貴州習(xí)水縣礦山采空區(qū)地球物理特征及地層電性特征

黃世超

（貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局114地質(zhì)大隊(duì)，貴州 遵義 563000）

貴州省地礦局第二工程勘查院承接了習(xí)水縣民化鎮(zhèn)沙溪村竹林灣地質(zhì)災(zāi)害與房屋開裂成因分析論證項(xiàng)目，物探是該項(xiàng)工作的組成部份。

目的是協(xié)助地面調(diào)查工作區(qū)內(nèi)是否存在大面積采空區(qū)及采空區(qū)的分布位置。

1 地質(zhì)條件及地球物理特征

1.1 地質(zhì)條件

礦山位于貴州高原與四川盆地過渡的斜坡地段，屬構(gòu)造溶蝕-剝蝕中低山淺切溝谷地貌，地形起伏變化較大，區(qū)內(nèi)海拔最高處位于路線右側(cè)山頂，高程為905.3m；最低處在路線左側(cè)溝谷內(nèi)，高程552.1m，相對(duì)高差354.3m。

1.2 地質(zhì)構(gòu)造

揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)次級(jí)構(gòu)造單元黔北臺(tái)隆，遵義斷拱畢節(jié)北東向構(gòu)造變形區(qū)四川臺(tái)拗古藺山形構(gòu)造前弧東北翼北西側(cè)交匯部位。區(qū)內(nèi)礦層總體呈單斜構(gòu)造，褶皺不發(fā)育，礦層傾向267°～295°、傾角15°～25°，平均傾角17°。根據(jù)地質(zhì)調(diào)查及資料收集，區(qū)內(nèi)出露的斷層有1條F1正斷層。

2 電性特征

2.1 主要礦物的電阻率

根據(jù)各巖石電阻率的高低，從數(shù)量級(jí)上可將其分為三個(gè)大類：

（1）地層：ρ=101～102Ω·m。

（2）粉砂質(zhì)礦物：ρ=101～5×102Ω·m。

（3）灰質(zhì)礦物：ρ=5×102～104Ω·m。

2.2 地層的電性特征

按測(cè)區(qū)的地層序列、礦物特性、厚度及電阻率值，相鄰的地層組合礦物特性相近時(shí)，電阻率值相差不大。按這一原則，將測(cè)區(qū)與本次物探有關(guān)的地層按電阻率合并成4個(gè)高、低阻相間的電性層。各電性層間有較大的電阻率差異、且厚度較大。因此，用電性差異劃分地層，具備一定物性差異前提。第四系（Q）位于表層、且厚度較小，在本次測(cè)量結(jié)果中沒有明顯的反映。

另?yè)?jù)貴州省地礦局第二工程勘察院2019年3月地質(zhì)人員現(xiàn)場(chǎng)訪問及調(diào)查：東楓礦在施工主井及副井時(shí)揭露了C5礦層，研究區(qū)域附近C5礦層未被開采，沿C5礦層上山開拓巷道和打超前鉆探水，揭露到了老采空區(qū)后，主井及副井均有較大水量涌出，且目前仍常年有水自流，排水標(biāo)高在585m以上。因此，在物探工作區(qū)內(nèi)，585m標(biāo)高以上老窯采空區(qū)中的積水基本被排干，同時(shí)，由于排水引起礦層頂板垮塌，礦層上部地層中產(chǎn)生大量孔隙及裂隙，地層中所含地下同樣水被排干。分析判定老窯采空區(qū)因塌陷產(chǎn)生大量裂隙及地下水被排干，其電阻率應(yīng)比原生狀態(tài)地層電阻率高。對(duì)于CSAMT法，二疊系平樂統(tǒng)龍?zhí)督M（P3l）是本次物探探測(cè)的低阻標(biāo)志層。

3 地層電性解釋推斷

解釋推斷主要依據(jù)可控源音頻大地電磁法（CSAMT）卡尼亞電阻率斷面圖、阻抗相位斷面圖、一、二維反演擬電阻率斷面圖，結(jié)合測(cè)區(qū)已出露地表地層巖性和各地層的電性特征綜合進(jìn)行。

3.1 物探測(cè)線布置

本次物探共布設(shè)可控源音頻大地電磁法(CSAMT)測(cè)線5條，3條剖面沿地層傾向方向布設(shè)，方向均為95°；2條剖面沿地層走向方向布設(shè)，方向均為15°剖面敷設(shè)采用羅盤定向、皮尺量距定點(diǎn)。CSAMT兩電偶極中心為記錄點(diǎn)位置,測(cè)點(diǎn)距30m。

圖1 CSAMT裝置測(cè)線圖

3.2 異常劃分

（1）卡尼亞電阻率斷面圖、阻抗相位斷面圖異常與相關(guān)地質(zhì)體找不出有意義的對(duì)應(yīng)關(guān)系，未進(jìn)行異常劃分。

