工程物探在公路改建工程采空區(qū)探測(cè)應(yīng)用實(shí)例

【摘要】公路所在區(qū)域被第四系覆蓋，含水性差、透水性強(qiáng)。地下水類型主要以碎屑巖類裂隙孔隙水為主，含水層為侏羅系淺灰色砂巖。在地層致密完整的情況下，巖層橫向上導(dǎo)電性相對(duì)均一。如在順地層水平方向上局部地段出現(xiàn)不充水或充水不足空洞（采空區(qū)）時(shí)，則該區(qū)域?qū)щ娦宰儾睿憩F(xiàn)為高阻異常。當(dāng)采空區(qū)以充水空洞形式存在或局部地段出現(xiàn)破碎或裂隙含水時(shí)，由于水體良好的導(dǎo)電性，使該地段電阻率明顯低于圍巖，通過(guò)對(duì)比水平方向上巖層視電阻率值差異與變化情況，為應(yīng)用物理基礎(chǔ)的瞬變電磁、電法探測(cè)實(shí)施提供了良好的地球物理前提。

【關(guān)鍵詞】綜合物探；采空區(qū)探測(cè)；數(shù)據(jù)處理于分析；平面圖

1、引言

新疆地區(qū)大多數(shù)地層沉積序列清楚，地層相對(duì)穩(wěn)定，正常地層組合條件下，在橫向與縱向上都有固定的變化規(guī)律，當(dāng)有采空區(qū)、裂隙和陷落柱等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育時(shí)，無(wú)論其含水與否，都將打破地層電性在縱向和橫向上的變化規(guī)律。這種變化規(guī)律的存在，表現(xiàn)出巖石導(dǎo)電性的變化。當(dāng)在順地層水平方向上局部地段出現(xiàn)不充水或充水不足空洞（采空區(qū)）時(shí)，則該區(qū)域?qū)щ娦宰儾?，表現(xiàn)為高阻異常，當(dāng)采空區(qū)以充水空洞形式存在或煤層頂板局部地段出現(xiàn)破碎或裂隙含水時(shí)，由于水體良好的導(dǎo)電性，使該地段電阻率明顯低于圍巖，相當(dāng)于存在局部低電阻率值地質(zhì)體。根據(jù)視電阻率等值線圖，綜合地質(zhì)和水文地質(zhì)資料，可確定橫向、水平深度和垂向深度電性變化情況，

2、應(yīng)用實(shí)例

2.1 工程概況

新疆某市公路局?jǐn)M建管護(hù)站公路（以下簡(jiǎn)稱公路），由于該公路穿過(guò)的范圍內(nèi)路基下部地層受小煤窯開采影響，產(chǎn)生采動(dòng)破壞。因而對(duì)居民人身安全產(chǎn)生隱患，故必須查清公路周圍采空區(qū)分布情況。公路所在區(qū)屬低山丘陵地貌，地形較為開闊，地勢(shì)南高北低，海拔標(biāo)高+1032m～+1090m，溝谷不發(fā)育，植被較發(fā)育。地表覆蓋為第四系全新統(tǒng)沖洪積物（Qal+pl 4），主要巖性為由亞砂土、砂組成，厚度約5m，灰色、灰黃色，中密-密實(shí)狀。其下伏侏羅系侏羅系八道灣組（J1b），以黃綠色粉砂巖、地層傾向北東、北西，地層傾角44°～57°，本組總厚度203m。

本區(qū)位于二工河-黃山街倒轉(zhuǎn)向斜的北翼，為一向南傾的單斜構(gòu)造，傾向?yàn)?80°～200°，傾角45°～55°，全區(qū)地層走向變化不大，但沿走向傾角有變化，東部地層傾角較陡，在55°左右，由東向西產(chǎn)狀變緩，沿傾向方向傾角也有變化，一般由地表向深部，傾角由緩變陡。區(qū)內(nèi)未見(jiàn)斷裂。構(gòu)造復(fù)雜程度應(yīng)屬簡(jiǎn)單構(gòu)造類型（I類）。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)點(diǎn)布置

公路現(xiàn)場(chǎng)布置是分別地層走向每10m布置一個(gè)瞬變電磁測(cè)點(diǎn)，每條測(cè)線之間間距為10m；共計(jì)布置15條測(cè)線，每條測(cè)線上測(cè)點(diǎn)共計(jì)31個(gè)，共計(jì)數(shù)據(jù)點(diǎn)465個(gè)；網(wǎng)絡(luò)并行電法分別沿地層走向和傾向布置測(cè)線，共布置4條測(cè)線。

