1、1高密度电阻率法在采空区勘查中的应用摘要：指出了废弃铁矿区存在不明采空区，可对邻近居民区造成较大威胁，采用高密度电阻率法对居民区及重要设施附近等重点地区进行了地球物理探测，查清了地下采空区的空间分布、几何形态、边界位置等特征，为采空区的综合治理提供地球物理依据。 关键词：高密度电阻率法； 采空区勘查； 废弃铁矿区 1 引言 废弃铁矿区位于文登市宋村镇姜家庄村北，铁矿开采历史较为久远，缺乏系统的采矿资料，且矿区内存在乱采乱挖现象，采空区的分布情况不明。因此，为得到科学合理的采空区治理施工图，拟采用高密度电法对采空区进行勘查。 电阻率法主要以岩石的电性差异为基础，通过测量和分析地下电场分布变化规律
2、来研究矿区地质问题。更准确地说，主要利用采空区与围岩的电性差异来研究采空区的形态及分布。 2 测网布设 测区比例尺为 14000，共布置了 9 条测线，点距均为 5 m。其中L4、6、8、10 线垂直于矿脉方向，方位为 130；受村庄建筑及露天采坑的地形限制，L1、2、3、5、7 线主要沿村内小路及采坑外围布设。测网具体布置如图 1 所示。 3 物探成果推断解释 23.1 纵剖面解释 3.1.1 2 号测线剖面解释 剖面 2：本剖面布置于姜家庄内水泥路旁，走向近南北，点距 5 m，全长为 300 m。电阻率大致均匀分布，电性层位清晰，有一定规律。阻值变化范围较大，表层覆盖层碎石、角砾土和下伏强
3、风化基岩电阻率在100300 ?m，为岩土体松散所致。电阻率在横向上表现为：在 100 号点以后，地下电阻率相对较低，其中 在 100120 号点和 150220 号点之间埋深 1040 m 范围内存在两个明显的低阻体异常区，电阻率小于 100 ?m，倾向南东，厚约 5 m，结合该区地质条件，推断为采空区充水或含水裂隙带所致（图 2） 。 3.1.2 4 号测线剖面解释 剖面 4：本剖面布置于姜家庄北土路及水泥路旁，露天采坑南侧，走向 130，点距 5 m，全长为 300 m。阻值变化范围较大，表层覆盖层碎石、角砾土和下伏强风化基岩电阻率在 100300 ?m，为岩土体松散所致。电阻率在横向上
4、表现为：在 100 号点附近横向变化梯度较大，地层倾向南东，结合地质条件推断在该接触带为铁矿脉的反应；另在110140 号点、170200 号点和 250270 号点之间埋深 1030m 范围内存在三个明显的低阻体异常区，电阻率小于 100 ?m，宽约 2030 m，厚约 5 m，结合该区地质条件，推断为采空区充水或含水裂隙带所致（图 3） 。 3.1.3 6 号测线剖面解释 剖面 6：本剖面布置于姜家庄北露天采坑北侧，走向 130，点距 5 3m，全长为 300 m，废弃矿井即位于该剖面 160 号点处。阻值变化范围较大，表层覆盖层碎石、角砾土和下伏强风化基岩电阻率在 300600 ?m，为
5、岩土体松散所致。电阻率在横向上表现为：在 100 号点附近横向变化梯度较大，地层倾向南东，倾角约 70，结合地质条件推断为铁矿脉的反应；在 135165 号点埋深 2030 m 范围内存在一个明显的低阻异常区，电阻率小于 200 ?m，宽约 30 m，厚约 3 m，地表在 160 号点处有一废弃矿井，推断为巷道充水所致；在 200230 号点埋深 1040 m 范围内存在一个明显的低阻体异常区，电阻率小于 200 ?m，宽约2030 m，厚约 4 m，结合该区地质条件，推断为采空区充水或含水裂隙带所致（图 4） 。 3.1.4 8 号测线剖面解释 剖面 8：本剖面布置于姜家庄北露天采坑以北，走
6、向 130，点距 5 m，全长为 300 m。阻值变化范围较大，表层覆盖层碎石、角砾土和下伏强风化基岩电阻率在 300600 ?m，为岩土体松散所致。电阻率在横向上表现为：在 220 号点附近横向变化梯度较大，地层倾向南东，倾角约60，?Y 合地质条件推断为铁矿脉的反应（图 5） 。 3.1.5 10 号测线剖面解释 剖面 10：本剖面布置于姜家庄北露天采坑以北，走向 130，点距 5 m，全长为 300 m。阻值变化范围较大，表层覆盖层碎石、角砾土和下伏强风化基岩电阻率在 300600 ?m，为岩土体松散所致。电阻率在横向上表现为西大东小，地层倾向南东，未发现有明显的采空区或含水裂隙带反应（
7、图 6） 。 43.2 横剖面解释 3.2.1 1 号测线剖面解释 剖面 1：本剖面于姜家庄内沿胡同布置，走向近东西，点距 5 m，全长为 150 m。装置为 AMN 三极装置，无穷远极 B 垂直于测线方向，垂距850 m。阻值变化范围较大，表层覆盖层碎石、角砾土和下伏强风化基岩电阻率在 60100 ?m，为岩土体松散所致。电阻率在横向上表现为：在 5060 号点和 100120 号点之间埋深 1020 m 范围内存在两个明显的低阻体异常区，电阻率小于 50 ?m，宽约 20 m，厚约 5 m，结合该区地质条件，推断为采空区充水或含水裂隙带所致（图 7） 。 3.2.2 3 号测线剖面解释 剖
8、面 3：本剖面于姜家庄内沿胡同布置，走向近东西，东端紧邻露天采坑，点距 5 m，全长为 150 m。装置为 AMN 三极装置，无穷远极 B 垂直于测线方向，垂距 800m。 阻值变化范围较大，表层覆盖层碎石、角砾土和下伏强风化基岩电阻率在 60100 ?m，为岩土体松散所致。电阻率在横向上表现为：在80100 号点和 115140 号点之间埋深 1020 m 范围内存在两个明显的低阻体异常区，电阻率小于 40 ?m，宽约 20 m，厚约 3 m，结合该区地质条件及调查走访，推断为采空区充水或含水裂隙带所致（图 8） 。 3.2.3 5 号测线剖面解释 剖面 5：本剖面布置于姜家庄北，走向近东西
