物探方法在地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害危險性評估工作中的應(yīng)用

褚曉敏

[摘要]本文以井陘礦區(qū)某項目為例，論述了物探方法在確定地下采空區(qū)范圍的應(yīng)用，對地質(zhì)災(zāi)害評估起到的積極作用。

[關(guān)鍵詞]地面塌陷 地下采空區(qū) 物探 地質(zhì)災(zāi)害評估

[中圖分類號] F407.1 [文獻碼] B [文章編號] 1000-405X（2015）-9-134-1

井陘礦區(qū)是我國歷史悠久，規(guī)模較大的煤炭基地。擬建項目所在區(qū)域包含部分一礦煤田。一礦成立于1923年，1990年停產(chǎn)。

長期大量采掘地下煤炭資源形成的采空區(qū)改變了巖土體原來固有的平衡狀態(tài)，在自重力或外動力作用下，常常會引起地表大面積的塌陷和地裂縫，改變了原有的地貌形態(tài)，成為對地質(zhì)環(huán)境影響最大的破壞性因素。在地面塌陷區(qū)及周圍進行工程建設(shè)時，必須要對其進行地質(zhì)災(zāi)害的危險性評價，及早提出地質(zhì)災(zāi)害防治措施，達到有效保護建設(shè)項目的安全運行，從源頭上減輕人為不合理工程活動引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害造成人員傷亡和財產(chǎn)損失的目的。

1基礎(chǔ)調(diào)查工作

在充分搜集評估區(qū)已有地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上，對擬建項目區(qū)進行現(xiàn)場踏勘，初步確定該區(qū)域的主要地質(zhì)災(zāi)害類型為地面塌陷，地表可見有塌陷坑及地裂縫。

2評估工作中的重點及難點

在確定評估區(qū)的主要地質(zhì)災(zāi)害類型后，還需對其規(guī)模、分布、穩(wěn)定狀態(tài)等進行評價。由于礦山已停采多年，部分資料的遺失，使得地下采空區(qū)的范圍無法準確得知，從而導(dǎo)致工程建設(shè)可能遭受或引發(fā)的地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害的危害程度無法預(yù)測。因此，評估工作中的重點及難點為地下采空區(qū)范圍的確定方法。

3物探

物探在地下采空區(qū)的探測中發(fā)揮著重要作用，根據(jù)地質(zhì)條件，地下采空區(qū)分布范圍，埋深合理的選擇物探方法，靈活運用物探方法是采空區(qū)探測的首要問題。

3.1物探方法的確定

設(shè)計采用高密度電法、瞬變電磁法和地質(zhì)雷達法三種勘探方法對本評估區(qū)東部進行勘查；采用瞬變電磁法對本評估區(qū)西部進行勘查。高密度電法主要查明淺部地面以下0～150m范圍內(nèi)視電阻率分布情況，通過視電阻率異常分析和電性標志層追蹤來實現(xiàn)資料解釋；瞬變電磁法主要探測地下100～400m深度范圍內(nèi)的異常反應(yīng)；地質(zhì)雷達法用于探測地層淺部的采空區(qū)特征并對已探明異常進行輔助解釋。通過上述三種勘探方法資料的綜合解釋，能夠大大提高對采空區(qū)異常帶劃分的準確性。

3.2物探綜合解譯

（1）評估區(qū)東部。根據(jù)高密度電法、瞬變電磁法和地質(zhì)雷達法的解釋成果，將三種方法相對應(yīng)的異常區(qū)重疊，并與搜集資料相結(jié)合，則可推定出本勘探區(qū)的煤礦采空區(qū)及波及帶范圍。同時通過對勘探成果的深入分析，對勘探區(qū)可得出如下相關(guān)結(jié)論：根據(jù)電性標志層追蹤結(jié)果，本勘探區(qū)內(nèi)采空區(qū)淺部地層視電阻率基本接近正常值，表明第四系細顆粒土層缺失并不嚴重，淺層地層的透水性一般，本區(qū)內(nèi)采空區(qū)基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。但由于本區(qū)內(nèi)采空區(qū)埋深較淺（約100m），上覆地層存在附加荷載時易引起附加沉降，可能導(dǎo)致采空區(qū)進一步塌陷，因此本區(qū)內(nèi)采空區(qū)范圍內(nèi)的地基屬于不穩(wěn)定的地基，不適宜直接建設(shè)永久建筑。其他區(qū)域發(fā)現(xiàn)的異常段疑為巖溶溶洞和地下防空洞，在該區(qū)域進行項目建設(shè)需進行必要的地基處理，例如對防空洞進行回填灌漿處理。綜合高密度電法S4-4′剖面、瞬變電磁法S5-5′剖面和地質(zhì)雷達法T9剖面勘探成果分析，在剖面所在東崗頭村區(qū)域均發(fā)現(xiàn)異常存在，初步判斷為構(gòu)造斷裂異常，另據(jù)資料了解，該村曾存在地下防空洞，需進一步進行鉆探驗證。

