黃陽 許定倫 唐侃 鄧海明 黃志剛 孔令偉 柴建勛

（昭通市昭瀘高速公路投資開發(fā)有限公司 云南昭通 657000）

我國(guó)礦山采空區(qū)分布廣，礦山隱伏空區(qū)不利于邊坡穩(wěn)定，成為影響礦山安全的重大危險(xiǎn)源之一［1］。在云南省昭瀘高速公路牛場(chǎng)互通K29+380～+700 段左右兩側(cè)斜坡，分布有較多規(guī)模小的老礦道。老礦開采時(shí)間多較長(zhǎng)，解放前后均有開采，多采用巷道式開采，長(zhǎng)度幾十米，深度一般小于20m，為淺部采煤；因煤層厚度不大，且煤厚不穩(wěn)定，開采技術(shù)條件差，無大規(guī)模成片采空區(qū)分布。然而未知采空區(qū)對(duì)于道路及邊坡穩(wěn)定性存在不良影響［2］，因此，有必要對(duì)這一區(qū)域進(jìn)行勘察。目前，所有煤窯由于停采時(shí)間較長(zhǎng)，均已坍陷，無法準(zhǔn)確勘察。鉆孔方法不僅費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、費(fèi)錢，且在不清楚采空區(qū)分布的情況下，容易造成安全事故［3］。

高密度電法作為地球物理勘察手段之一，被廣泛運(yùn)用于滑坡群地質(zhì)災(zāi)害［4］、隧道［5］、地基［6］及采空區(qū)的勘測(cè)上。李路明等將高密度電法與瞬變電磁法結(jié)合，成功劃分出了異常區(qū)［7］；劉國(guó)勇等的研究證明了高密度電法是探測(cè)積水采空區(qū)的有效方法［8］。本次項(xiàng)目選用觀測(cè)精度高且效率高的高密度電法［9］對(duì)選定的路線進(jìn)行工程物探，通過工程物探的手段，排查昭瀘高速牛場(chǎng)互通附近的采空區(qū)，包括范圍、深度及采空區(qū)的頂板厚度等；采空區(qū)的巖性組合情況及地下水位情況，包括覆蓋土、基巖強(qiáng)風(fēng)化層、破碎帶等情況，為勘察提供物探資料。

1 測(cè)區(qū)地質(zhì)條件

昭瀘高速公路彝良—鎮(zhèn)雄段SJ-2 標(biāo)段牛場(chǎng)互通位于昭通市鎮(zhèn)雄縣牛場(chǎng)鎮(zhèn)，其主線范圍為K29+285～K30+701。本互通位于牛場(chǎng)河的右岸斜坡地帶，地面高程1410～1460m，屬于構(gòu)造剝蝕峽谷中山地貌。河谷深切，地勢(shì)險(xiǎn)峻，斜坡陡緩相間，自然坡度12°～45°。斜坡緩坡帶為旱地，陡坡帶植被較發(fā)育，部分測(cè)區(qū)地段由于現(xiàn)場(chǎng)施工開挖，原地形已發(fā)生改變。測(cè)區(qū)范圍內(nèi)有鄉(xiāng)村便道通過，交通方便。

待勘察區(qū)表層第四系堆積物覆蓋厚度不均，地層巖性受風(fēng)化、剝蝕作用，淺部基巖可分為強(qiáng)至弱風(fēng)化的不同物性差異層面，可形成電阻率差異界面。受構(gòu)造影響，富水帶、裂隙帶、破碎帶的存在及降水與地下水的影響，亦可形成巖體的電性差異。根據(jù)已知的地質(zhì)及踏勘結(jié)果，本工區(qū)大部分區(qū)域基本滿足高密度電法勘探的物理基礎(chǔ)。

本次高密度電法物探工作主要沿線路已變形的開挖邊坡方向布置，測(cè)線的具體布設(shè)情況見圖1。

圖1 高密度電法測(cè)線具體地理位置

2 物探工作方法及資料處理

2.1 高密度電法基本原理

高密度電阻率法最早于20 世紀(jì)80年代在日本實(shí)現(xiàn)［10］，其理論基礎(chǔ)與傳統(tǒng)電阻率完全相同，是一種依賴于巖土體導(dǎo)電性差異的物探方法。具體來說，首先是通過兩極施加外在電場(chǎng)，然后測(cè)量另外兩極電位差，從而求得對(duì)應(yīng)記錄點(diǎn)的視電阻率值［11-12］。不同巖土體導(dǎo)電性能不一致，于是通過獲取的視電阻率剖面圖可以獲取地層分布，為后續(xù)的工程建設(shè)提供設(shè)計(jì)依據(jù)。與普通電法不同的是，高密度電法通過布設(shè)多個(gè)電極（幾十個(gè)，甚至上百個(gè)）快速完成測(cè)量工作，獲得倒梯形的電阻率圖。由于本項(xiàng)目的主要目的是排查煤礦巷道及采空區(qū)，排查范圍較大，所以采用高密度電法可以提高工作效率。

