高密度電阻率法在采空區(qū)勘查中的應(yīng)用

衛(wèi)聰聰+朱裕振+呂寶平

摘要：指出了廢棄鐵礦區(qū)存在不明采空區(qū)，可對鄰近居民區(qū)造成較大威脅，采用高密度電阻率法對居民區(qū)及重要設(shè)施附近等重點(diǎn)地區(qū)進(jìn)行了地球物理探測，查清了地下采空區(qū)的空間分布、幾何形態(tài)、邊界位置等特征，為采空區(qū)的綜合治理提供地球物理依據(jù)。

關(guān)鍵詞：高密度電阻率法； 采空區(qū)勘查； 廢棄鐵礦區(qū)

1 引言

廢棄鐵礦區(qū)位于文登市宋村鎮(zhèn)姜家莊村北，鐵礦開采歷史較為久遠(yuǎn)，缺乏系統(tǒng)的采礦資料，且礦區(qū)內(nèi)存在亂采亂挖現(xiàn)象，采空區(qū)的分布情況不明。因此，為得到科學(xué)合理的采空區(qū)治理施工圖，擬采用高密度電法對采空區(qū)進(jìn)行勘查。

電阻率法主要以巖石的電性差異為基礎(chǔ)，通過測量和分析地下電場分布變化規(guī)律來研究礦區(qū)地質(zhì)問題。更準(zhǔn)確地說，主要利用采空區(qū)與圍巖的電性差異來研究采空區(qū)的形態(tài)及分布。

2 測網(wǎng)布設(shè)

測區(qū)比例尺為1∶4000，共布置了9條測線，點(diǎn)距均為5 m。其中L4、6、8、10線垂直于礦脈方向，方位為130°；受村莊建筑及露天采坑的地形限制，L1、2、3、5、7線主要沿村內(nèi)小路及采坑外圍布設(shè)。測網(wǎng)具體布置如圖1所示。

3 物探成果推斷解釋

3.1 縱剖面解釋

3.1.1 2號測線剖面解釋

剖面2：本剖面布置于姜家莊內(nèi)水泥路旁，走向近南北，點(diǎn)距5 m，全長為300 m。電阻率大致均勻分布，電性層位清晰，有一定規(guī)律。阻值變化范圍較大，表層覆蓋層碎石、角礫土和下伏強(qiáng)風(fēng)化基巖電阻率在100～300 Ω·m，為巖土體松散所致。電阻率在橫向上表現(xiàn)為：在100號點(diǎn)以后，地下電阻率相對較低，其中

在100～120號點(diǎn)和150～220號點(diǎn)之間埋深10～40 m范圍內(nèi)存在兩個明顯的低阻體異常區(qū)，電阻率小于100 Ω·m，傾向南東，厚約5 m，結(jié)合該區(qū)地質(zhì)條件，推斷為采空區(qū)充水或含水裂隙帶所致（圖2）。

3.1.2 4號測線剖面解釋

剖面4：本剖面布置于姜家莊北土路及水泥路旁，露天采坑南側(cè)，走向130°，點(diǎn)距5 m，全長為300 m。阻值變化范圍較大，表層覆蓋層碎石、角礫土和下伏強(qiáng)風(fēng)化基巖電阻率在100～300 Ω·m，為巖土體松散所致。電阻率在橫向上表現(xiàn)為：在100號點(diǎn)附近橫向變化梯度較大，地層傾向南東，結(jié)合地質(zhì)條件推斷在該接觸帶為鐵礦脈的反應(yīng)；另在110～140號點(diǎn)、170～200號點(diǎn)和250～270號點(diǎn)之間埋深10～30m范圍內(nèi)存在三個明顯的低阻體異常區(qū)，電阻率小于100 Ω·m，寬約20～30 m，厚約5 m，結(jié)合該區(qū)地質(zhì)條件，推斷為采空區(qū)充水或含水裂隙帶所致（圖3）。

