高分辨率预测地下复杂采空区的空间分布特征.pdf

第 2 1卷 第 1期 2 0 0 6年 3月 页 码 2 5 6 2 6 2 地球物理学进展 PR0GRESS I N GE0PHYSI CS Vo 1 ． 2 1 No ． 1 M a r ． 2 00 5 高分辨率预测地下复杂采空 区的空 间分布特征 高密度电法在 山西 阳泉某复杂采空区中的初步应 用研究 祁 民 ， 张宝林 ， 梁光河 ， 陈友明。 ， 管 刚。 1 ． 中国科学院地质与地球物理研究所 矿产资源重点实验室 ， 北京 1 0 0 0 2 9 ； 2 ． 煤炭工业太原研究设计院 ， 太原 0 3 0 0 0 0 摘要 目标勘 查区的深部 可能存在 多期 、 多类型 、 多开采 对象的古采 硐 ， 难以通过 地表调 查和 常规 的技 术方 法准确 搞清其规模 、 形态、 埋深等重要参数． 本文采用高密度 电法 ， 结合厘 米级 高精度 G P S测量和浅部钻探技术 ， 针对 不同类 型 的洞窟 ， 选用不 同的电极距 ， 在复 杂采 空区地表 布设 了 1 7条测线 ， 完成了 1 1 4 O个测点 ， 共圈 出 1 2 O个 电性 异常． 结 合测 区地质情 况和异 常的特殊形 态， 预测 了可能 为古采硐 或相 对致 密岩 石的物探 异 常． 经首批 1 9个钻 孔验证 ， 确认 1 5个异常属 于发 生明显掉钻或 漏浆现 象的 古采 硐 陷落坑 ， 4个异 常是较 为致密 的石 灰岩． 实践 证 明， 采 用 高密度 电法能够 高精度预测地下复杂采 空区的 空间分布特征． 关 键 词 复 杂 采 空 区 ， 高 密度 电 法 ， 勘 查 ， 预 测 中圈分类号P 6 3 1 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 4 2 9 0 3 2 0 0 6 0 1 0 2 5 6 0 7 Hi g h -。 r e s o l u t i o n pr e d i c t i o n o f s pa c e d i s t r i b u t i o n c h a r a c t e r i s t i c s o f c o m p l i c a t e d u nd e r g r o u n d c a v i t i e s Pr e l i m i n a r y a ppl i c a t i o n o f h i g h d e n s i t y e l e c t r i c a l t e c hn i qu e i n a n a r e a o f Ya ng qu a n，S ha n x i QI Mi n ， ZHANG Ba o l i n ， LI ANG Gu a n g - h e ， CHEN Yo u mi n g 。 ， GUAN Ga n g 。 1 ．Ke y L a b o r a t o r y o f Mi n e r a l Re s o u r c e s ，I n s t i t u t e o f G e o l o g y a n d Ge o p h y s i c s ，C AS，B e i j i n g 1 0 0 0 2 9 ，C h i n a ； 2 ． Tai y u an Co a l I n du s t r y Re s e ar c h a n d De s i gn I n s t i t u t e， Ta i yu a n 0 30 0 0 0．Ch i n Ab s t r a c t Ac c o r d i n g t o p r e v i o u s d a t a ，t h e r e a r e ma n y o l d h o l e s o r l a n e wa y s u n d e r t h e t a r g e t a r e a ，b u t i t i s d i f f i c u l t t o ma k e c l e a r t h e i r s c a l e ，c o n f i g u r a t i o n ，d e p t h a n d s o o n ．