綜合物探法在瑩石礦區(qū)地下采空區(qū)探測(cè)中的應(yīng)用

張龍軍

（廣東省核工業(yè)地質(zhì)局二九二大隊(duì)，廣東河源510800）

某校區(qū)設(shè)計(jì)占地面積1000畝，地處一螢石礦區(qū)附近，該螢石礦脈位于砂礫巖與花崗巖的斷裂接觸帶上，該斷裂有多年的螢石礦采礦歷史，由于該礦帶各礦山現(xiàn)已閉坑，各礦山井下開采所形成的采空區(qū)現(xiàn)已無(wú)法實(shí)地調(diào)查，根據(jù)收集到的部分礦山老資料，除少部分出露地表外，礦體多位于地表15～25m以下，垂向上從100～280m均有采空區(qū)分布，沿?cái)嗔褍蓚?cè)為地質(zhì)災(zāi)害隱患區(qū)，校址區(qū)局部位置曾發(fā)生塌陷，地下采空區(qū)對(duì)地面建筑的施工和居民生活存在一定安全威脅。

常用地下采空區(qū)探測(cè)方法有高密度電法[1-2]、瞬變電磁法[3]、頻率域電磁法[4]及地震反射波法[5]幾類，其中電磁法探測(cè)深度大，工作效率高，但易受地表高壓電線磁場(chǎng)干擾，且淺地表區(qū)域存在一定的探測(cè)盲區(qū)；地震反射波法探測(cè)地下超百米深度的地質(zhì)體需采用炸藥作為地震波激發(fā)震源，市政工程勘察多不具備火工產(chǎn)品的申報(bào)條件；高密度電法可通過增大供電極距來(lái)增大勘探深度，雖然其工作效率偏低，但對(duì)幾十米之內(nèi)的淺部巖土層探測(cè)效果好，且抗干擾能力強(qiáng)，很適于建筑工程場(chǎng)地淺部及深部不良地質(zhì)現(xiàn)象的調(diào)查。考慮到區(qū)域構(gòu)造在地下水的作用下常呈現(xiàn)低電阻率的特性，本文采用高密度電法與高頻大地電磁相結(jié)合的方法追索垂向斷裂構(gòu)造帶的分布，繼而尋找構(gòu)造帶附近的低阻區(qū)域，達(dá)到間接探測(cè)礦區(qū)地下采空區(qū)的目的，根據(jù)電法探測(cè)異常區(qū)域結(jié)合地質(zhì)資料推斷地下采空區(qū)的分布，并采用地質(zhì)鉆探方法驗(yàn)證，研究?jī)?nèi)容可為礦區(qū)采空區(qū)的探測(cè)問題提供思路。

1 工區(qū)地質(zhì)概況及物探測(cè)線布置

工區(qū)位于河源市東源縣范圍內(nèi)，地處南亞亞熱帶，地表水與地下水較豐富，為低山丘陵地貌，區(qū)內(nèi)最高海拔243.0m，最低海拔36.0m，調(diào)查區(qū)內(nèi)局部地段切割較大，山體自然坡度角5°～50°，區(qū)內(nèi)植被發(fā)育。調(diào)查區(qū)及附近出露的地層主要有侏羅系金雞組、白堊系上統(tǒng)南雄群、古近系羅佛寨組及第四系沖洪積，巖性以砂巖、礫巖、頁(yè)巖以及花崗巖為主。

工區(qū)范圍內(nèi)主要構(gòu)造為河源盆地南緣沿北東向展布的坳頭斷裂，該斷裂位于白堊系上統(tǒng)南雄群暗紅色砂礫巖與燕山三期黑云母花崗巖的接觸帶上，構(gòu)造分支復(fù)合、膨脹收縮明顯，構(gòu)造面不平整，為多期次活動(dòng)的張扭斷裂。區(qū)內(nèi)構(gòu)造長(zhǎng)約7200m，寬3～7m，走向28°～47°，傾向NW，傾角72°～75°。構(gòu)造中充填物的成分較為復(fù)雜，主要為構(gòu)造角礫巖、青灰色、白色塊狀石英，灰色、紅色玉髓、赤鐵礦膠結(jié)的塊狀石英及螢石等。構(gòu)造往深部插入花崗巖中。坳頭斷裂是本區(qū)螢石礦的主要賦礦斷裂，斷裂次級(jí)斷裂發(fā)育多期螢石脈，淺色螢石礦又被白色石英脈沖穿，張性活動(dòng)導(dǎo)致盆地邊緣下陷，構(gòu)成顯著地貌階梯。

根據(jù)工區(qū)成礦構(gòu)造帶的走向分布特征，布置高密度電法測(cè)線3條，120道電極，采用對(duì)稱四級(jí)裝置，電極距5m,編號(hào)G01～G03；布置高頻大地電磁測(cè)線1條，編號(hào)E01,長(zhǎng)100m，測(cè)點(diǎn)間距10m，該測(cè)線與G03號(hào)電法測(cè)線中點(diǎn)近乎重合。