（2）評估區(qū)西部。根據(jù)瞬變電磁法，通過對勘探成果的深入分析，結(jié)合搜集資料，對物探有異常區(qū)的圖像解釋如下：

9號剖面：9號剖面顯示剖面0-150米范圍內(nèi)電阻率隨著深度的增加逐漸增大，然后又逐漸減小，在深度25米-75米范圍內(nèi)形成了一個相對低阻閉合異常區(qū)；而剖面右側(cè)電阻率順層現(xiàn)象比較明顯，電阻率隨著深度的增加逐漸增大；推測此處相對低阻異常區(qū)可能是由于采空區(qū)塌陷積水引起。

10號剖面：10號剖面顯示在60米-170米范圍內(nèi)呈現(xiàn)低阻狀態(tài)，電阻率隨深度增加無明顯變化，而剖面兩側(cè)呈現(xiàn)出高視電阻率，推測低視電阻率是由于地下采空區(qū)塌陷積水引起的。

11號剖面：11號剖面顯示電阻率兩邊是高阻，中間是低阻，推測中間低阻區(qū)是由于采空區(qū)塌陷積水引起，建議進一步打鉆驗證。

12號剖面：12號剖面顯示0米-140米范圍內(nèi)大部分都是低電阻率，無明顯順層變化；140米-220米范圍內(nèi)電阻率順層現(xiàn)象比較明顯，隨著探測深度的增加電阻率逐漸增大；推測左側(cè)低阻區(qū)是由于采空區(qū)塌陷積水引起。

13號剖面：13剖面顯示110米-170米范圍內(nèi)存在一個相對高阻閉合異常，推測此異常由采空區(qū)塌陷引起；170米-220米范圍內(nèi)顯示高電阻率，推測此高電阻率是由煤層引起。建議在110米-170米范圍內(nèi)打鉆驗證此相對高阻閉合異常。

14號剖面：14號剖面顯示兩側(cè)呈現(xiàn)高電阻率，中間低電阻率，由于勘查現(xiàn)場在170米-200米范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)了裂縫，推測此處高阻異常是由于采空區(qū)引起，二中間低阻區(qū)是由于采空區(qū)塌陷積水引起。

3.3勘探結(jié)論

（1）評估區(qū)東部。①綜合物探方法確定的采空區(qū)異常一處，位于評估區(qū)東北角，面積約74349m2，采空區(qū)波及帶可按50m 控制，面積約29215m2。②綜合物探方法推測的斷裂構(gòu)造（疑似防空洞）一條，位于東崗頭村。③綜合物探方法推定勘探區(qū)內(nèi)存在若干巖溶溶洞異常和地下防空通道異常。

（2）評估區(qū)西部。14條勘查剖面綜合分析，推斷9-14號剖面均可能有采空區(qū)的存在，面積29800m2。搜集一些勘查區(qū)資料得知勘查區(qū)天戶村東北部有一廢棄的煤礦斜井（已填充），其附近可見地裂縫，從當?shù)厝丝谥械弥郧暗拿旱V巷道是從北向南延伸進入勘查區(qū)范圍內(nèi)，與我們測量結(jié)果較吻合。由此推斷采空區(qū)從勘查區(qū)東北部向西南方向延伸穿過13、12、11、10、9號剖面。

4結(jié)語

通過綜合物探手段可以查明地下采空區(qū)的空間分布狀態(tài)、范圍等，根據(jù)探測結(jié)果，對地下采空區(qū)導(dǎo)致的地面塌陷等地質(zhì)災(zāi)害評估依據(jù)更充分。