2.2 野外工作方法

本次野外勘探工作采用的儀器是WDJD-3多功能數(shù)字直流激電高密度電法儀。該儀器的測(cè)量電極轉(zhuǎn)換器最多可接60 路，最大供電電壓可達(dá)900V，最大供電電流可達(dá)5A，無需人工轉(zhuǎn)換電極。

采用的電極布置方法是α 排列，采用新型直流電源供電，最大供電電壓可達(dá)500v。電極距取3m和5m，即對(duì)應(yīng)排列長(zhǎng)度最大可達(dá)177m和295m。為了排除野外因素的干擾，野外勘測(cè)中需要確保每個(gè)電極最少2/3進(jìn)入地表以下。

2.3 室內(nèi)數(shù)據(jù)處理

室內(nèi)資料處理時(shí)采用RES2DINV自動(dòng)迭代反演程序，在已知地層電阻率范圍的基礎(chǔ)上，經(jīng)過地形校正，數(shù)據(jù)平滑處理和異常突出處理［13］。通過3～5 次的迭代，滿足均方根小于10 的條件后，導(dǎo)出最后的電阻率等值線圖。在等值線圖上，根據(jù)視電阻率值的變化特征，輔以前期調(diào)查地質(zhì)資料，以Auto-CAD 繪制出物探成果解釋圖。

3 結(jié)果分析

3.1 地層分類

本次數(shù)據(jù)處理專用軟件2dRes是以平滑約束最小二乘法（smoothness-constrained least-squares）為基礎(chǔ)，以擬牛頓（quasi-Newton）最佳技術(shù)為準(zhǔn)則的最小二乘法來實(shí)現(xiàn)的［14］。經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后，繪制成視電阻率彩色圖及電學(xué)地質(zhì)斷面圖。

通過對(duì)測(cè)試的高密度電法資料解釋成果圖進(jìn)行綜合分析，發(fā)現(xiàn)視電阻率變化較大，結(jié)合地表及鉆孔資料，對(duì)高密度電法反演視電阻率彩色圖分析統(tǒng)計(jì)如下。

（1）視電阻率小于100Ω·m的地層：主要為地表耕作土、碎（塊）石類土，且土體中空穴水較富集。

（2）視電阻率在100～600Ω·m之間的地層：主要為破碎碎石土、富水帶及泥巖、頁巖、煤線破碎帶。

（3）視電阻率在600Ω·m以上的地層：主要為較破碎泥巖、頁巖、煤線。

（4）視電阻率大于2000Ω·m，且距地面約5～15m深閉合高阻：推測(cè)為煤礦巷道。

3.2 測(cè)線解釋

物探成果解釋如圖2 所示，測(cè)線視電阻率結(jié)果如圖3所示。從整體上看，視電阻率偏低，整體視電阻率主要在600Ω·m以下；表層呈現(xiàn)大片低阻帶，視電阻率主要在100Ω·m 以下。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試及施工情況，測(cè)線136～160m從地表向深部延伸的低阻帶推測(cè)為富水破碎帶；視電阻率主要在100～600Ω·m 之間的，推測(cè)為中風(fēng)化泥巖；在240～245m、470～540m 之間距地面約5～10m 深有閉合高阻，視電阻率大于2000Ω·m，推測(cè)有空洞（或煤礦巷道）。

圖2 高密度電法物探解釋圖

圖3 測(cè)線0~750m 視電阻率勘察結(jié)果

需要說明的是，測(cè)線部分位于房屋中，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試采取繞避，且工區(qū)地形較陡、現(xiàn)場(chǎng)雨水較多、拆遷房屋遺留建渣和測(cè)區(qū)表層由于邊坡開挖堆積的碎石和基巖碎塊對(duì)數(shù)據(jù)采集質(zhì)量有一定影響，對(duì)物探成果解釋造成一些不確定性，應(yīng)結(jié)合地表地質(zhì)調(diào)查和鉆探等資料進(jìn)行分析。

4 結(jié)語

本次物探勘察按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了野外勘察，根據(jù)技術(shù)規(guī)范進(jìn)行了資料處理，能夠保證物探結(jié)果客觀反映了所測(cè)地段的地質(zhì)地球物理情況。

結(jié)合本區(qū)地質(zhì)調(diào)查資料、鉆探資料及物探成果，測(cè)線240～245m、470～540m 之間距地面約5～15m 深有閉合高阻，視電阻率大于2000Ω·m，推測(cè)有空洞或煤礦巷道。其他測(cè)線尚未發(fā)現(xiàn)大型采空區(qū)，整體推測(cè)可能存在巖體破碎、富水的結(jié)果。

高密度電法成果資料中，由于其異常成果為地下各種地質(zhì)體異常的綜合反映，對(duì)異常區(qū)進(jìn)行鉆孔比對(duì)后，驗(yàn)證了高密度電法適用于采空區(qū)的勘測(cè)。