W e h a v e ma i n l y u s e d h i g h d e n s i t y e l e c t r i c a l t e c h n i q u e c o m b i n e d wi t h h i g h p r e c i s e GP S s u r v e y a n d s h a l l o w d r i l l h o l e s ．Di f f e r e n t e l e c t r o d e s p a c i n g h a s b e e n d e t e r mi n e d b y d i f f e r e n t c a v e r n t y p e ． 1 7 s u r v e y l i n e s a n d 1 1 4 0 p o i n t s i n t h e c o m p l i c a t e d a r e a s h a v e b e e n f i n i s h e d ．I n t h e e n d ．1 2 0 e l e c t r i c a l a n o ma l i e s h a v e b e e n d i s c o v e r e d ． W i t h g e o l o g i c a l p r o p e r t i e s o f t h e a r e a a n d s p e c i a l s h a p e o f a n o ma l i e s ，we h a v e p r e d i c t e t h e a n o ma l i e s o f p o s s i b l e c a v i t i e s a n d c o mp a r a t i v e l y c o mp a c t e d r o c k s ． Th e f i r s t 1 9 d r i l l s h a v e v a l i d a t e d t h a t 1 5 a n o ma l i e s a r e o l d c a v i t i e s wh i c h h a v e o b v i o u s o f f - d r i l l r o d o r l e a k s l u r r y，4 a n o ma l i e s a r e r e l a t i v e l y c o m p a c t e d l i me s t o n e ． Th e p r a c t i c e d e mo n s t r a t e s t h a t h i g h d e n s i t y e l e c t r i c a l t e c h n i q u e c o u l d p r e c i s e l y p r e d i c t t h e s p a c e d i s t r i b u t i o n c h a r a c t e r i s t i c s o f c o m p l i c a t e d u n d e r g r o u n d c a v i t i e s ，a n d i s wo r t h t o b e a p p l i e d f u r t h e r ． Ke y wo r d s c o mp l i c a t e d c a v i t y，h i g h d e n s i t y e l e c t r i c a l t e c h n i q u e ，e x p l o r a t i o n，p r e d i c t i o n 0 引 言 高密度 电法 的最初模式要追溯到 2 O世纪 7 O年 代， 英国学者开始考 虑并实施 电测深偏 置系统． 8 O 年代 中期 ， 日本地质计测株 式会社借助 电极转换板 实现 了野外高密度电阻率法 的数据采集 ， 只是 由于 整体设计 的不完善， 这套设 备没有充分发挥高密度 电阻率法 的优越性． 