地球物理勘探在煤田采空區的應用研究

張亞妮

陜西省煤田物探測繪有限公司，中國·陜西 西安 710000

1 引言

通過對煤田采空區廢棄礦井洞的分布情況進行研究，發現存在一定的規律性，但是如果分析單個采空區廢棄礦井洞，將很難掌握分布的規律，在勘探工點的時候，電性背景值不是很大的情況下，采空區廢棄礦井洞很難引起異常。當電性背景值相對比較大，但是采空區廢棄礦井洞沒有很大的規模，而且所填充的物質背景值差異不是很大的時候，采空區廢棄礦井洞也不會出現很大的異常。此外，采空區廢棄礦的物理勘探曲線還會受到各種因素的影響。

2 煤田采空區概況

某地區建設的大橋有幾十座，這里有豐富的煤炭儲量，大量的煤炭資源為發電廠供應，并供應居民用煤。這里的煤炭資源埋藏不是很深，當地居民很早就開采煤炭，所以地下上百米深度出現煤礦采空區[1]。這個沿線有的采空塌陷區混雜沙漠、砂巖、砂土以及煤礦等，所以在進行道路橋梁勘探以及設計的過程中存在很大的難度。在前期勘察工程地質狀況的時候，下伏弱風化基巖中煤礦采空區以及裂隙都已經發育，如果不能將樁基處位置的地質情況充分反映出來，就會導致橋梁工程存在安全隱患。為了保證橋梁安全使用，就要在地質勘察中采用科學有效的物理勘探方法。

3 地質物理勘探方法介紹

3.1 地質物理勘探的基本原理

其一，高密度電法。高密度電法是基于電阻率法使用的，多采用電極排列的方式，采用人工的方式將電流發送到地下，使地下的電場電流穩定。在進行電阻率勘探的時候通過采用自動轉換裝置可以自動觀測布置斷面，并對所獲得的信息自動記錄。

其二，GDS電性分層技術法。GDS法作為電法勘探技術是基于電阻率實施的，其所發揮的主要作用是對工程精細測量，在地球物理條件上等同于高密度電法。

其三，地震影像勘探（Z）T。地震影像勘探作為地震勘探方法，其對于彈性波自動采集。由于接收點距離比較遠，而且所采用的是大屏幕彩色顯示，使得剖面顯示更加直觀。

3.2 沿線的地質環境條件

通過分析某地區的地質資料，可以明確沿線的地質環境條件如下：

其一，沿線的裂隙沒有豐富的水量，隨著季節的不斷變化，裂縫的水量也會產生變化，包括覆蓋層孔隙的潛水、深部裂隙水以及弱水化基巖裂隙水等等，這個地區的溝谷比較密集，水位的埋藏非常深，所處的位置在地表下的20～100m，廢棄礦井洞都處于水位線的上面，但是，如果廢棄礦井洞的地勢非常復雜，通常都是處于大橋的引橋部位，如果廢棄礦井洞的地勢比較低，就會在橋墩的下部，因此，廢棄礦井洞電性的主要特征是電阻率較低。

其二，下伏基巖主要包括三種巖，即泥巖、弱風化砂巖和泥質砂巖，在采空區廢棄礦井洞中以水為主要的填充物，密度不是很高。在水資源非常豐富的條件下，采空區廢棄礦井洞與圍巖之間存在一定的電性差異。

其三，勘探區域內的地層，上面覆蓋有砂土、砂巖、黃土、泥巖以及砂卵礫石，下面是煤層，兩者之間的波速不同，密度也存在差異。在地層中的廢棄礦井洞中填充有粘土和碎石土等等，所以廢棄礦井洞與其圍巖之間的差異是非常大的，所以采用地震映像勘探技術可以獲得良好的效果。

3.3 應用電法勘探法對棄礦井洞以及勘探深度進行推斷

其一，高密度電法。通過繪制風控模型—區分度評估指標斷面等值線圖對低值風控模型—區分度評估指標異常進行有效識別，異常范圍要超過采空區廢棄礦井洞范圍，產生這種現象的主要原因是由于采空區廢棄礦井洞周圍的裂隙已經發育，廢棄礦井洞以及裂隙產生風控模型—區分度評估指標異常 。

根據風控模型—區分度評估指標斷面等值線圖就可以對低值風控模型—區分度評估指標異常準確識別，在整個的斷面控制范圍內不能使用統一的風控模型—區分度評估指標值[2]。隨著電阻率提高，風控模型—區分度評估指標產生異常，不能及時消除一次導數，低值風控模型—區分度評估指標產生異常，只能將特定范圍內的采空區廢棄礦井洞異常反映出來。如果地形有所起伏，就會由于小路以及溝渠等一次畸度導致異常狀況，就需要根據野外工作所獲得的資料加以消除。

其二，GDS法。隨著傳統電法勘探法不斷發展，GDS法應運而生，其適用于探測地層以及目標物，基于此推斷電性在深度方向上所產生的變化情況，從而了解地質情況，在推斷的過程中采用的方法與高密度電法基本相同。

其三，地震映像法[3]。在分解地震映像資料的時候是基于地震映像時間剖面圖展開的。在反映地層地質現象方面，通過觀測地震映像時間剖面圖，地層的分布情況以及形態特征得以體現，了解各波組同相軸能量以及頻率變化情況，同時掌握扭曲錯動情況，就可以對采礦空區廢棄礦井洞的斷裂構造情況作出判斷。

其四，物理勘探深度。根據各物理勘探方法所具備的性質、特點及以及勘察過程中所積累的資料，結合各種經驗，使得勘察工作有較高的效率，采空區廢棄礦井洞信息更加準確。

4 結語

通過以上研究表明，對煤田采空區進行地球物理勘探，確定基巖面深度的時候，需要從綜合的角度分析地質鉆孔資料，由于地區環境不同，跨徑橋梁樁基位置不夠精通，所采用的物理勘探方法也會有所不同。但是如果采空區正處于發育階段，采用傳統方法就不能獲得良好的效果，實施地質鉆孔取樣的時候會受到地質環境條件的限制，不能準確了解樁基所在位置的采空區廢棄礦井洞發育情況以及裂隙發育情況，所以要充分考慮到橋梁躊徑以及巖層分布情況，基于此針對采空區發育地區采用相應的物理勘探方法，可獲得良好的勘探效果，探明樁位處地質狀況的時候更加科學合理，維護工程的安全可靠性。