地球物理勘探在煤田采空區(qū)的應(yīng)用研究

張亞妮

陜西省煤田物探測繪有限公司，中國·陜西 西安 710000

1 引言

通過對煤田采空區(qū)廢棄礦井洞的分布情況進行研究，發(fā)現(xiàn)存在一定的規(guī)律性，但是如果分析單個采空區(qū)廢棄礦井洞，將很難掌握分布的規(guī)律，在勘探工點的時候，電性背景值不是很大的情況下，采空區(qū)廢棄礦井洞很難引起異常。當電性背景值相對比較大，但是采空區(qū)廢棄礦井洞沒有很大的規(guī)模，而且所填充的物質(zhì)背景值差異不是很大的時候，采空區(qū)廢棄礦井洞也不會出現(xiàn)很大的異常。此外，采空區(qū)廢棄礦的物理勘探曲線還會受到各種因素的影響。

2 煤田采空區(qū)概況

某地區(qū)建設(shè)的大橋有幾十座，這里有豐富的煤炭儲量，大量的煤炭資源為發(fā)電廠供應(yīng)，并供應(yīng)居民用煤。這里的煤炭資源埋藏不是很深，當?shù)鼐用窈茉缇烷_采煤炭，所以地下上百米深度出現(xiàn)煤礦采空區(qū)[1]。這個沿線有的采空塌陷區(qū)混雜沙漠、砂巖、砂土以及煤礦等，所以在進行道路橋梁勘探以及設(shè)計的過程中存在很大的難度。在前期勘察工程地質(zhì)狀況的時候，下伏弱風(fēng)化基巖中煤礦采空區(qū)以及裂隙都已經(jīng)發(fā)育，如果不能將樁基處位置的地質(zhì)情況充分反映出來，就會導(dǎo)致橋梁工程存在安全隱患。為了保證橋梁安全使用，就要在地質(zhì)勘察中采用科學(xué)有效的物理勘探方法。

3 地質(zhì)物理勘探方法介紹

3.1 地質(zhì)物理勘探的基本原理

其一，高密度電法。高密度電法是基于電阻率法使用的，多采用電極排列的方式，采用人工的方式將電流發(fā)送到地下，使地下的電場電流穩(wěn)定。在進行電阻率勘探的時候通過采用自動轉(zhuǎn)換裝置可以自動觀測布置斷面，并對所獲得的信息自動記錄。

其二，GDS電性分層技術(shù)法。GDS法作為電法勘探技術(shù)是基于電阻率實施的，其所發(fā)揮的主要作用是對工程精細測量，在地球物理條件上等同于高密度電法。

其三，地震影像勘探（Z）T。地震影像勘探作為地震勘探方法，其對于彈性波自動采集。由于接收點距離比較遠，而且所采用的是大屏幕彩色顯示，使得剖面顯示更加直觀。

3.2 沿線的地質(zhì)環(huán)境條件

通過分析某地區(qū)的地質(zhì)資料，可以明確沿線的地質(zhì)環(huán)境條件如下：

其一，沿線的裂隙沒有豐富的水量，隨著季節(jié)的不斷變化，裂縫的水量也會產(chǎn)生變化，包括覆蓋層孔隙的潛水、深部裂隙水以及弱水化基巖裂隙水等等，這個地區(qū)的溝谷比較密集，水位的埋藏非常深，所處的位置在地表下的20～100m，廢棄礦井洞都處于水位線的上面，但是，如果廢棄礦井洞的地勢非常復(fù)雜，通常都是處于大橋的引橋部位，如果廢棄礦井洞的地勢比較低，就會在橋墩的下部，因此，廢棄礦井洞電性的主要特征是電阻率較低。

其二，下伏基巖主要包括三種巖，即泥巖、弱風(fēng)化砂巖和泥質(zhì)砂巖，在采空區(qū)廢棄礦井洞中以水為主要的填充物，密度不是很高。在水資源非常豐富的條件下，采空區(qū)廢棄礦井洞與圍巖之間存在一定的電性差異。