8 O年代后期 ， 我 国原地质矿产 收稿 日期2 0 0 5 0 3 一 1 0 ； 修 回日期2 0 0 5 0 8 2 0 ． 基金项 目 中国科学 院“ 知识创新工程” 试点单位基 金和煤炭工业太原设计研究院基金联合资助． 作者筒介祁民 ， 女 ， 1 9 7 8年生 ， 河北衡水人，博士研究生 ， 主要从 事复杂地 质体三维计算机成像研究 工作． E - ma i l q i mi n ma i l ． ig c a s ． a c ． c n 维普资讯 1 期 祁 民， 等 高分辨率预测地下复杂采空区的空间分布特征 高密度 电法在 山西 阳泉某复 杂采 空区中的初步应用研究 2 5 7 部系统率先开展 了高密度电阻率法及其应用技术研 究 ， 从理论和实际结合 的角度 ， 进一步探讨并完善了 方 法理 论及 有关 技 术 问题 ， 并研 制 成 功 多 种 类 型 的 仪器． 目前 ， 研究高密度电法的方法技术和仪器 的主 要 有 中 国地 质 大学 等 单 位 ， 生 产仪 器 的有 吉 林 大 学 地 球科 学学 院 原长 春 地 质 学 院 、 重庆 地 质 仪 器 厂 等 ． 该 方法 是工 程 物 探 的关 键 技 术 之 一 [ 1 ] ， 它 以 地 下岩石 的导 电性 差 异 为 物质 基 础 ， 通 过 观 测 和 研 究 人工建立的地下稳定 电流场的分布规律来反演地质 结构． 目前 ， 高密度电法主要用于二维地质结构的剖 面探测， 其显著特点是施工快捷、 数据量大、 分辨率 高、 可靠性好、 图像直观． 该方法在检测路基、 寻找金 属矿 产 、 非 金属 矿产 、 煤 田构造 及地 下水 等方 面得 到 了有效 的应用 ， 在探测采空区方面也有一些应用 ] ． 但 由于 目标 区的具体情况和使用 的仪器不同， 得到 的结果 有较 大 的差 异． 本 文 在 不 了解 目标 区地 下 采 空区基本分布特征的情况下 ， 采用 高密度 电法和高 精度 GP S测量配合作业 ， 快捷 、 准确地预测 了地下 采空区的空间分布特征 ， 并得到 1 9 个钻孔结果的确 认 ， 还 发现 了 尚未 开 采 的隐伏铝 土矿 和硫 铁矿 资源 ． 1 复杂采 空区预测方 法概述 本 文 讨 论 的采 空 区 ， 主要 是 指 个 体施 工 人 员 开 采 山西境内奥陶系灰岩风化面附近的铁矿和铝土矿 而形成 的空 洞 ， 它不 同于 国 有矿 山按 照 统 一计 划掘 进 、 开采而形成的采空区 ， 具有规模不同 、 深度不一 、 形态复杂、 采掘及 回填或塌陷情况不清的特点 ， 属于 复 杂类 型 的采空 区． 目前 ， 复杂 采 空 区 的 预 测 方 法 较 多 ， 精 度 也 不 同 ， 主要 包括 以下 几种 1 地震波速 C T和吸收 C T相结合的方法． 王 超凡等[ 2 ] 1 9 9 8 应用该方法对 山东省招远市界河金 矿隐伏采空 区进行 了联合探测研究 ， 以优于 2 m 的 分辨率清楚地揭示 了测区内采空区和断裂破碎带的 分布 ， 其探测深度为 9 0 m． 2 探地雷达法． 刘敦文等[ 2 0 0 0 利用该方法 探测高速公路路基下 的煤层采空 区， 由于路基地层 中第四系冲积粉质粘土层较厚且含水丰富 ， 对 电磁 波的传播影响较大， 因而只能探测到浅层 小于 2 5 m 的采空 区异常点． 3 高分辨率浅层地震法． 王俊茹 等 2 0 0 2 采 用该方法探测采空 区岩层塌 陷， 并指出用地震方法 勘测采空区塌陷破碎带的效果主要取决于所选野外 工作参数 道间距、 偏移距 、 地震仪采样率等 ． 4 综合物探方法 地质雷达法 ， 瞬变电磁法 ， 浅 震反射波法， 瞬态瑞雷波法等 ． 高勇[ 5 ] 2 0 0 3 建议 根据 各方 法 的有效 探 测 深 度 ， 不 同 深度 的采 空 区选 择不 同的探测 方法 ． 0 ～1 0 m 以 内的采 空 区 ， 首 选 地 质雷 达法 、 瞬态瑞 雷 波 法 ； 1 0 ～ 3 0 m 以 内首 选 地 质 雷达法 、 瞬态瑞雷波法 ， 辅助浅震 反射波法 ； 3 0 1 0 0 m 首选 浅震 反射 波法 、 瞬变 电磁 法 ； 1 0 0 m 以下 的采 空 区 ， 首选 方法 为瞬变 电磁 法． 