尾礦庫庫區(qū)勘察物探方法與鉆探方法對比分析

彭 湃，黃成利

（長沙有色冶金設(shè)計研究院有限公司，湖南 長沙 410019）

廣西地區(qū)尾礦庫建設(shè)工作中，尾礦庫庫區(qū)一般位于巖溶發(fā)育區(qū)，為給將來設(shè)計與施工提供工程地質(zhì)基礎(chǔ)資料[1]，首先需要對尾礦庫建設(shè)區(qū)域進(jìn)行工程地質(zhì)勘察。而對巖溶場地進(jìn)行工程地質(zhì)勘察最常用的兩種手段就是物探與鉆探，兩種手段對于巖溶場地勘察各有優(yōu)劣性[2]，物探手段一般范圍較廣，對巖溶主要發(fā)育區(qū)有明顯區(qū)別；鉆探手段一般只對鉆孔內(nèi)情況進(jìn)行說明，對單個鉆孔內(nèi)所發(fā)現(xiàn)的巖溶發(fā)育情況及其規(guī)律進(jìn)行說明。而在實際工程中，兩種手段均普遍運用，本次勘察場地分別進(jìn)行物探與鉆探來進(jìn)行分析對比兩種方法所得出結(jié)論的差異性[3]。

1 主要地質(zhì)特征

廣西地區(qū)多山，尾礦庫類型一般為山谷型尾礦庫。尾礦庫庫區(qū)內(nèi)一般四周山體的山勢陡峭，并且常出露巖石，這些巖石多呈犬牙狀或齒狀交互。尾礦庫四周懸崖峭壁較多，很多的懸崖峭壁上可見到有大型的未充填溶洞出露。尾礦庫庫區(qū)中間地帶多為殘坡積土層，黃色至淡黃色的粘土層與粉質(zhì)粘土層。尾礦庫庫區(qū)內(nèi)整體地層一般由上至下主要包括上部的耕植土、第四系粘土或粉質(zhì)粘土、巖層一般有強風(fēng)化灰?guī)r——中風(fēng)化灰?guī)r，灰?guī)r巖溶發(fā)育帶上部多存在孤石或者滾石，灰?guī)r巖溶發(fā)育帶內(nèi)一般出現(xiàn)溶溝溶槽或溶洞的溶蝕現(xiàn)象、構(gòu)造裂隙在整個尾礦庫庫區(qū)內(nèi)大范圍存在，在溶槽與溶洞等溶蝕裂隙中充填物一般為第四系粘土或粉質(zhì)粘土，也存在部分未充填溶洞與溶槽等溶蝕裂隙。尾礦庫庫區(qū)內(nèi)巖層的產(chǎn)狀較為雜亂，且?guī)r石破碎，在巖石裂隙膠結(jié)方解石脈或者角礫巖。

2 場地物探結(jié)果

尾礦庫庫區(qū)利用高密度電法進(jìn)行勘探[4]，高密度電法通過現(xiàn)場作業(yè)時在一條剖面上把很多電極按一定的距離進(jìn)行排列，通過電極轉(zhuǎn)換控制，利用電在各個介質(zhì)中的傳播速度不一致，來對各個地層進(jìn)行分析，不同的電阻率所代表的顏色不一，通過對電阻率大小的解譯結(jié)果對庫區(qū)內(nèi)所存在的巖溶現(xiàn)象進(jìn)行說明[5]，如圖1所示。

通過高密度電法上、下圖所示，整個尾礦庫庫區(qū)測區(qū)的覆蓋層在厚度的分布上是不均勻的，但整體上有明顯的分布規(guī)律[6]：巖溶的整體發(fā)育多沿溝谷走向兩翼厚中間淺，一般來說東南翼深而西北翼淺，并且尾礦庫庫區(qū)的測區(qū)是中間深周邊淺[7]。

圖1 高密度電法物探示意圖

從本次尾礦庫庫區(qū)高密度電法勘探結(jié)果來看，尾礦庫庫區(qū)的巖溶構(gòu)造主要順溝谷內(nèi)的長軸方向，并且有一個巖溶主構(gòu)造發(fā)育帶，位于尾礦庫測區(qū)的東南翼。該巖溶構(gòu)造帶在第一測區(qū)（上圖）不明顯，在第二測區(qū)（下圖）有突出展現(xiàn)，預(yù)測通過其他觀測區(qū)則可能分為兩支，并且會沿庫區(qū)的東南翼和西北翼繞行，最后在形成于西北和東南兩個角點。因此可推測出巖溶主構(gòu)造帶位于尾礦庫測區(qū)的東南側(cè)，且其影響平均寬度約為30m，最大影響深度可能達(dá)到數(shù)十米，從推測巖溶異常分布來看，在該方向上于構(gòu)造兩翼存在中小規(guī)模斷裂構(gòu)造，也是巖溶主要發(fā)育通道。但在尾礦庫庫區(qū)巖溶構(gòu)造帶之外的區(qū)域內(nèi)，包括溶溝、溶槽、溶洞或發(fā)育裂隙帶在內(nèi)的巖溶異常分布沒有明顯的規(guī)律，推測尾礦庫庫區(qū)不會形成較大規(guī)模的巖溶通道或構(gòu)造。

