工程物探在公路改建工程采空區探測應用實例

【摘要】公路所在區域被第四系覆蓋，含水性差、透水性強。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，巖層橫向上導電性相對均一。如在順地層水平方向上局部地段出現不充水或充水不足空洞（采空區）時，則該區域導電性變差，表現為高阻異常。當采空區以充水空洞形式存在或局部地段出現破碎或裂隙含水時，由于水體良好的導電性，使該地段電阻率明顯低于圍巖，通過對比水平方向上巖層視電阻率值差異與變化情況，為應用物理基礎的瞬變電磁、電法探測實施提供了良好的地球物理前提。

【關鍵詞】綜合物探；采空區探測；數據處理于分析；平面圖

1、引言

新疆地區大多數地層沉積序列清楚，地層相對穩定，正常地層組合條件下，在橫向與縱向上都有固定的變化規律，當有采空區、裂隙和陷落柱等地質災害發育時，無論其含水與否，都將打破地層電性在縱向和橫向上的變化規律。這種變化規律的存在，表現出巖石導電性的變化。當在順地層水平方向上局部地段出現不充水或充水不足空洞（采空區）時，則該區域導電性變差，表現為高阻異常，當采空區以充水空洞形式存在或煤層頂板局部地段出現破碎或裂隙含水時，由于水體良好的導電性，使該地段電阻率明顯低于圍巖，相當于存在局部低電阻率值地質體。根據視電阻率等值線圖，綜合地質和水文地質資料，可確定橫向、水平深度和垂向深度電性變化情況，

2、應用實例

2.1 工程概況

新疆某市公路局擬建管護站公路（以下簡稱公路），由于該公路穿過的范圍內路基下部地層受小煤窯開采影響，產生采動破壞。因而對居民人身安全產生隱患，故必須查清公路周圍采空區分布情況。公路所在區屬低山丘陵地貌，地形較為開闊，地勢南高北低，海拔標高+1032m～+1090m，溝谷不發育，植被較發育。地表覆蓋為第四系全新統沖洪積物（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。

本區位于二工河-黃山街倒轉向斜的北翼，為一向南傾的單斜構造，傾向為180°～200°，傾角45°～55°，全區地層走向變化不大，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。區內未見斷裂。構造復雜程度應屬簡單構造類型（I類）。

2.2 現場測點布置

公路現場布置是分別地層走向每10m布置一個瞬變電磁測點，每條測線之間間距為10m；共計布置15條測線，每條測線上測點共計31個，共計數據點465個；網絡并行電法分別沿地層走向和傾向布置測線，共布置4條測線。

2.3 數據處理

本次瞬變電磁法數據采集采用長沙白云公司研發的MSD-1型瞬變電磁儀，信號發射采用與之配套的電池發射裝置。網絡并行電法采用WBD網絡并行電法儀，每站數據采集采用AM法和ABM法，各采用0.5s和2.0s恒流供電方波采集數據一次。該儀器主要用于隧道工程超前探測、地質災害與環境調查、水利工程病害調查、工程地質勘察等領域。數據采集完成后，使用MTEM數據處理系統和WBD2.0并行電法數據解析系統對所采集的數據進行處理。并選用了surfer8.0軟件進行輔助成圖。

3、成果分析

3.1 應用瞬變電磁法成果

結合現有地質資料，以及現場探測實際情況，對本次瞬變電磁探測將視電阻率值ρ<30Ω·M區域定義為相對低阻區域，將視電阻率值ρ>90Ω·M區域定義為相對高阻區域。對公路下方采空區瞬變電磁法探測成果進行綜合分析，得出如下成果：1、YC1、YC2、YC5為相對高阻異常區。深度上為向下垂深20m～140m，范圍分析認為該高阻異常區可能為A3、A5、A7煤層倉儲式開采形成的老窯采空區。該處高阻異常區域已在地表形成塌陷坑；2、YC3為相對低阻異常區，認為該區可能是疑似位于A7、A5煤層倉儲式開采形成的老窯采空區富水區域；3、YC4為相對低阻異常區，可能為河流對現場探測所造成的干擾影響所致（圖3.1-1所示）。

3.2 應用網絡并行電法成果

本次電法探測，共存在3處相對異常區域，分別是DZ1、DZ2、DZ3。分析如下：1、DZ1、DZ3與瞬變電磁法探測所得YC2相對異常區域對應，可能為A7煤層倉儲式開采形成的老窯采空區影響所致；2、DZ2該處相對低阻異常區可能為河流對現場探測所造成的干擾影響所致，與瞬變電磁法探測所得YC4相對異常區域對應；（圖3.2-1所示）

4、鉆探驗證

根據瞬變電磁與網絡并行電法綜合物探成果并結合現場實際地形情況，設計3個驗證鉆孔，采用全孔取芯，孔徑98mm，總工程量是426m。1#孔目的是對YC3相對低阻異常區、2#、3#孔YC1相對高阻異常區驗證。1#孔在鉆進過程中發生漏漿、漏水現象，巖層裂隙較發育，局部巖芯破碎，說明鉆孔位于采空區附近。結合物探成果分析相對低阻異常區YC3可能位于A7、A5煤層倉儲式開采形成的老窯采空區附近，該范圍可能相對富水。2#孔在施工過程中直接揭露采空區，鉆探結果與物探成果解釋的相對高阻異常區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煤層倉儲式開采形成的采空區影響所致。

5、結論

經物探與鉆探探測，該區域受采空區影響嚴重，部分范圍已經發生地面塌陷測區的東北部已經發生塌陷，未塌陷區域也不同程度的受到開采影響。

1、確定存在的采空區YC1，深度上為向下垂深20m～120m范圍。

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

3、本次工作解釋的高阻異常帶平面對應情況較好，根據視電阻率等值線變化情況進行地質、構造和水文地質解釋，物性依據充分，地電關系明顯，成果較為可靠。

參考文獻：

[1] 樸化榮.電磁探測法原理 [M].北京：科學出版社，2009.

[2] 牛之璉，林柏泉.時間域電磁法原理[M].北京：煤炭工業出版社，1999.