杨永生1
1.中国冶金地质总局第一地质勘查院，河北 燕郊 065201
摘要：为查明公路建设中所遇不良地质现象，为公路施工设计提供参考依据，对某高速公路沿线几处特殊路段如：排土场、煤矿运煤巷道、煤矿采空区开展物探高密度电法勘察工作，共实施了 8 条测线，经反演解释，结合已有地质钻孔资料，查明排土场回填土回填厚度、运煤巷道赋存空间位置及某临近煤矿采空区路段是否有跨越采空区的情况。
关键词：高密度电法; 不良地质体; 工程物探
中图分类号： 文献标识码： 文章编号：
Application of
Yong Sheng-Yang1
(1. The First Geological Institute of the China Metallurgical Geology Bureau,Yanjiao Hebei 065201,China)
Abstract: ?In order to find out the bad geological phenomena encountered in highway construction and provide reference basis for highway construction design, the geophysical prospecting high-density Electrical Survey was carried out in several special sections along a certain expressway, such as dumping ground, coal mine haulage roadway and Coal Mine Goaf, and a total of 8 survey lines were carried out, to find out the backfill thickness of the dump, the location of the storage space of the coal roadway and whether the road section near the coal mine goaf has crossed the GOAF.
Key words: High-density electrical method; Bad Geological Body; Engineering geophysical exploration
0 引言
为避免工程事故的发生，工程事故预防是重中之重。而不良地质现象（包括自然和人工所致）往往是引发工程事故的重要原因。在小范围内排查不良地质现象，若运用钻探方法，不仅费用高周期长，而且可能存在遗漏现象。高密度电法具有效率高、成本低、智能跑极、抗干扰能力强等优点，是我国工程建设地基勘察和场地选址的重要地球物理勘探方法之一［1-2］。 研究区位于内蒙古自治区呼和浩特市西部，鄂尔多斯东部。需要明确地面采矿排土场回填厚度，地下运煤巷道赋存空间位置及是否跨越临近煤矿采空区，需对公路地基情况排查，为下一步设计施工提供探测数据支撑，通过高密度电法勘察，达到预期目标。
1 地质概况及地球物理特征
1.1 地质概况
研究区地处内蒙古高原阴山山脉南侧，由土默特川冲湖积平原区向鄂尔多斯高原过度地带，多山、地势起伏变化大，地形相对高差一般在80-400m，研究区地貌多为丘陵沟壑地形。
研究区出露地层主要为第四系冲洪积成因的粉土、粉细砂，下伏地层为白垩系下统（K1dl）黄绿色砾岩夹含砾砂岩、三叠系下统（T1l）灰白、粉红色砂岩夹红色砂质泥岩，侏罗系延安组（J1y）浅灰色粉砂岩、泥岩夹淡黄色砂岩及煤层、侏罗系直罗组砂岩、粉砂岩煤线。在山沟、山谷局部分布有第四系风成黄土（Q3eol）。第四系残积、坡积、冲积、洪积及风积堆积物一般分布于坡缘缓坡及山间沟谷、盆地地段。
1.2 地球物理特征
不同岩性电阻率的差异，是开展电阻率法的物性前提［3］。空洞对电流有排斥作用，地面探测表现为高电阻率特性; 裂隙疏松带不含水时也表现为较高电阻率特性，反之，含水时表现为低电阻率特性［4］; 本工作区岩土体类型回填土、泥岩、砂岩、砂砾岩及含煤地层存在电阻率差异(详情见表1) 。
表1 电阻率物性参数测试统计表
Table 1 Statistical table of resistivity physical parameters test
地层名称 ρ/Ω·m 说明
回填土 几～45 受回填成分影响，变化较大且杂乱
泥岩 45～60 多见于煤层顶部或排土场底部
强风化砂岩 60～90 多见于地表或泥岩下层
砂岩 90～200 多见于地表或全风化/强风化砂岩下层
砂砾岩 200～500 多见于山体坡地表面
含煤地层 几～25 多见于泥岩下层
2 高密度电法工作原理及工作方法
2.1高密度电法工作原理
高密度电法的基本原理与传统直流电阻率测量方法一样，以不同界质之间的电性差异为基础，查明地下地质构造和电性不均匀体（如岩溶、采空区等）。其利用智能电极转换器代替了人工电极跑位方法，具有点距密集、电极距可调、采集密度大、智能化采集等特点，主要用于浅部工程勘探［5］。通过软件测量系统控制连结多个电极的多芯电缆，完成多个不同深度的探测任务，根据控制系统中选择的不同装置类型，对电极进行相应的排列组合，按照测深点位置的排列顺序或探测断面的深度顺序，逐点或逐层探测，实现供电和测量电极的自动布点、自动跑极、自动供电、自动观测、自动记录、自动计算、自动存储［6］。探测数据导入计算机中后，修改数据格式，对数据进行预处理，最后反演生成视电阻等值线图。
2.2工作方法及测线布置
本次研究采用 WGMD-4高密度电阻率测量系统，该系统可通过集中式高密度电阻率电缆、电极，实现二维高密度电阻率测量。数据采集前进行方法试验，通过综合对比各装置类型，最终选定对称四极测深(施仑贝谢尔)进行数据采集。
