高密度電法在電站選址中的應(yīng)用

付 波, 朱志勇

(江西省地質(zhì)調(diào)查勘查院，江西 南昌 330001)

0 引言

在某電站選址時，工程勘察階段發(fā)現(xiàn)站址內(nèi)有多處前人開采的小煤礦痕跡，同時鉆孔揭露一處疑似老窯空洞。為探明擬建站址內(nèi)采空區(qū)分布情況，避免生產(chǎn)事故，須對擬建站址進(jìn)行物探勘察工作。根據(jù)地質(zhì)任務(wù)的要求綜合分析，擬采用高密度電法進(jìn)行本次物探勘察。

1 地質(zhì)及地球物理特征

1.1 地質(zhì)概況

根據(jù)實地地質(zhì)調(diào)查和鉆孔資料，工區(qū)主要地層有二疊系下統(tǒng)茅口組上段(P1m3)炭質(zhì)灰?guī)r、二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M下段(P2la)凝灰質(zhì)粉砂巖與炭質(zhì)頁巖(夾煤層)、第四系中更新統(tǒng)殘積層(Q2el)粉質(zhì)黏土混碎石，第四系中更新統(tǒng)坡積層(Q2dl)粉質(zhì)黏土及第四系全新統(tǒng)人工堆積層(Q4ml)素填土。工區(qū)出露地層按地質(zhì)年代由新到老分述如下：

(1)第四系全新統(tǒng)人工堆積層(Q4ml)

第①層素填土：灰色、灰黑色，稍濕，松散，填土主要為20世紀(jì)90年代挖煤堆積的炭質(zhì)頁巖、煤矸石混少量黏性土，欠固結(jié)。場地主要分布在老采煤口周邊,厚度0.3～2.0 m。

(2)第四系中更新統(tǒng)坡積層(Q2dl)

第②層粉質(zhì)黏土：黃褐、紅褐色、濕、可塑，局部呈軟塑狀，且混少量的碎石，黏性一般，干強(qiáng)度中等，韌性中等，無搖震反應(yīng)，稍有光澤。表層0.2 m為耕植土，土質(zhì)疏松，夾有植物根系。

(3)第四系中更新統(tǒng)殘積層(Q2el)

第③層粉質(zhì)黏土混碎石：黃褐色，硬塑，局部呈可塑—硬塑，黏性較好，干強(qiáng)度中等，韌性低，有光澤，混雜部分碎石，粒徑2～4 cm，呈棱角狀，主要成分為砂巖及頁巖風(fēng)化碎屑。表層0.4 m為耕植土，土質(zhì)疏松，夾有植物根系。

(4)二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M下段(P2la)

第④-1層凝灰質(zhì)粉砂巖與炭質(zhì)頁巖互層：灰黑、灰褐色，全風(fēng)化，原巖組織結(jié)構(gòu)已完全破壞，礦物顏色已全改變，光澤消失，呈硬塑土狀、密實砂土狀、碎石土狀，局部夾薄煤層。

第④-2層凝灰質(zhì)粉砂巖與炭質(zhì)頁巖互層：灰黑、灰褐色，強(qiáng)風(fēng)化，原巖組織結(jié)構(gòu)大部分已破壞，主要礦物成分為黏土礦物、碎屑礦物及后生礦物。

(5)二疊系下統(tǒng)茅口組上段(P1m3)

第⑤-1層炭質(zhì)灰?guī)r：青灰、灰黑色，強(qiáng)風(fēng)化，原巖組織結(jié)構(gòu)尚存，節(jié)理裂隙發(fā)育，部分被方解石脈充填，巖芯呈碎石塊狀、餅狀，局部夾煤層，偶見小溶蝕，溶蝕內(nèi)可見煤屑充填。

第⑤-2層炭質(zhì)灰?guī)r：灰黑、灰褐色，中等風(fēng)化，節(jié)理裂隙發(fā)育，可見方解石脈充填，巖芯呈短柱狀或柱狀，局部夾煤層，小溶槽發(fā)育，溶槽內(nèi)可見煤質(zhì)充填。

1.2 地球物理特征

不同的巖石具有不同的物理性質(zhì)(如密度、導(dǎo)電性、彈性等)，這是物探工作的理論基礎(chǔ)和物理前提，也是物探工作進(jìn)行地質(zhì)解釋的根本依據(jù)。