2.3 數(shù)據(jù)處理

本次瞬變電磁法數(shù)據(jù)采集采用長(zhǎng)沙白云公司研發(fā)的MSD-1型瞬變電磁儀，信號(hào)發(fā)射采用與之配套的電池發(fā)射裝置。網(wǎng)絡(luò)并行電法采用WBD網(wǎng)絡(luò)并行電法儀，每站數(shù)據(jù)采集采用AM法和ABM法，各采用0.5s和2.0s恒流供電方波采集數(shù)據(jù)一次。該儀器主要用于隧道工程超前探測(cè)、地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境調(diào)查、水利工程病害調(diào)查、工程地質(zhì)勘察等領(lǐng)域。數(shù)據(jù)采集完成后，使用MTEM數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和WBD2.0并行電法數(shù)據(jù)解析系統(tǒng)對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。并選用了surfer8.0軟件進(jìn)行輔助成圖。

3、成果分析

3.1 應(yīng)用瞬變電磁法成果

結(jié)合現(xiàn)有地質(zhì)資料，以及現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)實(shí)際情況，對(duì)本次瞬變電磁探測(cè)將視電阻率值ρ<30Ω·M區(qū)域定義為相對(duì)低阻區(qū)域，將視電阻率值ρ>90Ω·M區(qū)域定義為相對(duì)高阻區(qū)域。對(duì)公路下方采空區(qū)瞬變電磁法探測(cè)成果進(jìn)行綜合分析，得出如下成果：1、YC1、YC2、YC5為相對(duì)高阻異常區(qū)。深度上為向下垂深20m～140m，范圍分析認(rèn)為該高阻異常區(qū)可能為A3、A5、A7煤層倉(cāng)儲(chǔ)式開采形成的老窯采空區(qū)。該處高阻異常區(qū)域已在地表形成塌陷坑；2、YC3為相對(duì)低阻異常區(qū)，認(rèn)為該區(qū)可能是疑似位于A7、A5煤層倉(cāng)儲(chǔ)式開采形成的老窯采空區(qū)富水區(qū)域；3、YC4為相對(duì)低阻異常區(qū)，可能為河流對(duì)現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)所造成的干擾影響所致（圖3.1-1所示）。

3.2 應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)并行電法成果

本次電法探測(cè)，共存在3處相對(duì)異常區(qū)域，分別是DZ1、DZ2、DZ3。分析如下：1、DZ1、DZ3與瞬變電磁法探測(cè)所得YC2相對(duì)異常區(qū)域?qū)?yīng)，可能為A7煤層倉(cāng)儲(chǔ)式開采形成的老窯采空區(qū)影響所致；2、DZ2該處相對(duì)低阻異常區(qū)可能為河流對(duì)現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)所造成的干擾影響所致，與瞬變電磁法探測(cè)所得YC4相對(duì)異常區(qū)域?qū)?yīng)；（圖3.2-1所示）

4、鉆探驗(yàn)證

根據(jù)瞬變電磁與網(wǎng)絡(luò)并行電法綜合物探成果并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地形情況，設(shè)計(jì)3個(gè)驗(yàn)證鉆孔，采用全孔取芯，孔徑98mm，總工程量是426m。1#孔目的是對(duì)YC3相對(duì)低阻異常區(qū)、2#、3#孔YC1相對(duì)高阻異常區(qū)驗(yàn)證。1#孔在鉆進(jìn)過(guò)程中發(fā)生漏漿、漏水現(xiàn)象，巖層裂隙較發(fā)育，局部巖芯破碎，說(shuō)明鉆孔位于采空區(qū)附近。結(jié)合物探成果分析相對(duì)低阻異常區(qū)YC3可能位于A7、A5煤層倉(cāng)儲(chǔ)式開采形成的老窯采空區(qū)附近，該范圍可能相對(duì)富水。2#孔在施工過(guò)程中直接揭露采空區(qū)，鉆探結(jié)果與物探成果解釋的相對(duì)高阻異常區(qū)YC1相符和，且該位置部分已在地表形成塌陷坑，此范圍可能為A7、A5、A3煤層倉(cāng)儲(chǔ)式開采形成的采空區(qū)影響所致。

5、結(jié)論

經(jīng)物探與鉆探探測(cè)，該區(qū)域受采空區(qū)影響嚴(yán)重，部分范圍已經(jīng)發(fā)生地面塌陷測(cè)區(qū)的東北部已經(jīng)發(fā)生塌陷，未塌陷區(qū)域也不同程度的受到開采影響。

1、確定存在的采空區(qū)YC1，深度上為向下垂深20m～120m范圍。

2、疑似采空區(qū)YC2、YC5、YC3，該區(qū)域已在地表形成塌陷坑， 疑似采空區(qū)（圖5-1所示）

3、本次工作解釋的高阻異常帶平面對(duì)應(yīng)情況較好，根據(jù)視電阻率等值線變化情況進(jìn)行地質(zhì)、構(gòu)造和水文地質(zhì)解釋，物性依據(jù)充分，地電關(guān)系明顯，成果較為可靠。

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