（2）一、二維反演擬電阻率斷面圖小于500Ω·m的區(qū)域劃分為低阻異常區(qū)；大于500Ω·m的區(qū)域劃分為高阻異常區(qū)。

3.3 異常特征及分析解釋

（1）5條測(cè)線的一、二維反演擬電阻率斷面圖總體上有一個(gè)共同的特征：從淺部到深部，都呈淺部高、中部低、下部高的的三層層狀電性特征。對(duì)比測(cè)區(qū)的地層巖性及地層產(chǎn)狀，可以肯定，沿地層傾向方向的3條二維反演斷面圖中部最明顯的小于500Ω·m的低阻異常是以泥頁(yè)巖為主的低阻地層龍?zhí)督M（P3l）的反映；而沿地層走向方向的2條二維反演斷面圖下部最明顯的小于500Ω·m的低阻異常標(biāo)高小于300m,埋深較深，推測(cè)是低阻志留系（S）地層的反映。

圖2 線二維反演圖

（2）仔細(xì)對(duì)比沿地層傾向方向的3條二維演擬電阻率斷面圖,Ⅰ-Ⅰ線在已知采空區(qū)（17～21號(hào)點(diǎn)）上，總體電阻率有不太明顯的增高；Ⅱ-Ⅱ線、Ⅲ-Ⅲ線沿剖面方向，明顯的可以分為2段。Ⅱ-Ⅱ線以11號(hào)點(diǎn)附近為界、Ⅲ-Ⅲ線以10號(hào)點(diǎn)附近為界，小號(hào)一側(cè)電阻明顯比大號(hào)一側(cè)低，且大號(hào)一側(cè)剖面上部的高阻異常更明顯，相對(duì)值更高。結(jié)合物探工作結(jié)束后本單位地質(zhì)人員再到現(xiàn)場(chǎng)所作的調(diào)查訪問結(jié)果（原沙溪礦在現(xiàn)東楓礦主、副巷道以南對(duì)C5號(hào)煤層進(jìn)行過開采，采空區(qū)范圍大約為400×120m），現(xiàn)東楓礦主、副井為排水沿C5煤層上山開拓巷道和打超前鉆探水所揭露的C5號(hào)煤層采空區(qū)位置（見圖2所示位置）推測(cè)：為Ⅱ-Ⅱ線11號(hào)點(diǎn)以東、Ⅲ-Ⅲ線10號(hào)點(diǎn)以東為采空中的積水基本被排干、排水引起礦層頂板垮塌，礦層上部地層中產(chǎn)生大量孔隙及裂隙，地層電阻率本比原始狀態(tài)有所增高的反映。

圖3 線二維反演圖

（3）沿地層走向方向的2條二維演擬電阻率斷面圖，在低阻地層龍?zhí)督M（P3l）分布區(qū)（標(biāo)高600左右）擬電阻率變化較大，呈團(tuán)塊狀的高、低阻相間，這和龍?zhí)督M（P3l）是有一定厚度、且連續(xù)成層的低阻相矛盾，結(jié)合主、副井在標(biāo)高585m有排水孔、地質(zhì)人員現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查訪問情況分析：Ⅳ-Ⅳ線5.5～17號(hào)點(diǎn)間、Ⅴ-Ⅴ線6～17號(hào)點(diǎn)間為采空區(qū)。

4 結(jié)語

（1）利用電性層的分布，查明了物探工作區(qū)內(nèi)低阻的龍?zhí)督M（P3l）低阻地層的結(jié)構(gòu)及空間分布，物探顯示的低阻異常分布與地質(zhì)調(diào)查確定的習(xí)水縣地層的分布有較好的一致性。并結(jié)合地表地層出露情況推測(cè)出了其它上下相關(guān)地層的總體分布。

（2）依據(jù)本次物探結(jié)果并結(jié)合地面調(diào)查，推測(cè)在為Ⅱ-Ⅱ線11號(hào)點(diǎn)以東、Ⅲ-Ⅲ線10號(hào)點(diǎn)以東為采空區(qū)；Ⅳ-Ⅳ線5.5～17號(hào)點(diǎn)間、Ⅴ-Ⅴ線6～17號(hào)點(diǎn)間為采空區(qū)。

（3）Ⅰ-Ⅰ線整條剖面沒有Ⅱ-Ⅱ線11號(hào)點(diǎn)、Ⅲ-Ⅲ線10號(hào)點(diǎn)附近明顯的高低阻異常分界。本次采空區(qū)的邊界位置是通過地層電阻率的變化、并結(jié)合地質(zhì)調(diào)查、訪問確定的，與真實(shí)存在的采空區(qū)位置可能有一些的差異，在采空區(qū)邊界附近采用鉆探方式進(jìn)一步查證。