點(diǎn)位小號(hào)至470m，標(biāo)高在250m至230m段，有相應(yīng)的地阻異常，但在縱向上異常不明顯，效果較差。

圖1 9線(xiàn)瞬變電磁和高密度電阻率成果圖

圖2所示，同樣地表及淺部為高阻，為該方法的盲區(qū)；在點(diǎn)位小號(hào)至500m，標(biāo)高在250m至230m段，有橫向上的相對(duì)低阻異常，推斷為采空區(qū)充水或泥的影響范圍，為礦區(qū)1所采，在點(diǎn)位520m至大號(hào)方向，標(biāo)高在260m至240m段，有相對(duì)低阻異常，推斷采空區(qū)發(fā)育，為礦區(qū)2所采。結(jié)合高密度成果圖，在點(diǎn)位小號(hào)至500m，標(biāo)高在250m至230m段，有低阻異常，但相對(duì)于瞬變電磁法，分辨率較差，在縱向上不能區(qū)分；在點(diǎn)位520至大號(hào)方向，標(biāo)高在260m至240m段，有團(tuán)塊狀低阻異常，推斷為礦山2采空區(qū)，與瞬變電磁法較吻合。

礦區(qū)及部分區(qū)域處于礦區(qū)1采空區(qū)之上，開(kāi)采礦層為k10d和k9礦層，發(fā)育標(biāo)高在250m至230m處；推斷礦山施工區(qū)域的下沉是由采空區(qū)造成。

3 結(jié)論

礦山施工采空區(qū)的存在，呈低阻異常，初步推斷為采空區(qū)充水；一些松軟土層及充水裂隙也呈低阻異常，與采空區(qū)異?；煜?，增加了解釋難度。

對(duì)于瞬變電磁法和高密度電法：瞬變電磁法橫向分辨率高與高密度電法，高密度電法縱向分辨率較好；高密度電法淺部分辨率較好，可信度高于瞬變電磁法，但隨著深度的增加，分辨率變低，異常范圍擴(kuò)大。瞬變電磁法和高密度電阻率法綜合利用，可以解決淺部至深部采空區(qū)地質(zhì)問(wèn)題。

地表金屬、電纜等，對(duì)瞬變電磁法的影響較大，而高密度電阻率法對(duì)金屬等抗干擾能力優(yōu)于瞬變電磁法。