物探在地下采空區工程地質勘查中的應用

【摘 要】在多礦地區的地質勘查中很多都是地下采空區，因為其自身復雜的地質條件，通常在點線上揭示目的物的這種傳統鉆探方法想要完整地反映出地下空間巖土層的展布情況是很難的，而相較其輕便、經濟、迅速的物探，在地下采空區的工程地質勘察中，因為它能及時解決在工程地質測繪中很難推斷又急需了解的地下地質情況，所以被廣泛應用。本文簡單探討了物探在地下采空區工程地質勘察中的應用。

【關鍵詞】工程地質勘探；物探；鉆探；地下采空區

1 物探的簡要概述

1.1 物探的含義

地球物理勘探簡稱為物探，它對物探儀器采集的數據進行分析處理，對產生的異常物體進行推斷，結合地質情況，運用計算機程序，通過專門儀器探測地表層各種地質體，然后進行地層劃分的物理場，它也是一種勘探方法，用來判定水文地質條件、地質構造和其他各種物理現象。

1.2 物探方法的使用

物探相對于鉆探和坑探這兩種勘探手段來說，并不是直接勘探手段，而是間接勘探手段，由于地質體具有導電性、磁性、彈性、裂隙性、放射性、固結程度、密度等不同的物理性質和物理狀態的原理，基本能夠判定如大小、形狀、埋深之類的地下各種地質體的基本情況，而勘探出的地質體的物理狀態和物理性質與其他地質體之間或者是地質體各部分之間的差異越明顯，證明用物探方法獲得的結果就越好。

1.3 常見的物探方法

物探方法主要有重力勘探、磁法勘探、電法勘探和地震勘探這四種。電法和磁法多用于固體礦產的勘探，地震多用于石油勘探。電剖面法、電測探法、自然電場法、高密度電法、瞬變電磁法、激發極化發、可控源音頻大地電磁測探法都屬于電法勘探；淺層反射波法、淺層折射波法和瑞雷波法屬于地震勘探；聲波法、地震波法屬于彈性波測試，這些方法在工程中都很常見。

2 工程資料的實例解釋

據了解在淄博市老煤采礦區，有個洪六變電站，在地下很可能存在采空區域，但由于它開采年數太久，一些關于采厚、開采方式以及開采程度的情況已經無法知道，由于該地區的采空區都在地下40米以下，如果想要用鉆探方法探查采空區，所以就得要求鉆孔深度大和分布范圍廣。這種情況，物探相較于鉆探就省時省力而且效率很高，因此，進行鉆探或坑探之前，為了減少鉆探工作量和降低勘探的總造價就要采用物探方法對這些廠區周圍地質環境的采空情況進行調查。

這種工程物探方法采用了四級裝置，是直流激電測深。其中為了保證探測質量，采取了一些措施就是在供電電極中間加密。大地選頻不同的深度通過不同頻率反映，一般剖面點距為5米。正向測量是剖面從小號到大號施工，反向測量是從大號向小號施工。

激電電阻率是測深的，其中電阻率異常，其低值異常反應和高值異常反應表現不同，分別為土層軟弱、巖石破碎和巖石堅硬完整性好以及保護完好的采煤巷道。極化率異常，高值反映和低值反映不同在于地下空虛和煤層的存在。大地選頻的高值和低值分別反映了采礦巷道和踩空塌陷的現象。在低值中存在的小高值，能夠反映開采中的巷道。實際工作中，選頻曲線同步上升和下降以及不同步上升和下降說明了采礦巷道保存的好壞，不好的話就證明有坍塌并且分離性大的情況。

