物探在地下采空区工程地质勘查中的应用

【摘 要】在多矿地区的地质勘查中很多都是地下采空区，因为其自身复杂的地质条件，通常在点线上揭示目的物的这种传统钻探方法想要完整地反映出地下空间岩土层的展布情况是很难的，而相较其轻便、经济、迅速的物探，在地下采空区的工程地质勘察中，因为它能及时解决在工程地质测绘中很难推断又急需了解的地下地质情况，所以被广泛应用。本文简单探讨了物探在地下采空区工程地质勘察中的应用。

【关键词】工程地质勘探；物探；钻探；地下采空区

1 物探的简要概述

1.1 物探的含义

地球物理勘探简称为物探，它对物探仪器采集的数据进行分析处理，对产生的异常物体进行推断，结合地质情况，运用计算机程序，通过专门仪器探测地表层各种地质体，然后进行地层划分的物理场，它也是一种勘探方法，用来判定水文地质条件、地质构造和其他各种物理现象。

1.2 物探方法的使用

物探相对于钻探和坑探这两种勘探手段来说，并不是直接勘探手段，而是间接勘探手段，由于地质体具有导电性、磁性、弹性、裂隙性、放射性、固结程度、密度等不同的物理性质和物理状态的原理，基本能够判定如大小、形状、埋深之类的地下各种地质体的基本情况，而勘探出的地质体的物理状态和物理性质与其他地质体之间或者是地质体各部分之间的差异越明显，证明用物探方法获得的结果就越好。

1.3 常见的物探方法

物探方法主要有重力勘探、磁法勘探、电法勘探和地震勘探这四种。电法和磁法多用于固体矿产的勘探，地震多用于石油勘探。电剖面法、电测探法、自然电场法、高密度电法、瞬变电磁法、激发极化发、可控源音频大地电磁测探法都属于电法勘探；浅层反射波法、浅层折射波法和瑞雷波法属于地震勘探；声波法、地震波法属于弹性波测试，这些方法在工程中都很常见。

2 工程资料的实例解释

据了解在淄博市老煤采矿区，有个洪六变电站，在地下很可能存在采空区域，但由于它开采年数太久，一些关于采厚、开采方式以及开采程度的情况已经无法知道，由于该地区的采空区都在地下40米以下，如果想要用钻探方法探查采空区，所以就得要求钻孔深度大和分布范围广。这种情况，物探相较于钻探就省时省力而且效率很高，因此，进行钻探或坑探之前，为了减少钻探工作量和降低勘探的总造价就要采用物探方法对这些厂区周围地质环境的采空情况进行调查。

这种工程物探方法采用了四级装置，是直流激电测深。其中为了保证探测质量，采取了一些措施就是在供电电极中间加密。大地选频不同的深度通过不同频率反映，一般剖面点距为5米。正向测量是剖面从小号到大号施工，反向测量是从大号向小号施工。

激电电阻率是测深的，其中电阻率异常，其低值异常反应和高值异常反应表现不同，分别为土层软弱、岩石破碎和岩石坚硬完整性好以及保护完好的采煤巷道。极化率异常，高值反映和低值反映不同在于地下空虚和煤层的存在。大地选频的高值和低值分别反映了采矿巷道和踩空塌陷的现象。在低值中存在的小高值，能够反映开采中的巷道。实际工作中，选频曲线同步上升和下降以及不同步上升和下降说明了采矿巷道保存的好坏，不好的话就证明有坍塌并且分离性大的情况。

一般激电选频低阻异常和高阻异常，推断是采煤塌陷导致的软弱地层和采煤巷道。开采塌陷的程度靠电阻率异常值来反映，如果极化异常说明地下局部有空洞。

对物探实例资料的了解进行推断分析能够初步判定此地下工程地质情况：

（1）该地下煤层仅仅是程度不同，已经普遍开采。

（2）场地内发现的采煤巷道保存良好，上部地层稳定，影响不到地表。

（3）地表下形成了软弱地层，应是由于采煤引起的上部岩层坍塌和弯曲以及冒落，导水裂隙发育所致，整个场地的软弱地层普遍存在。

3 工程物探方法

3.1 直流电法

一般在工程地质勘察时经常遇到一种情况，就是关于目的体埋深和规模较小的情况，这就要求进行电法勘察时必须小点距、高密度的进行数据采集，这与常规电法相比开展工作来说，施工效率高而且精度大。高密度电阻率法是探测地下岩土体目前最常用的方法，同时二维电的断面测量用的高密度电阻率法，具备两种功能就是剖面法与探测法。它的特点是信息量大和施工效率高，而且是通过自动采集系统采集数据的，这样可以实时处理软件资料，自动绘制和打印成果图件。电阻率的智能化程度也得到了很大的提高，对地下目的物的探测在一般勘查中很有效果；高密度电阻率法工作装置形式很多，可根据场地和勘查深度的情况选择点距与总电极数。

3.2 地质雷达

有轻便、分辨率较高和抗干扰性强性质的地质雷达，在公路质量检测、考古和地质勘探方面发挥了很大的作用。影响地质雷达的探测深度和分辨率的主要因素是天线中心频率、距离、偶极方向，这些设备参数以及与地下介质的电性和电磁波在其中的传播速度有关。

4 物探方法优缺点分析

通过分析实践资料证明，物探在采空区的工程地质勘查中，对于探测地下地质的情况为较迅速和方便，而且对于探测工作的布置能够起到方向性的作用。所以，物探方法对于一个未知的勘探区域有如下优缺点：

4.1 优点

（1）为了实现合理布置钻孔工作量，可以利用物探方法准确探明复杂的基岩面起伏状况。

（2）物探可采用专业仪器对地下采空区的分布情况进行探测，探测出来的结果可以为钻探的布置提供方便，两者结合在一起使用能够掌握勘测范围以内的采空分布情况。

（3）对于地下人工设施的规模和基本情况，可以通过物探方法准确的了解。如果人工设施的规模较小，在经济上来说，就没有必要投入大量的钻探工作了。

（4）在勘查时，物探方法不管在水域或者陆域都能够探测出水下和地下地层的变化情况，从而避免了对环境的影响，对于降低钻探的工作量也发挥了很大的作用，节约经费、减少成本。

（5）对于一些完整的工程地质资料，物探能够节省时间，比较快的提供出工程地质的埋深以及断裂构造和古河古道的分布情况。而且，工程物探能够连续观测，和钻探这种电测的结果相比有足够的优势，原因在于层位起伏变化大、断裂分布的地质问题。

4.2 缺点

（1）探测的目标受密度、电和磁等的影响，在不同岩层介质之间，这类的差别越大，勘察的效果就越好。

（2）工程物探是间接勘察，勘察单位的地质解释水平，以及勘察所采用的技术和方法都需要对采集回来的外业数据进行地质解释和数据处理，这样才能达到满意效果。

（3）在工程勘探上，不能提供需要的一些岩土力学参数，要想取得好的结果，必须要和钻探相配合。

5 结语

物探方法和钻探类似都能够科学有效的解决在工程地质中存在的问题，而且物探的投入小，比较节省成本。目前，大多数勘察工作者已经接受并重视到勘察时物探起到的作用，而要想在勘察岩溶区和采空区时提高效率和减少成本，最好的办法就是采取物探与钻探结合的方法。

【参考文献】

[1]范维强，李君源.物探与钻探方法相结合在工程地质勘查中的应用[J].西部探矿工程，2005增刊.

[责任编辑：丁艳]