5 高密 度 电法． 这 是 近 5年 来新 引进 的 方 法 ， 由于该方法具有操作 简便 、 成本低 、 效率高等优势， 国内应用 比较 多[ 1 埔 ] ．目前 ， 已经 广 泛 应 用 于 以下 领域 ①水利水 电工 程， ②环境工程地质 ， ③工程地 质勘 查 ， ④ 城 市工程 勘察 ， ⑤ 工程质 量检 测[ 9 ] ． 例 如 ， 张进 国等 2 0 0 4 利用高密度电法探测地下煤矿采 空 区 ， 电极总 数不超 过 6 0 ， 电极 间距 一般 为 1 0 m， 探 测深度不超过 1 0 0 m， 由于探测 目标 比较单一， 效果 显 著． ‘ 另外 ， 高 密度 电法在 其它 方 面也有 应用 ， 如底 青 云等 J 2 0 0 1 用 C S AMT法和 高密度 电法相结 合 探测 地下 水资 源 ， 由 于含 水 层 和 干 地层 的 电性 差 异 明显 ， 勘查效果 良好． 王文龙等[ 8 ] 2 0 0 2 利用岩石的 导 电性 差 异把 高密 度 电法应 用 于金 矿 找 矿 ， 可 探 测 深度在 1 5 0 m 以上 的电阻率和充 电率的精细结构． 综上所述 ， 采空 区预测方法虽然较多， 但都有其 局 限性和 精度 限制 ． 本 文 根 据 工 区 地质 地 貌 特 点选 用 1 2 0道 高密 度 电法 ， 探 测深 度大 ， 可 以精确 预测 复 杂采空区及其矿产资源的空间分布特征． 2 工 区地质地貌特征 工作 区位于山西阳泉某复杂采空 区． 地表是第 四系和第三系黄土 ， 地下有铁 、 铝土矿等资源． 测量面 积为矩形 ， 宽 6 7 0 m， 长 3 9 0肌 测 区总体 上 呈 北 部高 、 南部低 的地貌 ， 最高海拔标高 7 7 8 m， 最低标高 7 1 7 m， 最大高差可达 6 O m， 到处是梯田、 古采硐 以及人 工 堆积 物 ， 属于 复杂 地形 区． 测区内主要出露石炭系本溪组地层 、 Q ～Q4 以 及采矿人工堆积物 图 1 ． 本 溪组 b 最大 厚度 6 O m， 下伏 O z 灰岩 ， 二者之 间为平行不整合关系． c 底 部为层状 、 似层状 山西式铁矿 透镜状 ， 厚 1 ～3 m 和 G层 铝 土矿 厚 层 、 块 状 ， 厚度 2 ～6 m ， 其 厚 度 、 层数及品位与地层沉积厚度 、 奥陶系石灰岩侵蚀厨 的发育情况有关． 铁矿和铝土矿之上为砂质泥岩夹 砂岩 、 灰岩及煤线． 场区出露基岩大部分为含铁粘土 维普资讯 2 5 8 地球物理学进展 2 1 卷 岩及高铝粘土岩． Q 3 厚度 2 ～8 m、 Q 厚度 0 ． 5 ～5 ． 5 m 最 大 1 0 m 、 Q 厚度 2 ～8 m． 人 工堆积 物 几乎 随 处 可见 ， 主要 为开 采铝 矾土 和铁 矿 的废弃物 ． 测区构造类型为总体走 向 Nw、 倾向 S W 的单 斜， 倾角 3 。 ～2 5 。 ， 一般小于 1 0 。 ． 在单斜构造 的基础 上 ， 又发育 有次 一级 的宽 缓 褶 曲． 由图 1可见 ， 测 区 内发 育走 向北东 的背 、 向斜 构 造 ， 背 斜 位 于 北西 侧 ， 向斜位于南东侧． 据此推测， 北西侧的奥陶系石灰岩 剥蚀 面应该 比较 高 ， 南东 侧相对 比较 深． 根据前 人 的调 查 资 料 ， 测 区 地 表 已发 现 斜 井 4 个， 立井 8 个 ， 平硐 1 4个， 塌陷坑 3 个． 其中， X Y一1 ～ XY一1 0为小窑， 近期开采硫铁矿， 其余小窑主要 开采粘土和铝矾土矿 ， 开采厚度平均 2 ． 5 m， 开采深 度 1 6 4 7 m， 手工 作业 ， 房 柱式 ． 采空 巷道 一 般 宽约 4 m， 呈 网 状 不 规 则 分 布 于 井 下 ． 本 次 物 探 施 工 期 间 ， 在 东南部 和 西南部 又 见到 6个未 标注 的塌 陷坑． 