本次电极布设保证每个测点能采集到有效地电信息。共布置了8条测线。
L1在K160+100～K161+200段路中线右侧10米处，点距10米，测深点120个 ；L2、L2’在K169+400～K170+200段路中线左右两侧20米处，点距10米，测深点160个；L3、L3在K170+900～K171+500段路中线右侧30米和50米处，点距10米，测深点120个；L4、L4在K173+400～K175+800段路中线左右两侧30米处，点距10米，测深点480个；L5在K178+300～K178+600段路中线位置，点距5米，测深点60个。示意图如下：
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3 数据处理及异常推理解释
3.1数据处理
通过数据预处理，然后采用瑞典RES2DINV反演软件系统处理，基本原理是采用有限元方法，根据最小二乘原理进行多次迭代、拟合计算。预处理包括对原始数据进行数据转换、拼接合并、排序、突变点剔除、滤波、地形改正等，转换成本软件处理格式。最后绘制成视电阻率等值线图进行解释，处理流程如下：
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图2 数据处理流程图
Fig.2 Data Processing Flowchart
3.2异常推断解释
通过数据整理、反演得到8条高密度电法勘察推断解释断面图，各剖面目标对象为L1采空区、L2~L4排土场、L5运煤巷道，对排土场回填厚度情况选择K169+400-K170+200段在此进行推断解释。
1、K160+100-K161+200段
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如图3，该剖面整体视电阻率由浅到深呈层状变化，大致分为四个层面，即地表出露的砂砾岩地层（高阻）；局部断续的泥岩地层（低阻）；强风化砂岩层（高阻）以及下伏的砂岩地层（高阻）。另外，除地表砂砾岩外，其余地层整体延续较好，但受沉积地形及环境因素影响，各层厚度不均且有起伏，尤其是下伏的砂岩地层界面起伏较大。
该剖面为查明煤矿采空区是否穿过设计公路线路。剖面未见明显的采空区异常特征，但在K160+170-K160+230段及K160+390-K160+490段的下伏砂岩地层中存在两处明显的低阻异常，结合地表地貌特征，推断该异常为断裂破碎带引起，其上部被强风化砂岩及泥岩等覆盖，该断裂破碎带上方电阻率无错断、曲扭特征，推测为非全新活动断裂。
2、选择K169+400-K170+200段对排土场回填厚度情况进行推断解释
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如图4，该剖面整体视电阻率由浅到深呈层状变化，大致分为四层，即回填土层（视电阻率较低且杂乱）；泥岩地层（视电阻率较低但连续完整）；强风化砂岩层（视电阻率呈较高阻）以及下伏的砂岩地层（视电阻率呈高阻）。除回填土层外，其余地层整体延续较好，但受沉积地形及环境因素影响，各层厚度不均且有起伏，尤其下伏砂岩地层界面起伏较大。
地表可见回填范围在K169+620-K170+160段，勘察钻孔资料显示，该段回填土组分主要为：全风化泥岩、全风化砂岩、碎石、煤矸石及煤干粉等。钻孔揭露回填底面为泥岩和强风化砂岩地层，通过高密度电法勘察断面图分析，回填土因其组成杂乱且受扰动，在降水及自身沉降稳定过程中，会形成相对低阻且电阻率呈高低阻交杂的特征，而原始泥岩或强风化砂岩地层因其未受扰动，其电阻率呈均一变化特征,对比两条平行剖面，反应情况基本一致。根据这一特征划分回填土的回填界面如图中所示。该段回填土回填厚度不均，其中，K169+620-K169+740段为回填坡面段，回填厚度随坡度增加，其顶部回填厚度最大，约84米；K169+740-K169+800段，回填厚度较均匀，约84米； K169+800-K169+900段，底部砂岩有起伏，左侧剖面回填厚度约50～84米，右侧剖面回填厚度约65～74米；K169+900-K170+160段，回填厚度较均匀，约72米；剖面末端未见明显回填土与原地层分界面。
3、K178+300-K178+600段
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如图5，该剖面整体视电阻率由浅到深呈层状变化，整个断面范围可以大致分为五个层面，即砂砾岩地层（视电阻率呈高阻）；砂岩地层（视电阻率呈较高阻），泥岩地层（视电阻率较低）；砂岩地层（视电阻率呈较高阻）以及含煤地层（视电阻率呈低阻）。由断面图还可以看出，各地层整体延续较好，但各层厚度不均且有起伏。
该剖面为查证线路下方某煤矿运煤巷道分布位置概况。根据高密度电法勘察断面图及勘察钻孔资料的综合分析，运煤巷道为中空构造，其视电阻率特征应为高阻，但受体量和周围地层电性特征影响，在该剖面中表现为较高阻特征。推断该较高电阻异常中心一定范围即为该运煤巷道位置。该中心位于K178+480下方，顶板距现地表约14米，底板距现地表约19米，洞高约5米，洞宽约4米。
4 结论
1、基本探明三处路段排土场回填土厚度情况，即K169+620-K170+160段，最大回填厚度约84米；K171+140-K171+260段，最大回填厚度约45米；K173+660-K175+680段，最大回填厚度约73米。并在沿测线方向勾绘了回填土与原地面的分界线。
2、结合钻孔资料，对物探路段对应地层岩性进行了简略划分。
3、推断了煤矿运煤巷道横穿拟建公路的位置及赋存空间特征。
4、在K160+170-K160+230段及K160+390-K160+490段发现两处断裂破碎带，推断均为非活动断层。
参考文献（References）：
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