2 物探成果與解釋

圖1 ～圖3分別為G01～G03號(hào)測(cè)線高密度電法探測(cè)成果，如圖所示，電法剖面長(zhǎng)度小于200m及長(zhǎng)度大于340m范圍內(nèi)分別呈現(xiàn)明顯的高阻與低阻特征，結(jié)合地質(zhì)資料，發(fā)現(xiàn)電阻率變化趨勢(shì)與花崗巖向砂礫巖轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)相吻合，兩種巖性的分界線附近電阻率等值線橫向變化梯度大，將電阻率橫向突變位置的異常以H2～H6依次編號(hào)。

如圖1所示，H2與H3號(hào)異常帶附近局部存在橢圓封閉狀低阻信號(hào)(編號(hào)E6～E8),異常帶傾向與傾角與瑩石礦脈所處的斷裂構(gòu)造帶產(chǎn)狀一致，推測(cè)為構(gòu)造帶破碎含水或地下采空區(qū)含水所致。如圖2所示，H5異常帶在剖面距離280m、高程64～44m區(qū)域出現(xiàn)封閉狀低阻區(qū)，但此異常位置距H5構(gòu)造帶大于30m,且埋深較淺，推測(cè)巖土體富水的可能性較大。如圖3所示，H6構(gòu)造段附近電阻率總體較高，介于400～2000Ω·m之間，其中剖面長(zhǎng)度270m、高程-10m附近電阻率等值線呈橢圓形封閉狀低阻區(qū)(圖3黑色圓框標(biāo)注處)，電阻率介于180～270Ω·m之間，因G03電法測(cè)線經(jīng)過構(gòu)造的位置附近淺表存在向深部延伸的廢棄巷道，故判斷此異常由充水的采空巷道引起。

圖1 G01號(hào)線高密度電法探測(cè)成果

圖2 G02號(hào)線高密度電法探測(cè)成果

圖3 G03號(hào)線高密度電法探測(cè)成果

圖4 為E01測(cè)線高頻大地電磁法探測(cè)成果，如圖所 示，深度60～180m區(qū)域存在兩處較大范圍的相對(duì)高阻區(qū)域，電阻率多大于2600Ω·m，兩高阻異常之間存在一條帶狀低阻，此位置與H3構(gòu)造段所處的空間位置較一致，均為花崗巖與砂礫巖構(gòu)造接觸帶的電性異常反映。測(cè)線末端深度50m存在一封閉狀相對(duì)低阻區(qū)，其電阻率介于100～200Ω·m之間，但考慮到工區(qū)瑩石礦均分布于斷層帶上盤，此異常與圍巖的電阻率差異較小，且圖3高密度電法剖面相應(yīng)位置并未呈現(xiàn)明顯的低阻異常，故推測(cè)此異常并非采空區(qū)充水所致。

圖4 E01測(cè)線高頻大地電磁法探測(cè)成果

根據(jù)物探探測(cè)成果，結(jié)合地質(zhì)資料分析，最終在G01電法剖面布置鉆孔2個(gè)(圖中建議鉆孔2與建議鉆孔3的位置)，均揭露了螢石礦脈，淺孔在46.2m處見含水構(gòu)造，構(gòu)造中見螢石，長(zhǎng)度1.3m，深孔在101.44～107.28m處見含水構(gòu)造，兩個(gè)鉆孔在深度100m以內(nèi)均未揭露采空區(qū)；G03號(hào)剖面的ZK002鉆孔于高程77.15m(圖3黑色圓圈標(biāo)注位置)揭露采空區(qū)，鉆探成果驗(yàn)證了電法探測(cè)的有效性。

3 結(jié)論

（1）高密度電法與高頻大地電磁法相結(jié)合，將瑩石礦脈分布的構(gòu)造帶置于物探測(cè)線中部的綜合物探技術(shù)可有效探測(cè)構(gòu)造帶的空間分布特征，同時(shí)圈定的地下采空區(qū)物探異常可為后續(xù)地質(zhì)鉆探位置的確定提供重要的依據(jù)。采空區(qū)探測(cè)結(jié)果為地表建筑物施工場(chǎng)地的危險(xiǎn)性評(píng)估及后續(xù)采空區(qū)的充填、灌漿處理提供了準(zhǔn)確參考。

（2）高頻大地電磁法對(duì)巖性接觸面及含水構(gòu)造帶探測(cè)效果較好，但對(duì)地下深部小規(guī)模采空區(qū)分辨率稍偏低，花崗巖與砂礫巖的分界面附近電阻率橫向上數(shù)值變化梯度大，富水的地下采空區(qū)在電阻率剖面上呈現(xiàn)封閉狀低阻特征。