3 野外数据采集 野外测 量 中使 用 了重 庆地 质 仪 器 厂生 产 的 DUK一 2型高密度电法仪测量系统 ， 该仪器 由多路 电 极 转换 器 D UK- 2和多 功能 直流 电法 仪 D Z D- 6共 同 组成， 观测参数为视 电阻率 p s ， 野外测量时将剖面 电极一次性布好 ， 设置好仪器 的采集参数和装置参 数 ， 则可 自动进行断面视电阻率值的测量和存储记 录工作 ； 然后将仪器内的数据回收至笔记本 电脑 ， 用 专用的成图软件将断面上的视电阻率转换成地电影 像图， 异常形态清晰明了． 视 电阻率断面图是研究沿 测线方向的断面上视电阻率 p 。 值 的变化 特征 ， 能较 详细地反映出地下地质构造和各种地质体地赋存状 态 ． [ ] 高密度电阻率法实质上纯属于直流电阻率法 ， 其基本原理与直流电阻率法相同， 不 同的是它的装 置是一种组合式剖面装置． 本系统支持 1 4种测量装 置 ， 其 中 a排列 温纳装置 AMNB ， 口排列 偶极装 置 AB MN ， ， 排列 微分装置 和联合剖面装置 等 适用 于 固定 断 面扫 描测 量 ， 而 A M 二极 法 ， NM A单 边 三极 ， A MN B g g 贝 1 等 装置 则 适 用 于 变断 面连续 滚 动扫描 测量 ． 本次野 外 布线 方 式 采 用 的是 经 典 的温 纳 AM NB装 置 即对 称 四极 装 置 方 式 ， WN ， 它 的 电极 排 列规律是 A， M， N， B 其中 A， B是供电电极 ， M， N 是 测量 电极 ， AM MNNB为 一个 电极 间距 ， 随 着 间隔 系数 由 MI N 逐 渐增 大 到 MAX ， 四 个 电极 之间 的间距 也 均 匀 拉 开． 该 装 置 适 用 于 固定 断面扫描测量 ， 其特点是测量断面为倒梯形． 由于现场场地起伏很大， 陡坎很多， 所 以给施工 布线 带来 很 多麻烦 ． 要 在短 时 间 内迅 速完 成任 务 ， 只 能结合地势和任务要求灵活设置． 本次总共布置了 1 7条 测线 ， 电极 距 1 ～8 m 不 等 以 4 ～5 m 为 主 ， 共完 成 1 1 4 0个点 ， 施工 布线 平 面 图如 图 1 所示 ． 4 数据处理结果 、 解释及钻探验证 4 ． 1 基 本工 作步 子步 骤 第一步， 将每个测点 的高精度 G P S坐标与电法 测点数据合并 ； 第二步， 用我们 自己改进 的电法数据处理软件 对每条测线的数据进行处理并成图； 第三步， 确定划分物探异常的标准， 在剖面图上 圈定 电性 异常 ， 并 编号成 表 ； 第四步， 结合测区的地质与采坑调查情况 ， 推测 异常 的地 质意 义 ， 提 出验 证钻 孔位 置 ； 第五步， 根据验证钻孔结果， 对物探异常进行重 新评价、 分类， 提交物探成果报告． 4 ． 2 圈定 物探 异 常的基 本原 则 从各断面影像 图上可以看 出， 整个测区垂 向上 的视电阻率变化情况相似， 其总体趋势是上低下高， 变 化 范 围在 零 至几 千 欧姆 米 之 间 ， 上 部 视 电阻 率 较低层是地表第四系覆土的反映， 往下 电阻率值逐 渐升高， 依次是松散沉积层、 风化层 、 基岩 灰岩或粉 砂 岩 ． 根据 物探 异 常 和 实地 调 查 结 果 ， 测 区 内各 类 黄土的视电阻率一般低于 3 0 ～5 0 Qm， 本溪组粉 砂岩的视电阻率一般为 5 0 4 0 0 Q m， 奥陶系灰岩 的视 电阻率 一般 应在 8 0 0 1 0 0 0 Q m 以上 ． 本次大致以视电阻率 1 6 0 Q m 为下限圈定浅 部物探异常区， 同时结合异常形态 、 采空区及不 良地 质构造可能处于不同环境 即是否充水 的特点圈定 深部 的物探 异 常区． 如 果 异 常 明显 具 有 向浅 部 一 向 延长的特点 ， 则推断其可能为采空区巷道． 然而， 由 于石 炭 系和 奥 陶系地 层 的 内部 岩 性 、 结 构 及 顶 底 界 面非常复杂 ， 因此 ， 对于深部异常区的地质意义还有 待 于钻探 工程 的进 一 步验证 ． 4 ． 3 物 探异 常特 征及 分布 规律 初探 根据以上原则 ， 本次完成的 1 7条测线 内共筛选 出各类物探 异常区 1 2 0个 ， 其 中 1 2线 的 3个异常 1 2 ～1 、 1 2 ～ 2 、 1 2 ～ 3 已经 确 认 为 浅 部 黄 土 中 的坟 墓洞 穴 图 2照片 ， 8 ． 