高密度电阻率法在城镇改扩建工程采空区中的应用

高密度电阻率法在城镇改扩建工程采空区中的应用

周锋

新疆维吾尔自治区煤田地质局综合地质勘查队  新疆乌鲁木齐  830009

【摘要】高密度电阻率勘探方法是在常规电法勘探基础上发展起来的一种物探方法,具有提供的数据量大，地质信息多，观测精度高，自动化程度高以及成图解释直观可靠等优点,在工程勘探中有着广泛的应用。本文结合工程实例分析确定排水厂地下100米以浅以及厂址外扩300米范围的浅表地层的采空区范围,解决工程建设中出现的工程地质问题

【关键词】高密度电阻率法 采空区 视电阻率

1.工区地质及地球物理特征

工作区所在井田地处准噶尔弧形构造西北翼，托里〜和什托洛盖坳陷中段含煤盆地中，该坳陷为华力西褶皱带之山间盆地，盆地南北两侧为古生界基底组成的中高山。井田大面积被第四系覆盖，仅在中部及东北部有基岩出露，呈条带状或片状，出露地层主要为侏罗系中统西山窑组及古近系乌伦古河组。井田位于和什托洛盖盆地的中部，北高南低，大部分为第四系覆盖，局部有侏罗系露头出露，无常年水流，仅在夏季暴雨后部分冲沟内有洪水汇集成的短暂水流，向地势较低的地带排泄汇集后渗入第四系砂砾石层最后渗入侏罗系含煤地层中形成井田地下水或流出井田。

工作区内浅部岩层主要由：地表砾石、砂岩、泥岩、泥质砂岩、粉砂质泥岩组成，其物性特征为：

1）砾石：电阻率值一般较高，数值在30-100Ω•M之间；

2）砂岩：电阻率一般为高阻值，但是变化范围较大，数值在30-200Ω•M之间；

3）泥岩：电阻率一般较低，数值在5-30Ω•M之间；

4）泥质粉砂岩、粉砂质泥岩：其物性介于砂岩与泥岩之间。

5）富水区域:当区域富水时，导电性较强，与周围岩层有明显的电性差异，电阻率拟断面图中会形成低阻异常反映。

2.工作方法与技术

本次施工选用重庆奔腾地质仪器研究所生产的WDJD-4型多功能数字直流激电仪配合WGMD-4高密度电法系统，高密度电法工作任务是探测煤层采空区位置和基本深度，采用了温纳α装置进行测量。

特点：测量断面为倒梯形。

描述：测量时，AM=MN=NB为一个电极间距，A、B、M、N逐点同时向右移动，得到第一条剖面线；接着AM、MN、NB增大一个电极间距，A、B、M、N逐点同时向右移动，得到另一条剖面线；这样不断扫描测量下去，得到倒梯形断面。

供电采用电瓶供电，供电电压为290-380V，测量电极100-120道，测量层数22层。

3.资料处理与解释

3.1.高阻采空异常区

高密度8线位于测区北部，东西向向布设，电极距10m，剖面长度1200m，采集层数22层。其反演电阻率剖面图如图4-1所示，图中横坐标代表测线长度，纵坐标代表海拔。图中颜色由蓝到红渐变，表示视电阻率值由低到高的变化。

图4-1 8线反演电阻率剖面图

横向上，桩号700~1200m段出现一个较为明显的高阻带，其在790m桩号位置表现为等值线突变，其主要高阻中心位于900m桩号以东，达300-850Ω·m，中心标高740m。以往地质资料显示该区域存在老窑采空区，且根据地表调查，该段地表裂隙发育，因此将该高阻体圈定为采空区异常。

3.2.中深部低阻异常体

本次物探工作在西侧规划厂区内圈定中深部低阻异常体一处，主要分布于4、5线及10-14线中部，以4线为主对该异常体进行推断解释。

4线布设于规划厂区中部，东西向横跨规划厂区于300-870m桩号范围，电极距10m，剖面长度1200m，采集层数22层。

横向上，由西向东，剖面西端主要为近地表的高阻带，结合地表施工记录，推断该异常为地表电性不均匀导致。以460m桩号为中心出现一碗状低阻异常体，异常范围325-545m桩号，中心低阻仅为1.5Ω·m，异常体呈现两翼薄中间厚的形态。其下部出现一形态相近的中阻体，向东延伸至4线600m桩号。在600m桩号以东电阻率剖面表现均匀，无异常形态。