3.1.3 6號測線剖面解釋

剖面6：本剖面布置于姜家莊北露天采坑北側(cè)，走向130°，點(diǎn)距5 m，全長為300 m，廢棄礦井即位于該剖面160號點(diǎn)處。阻值變化范圍較大，表層覆蓋層碎石、角礫土和下伏強(qiáng)風(fēng)化基巖電阻率在300～600 Ω·m，為巖土體松散所致。電阻率在橫向上表現(xiàn)為：在100號點(diǎn)附近橫向變化梯度較大，地層傾向南東，傾角約70°，結(jié)合地質(zhì)條件推斷為鐵礦脈的反應(yīng)；在135～165號點(diǎn)埋深20～30 m范圍內(nèi)存在一個明顯的低阻異常區(qū)，電阻率小于200 Ω·m，寬約30 m，厚約3 m，地表在160號點(diǎn)處有一廢棄礦井，推斷為巷道充水所致；在200～230號點(diǎn)埋深10～40 m范圍內(nèi)存在一個明顯的低阻體異常區(qū)，電阻率小于200 Ω·m，寬約20～30 m，厚約4 m，結(jié)合該區(qū)地質(zhì)條件，推斷為采空區(qū)充水或含水裂隙帶所致（圖4）。

3.1.4 8號測線剖面解釋

剖面8：本剖面布置于姜家莊北露天采坑以北，走向130°，點(diǎn)距5 m，全長為300 m。阻值變化范圍較大，表層覆蓋層碎石、角礫土和下伏強(qiáng)風(fēng)化基巖電阻率在300～600 Ω·m，為巖土體松散所致。電阻率在橫向上表現(xiàn)為：在220號點(diǎn)附近橫向變化梯度較大，地層傾向南東，傾角約60°，結(jié)合地質(zhì)條件推斷為鐵礦脈的反應(yīng)（圖5）。

3.1.5 10號測線剖面解釋

剖面10：本剖面布置于姜家莊北露天采坑以北，走向130°，點(diǎn)距5 m，全長為300 m。阻值變化范圍較大，表層覆蓋層碎石、角礫土和下伏強(qiáng)風(fēng)化基巖電阻率在300～600 Ω·m，為巖土體松散所致。電阻率在橫向上表現(xiàn)為西大東小，地層傾向南東，未發(fā)現(xiàn)有明顯的采空區(qū)或含水裂隙帶反應(yīng)（圖6）。

3.2 橫剖面解釋

3.2.1 1號測線剖面解釋

剖面1：本剖面于姜家莊內(nèi)沿胡同布置，走向近東西，點(diǎn)距5 m，全長為150 m。裝置為AMN三極裝置，無窮遠(yuǎn)極B垂直于測線方向，垂距850 m。阻值變化范圍較大，表層覆蓋層碎石、角礫土和下伏強(qiáng)風(fēng)化基巖電阻率在60～100 Ω·m，為巖土體松散所致。電阻率在橫向上表現(xiàn)為：在50～60號點(diǎn)和100～120號點(diǎn)之間埋深10～20 m范圍內(nèi)存在兩個明顯的低阻體異常區(qū)，電阻率小于50 Ω·m，寬約20 m，厚約5 m，結(jié)合該區(qū)地質(zhì)條件，推斷為采空區(qū)充水或含水裂隙帶所致（圖7）。

3.2.2 3號測線剖面解釋

剖面3：本剖面于姜家莊內(nèi)沿胡同布置，走向近東西，東端緊鄰露天采坑，點(diǎn)距5 m，全長為150 m。裝置為AMN三極裝置，無窮遠(yuǎn)極B垂直于測線方向，垂距800m。

阻值變化范圍較大，表層覆蓋層碎石、角礫土和下伏強(qiáng)風(fēng)化基巖電阻率在60～100 Ω·m，為巖土體松散所致。電阻率在橫向上表現(xiàn)為：在80～100號點(diǎn)和115～140號點(diǎn)之間埋深10～20 m范圍內(nèi)存在兩個明顯的低阻體異常區(qū)，電阻率小于40 Ω·m，寬約20 m，厚約3 m，結(jié)合該區(qū)地質(zhì)條件及調(diào)查走訪，推斷為采空區(qū)充水或含水裂隙帶所致（圖8）。