线 的 3个 异 常 8 ～4 、 8 ～5 、 8 ～ 6 为浅部较大规模开采铝矾土洞窟的地下连通区 图 3照片 ． 维普资讯 K 等 高 讣祧率 坝洲地 复杂采生 医的空 间分布特 征 ， 街 慢电 盐在 I I _H 皋 单复 杂采 守 的 韧班 l l l 研究 圈 1 删 K地 形 、 地 质 与高 密度 电怯删 嬗 廿市 意 犀 ＆ I 且 包目目 ～ 粞撵 E击 车 榀 裹 I 枷 c 【 蜘 n № 采 n或剥井口1 Fi g l S ke l c h maP。f d l s L r i bu I 【 ⋯ p g 【 p l g 1 d h h d e ns i t y m h o d i n e xp l o r e r e a d l 】 r f 】 k 【 l n r l n ⋯I I ‘ w I he IJ h y i c a I P x 『 ’ 1 r ，b l a c k e i r s l l 1 s h o w 1 h e p h ys i C M p 】 ⋯ 2l r P l n I i 1 “ ⋯【 ⋯w i h S h i r n l 『 1 、l J f l v b rown a r c t i o w 1 h e n 1 H r d p , ／ s i y l ⋯r ⋯} 1 l ’ w 0 q d e l , a s i l ． r l _ ‘ ‘ ～” L L I I h 口 】 c a v‘ y⋯1 1 】 u u w e l 1 圉 2筚 l 号 删线 物探 昴 与地 丧宴 际 目标 对比 削面 电掘距 l m】 F 2 1 C ol n p a r l s o n ge op hy s i c a l ⋯ ⋯ 1 n d r 曲l g。 k ol Li n e l 2 a pa c l n g。 f d⋯t r o d s ．1 m 维普资讯 地球物理学逊肫 l替 阿 3 第 删线 物摊 异 特与地 麦 n标时 副 电极 吲 』 4 r n Fi g 【 I r 【 f n c 】 g L I p h ya i L * t l H m I I e s a n d r e a l c k c I i n e 8 a p a i n of ‘ r ‘ d ．4 m D - m1 I 测区 标 苗 7 3 0 m平 舰电 阻半 等盥线 圈 f n I 触 睡 乘K或僻恫有*- M∞ Ⅱ 值 健 F j I H “ gr m ． 】 f _ r n 1 e I u t r f 8l⋯ s t T v y。 I } c v d m l _ } ． ” g h l ⋯n⋯ 1 ， “ 1 r u m 【 w hu I 1 y r c J t l h I L L ／ J Y n 】 r n 1 H u r r u t J wi h l r l t l l 、 I I L 物 探异 常绝 大 郭分 丹 佑， l 7 i5 f j m 标 高以 F， 萁 - l 规 填较夫 阜 奎淋的物 探 讳常主 要什 m在洲 隈南胥 _i 雨I 尔 南 太的 异常 纵 投影 面 租超 过 O f l i J m 最大 深度 6I 5I 1 1 与地 盘最 曲氨之州 的 岛 差超过 t 2 r } m 4 ． 4 取得的初步 认识 f 1 场 区地下物探 异 常舒 普 睦． 数量 九． 难 找列 j f j 4 c J m 的 稳定地 肇 庄 同标高视 电j I 【 率 等饩线 舒市 1． 物探 异 常少 的区域 昕 占面秕鞍 小 ． 似零星 分布在洲 化部 2线 ． 1 7线 2 拟建 厂 内大 部 分面 【 F舒 佰若不 同赏型 的物探 异常． 特 别是南 部和尔部 总体上看 ， 泼区的 m 帅 枷 删 ∞ ∞ 如∞ ∞ 0 0 ■雹 l厂_ 置l l■- ■ 圳如 卯 ∞∞ 加 帅帅 ∞砷加 0 0 0 ■■■ ] ] ] l lF l l■■口 ■■ 维普资讯 1 期 祁 民， 等 高 分辨率 预测 地下 复杂 采空 区 的空间分 布特 征 一一 高密度电法在 山西 阳泉某 复杂采 空区中的初步应用研究 2 6 1 图 5测区内已完成的勘察孔及验证孔位置示意图 1 ．