綜合物探在濟南市章丘區(qū)城邊村改造工程勘察中的應(yīng)用

劉振東, 趙 亮

(1.山東建勘集團有限公司，山東 濟南 250000； 2.濟南市市政工程設(shè)計研究院(集團)有限責(zé)任公司，山東 濟南 250000)

1 地質(zhì)背景條件

1.1 自然地理

擬建場區(qū)位于章丘區(qū)棗園街道辦事處，十一號路以北、棗寨路以東，現(xiàn)為耕地，地勢較為平緩，南高北低。場區(qū)內(nèi)地面標高74.0～77.00 m，地勢平緩，為山前傾斜平原地貌。屬中緯度地帶北溫帶溫暖半濕潤季風(fēng)性氣候，春季干燥少雨，夏季炎熱多雨，秋季天高氣爽，冬季寒冷干燥。

1.2 地質(zhì)概況

場區(qū)位于泰山斷裂塊凸起的西北緣，以古生代地層為主體的北東向單斜構(gòu)造，構(gòu)造形跡以斷裂構(gòu)造為主，擬建場地主要發(fā)育大站斷裂、文祖斷裂及劉臺斷裂。地層巖性主要為中奧陶統(tǒng)八陡組海相灰?guī)r；上石炭統(tǒng)本溪組和太原組海陸交互相泥巖、粉砂巖、砂巖夾灰?guī)r和煤層；早中二疊系淄川組、黑山組和萬山組海陸交互—陸相石英砂巖、砂巖、頁巖和鋁土巖夾薄層煤，中晚二疊系奎山組和孝婦河組長石石英砂巖、細砂巖、泥質(zhì)粉砂巖和泥巖；三疊系鳳凰山組長石砂巖和粉砂巖夾泥巖；第三系巴河漏組灰?guī)r和藻鮞灰?guī)r；第四系大站組和洛口組沖洪沖積砂土、砂質(zhì)黏土、礫石及鈣質(zhì)結(jié)核。主要出露燕山晚期輝長巖和閃長巖類，呈巖株狀或者順層狀產(chǎn)出，對煤層破壞作用很大。區(qū)域礦產(chǎn)資源豐富，主要有煤礦和黏土礦。擬建場區(qū)附近主要含煤地層為下二疊統(tǒng)淄川組煤1、煤3，二疊系萬山組頂部及底部的A層和A0層鋁土礦層。

自第四紀以來沒有新構(gòu)造活動的跡象，抗震設(shè)防烈度應(yīng)為7度，設(shè)計基本地震加速度值0.10g。

1.3 水文地質(zhì)條件

場地內(nèi)地下水為第四系孔隙潛水和碎屑巖類裂隙水兩種類型[1]。潛水主要賦存于第四系沖洪積土層中，碎屑巖裂隙水主要賦存于場地內(nèi)的基巖裂隙中；主要靠大氣降水補給，人工開采、地下徑流和地表蒸發(fā)為主要排泄途徑，水位隨季節(jié)變化，年變幅為3.0～5.0 m；鉆孔內(nèi)穩(wěn)定水位埋深為9.15～9.54 m，平均為9.34 m；穩(wěn)定水位標高為65.43～65.91 m，平均為65.72 m。

2 物探勘探與解譯

本次主要開展瞬變電磁法和高密度電法兩種地球物理勘探工作，并針對物探異常區(qū)實施鉆探驗證，確定場地是否存在采空區(qū)及其分布范圍。

2.1 瞬變電磁法

本次共布設(shè)瞬變電磁法測線12條，由西向東布置，測線間距50 m，測點間距15 m。經(jīng)數(shù)據(jù)預(yù)處理、模型反演，繪制電壓剖面圖、電阻率斷面圖和各煤層平面圖等，進而得出采空區(qū)和采空充水區(qū)分布的平面圖[2]。

瞬變電磁法電阻率剖面圖(圖1)顯示：存在2處相對低阻異常區(qū)(圖1上)，異常幅值較弱，分別位于0～40號測點及200～270號測點，埋深在130～210 m范圍；存在2處相對低阻異常區(qū)(圖1下)，異常幅值較弱，分別位于0～90號測點及120～240號測點，埋深在90～190 m范圍。經(jīng)鉆探驗證，均為巖層裂隙富水的電性反映。

圖1 瞬變電磁法電阻率剖面圖

2.2 高密度電法

本次工作共布設(shè)高密度電法測線17條，12條測線由西向東布置，5條測線從南向北布置，測線間距50 m，測點間距15 m，呈交叉網(wǎng)格狀分布。采用瑞典RESD2INV高密度電法軟件，以人機對話方式自動處理，判別各巖層的分布規(guī)律，判定巖層中存在的電性異常體的位置和規(guī)模[3]。

①三腳架 ②托盤天平 ③瓷坩堝④坩堝鉗 ⑤泥三角 ⑥石棉網(wǎng) ⑦燒杯⑧蒸發(fā)皿 ⑨鐵坩堝 ⑩干燥器 ?酒精燈

視電阻率反演剖面圖顯示(圖2)，剖面里程內(nèi)電阻率差異較大，在剖面上未發(fā)現(xiàn)明顯的閉合型低阻異常區(qū)，且開放型低阻區(qū)為地層局部巖性變化影響所致。