3.2.3 5號測線剖面解釋

剖面5：本剖面布置于姜家莊北，走向近東西，東端緊鄰露天采坑，點(diǎn)距5 m，全長為150 m。裝置為AMN三極裝置，無窮遠(yuǎn)極B垂直于測線方向，垂距750 m。阻值變化范圍較大，表層覆蓋層碎石、角礫土和下伏強(qiáng)風(fēng)化基巖電阻率在60～100 Ω·m，為巖土體松散所致。電阻率在橫向上表現(xiàn)為西小東大，未發(fā)現(xiàn)有明顯的采空區(qū)或含水裂隙帶反應(yīng)（圖9）。

3.2.4 7號測線剖面解釋

剖面7：本剖面布置于姜家莊北，露天采坑西側(cè)，走向近東西，點(diǎn)距5 m，全長為300 m。阻值變化范圍較大，表層覆蓋層碎石、角礫土和下伏強(qiáng)風(fēng)化基巖電阻率小于600 Ω·m，為巖土體松散所致。電阻率在橫向上表現(xiàn)為西小東大，未發(fā)現(xiàn)有明顯的采空區(qū)或含水裂隙帶反應(yīng)（圖10）。

3.3 綜合層析成像解釋

由綜合成果圖（圖11）分析可知：測區(qū)北西端有一北東向的高低阻接觸帶，結(jié)合地質(zhì)條件推斷為鐵礦脈的反應(yīng)，該礦脈傾向南南東。另外，測區(qū)由北向南電阻率值逐漸降低，反應(yīng)了該區(qū)原鐵礦的開采方向主要自廢井向南開采，與礦脈傾向一致。

綜合分析各測線的高密度電法測量成果，結(jié)合區(qū)內(nèi)地質(zhì)條件及調(diào)查走訪情況，推測了兩種可能，一是裂隙及破碎帶含水；二是采空區(qū)充水形成的低阻反應(yīng)。

根據(jù)平面及空間分布特征，共劃分了I、Ⅱ區(qū)2個低阻異常區(qū)，經(jīng)推算，總面積11420 m2，體積約為42835 m3，其中I區(qū)面積約為8575 m2，平均厚度4 m，體積約為34300 m3，埋深20～40 m，傾向南東；Ⅱ區(qū)面積約為2845 m2，平均厚度3 m，體積約為8535 m3，埋深15～30 m，傾向南。

4 采空區(qū)鉆探驗證

根據(jù)收集資料、走訪調(diào)查情況，并結(jié)合地球物理勘探資料，共布置了3個鉆孔對工程物探工作進(jìn)行了驗證，鉆孔位置見圖12，驗證情況詳見表1。

5 結(jié)論

根據(jù)走訪調(diào)查情況結(jié)合物探結(jié)果及鉆探驗證結(jié)果，采空區(qū)主要分布在露天采坑坑底，自廢棄礦井向南分布，未延伸至露天采坑南側(cè)道路，空區(qū)分布不連續(xù)，規(guī)模較小，危險性較小。其中巷道大致為東西走向，埋深35 m，長約30 m，寬2～3 m，高3 m；礦房分布在巷道以南，長5～6 m，寬3～4 m，高4～5 m，約4000 m3。

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Application of High-density Resistivity Method in Goaf Investigation

— Taking One Abandoned Iron Mine in Wendeng City as an Example

Wei Congcong1 ， Zhu Yuzhen2 ， Lv Baoping3

（1. Yantai Geological Environment Monitoring Station， Yantai， Shandong 264003， China；

2.Shandong Institute of Coal Geology Planning and Exploration， Taian，Shandong 271000，China；

3. Shandong Monitoring Center of Geological Environment，Jinan， Shandong 250014， China）

Abstract： Unclear mining cavities in abandoned iron mine will pose a great threat to the nearby residential area. This paper employed the high-density resistivity method to detect and monitor the key areas including residential area and key facilities， and checked out the significant characteristics of underground mined-out areas such as space distribution， geometric configuration， boundary location and so on.we hoped to provide a physical basis for the comprehensive treatment on the goaf.

Key words： high-density resistivity method；goaf investigation；abandoned iron mine