验证孔 红色圈表示 掉钻孔 、 紫色圈表示漏浆孔 ； 2 ．勘查孔 蓝色圈表示掉钻孔 ， 绿 色圈表示漏浆孔 ； 3 ．阴影区 表示可能的稳定区， 地下为灰岩 ； 4 ．其它地区 根据物探异常推测 ， 地下均不同程度地发育有采空 区或溶洞 Fi g ． 5 S k e t c h ma p o f t h e p o s i t i o n o f e x p l o r a t i o n a n d t e s t d r i l l h o l e s i n t h e a r e a 1 ． v a l i d a t e h o l er e d c i r c l e s h o w o f f d r i l l h o l e 、 p u r p l e c i r c l e s ho w l e a k - s l u r r y h o l e；2 ． e xp l o r e h o l e b l u e c i r c l e s h o w o ff- d r i l l h ol e ，g r e e n c i r c le s h o w l e a k - s l ur r y h o l e；3 ． s h a d o w a r e a s h o w l i k e l i h o o d s t a b i li z a t i o n a r e a ， u n d e r g r o u n d i s l i me s t o n e4．o t h e r a r e aa c c o r d i n g t o p h y s i c a l a bn o r ma l ，un d e r g r o u n d i s v a r i ou s c a v i t y o r wa t e r - e r o d e d c a v e 地 基质 量可能较 差 ， 下 一 阶 段 采 空 区处 理 工 作 量可 能较 大． 3 物探 异常结 果显 示 ， 拟建厂 区内的采 空 区分 布深度 不一 ， 大致 可 分 为 3种 类 型 0 ～ 1 0 m 深 度 ， 采空 区主要 为黄 土 内 的坟 墓 洞 穴 ， 呈孤 立 状 散 布 于 测 区中部 、 中北部 和 东 南 部 ， 单 个 规模 较 小 ， 截 面 积 一 般在 几个平 方 米 之 内 ， 依 靠 3 ～ 4 m 的 电 极 距 仍 然难 以控制 其形 态 ； 1 ～5 0 m 范 围 内 ， 可能 主 要 为铝 矾土 和铁矿 采坑 ， 集 中分 布在 测 区东 南 部 、 南 部 、 西 部和 东北 部 ； 深 度 5 0 m 以下 ， 可能 主要 为硫铁 矿 和 山西 式铁矿 采坑 也 可能 是 风 化 壳 不 规则 界 面 ， 孤 立状 ， 规模较大 ， 主要分布在西北部 、 东北部和南部． 4 从 异常 区所处 的深 度来 看 ， 7 0 0 m 以下 的异 常 区集 中分 布 于测 区南 部 和 东 部 ； 7 5 0 m 以上 的异 常 区主要位 于测 区 中部． 4 ． 5 验证 孔的 基本情 况 根据 我们 的建议 ， 太原 岩土 公 司施工 了 1 9个钻 孑 L 图 5 ， 对 典型 的物探 异 常进 行 钻探 验 证 ， 取得 的 初步结 果 如下 掉钻 的孑 L ， 1 2个 5 ～ 3 6 、 5 ～ 4 8 、 5 ～ 6 3 、 6 ～ 2 1 、 6 ～ 5 6、 1 O～ 1 8、 1 0～ 2 9、 1 O～ 38、 ll ～ 3 2、 13～ 2 6、 1 4 ～ 3 8 、 1 4 ～5 0 ， 掉钻 幅度 0 ． 6 ～1 ． 8 5 m， 最 大 掉钻 深 度在 标 高 7 3 0米左 右． 因掉钻 原 因 ， 导致 许 多钻孑 L 偏 浅 ， 未能 到达设 计 深度 ， 未 能穿 过 “ 双 洞 ” 地 区． 推 测 相应部位地下有规模不同的采空区 塌落坑 或溶洞． 严 重漏浆 的孑 L ， 3个 2 ～ 6 9 、 1 0 ～2 8 、 1 1 ～ 2 6 ， 推 测相 应部 位地下 有 因采 动效应 引起 的裂 隙． 