從鉆孔揭露情況來看，本區(qū)揭露的第四系地層主要由素填土、粉質(zhì)黏土和碎石等組成，成分比較復(fù)雜，電阻率變化較大，一般從幾歐姆到幾千歐姆；第四系下伏基巖主要為二疊系龍?zhí)督M煤系地層，巖性為凝灰質(zhì)粉砂巖與炭質(zhì)頁巖互層；龍?zhí)督M煤系地層下伏地層是茅口組炭質(zhì)灰?guī)r。通常情況炭質(zhì)巖層電阻率范圍為1～102Ω·m，凝灰質(zhì)砂巖電阻率范圍為102～103Ω·m，電阻率普遍偏低。鉆孔ZK09揭露一約2 m高疑似老窯的空洞，充填物為軟塑黏性土及少量灰?guī)r碎石。

2 野外工作方法

2.1 測網(wǎng)布置

本次測區(qū)內(nèi)4條測線呈平行布置。測量工作主要是根據(jù)已知控制點(diǎn)為起算點(diǎn)，各測線起點(diǎn)、終點(diǎn)坐標(biāo)在地形圖上量取，采用RTK(Real-time Kinematic，實時差分)進(jìn)行各測線、測點(diǎn)的放樣工作。測點(diǎn)均采用木樁固定，并設(shè)立了明顯紅色旗子標(biāo)志。

2.2 施工參數(shù)

本次施工參數(shù)為：一次布置兩根電纜，排列電極60根，電極間距5 m，排列長度295 m。

3 資料解釋和推斷

3.1 試驗工作

到達(dá)野外站址后，為確定采空區(qū)的異常形態(tài)及特征，首先往往選擇有鉆孔控制且揭露采空區(qū)的剖面開展測量工作。

由于ZK09位于設(shè)計的T2測線上，并且已揭露了2 m空洞，因此首先開展T2測線測量工作?？汕宄吹皆赯K09位置深約18 m處，確實呈現(xiàn)了一較大范圍的低阻閉合圈異常，推斷為2 m高的空洞異常反映(圖1)；該處低阻異常圈范圍較大，在145～170 m均表現(xiàn)為低阻異常，從工區(qū)地質(zhì)資料了解到此處基巖地層為炭質(zhì)巖層，具有較低電阻率特征，推斷整體為空洞的依據(jù)不可靠；同時鉆孔揭露2 m高空洞存在于二疊系茅口組地層，該段地層無煤層發(fā)育，應(yīng)該為炭質(zhì)灰?guī)r內(nèi)發(fā)育的溶洞。綜上分析，在基巖下方較大范圍的低阻異常為炭質(zhì)巖層，為較大范圍采坑的可能性較小。

圖1 T2線高密度測量反演結(jié)果

其次，對經(jīng)過鉆孔較多的測線T3線進(jìn)行了野外物探工作，表層橙黃色較高為第四系地層的反映(圖2)，說明第四系地層成分復(fù)雜，中下部大片藍(lán)色低阻體推斷為含泥含炭質(zhì)較高的煤系地層。根據(jù)鉆孔資料揭露，ZK15在3.4 m處開始見基巖，9.2～9.5 m處可見0.3 m厚的煤層；ZK13在4.4 m處見基巖，9.9～10.1 m處可見0.2 m厚的煤層；ZK10在2.7 m處見基巖，3.6～4 m處可見0.4 m厚的煤層；ZK07在4.8 m處見基巖，4.8～5.1 m處可見0.3 m厚的煤層；ZK05在1.7 m處見基巖。鉆孔資料顯示，ZK15和ZK13相隔不遠(yuǎn)且都在T3線上，第四系土層厚度和煤層線都有一定的延續(xù)性，ZK10和ZK07相隔也不遠(yuǎn)，且都在T3線上，煤層線具有一定的延續(xù)性。反演電阻率在橫向上延續(xù)性也較好，與鉆孔揭示的地層情況基本吻合。