图4-2  4线反演电阻率剖面图

为确保低阻体圈定的准确性，利用北侧5线及垂直于4线的11-14线进行对比。

图4-3 4线与11、13线交叉点示意图

如上图所示，为4线与11线、13线交叉点位置示意图。

纵向上：4-350点低阻体顶界面748m水平，与之交叉的11-500点低阻体顶界面750m水平；4-450点低阻体顶界面723m水平，与之交叉的13-500点低阻体顶界面726m水平，两者差值极小。4线剖面图中，低阻体底界面位于670m水平，在11及13线中，交叉点处底界面水平较高，但总体低阻体底界面均位于680m水平，与4线剖面图中低阻体底界面标高相近。

综合电流走向特征考虑，4线与11-14线剖面图中对于低阻体的范围划分极为接近，说明低阻体的划分较为可靠。

该低阻异常在空间上反应为一个独立的异常体，仅在两翼与近地表的低阻体存在一定联系，两侧没有煤层的中高阻电性反应，且埋深60-100m，与北部采空区无联系。结合收集到的地质资料，工作区北部为B组煤层，煤层走向近东西，倾向北东，该位置在高密度相应测线反应明显；在工作区东部范围之外的B组煤层走向近南北，倾向向东。

区域内最下部可采煤层为B2煤层，本次工作区整体位于B2组煤层下部，该位置只有B1煤层存在的可能性。根据收集到的地质资料，B1煤层稳定性较差，属于全区不可采煤层，对本次工作区域地层的完整性影响较小，推断工作区内没有因煤层开采而产生的采空区。综合分析推断该低阻异常为春季积雪消融和大气降水通过地表渗透至地下，因下部隔水层阻隔，形成的含水层反应。

3.3.无异常表现剖面

部分测线剖面无异常反应，包括1-3线、6-7线及21-22线等。无异常剖面中多为大面积的中低阻，反演电阻率变化较为平滑，无明显突变，电阻率变化范围10-70Ω·m，无明显高阻或低阻异常，可推断该剖面无异常区。

3.4.平面图综合解释

图4-4异常圈定与实际材料图

本工作区中由东西向的1-9线及南北向的10-22线构成测网，对于异常在平面上的圈定较为有利，利用多条垂直测线可进行相互比对，圈定出工作区内主要异常区。

红色圈定范围为区内主要的采空异常区，面积约0.067Km2，主要位于区内公路北侧8、9线东部，与甲方提供资料相符，推断为煤层采空区。

两个蓝色填充的低阻异常区，西侧深蓝色的为1号低阻异常区，面积约0.023Km2，主要为中深部低阻异常，平面展布范围位于西侧规划厂区，形状呈不规则碗状，两端异常较浅，厚度20m，往中部异常逐渐加深且厚度变大，厚度50m。通过分析研究电性成果及收集到的地质资料，推断该低阻异常为砂岩孔隙裂隙含水层。

东侧淡蓝色填充区域为2号低阻异常区，面积约0.029Km2，为近地表低阻带，厚度较薄，结合地表情况，推断为地表第四系充水表现。

4.结语

通过本次高密度电法工作，在规划厂区范围内圈定低阻异常区两处：西侧厂区范围内的1号中深部低阻异常体，推断为砂岩孔隙裂隙含水层，平面展布面积约0.023Km2；东侧2号近地表推断第四系含水低阻体，平面展布面积约0.029Km2。在厂区北部圈定采空区异常区一处，区内平面面积约0.067Km2。达到设计工作目的。

参考文献：

[1]乔天成，高密度电阻率法在煤矿采空区中的应用[J].新疆有色金属,2023

[2]司维兵、朱国庆、于义强，高密度电阻率法在采空区探测中的应用[J].城市建设理论研究,2012。