高密度電法在采空區(qū)探測(cè)中的應(yīng)用

魯文娟（新疆維吾爾自治區(qū)有色地質(zhì)勘查局地球物理探礦隊(duì)　烏魯木齊　830011）

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高密度電法在采空區(qū)探測(cè)中的應(yīng)用

魯文娟
（新疆維吾爾自治區(qū)有色地質(zhì)勘查局地球物理探礦隊(duì)烏魯木齊830011）

摘要此次工作為保證工作區(qū)內(nèi)在建房屋的安全性，投入高密度電阻率法查明工作區(qū)內(nèi)采煤巷道、采空區(qū)、殘余煤層的空間分布情況。結(jié)合鉆探驗(yàn)證，表明高密度電阻率法在淺部采空的調(diào)查中有經(jīng)濟(jì)、快速、準(zhǔn)確的優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞高密度電阻率法采空區(qū)調(diào)查

工作區(qū)采煤歷史悠久，地下采空區(qū)遍布，部分區(qū)域地表甚至出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象，由于形成時(shí)間較早，且大都缺乏資料。在工作區(qū)西南部發(fā)現(xiàn)一個(gè)巷道出露，經(jīng)研究表明為歷史上的采煤巷道。施工方為保障在該區(qū)域建筑物的安全，必須查明工作區(qū)內(nèi)的采空區(qū)及殘余煤層的空間分布情況。

為查明工作區(qū)采空區(qū)的分布情況，經(jīng)實(shí)地調(diào)查以及資料的收集，確定工作區(qū)煤層的埋深并不深，那么采空區(qū)的位置埋深亦不會(huì)太深。為經(jīng)濟(jì)且高效的完成任務(wù)，確定采用高密度電阻率法進(jìn)行探測(cè)。工作區(qū)內(nèi)主要為第四系砂巖、泥巖等，地下水埋藏較淺。

1　高密度電法

高密度電法兼具剖面法與電測(cè)深法的效果，并具點(diǎn)距小、數(shù)據(jù)采集密度大、能直接反映基巖起浮狀態(tài)的特點(diǎn)，高密度電法測(cè)量的二維地電斷面能較直觀地反映基巖界線基巖構(gòu)造，能夠了解與圍巖存在電性差異的斷裂構(gòu)造的發(fā)育情況。

本次工作采用重慶奔騰數(shù)控所產(chǎn)WGMD-3型高密度電法測(cè)量系統(tǒng)。

根據(jù)不同的電極排列順序和測(cè)量方式，可分為不同的裝置方式，本次勘察使用裝置為：L1線點(diǎn)距為10 m、L2線點(diǎn)距為5 m；電極數(shù)按場(chǎng)地實(shí)際情況定、排列按場(chǎng)地實(shí)際情況定，滾動(dòng)覆蓋，AMN裝置見(jiàn)圖1。

圖1　AMN裝置示意圖

AMN裝置測(cè)量時(shí)，A不動(dòng)，M、N逐點(diǎn)向右同時(shí)移動(dòng)，得到一條滾動(dòng)線；接著A、M、N同時(shí)向右移動(dòng)一個(gè)電極，A不動(dòng)，M、N逐點(diǎn)向右同時(shí)移動(dòng)，得到另一條滾動(dòng)線；這樣不斷滾動(dòng)測(cè)量下去，得到平行四邊形斷面。

2　地球物理前提

根據(jù)實(shí)地調(diào)查及前期建筑物開(kāi)挖情況，發(fā)現(xiàn)測(cè)區(qū)內(nèi)地表及地下分布的主要為砂巖、泥巖等，而地下水位較淺，發(fā)現(xiàn)的采煤巷道內(nèi)已完全充水，采空區(qū)在電阻率斷面中應(yīng)表現(xiàn)為低阻；含水較大的砂巖、泥巖等電阻率亦較低，約為幾十Ωm到100 Ωm左右；含水煤層的電阻率相對(duì)較高，為100 Ωm到200 Ωm左右。

故地球物理前提相對(duì)充分，主要關(guān)注低阻及高阻區(qū)域。

3　主要異常

⑴L1線位于測(cè)區(qū)西南部，走向北西方向。

①L1-1表現(xiàn)為局部高阻，異常陡直、垂直向下，異常中心電阻率70 Ωm，在測(cè)線方向?yàn)?20～240 m，頂板深度AO=60 m，深度按50%AO計(jì)算為30 m，一直延伸底部。