T2、T3測線反演斷面圖和鉆孔的對比分析表明：鉆孔約束的情況下，反演解釋得到了較好的驗證，推斷解釋較可靠。

3.2 推斷解釋成果

擬建站址所在區(qū)域?qū)儆诙B系龍?zhí)督M(P2l)煤系區(qū)，下伏炭質(zhì)頁巖與凝灰質(zhì)粉砂巖互層局部夾有薄煤層、炭質(zhì)灰?guī)r。本次勘探過程中，擬建站址范圍內(nèi)及周圍分布有13個老采煤口，站址區(qū)就有10個老采煤口，其中9個已經(jīng)塌陷，一個保存較好；采空區(qū)主要是20世紀(jì)90年代開采所致，橫向坑道以東西向為主(推測與煤層走向相同)，開采深度在10～30 m之間，支護(hù)方式主要采用木頭進(jìn)行簡易支護(hù)或沒有采用支護(hù)措施，推斷開采系個人亂采行為。由于無資料記載，采空區(qū)埋藏深度、分布規(guī)律無法考證。

測區(qū)布置四條平行測線，通過數(shù)據(jù)處理，并對比鉆孔資料，綜合分析解譯異常。T1線在109～115 m位置，埋深約10.5 m，標(biāo)高64～67 m，有一異常寬度約為6 m的采空區(qū)異常(圖3)。T2線在113～117 m位置，埋深約8 m，標(biāo)高62～64 m，有一異常寬度約為4 m的采空區(qū)異常；在142～160 m位置，埋深約18 m，標(biāo)高52～55 m，有一異常寬度約為18 m的溶蝕發(fā)育區(qū)；在148～150 m位置，埋深約4.5 m，標(biāo)高66～69 m，有一異常寬度約為2 m的采空區(qū)異常；在184～188 m位置，埋深約4.8m，標(biāo)高67～69 m，有一異常寬度約為4 m的采空區(qū)異常；在193～197 m位置，埋深約4.9 m，標(biāo)高66～68 m，有一異常寬度約為4 m的采空區(qū)異常(圖1)。T3線在118～125 m位置，埋深約6.5 m，標(biāo)高58～61 m，有一異常寬度約為7 m的采空區(qū)異常；在132～137 m位置，埋深約6.8 m，標(biāo)高58～60 m，有一異常寬度約為5 m的采空區(qū)異常；在146～148 m位置，埋深約4.4 m，標(biāo)高62～65 m，有一異常寬度約為2 m的采空區(qū)異常(圖2)。T4線在104～110 m位置，埋深約8.0 m，標(biāo)高52～55 m，有一異常寬度約為6 m的采空區(qū)異常(圖4)。

圖2 T3線高密度測量反演結(jié)果

圖3 T1線高密度測量反演結(jié)果

圖4 T4線高密度測量反演結(jié)果

將根據(jù)各測線解釋得到的采空區(qū)異常位置投影到平面圖上，然后根據(jù)各測線巖溶異常區(qū)在平面上的相互關(guān)系，組合成采空區(qū)異常的平面分布，共發(fā)現(xiàn)5個異常區(qū)(圖5)：異常區(qū)一(YC1)位于T1線和T2線，推斷為采空區(qū)異常，發(fā)育標(biāo)高為62～67 m；異常區(qū)二(YC2)位于T3線，推斷為一采空區(qū)異常，埋深4.4～6.8 m，發(fā)育標(biāo)高為58～65 m；異常區(qū)三(YC3)位于T4線，推斷為一采空區(qū)異常，埋深8 m，發(fā)育標(biāo)高為52～55 m；異常區(qū)(YC4)位于T2線，推斷為一溶蝕發(fā)育區(qū)(局部發(fā)育小型充填溶洞)，寬度18 m，埋深18 m，發(fā)育標(biāo)高為53～57 m；異常區(qū)五(YC5)位于T2線，推斷為采空區(qū)異常，寬度約為4 m，埋深5 m，發(fā)育標(biāo)高為67～69 m。

圖5 研究區(qū)高密度測量推斷采空區(qū)平面圖

4 結(jié)論

通過在本測區(qū)布置的4條測線，推斷采空區(qū)異常4個，主要分布在擬建站址的中南部，從地表采坑可以看出，測區(qū)范圍內(nèi)亂挖亂采嚴(yán)重，從高密度電法勘察結(jié)果分析，除了異常區(qū)一存在巷道開采的可能，其余3個采空區(qū)異常均未形成開采規(guī)模；推斷溶蝕發(fā)育區(qū)(局部發(fā)育小型充填溶洞)1個，溶蝕異常發(fā)育，且有一個2 m高的溶洞，但因炭質(zhì)巖層影響，物性差異較小，難以分辨，只能對ZK09周邊低阻異常進(jìn)行圈定。