圖2 視電阻率反演剖面圖

3 鉆孔驗證

3.1 布置原則

為達到揭露和控制場區(qū)內(nèi)地層與驗證物探解譯異常區(qū)及地層對比的需要，實施ZK1、ZK2和ZK3鉆孔，終孔深度為150.0 m。

3.2 地層結(jié)構(gòu)

在鉆探揭露深度范圍內(nèi)，巖性自上而下分為耕土、覆蓋層第四系黏土與卵石和二疊系黑山組粉砂巖。

(1)耕土(QPd)：黃褐色，厚0.40～0.80 m，平均0.57 m；以黏土為主，偶見植物根系。

(2)粉質(zhì)黏土(Q4al+pl)：黃褐色，厚7.10～16.70 m，平均11.67 m；可塑，無搖振反應(yīng)，稍具光澤反應(yīng)，韌性及干強度中等；屬中—高壓縮性土，力學(xué)性質(zhì)一般。

(3)卵石(Q3al+pl)：青灰色，厚7.60～8.20 m，平均7.90 m；中密，濕，母巖為灰?guī)r，呈亞圓狀，體積分數(shù)為60%～70%，粒徑一般2～5 cm，最大粒徑8 cm，黃褐色黏土和粗礫砂充填；屬中壓縮性土，力學(xué)性質(zhì)較好。

(4)粉質(zhì)黏土(Q3al+pl)：黃褐、灰黃色，厚2.90～4.10 m，平均3.37 m；可塑—硬塑，無搖振反應(yīng)，稍具光澤反應(yīng)，韌性及干強度中等，局部夾透鏡狀粗礫砂；屬中壓縮性土，力學(xué)性質(zhì)較好。

(5)卵石(Q3al+pl)：青灰色，厚9.30～10.10 m，平均9.67 m；密實，濕，母巖為灰?guī)r，呈亞圓狀，體積分數(shù)為55%～65%，粒徑一般2～6 cm，最大粒徑8 cm，主要以黃褐色黏土和粗礫砂充填；屬中偏低壓縮性土，力學(xué)性質(zhì)較好。

(6)中風(fēng)化粉砂巖(P)：紫紅色，局部為灰色，未穿透，最大揭露深度150 m；主要成分為長石、石英，局部見石英脈；節(jié)理裂隙發(fā)育，巖芯呈柱狀，少量短柱狀及碎塊狀，采取率80%～95%，為軟巖、較軟巖，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅳ級，壓縮性極低，工程性質(zhì)好。

3.3 鉆探驗證

本次對物探異常區(qū)進行了鉆孔驗證。在異常區(qū)內(nèi)，地表以下55.00～60.00 m處鉆探結(jié)果為粉砂巖破碎，驗證該低阻異常區(qū)為基巖破碎引起的電性反應(yīng)；95～100 m處鉆探為中風(fēng)化粉砂巖，裂隙發(fā)育(富水)引起的電性反應(yīng)，未發(fā)現(xiàn)空洞及土洞。

此外，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)、礦山開發(fā)、物探成果及鉆探資料等，認為擬建場地地層層序正常，自上而下依次為第四系洛口組、大站組和二疊系黑山組，節(jié)理裂隙發(fā)育，但未發(fā)現(xiàn)空洞及土洞的存在。

4 穩(wěn)定性分析

本次實施的3個地質(zhì)驗證孔，2個位于物探異常區(qū)，1個位于物探異常區(qū)外部。通過鉆孔巖芯對比，結(jié)合地質(zhì)資料分析，異常主要由斷層破碎帶引起。

對揭露區(qū)內(nèi)地層推斷，下覆基巖為二疊系黑山組，埋深超過150 m，黑山組中不含煤層。場區(qū)內(nèi)埋藏最淺的1煤(淄川組)埋深超過200 m；淄博礦務(wù)局埠村煤礦采礦權(quán)邊界距擬建場區(qū)3 500 m以上，采空區(qū)距擬建場區(qū)超過1 500 m，未在擬建場區(qū)采礦；場區(qū)東部曾存在私采黏土礦活動，距離東邊界約2 000 m，采空區(qū)邊界距擬建場區(qū)超過2 500 m。

總之，物探和鉆探資料顯示，勘查區(qū)未發(fā)現(xiàn)采空區(qū)，故建設(shè)場地穩(wěn)定性評價為穩(wěn)定，適宜性評價為適宜。

5 結(jié)論

(1)在章丘區(qū)城邊村改造工程勘察中應(yīng)用高密度電法和瞬變電磁法，共識別出2處低阻異常區(qū)，未發(fā)現(xiàn)采空區(qū)明顯空洞，并進行了鉆探驗證，異常為基巖破碎或巖層裂隙富水所致。

(2)煤礦采空區(qū)和私采黏土礦邊界距擬建場區(qū)均超過1 500 m，未發(fā)現(xiàn)采空區(qū)和不良地質(zhì)災(zāi)害，為穩(wěn)定性和適宜性場地，較適合城邊村改造工程安置房的建設(shè)。