圖2 尾礦庫地質(zhì)剖面圖

3 場地鉆探結(jié)果

通過尾礦庫庫區(qū)鉆探揭露情況，庫區(qū)內(nèi)不良地質(zhì)作用表現(xiàn)主要為各種巖溶形態(tài)。按地質(zhì)條件復(fù)雜程度綜合評定尾礦庫的地形地貌條件為復(fù)雜。由于尾礦庫庫區(qū)分布的基巖為可溶性碳酸鹽巖-灰質(zhì)白云巖及白云質(zhì)灰?guī)r，因此場地內(nèi)多處發(fā)育的巖溶形態(tài)有：石芽、溶溝、溶蝕裂隙、溶洞、落水洞等，通過鉆探揭露其各自特征分述如下：

3.1 石芽、溶溝、溶蝕裂隙

為地表水和地下水沿結(jié)構(gòu)面溶蝕、侵蝕形成的產(chǎn)物，是場地普遍發(fā)育的巖溶形態(tài)，規(guī)模不一，主要集中在場地的東南翼。

3.2 溶洞

為地表水或地下水沿結(jié)構(gòu)面以水平方向為主的溶蝕作用產(chǎn)物，是場地發(fā)育的主要巖溶形態(tài)之一，其空間形態(tài)復(fù)雜。場地地表溶洞較為發(fā)育，多呈腰洞出現(xiàn)，在場地內(nèi)零星分布；溶洞在空間上表現(xiàn)多為圓塔式；溶洞口形態(tài)復(fù)雜多變，規(guī)模大小不一，一般水平的長度1m～3.5m，最長約15.50m，洞體高度一般為0.80m～4.5m，局部高度可達(dá)9.80m左右；地表溶洞內(nèi)石鐘乳、石筍、石柱、石幔等巖溶堆積物較發(fā)育，洞底部分多被粘性土混碎石、塊石堆填，偶見崩塌堆積塊石；地下溶洞部分全充填可塑狀粘土，偶為半充填；地表溶洞多為干洞洞內(nèi)未見地下水，且溶洞壁未見滴水現(xiàn)象，巖溶堆積物正處于發(fā)育階段。本次綜合工程地質(zhì)測繪見溶洞8個，鉆探揭露到該類巖溶形態(tài)35個，總計43個，約28個集中在場地東南翼。

3.3 落水洞

地表水的集中消水點。通過鉆探揭露其主要特征為：落水洞的平面形態(tài)以橢圓形為主，少量呈網(wǎng)絡(luò)狀、蜂窩狀；一般長軸 1.50m～2.50m，短軸0.50m～1.80 m，帶狀落水洞形態(tài)次之，一般長度1.10m～2.80m，寬0.50m～2.5m；在空間上，落水洞形態(tài)以豎井狀為主，其次為裂隙狀；大部分在垂直方向上呈上大下小，并漸變成溶蝕裂隙；落水洞底多被粘性土混碎石、塊石充填或半充填；落水洞常成群出現(xiàn)，洞間相互連通。本次綜合工程地質(zhì)測繪查明落水洞35個，第四系范圍內(nèi)圈定6個隱伏型落水洞，多集中在尾礦庫庫區(qū)東南翼。

從本次尾礦庫庫區(qū)鉆探結(jié)果來看，尾礦庫庫區(qū)的巖溶構(gòu)造主要集中在庫內(nèi)的東南翼，并且發(fā)育的巖溶形態(tài)較為復(fù)雜，有石芽、溶溝、溶蝕裂隙、溶洞、落水洞等，但未見到大規(guī)模的巖溶通道。

4 物探、鉆探對比分析結(jié)論

通過對本次同一個尾礦庫庫區(qū)所運用物探方法和鉆探方法所獲得的結(jié)果進(jìn)行對比分析可知，首先兩種勘察方法，均得出尾礦庫庫區(qū)巖溶最為發(fā)育的位置為尾礦庫庫區(qū)的東南翼，物探與鉆探的結(jié)論是一致的。但相對而言，物探方法通過對電阻率大小的解譯結(jié)果區(qū)別出庫區(qū)內(nèi)所存在的巖溶現(xiàn)象，優(yōu)點是時間上較為迅速，所利用的工具也較為便捷；缺點是無法對巖溶現(xiàn)象的種類與發(fā)育情況進(jìn)行一一區(qū)分出來。鉆探方法通過現(xiàn)場鉆機取芯以后，可以通過鉆孔鉆心較為直觀的觀察出所存在的地層巖性以及巖溶地質(zhì)現(xiàn)象，優(yōu)點是能夠?qū)︺@探范圍內(nèi)所存在的石芽、溶溝、溶蝕裂隙、溶洞、落水洞等不同巖溶形態(tài)特征進(jìn)行詳細(xì)描述；缺點是通過鉆機設(shè)備進(jìn)場進(jìn)行鉆探取芯編錄描述所花費的時間較為長久，對整個工程的進(jìn)度會有一定的影響。

因此對比物探與鉆探這兩種勘察方法，均適合在工程建設(shè)中長期運用，在巖溶型尾礦庫庫區(qū)勘察時最適宜兩種勘察方法聯(lián)合運用，通過物探方法對整個尾礦庫庫區(qū)進(jìn)行整體排查，確定出巖溶強烈發(fā)育區(qū)，再通過鉆探鉆孔來進(jìn)行驗證與對各種地層巖性及巖溶發(fā)育形態(tài)來進(jìn)行詳細(xì)描述。兩種方法的聯(lián)合運用，既能從整體上排查，又能對各個勘探點進(jìn)行詳細(xì)區(qū)分，所獲得的勘察基礎(chǔ)資料將更有利于后續(xù)尾礦庫的設(shè)計與建設(shè)工作。