一般激電選頻低阻異常和高阻異常，推斷是采煤塌陷導致的軟弱地層和采煤巷道。開采塌陷的程度靠電阻率異常值來反映，如果極化異常說明地下局部有空洞。

對物探實例資料的了解進行推斷分析能夠初步判定此地下工程地質情況：

（1）該地下煤層僅僅是程度不同，已經普遍開采。

（2）場地內發現的采煤巷道保存良好，上部地層穩定，影響不到地表。

（3）地表下形成了軟弱地層，應是由于采煤引起的上部巖層坍塌和彎曲以及冒落，導水裂隙發育所致，整個場地的軟弱地層普遍存在。

3 工程物探方法

3.1 直流電法

一般在工程地質勘察時經常遇到一種情況，就是關于目的體埋深和規模較小的情況，這就要求進行電法勘察時必須小點距、高密度的進行數據采集，這與常規電法相比開展工作來說，施工效率高而且精度大。高密度電阻率法是探測地下巖土體目前最常用的方法，同時二維電的斷面測量用的高密度電阻率法，具備兩種功能就是剖面法與探測法。它的特點是信息量大和施工效率高，而且是通過自動采集系統采集數據的，這樣可以實時處理軟件資料，自動繪制和打印成果圖件。電阻率的智能化程度也得到了很大的提高，對地下目的物的探測在一般勘查中很有效果；高密度電阻率法工作裝置形式很多，可根據場地和勘查深度的情況選擇點距與總電極數。

3.2 地質雷達

有輕便、分辨率較高和抗干擾性強性質的地質雷達，在公路質量檢測、考古和地質勘探方面發揮了很大的作用。影響地質雷達的探測深度和分辨率的主要因素是天線中心頻率、距離、偶極方向，這些設備參數以及與地下介質的電性和電磁波在其中的傳播速度有關。

4 物探方法優缺點分析

通過分析實踐資料證明，物探在采空區的工程地質勘查中，對于探測地下地質的情況為較迅速和方便，而且對于探測工作的布置能夠起到方向性的作用。所以，物探方法對于一個未知的勘探區域有如下優缺點：

4.1 優點

（1）為了實現合理布置鉆孔工作量，可以利用物探方法準確探明復雜的基巖面起伏狀況。

（2）物探可采用專業儀器對地下采空區的分布情況進行探測，探測出來的結果可以為鉆探的布置提供方便，兩者結合在一起使用能夠掌握勘測范圍以內的采空分布情況。

（3）對于地下人工設施的規模和基本情況，可以通過物探方法準確的了解。如果人工設施的規模較小，在經濟上來說，就沒有必要投入大量的鉆探工作了。

（4）在勘查時，物探方法不管在水域或者陸域都能夠探測出水下和地下地層的變化情況，從而避免了對環境的影響，對于降低鉆探的工作量也發揮了很大的作用，節約經費、減少成本。

（5）對于一些完整的工程地質資料，物探能夠節省時間，比較快的提供出工程地質的埋深以及斷裂構造和古河古道的分布情況。而且，工程物探能夠連續觀測，和鉆探這種電測的結果相比有足夠的優勢，原因在于層位起伏變化大、斷裂分布的地質問題。

4.2 缺點

（1）探測的目標受密度、電和磁等的影響，在不同巖層介質之間，這類的差別越大，勘察的效果就越好。

（2）工程物探是間接勘察，勘察單位的地質解釋水平，以及勘察所采用的技術和方法都需要對采集回來的外業數據進行地質解釋和數據處理，這樣才能達到滿意效果。

（3）在工程勘探上，不能提供需要的一些巖土力學參數，要想取得好的結果，必須要和鉆探相配合。

5 結語

物探方法和鉆探類似都能夠科學有效的解決在工程地質中存在的問題，而且物探的投入小，比較節省成本。目前，大多數勘察工作者已經接受并重視到勘察時物探起到的作用，而要想在勘察巖溶區和采空區時提高效率和減少成本，最好的辦法就是采取物探與鉆探結合的方法。

【參考文獻】

[1]范維強，李君源.物探與鉆探方法相結合在工程地質勘查中的應用[J].西部探礦工程，2005增刊.

[責任編輯：丁艷]