终 孑 L 时 灰岩 厚 度 超过 5米 的 孑 L ， 4个 2 ～ 3 3 、 2 ～ 3 8 ， 1 7 ～2 7 、 1 7 3 0 ， 推 测相应 部 位地下 为 奥陶 系 灰 岩． 4 ． 6工程 勘察 孔基本 情 况 据 太原 岩土 公 司资料 ， 业 已完成 的 5 O余 个工程 勘 察孑 L 中 ， 测 区西 部 、 东 部 共 有 3个 孑 L 掉 钻 图 5 ， 中部 1 个孑 L 严重 漏浆 ， 西 南部 2个 孑 L 漏浆 ， 其 余孑 L 比 较正常， 进尺不大， 控制的标高不同． 4 ． 7物探 异 常的可 能原 因分 析 根据 验 证孔 及 工 程 勘察 孔 的 初 步结 果 ， 我 们推 测 ， 引起 电性异 常 的原 因可能有 以 下几个 方 面 采 空 区或 巷道 ； 岩溶 ； 深 部 采 动效 应 引起 的浅 部 裂缝 ； 塌 陷坑 ； 浅部 依靠 3 ～ 5 m 电 极距 仍 无 法 分 辨 的 更 小 规模 的采空 区 岩溶 、 裂 隙 、 洞穴 ； 铝 土 矿 和硫 铁 矿 1 4 2 8号孔深部 ； 因岩石内部成分和结构不均匀 维普资讯 2 6 2 地球物理学进展 2 1卷 而导致 的异 常． 5 讨论 与结论 1 物 探及 钻探 验证结 果 表 明 ， 区 内尚未 发现 较 大规 模 的断层 ． 2 测区地下采空区数量非常多， 但其深度 、 方 向、 规模 均无 明显规 律 可循． 3 深部 的采 空区 塌落坑 或 溶洞规 模 较大 ， 但 基本 未充水 ． 浅部采 空 区规模 较小 ， 以 目前 的 3 ～5 I n 极距 尚无法准确 圈定． 4 可能 的稳定 区只有 北部 2块 图 2 ， 面积 不 大． 综 上所 述 ， 本 区地 质条件 和地 基质 量较 差 ， 若 作 为水 泥厂 的厂址 ， 需考 虑做 特殊 的工程 处理 ． 6 存在 问题及进 一步工作设想 1 物探的准确率虽然较高 ， 但仍有少数钻孔结 果原 因待查 ． 2 由于地 下采空 区极 为复 杂 ， 难 以简 单地 根据 视电阻率值圈定采空区或稳定区 例如， 高值区既可 能是 灰岩 ， 也可 能是 塌 陷 的 采 空 区 ， 更 无 法 直接 识 别岩性及其边界． 因此 ， 建议 甲方继续对其它物探异 常部 位进行 钻探 验证 ， 同 时 ， 还应 在稳 定 区加 密施工 钻孔 ． 3 重 点部 位需要 进一 步加 密 电极距 ， 以探 测深 部规 模较小 、 形 态复杂 的 采空 区． 4 温 纳装 置 的主要 缺点是 ， 如 果要探 测较 深部 位 ， 需 要更 长 的测线 和更 多的 电极． 该工程 实 例表 明 ， 高 密 度 电法 结 合 高 精度 GP S 测量 是探 测复 杂采 空 区 的一 种 有 效 方 法． 与 其它 物 探方法相 比， 具有成本低 、 效率高 、 地 电信息丰富且 探测精度高等优点， 在工程地质勘查中值得推广运用． 我们认 为 ， 高密度 电法的探 测 资料解 释 ， 要 充分 利用各种已知的地质信息 ， 排除其他 因素干扰的影 响 ， 这 样才 能获 得正 确的结 论． 如果 高密度 电法 的测 线 间距进一 步 加密 ， 则 可 能 建 立测 区地 下 高 精度 的 三维 电性 异常结 构 模 型 ， 从 而 为今 后 的地 基 处理 提 供科 学 的依 据． 致谢 参加野外测量的还有蔡新平、 臧有恒、 李振 坤 等 ， 室 内研 究过 程 中， 王 杰副研 究 员 给 予 了帮 助． 野 外 工作期 间 ， 得 到 了 阳煤 集 团水 泥项 目筹备 处 、 地 质处和太原岩土公司有关领导和 同志的大力支持 ， 在此一并表示感谢． 参考文 献 Re f e r e n c e s [ 1 ] 张建强 ， 张全录 ， 汤跃 超 ， 等． 高压输 电线塔基煤 矿采空 区的高 密度电阻率法 探查研 究[ J ] ．地 球物 理学进 展 ， 2 0 0 4 ， 1 9 3 6 8 4 ～ 6 8 9 ． [ 2 ]王超凡 ， 赵永贵 ， 靳 洪晓 ， 等． 地震 C T及 其在采空 区探测中的 应用[ J ] ． 地球物