9、，东端紧邻露天采坑，点距 5 m，全长为 150 m。装置为 AMN 三极装置，无穷远极 B 垂直于测线方向，垂距 750 m。阻值变化范围较大，表层覆盖层碎石、角砾土和下伏5强风化基岩电阻率在 60100 ?m，为岩土体松散所致。电阻率在横向上表现为西小东大，未发现有明显的采空区或含水裂隙带反应（图 9） 。 3.2.4 7?测线剖面解释 剖面 7：本剖面布置于姜家庄北，露天采坑西侧，走向近东西，点距5 m，全长为 300 m。阻值变化范围较大，表层覆盖层碎石、角砾土和下伏强风化基岩电阻率小于 600 ?m，为岩土体松散所致。电阻率在横向上表现为西小东大，未发现有明显的采空区或含水裂隙带反应
10、（图 10） 。 3.3 综合层析成像解释 由综合成果图（图 11）分析可知：测区北西端有一北东向的高低阻接触带，结合地质条件推断为铁矿脉的反应，该矿脉倾向南南东。另外，测区由北向南电阻率值逐渐降低，反应了该区原铁矿的开采方向主要自废井向南开采，与矿脉倾向一致。 综合分析各测线的高密度电法测量成果，结合区内地质条件及调查走访情况，推测了两种可能，一是裂隙及破碎带含水；二是采空区充水形成的低阻反应。 根据平面及空间分布特征，共划分了 I、区 2 个低阻异常区，经推算，总面积 11420 m2，体积约为 42835 m3，其中 I 区面积约为 8575 m2，平均厚度 4 m，体积约为 34300
11、 m3，埋深 2040 m，倾向南东；区面积约为 2845 m2，平均厚度 3 m，体积约为 8535 m3，埋深 1530 m，倾向南。 4 采空区钻探验证 根据收集资料、走访调查情况，并结合地球物理勘探资料，共布置6了 3 个钻孔对工程物探工作进行了验证，钻孔位置见图 12，验证情况详见表 1。 5 结论 根据走访调查情况结合物探结果及钻探验证结果，采空区主要分布在露天采坑坑底，自废弃矿井向南分布，未延伸至露天采坑南侧道路，空区分布不连续，规模较小，危险性较小。其中巷道大致为东西走向，埋深 35 m，长约 30 m，宽 23 m，高 3 m；矿房分布在巷道以南，长56 m，宽 34 m，高
12、 45 m，约 4000 m3。 参考文献： 1钟 韬. 超高密度电法在探测采空区中的应用研究D.成都：成都理工大学，2008. 2吴成平，胡祥云. 采空区的物探勘查方法J.地质找矿论丛，2007（1）. 3傅良魁. 电法勘探教程M. 北京： 地质出版社， 1987：50126. 4郭秀军. 用高密度电阻率法进行空洞探测的几个问题J. 物探与化探，2001，25（4）. 5郭建强. 地质灾害勘查地球物理技术手册M.北京： 地质出版社，2003. 6刘晓东，张虎生，朱伟忠. 高密度电法在工程物探中的应用J.工程勘察，2001. 7强见科，阮百尧. 不同电阻率测深方法对旁侧不均匀体的反映J.7物探
13、与化探， 2003，27（5）. 8毛荣方，廖才科，廖云和，等.垂直接地极不同间距对接地电阻影响的试验研究J.绿色科技，2012（6）. 9张家洋. 新乡地区断岩和宕口采空区的生态恢复技术探讨J.绿色科技，2016（8）. 10章 林，孙国权，李同鹏，等. 地下矿山采空区探测及综合治理研究与应用J.金属矿山，2013（11）. 11赵国彦. 金属矿隐覆采空区探测及其稳定性预测理论研究D.长沙：中南大学，2010. Application of High-density Resistivity Method in Goaf Investigation Taking One Abandoned I
14、ron Mine in Wendeng City as an Example Wei Congcong1 ， Zhu Yuzhen2 ， Lv Baoping3 （1. Yantai Geological Environment Monitoring Station， Yantai， Shandong 264003， China； 2.Shandong Institute of Coal Geology Planning and Exploration， Taian，Shandong 271000，China； 3. Shandong Monitoring Center of Geologic
15、al Environment，Jinan， Shandong 250014， China） Abstract： Unclear mining cavities in abandoned iron mine will pose a great threat to the nearby residential area. This 8paper employed the high-density resistivity method to detect and monitor the key areas including residential area and key facilities，
16、and checked out the significant characteristics of underground mined-out areas such as space distribution， geometric configuration， boundary location and so on.we hoped to provide a physical basis for the comprehensive treatment on the goaf. Key words： high-density resistivity method；goaf investigation；abandoned iron mine