其三，勘探區(qū)域內(nèi)的地層，上面覆蓋有砂土、砂巖、黃土、泥巖以及砂卵礫石，下面是煤層，兩者之間的波速不同，密度也存在差異。在地層中的廢棄礦井洞中填充有粘土和碎石土等等，所以廢棄礦井洞與其圍巖之間的差異是非常大的，所以采用地震映像勘探技術(shù)可以獲得良好的效果。

3.3 應(yīng)用電法勘探法對棄礦井洞以及勘探深度進行推斷

其一，高密度電法。通過繪制風(fēng)控模型—區(qū)分度評估指標斷面等值線圖對低值風(fēng)控模型—區(qū)分度評估指標異常進行有效識別，異常范圍要超過采空區(qū)廢棄礦井洞范圍，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因是由于采空區(qū)廢棄礦井洞周圍的裂隙已經(jīng)發(fā)育，廢棄礦井洞以及裂隙產(chǎn)生風(fēng)控模型—區(qū)分度評估指標異常 。

根據(jù)風(fēng)控模型—區(qū)分度評估指標斷面等值線圖就可以對低值風(fēng)控模型—區(qū)分度評估指標異常準確識別，在整個的斷面控制范圍內(nèi)不能使用統(tǒng)一的風(fēng)控模型—區(qū)分度評估指標值[2]。隨著電阻率提高，風(fēng)控模型—區(qū)分度評估指標產(chǎn)生異常，不能及時消除一次導(dǎo)數(shù)，低值風(fēng)控模型—區(qū)分度評估指標產(chǎn)生異常，只能將特定范圍內(nèi)的采空區(qū)廢棄礦井洞異常反映出來。如果地形有所起伏，就會由于小路以及溝渠等一次畸度導(dǎo)致異常狀況，就需要根據(jù)野外工作所獲得的資料加以消除。

其二，GDS法。隨著傳統(tǒng)電法勘探法不斷發(fā)展，GDS法應(yīng)運而生，其適用于探測地層以及目標物，基于此推斷電性在深度方向上所產(chǎn)生的變化情況，從而了解地質(zhì)情況，在推斷的過程中采用的方法與高密度電法基本相同。

其三，地震映像法[3]。在分解地震映像資料的時候是基于地震映像時間剖面圖展開的。在反映地層地質(zhì)現(xiàn)象方面，通過觀測地震映像時間剖面圖，地層的分布情況以及形態(tài)特征得以體現(xiàn)，了解各波組同相軸能量以及頻率變化情況，同時掌握扭曲錯動情況，就可以對采礦空區(qū)廢棄礦井洞的斷裂構(gòu)造情況作出判斷。

其四，物理勘探深度。根據(jù)各物理勘探方法所具備的性質(zhì)、特點及以及勘察過程中所積累的資料，結(jié)合各種經(jīng)驗，使得勘察工作有較高的效率，采空區(qū)廢棄礦井洞信息更加準確。

4 結(jié)語

通過以上研究表明，對煤田采空區(qū)進行地球物理勘探，確定基巖面深度的時候，需要從綜合的角度分析地質(zhì)鉆孔資料，由于地區(qū)環(huán)境不同，跨徑橋梁樁基位置不夠精通，所采用的物理勘探方法也會有所不同。但是如果采空區(qū)正處于發(fā)育階段，采用傳統(tǒng)方法就不能獲得良好的效果，實施地質(zhì)鉆孔取樣的時候會受到地質(zhì)環(huán)境條件的限制，不能準確了解樁基所在位置的采空區(qū)廢棄礦井洞發(fā)育情況以及裂隙發(fā)育情況，所以要充分考慮到橋梁躊徑以及巖層分布情況，基于此針對采空區(qū)發(fā)育地區(qū)采用相應(yīng)的物理勘探方法，可獲得良好的勘探效果，探明樁位處地質(zhì)狀況的時候更加科學(xué)合理，維護工程的安全可靠性。