②L1-2表現(xiàn)為局部高阻，成橢圓狀，異常中心電阻率80 Ωm，在測(cè)線方向?yàn)?20～370 m，頂板深度AO=60 m，深度按50%AO計(jì)算為30 m。該異常剛好與L6線相交，與L6-2異常吻合較好。

③L1-3表現(xiàn)為局部低阻，異常陡直、垂直向下，異常中心電阻率16 Ωm，在測(cè)線方向?yàn)?70～400 m，頂板深度AO=35 m，深度按50%AO計(jì)算為17.5 m，一直延伸底部。

④L1-4表現(xiàn)為局部低阻，異常陡直、垂直向下，異常中心電阻率11 Ωm，在測(cè)線方向?yàn)?40～450 m，頂板深度AO=110 m，深度按50%AO計(jì)算為55 m，一直延伸底部。

根據(jù)該區(qū)煤層的分布情況、以往的工作情況及地下水情況，認(rèn)為L(zhǎng)1-3、L1-4可能為完全為水所填充的采空區(qū)。

⑤L1-5表現(xiàn)為局部低阻，異常陡直、垂直向下，異常中心電阻率11 Ωm，在測(cè)線方向?yàn)?60～270 m左右，頂板深度AO=130 m，深度按50%AO計(jì)算為65 m，一直延伸底部。

⑥L1-6表現(xiàn)為局部低阻，成橢圓形，并且北西向未封閉，異常中心電阻率6 Ωm，在測(cè)線方向?yàn)?60～530 m，頂板深度AO=90 m，深度按50%AO計(jì)算為45 m，一直延伸底部。由于東面上部情況未知，若上部為高阻覆蓋，也可能為采空區(qū)。

圖2　工作區(qū)L1線剖面電阻率擬斷面圖

⑵L6線位于測(cè)區(qū)北部，走向南西方向，與L1北部相交。該剖面主要圈定L6-1、L6-2兩個(gè)高阻異常。

①L6-1表現(xiàn)為局部高阻，異常成橢圓形，異常中心電阻率90 Ωm，在測(cè)線方向?yàn)?30～155 m，頂板深度約為AO=10 m，深度按50%AO計(jì)算為5 m，一直延伸AO=45 m。

②L6-2表現(xiàn)為局部高阻，異常成橢圓形，異常中心電阻率100 Ωm，在測(cè)線方向?yàn)?90～220 m，頂板深度約為AO=40 m，深度按50%AO計(jì)算為20 m，一直延伸底部。與L1-2異常吻合較好，為該地質(zhì)體的兩個(gè)垂向面的反應(yīng)。推斷為煤層引起。

圖3　工作區(qū)L6線剖面電阻率擬斷面圖

4　結(jié)論

根據(jù)以上推斷，在L1線340 m處（L1-2異常）布設(shè)驗(yàn)證鉆孔，在40 m左右發(fā)現(xiàn)煤層，含煤量不高；在L1線380 m處（L1-3異常）布設(shè)驗(yàn)證鉆孔，在22 m左右發(fā)現(xiàn)采空區(qū)，而且采空區(qū)內(nèi)完全被水填充，基本與推測(cè)完全吻合，L1線445 m處（L1-4異常）布設(shè)驗(yàn)證鉆孔，并無(wú)明顯的采空區(qū)，只是含水量增加，為不良地質(zhì)體引起。

本次調(diào)查高密度電阻率法探測(cè)有效深度在60 m以內(nèi)，深部地層視電阻率的探測(cè)需要增大電極間距和供電功率。本次采空區(qū)調(diào)查的成果表明，高密度電阻率法輔以適當(dāng)?shù)你@探工作可以快速準(zhǔn)確地查明特定區(qū)域范圍內(nèi)地下淺部采空區(qū)的空間分布情況，節(jié)省投入。

參考文獻(xiàn)

［1］張勝業(yè)，潘玉嶺.應(yīng)用地球物理學(xué)原理［M］.武漢:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社，2004.

［2］邱向榮.巖溶塌陷穩(wěn)定性的灰色模糊綜合評(píng)判［J］.水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2004，31（4）.

收稿：2016-01-08

DOI:10.16206/j.cnki.65-1136/tg.2016.03.009