高密度電法在電站選址中的應用

付 波, 朱志勇

(江西省地質調查勘查院，江西 南昌 330001)

0 引言

在某電站選址時，工程勘察階段發現站址內有多處前人開采的小煤礦痕跡，同時鉆孔揭露一處疑似老窯空洞。為探明擬建站址內采空區分布情況，避免生產事故，須對擬建站址進行物探勘察工作。根據地質任務的要求綜合分析，擬采用高密度電法進行本次物探勘察。

1 地質及地球物理特征

1.1 地質概況

根據實地地質調查和鉆孔資料，工區主要地層有二疊系下統茅口組上段(P1m3)炭質灰巖、二疊系上統龍潭組下段(P2la)凝灰質粉砂巖與炭質頁巖(夾煤層)、第四系中更新統殘積層(Q2el)粉質黏土混碎石，第四系中更新統坡積層(Q2dl)粉質黏土及第四系全新統人工堆積層(Q4ml)素填土。工區出露地層按地質年代由新到老分述如下：

(1)第四系全新統人工堆積層(Q4ml)

第①層素填土：灰色、灰黑色，稍濕，松散，填土主要為20世紀90年代挖煤堆積的炭質頁巖、煤矸石混少量黏性土，欠固結。場地主要分布在老采煤口周邊,厚度0.3～2.0 m。

(2)第四系中更新統坡積層(Q2dl)

第②層粉質黏土：黃褐、紅褐色、濕、可塑，局部呈軟塑狀，且混少量的碎石，黏性一般，干強度中等，韌性中等，無搖震反應，稍有光澤。表層0.2 m為耕植土，土質疏松，夾有植物根系。

(3)第四系中更新統殘積層(Q2el)

第③層粉質黏土混碎石：黃褐色，硬塑，局部呈可塑—硬塑，黏性較好，干強度中等，韌性低，有光澤，混雜部分碎石，粒徑2～4 cm，呈棱角狀，主要成分為砂巖及頁巖風化碎屑。表層0.4 m為耕植土，土質疏松，夾有植物根系。

(4)二疊系上統龍潭組下段(P2la)

第④-1層凝灰質粉砂巖與炭質頁巖互層：灰黑、灰褐色，全風化，原巖組織結構已完全破壞，礦物顏色已全改變，光澤消失，呈硬塑土狀、密實砂土狀、碎石土狀，局部夾薄煤層。

第④-2層凝灰質粉砂巖與炭質頁巖互層：灰黑、灰褐色，強風化，原巖組織結構大部分已破壞，主要礦物成分為黏土礦物、碎屑礦物及后生礦物。

(5)二疊系下統茅口組上段(P1m3)

第⑤-1層炭質灰巖：青灰、灰黑色，強風化，原巖組織結構尚存，節理裂隙發育，部分被方解石脈充填，巖芯呈碎石塊狀、餅狀，局部夾煤層，偶見小溶蝕，溶蝕內可見煤屑充填。

第⑤-2層炭質灰巖：灰黑、灰褐色，中等風化，節理裂隙發育，可見方解石脈充填，巖芯呈短柱狀或柱狀，局部夾煤層，小溶槽發育，溶槽內可見煤質充填。

1.2 地球物理特征

不同的巖石具有不同的物理性質(如密度、導電性、彈性等)，這是物探工作的理論基礎和物理前提，也是物探工作進行地質解釋的根本依據。

從鉆孔揭露情況來看，本區揭露的第四系地層主要由素填土、粉質黏土和碎石等組成，成分比較復雜，電阻率變化較大，一般從幾歐姆到幾千歐姆；第四系下伏基巖主要為二疊系龍潭組煤系地層，巖性為凝灰質粉砂巖與炭質頁巖互層；龍潭組煤系地層下伏地層是茅口組炭質灰巖。通常情況炭質巖層電阻率范圍為1～102Ω·m，凝灰質砂巖電阻率范圍為102～103Ω·m，電阻率普遍偏低。鉆孔ZK09揭露一約2 m高疑似老窯的空洞，充填物為軟塑黏性土及少量灰巖碎石。

2 野外工作方法

2.1 測網布置

本次測區內4條測線呈平行布置。測量工作主要是根據已知控制點為起算點，各測線起點、終點坐標在地形圖上量取，采用RTK(Real-time Kinematic，實時差分)進行各測線、測點的放樣工作。測點均采用木樁固定，并設立了明顯紅色旗子標志。

2.2 施工參數

本次施工參數為：一次布置兩根電纜，排列電極60根，電極間距5 m，排列長度295 m。

3 資料解釋和推斷

3.1 試驗工作

到達野外站址后，為確定采空區的異常形態及特征，首先往往選擇有鉆孔控制且揭露采空區的剖面開展測量工作。

由于ZK09位于設計的T2測線上，并且已揭露了2 m空洞，因此首先開展T2測線測量工作?？汕宄吹皆赯K09位置深約18 m處，確實呈現了一較大范圍的低阻閉合圈異常，推斷為2 m高的空洞異常反映(圖1)；該處低阻異常圈范圍較大，在145～170 m均表現為低阻異常，從工區地質資料了解到此處基巖地層為炭質巖層，具有較低電阻率特征，推斷整體為空洞的依據不可靠；同時鉆孔揭露2 m高空洞存在于二疊系茅口組地層，該段地層無煤層發育，應該為炭質灰巖內發育的溶洞。綜上分析，在基巖下方較大范圍的低阻異常為炭質巖層，為較大范圍采坑的可能性較小。

圖1 T2線高密度測量反演結果

其次，對經過鉆孔較多的測線T3線進行了野外物探工作，表層橙黃色較高為第四系地層的反映(圖2)，說明第四系地層成分復雜，中下部大片藍色低阻體推斷為含泥含炭質較高的煤系地層。根據鉆孔資料揭露，ZK15在3.4 m處開始見基巖，9.2～9.5 m處可見0.3 m厚的煤層；ZK13在4.4 m處見基巖，9.9～10.1 m處可見0.2 m厚的煤層；ZK10在2.7 m處見基巖，3.6～4 m處可見0.4 m厚的煤層；ZK07在4.8 m處見基巖，4.8～5.1 m處可見0.3 m厚的煤層；ZK05在1.7 m處見基巖。鉆孔資料顯示，ZK15和ZK13相隔不遠且都在T3線上，第四系土層厚度和煤層線都有一定的延續性，ZK10和ZK07相隔也不遠，且都在T3線上，煤層線具有一定的延續性。反演電阻率在橫向上延續性也較好，與鉆孔揭示的地層情況基本吻合。

T2、T3測線反演斷面圖和鉆孔的對比分析表明：鉆孔約束的情況下，反演解釋得到了較好的驗證，推斷解釋較可靠。

3.2 推斷解釋成果

擬建站址所在區域屬于二疊系龍潭組(P2l)煤系區，下伏炭質頁巖與凝灰質粉砂巖互層局部夾有薄煤層、炭質灰巖。本次勘探過程中，擬建站址范圍內及周圍分布有13個老采煤口，站址區就有10個老采煤口，其中9個已經塌陷，一個保存較好；采空區主要是20世紀90年代開采所致，橫向坑道以東西向為主(推測與煤層走向相同)，開采深度在10～30 m之間，支護方式主要采用木頭進行簡易支護或沒有采用支護措施，推斷開采系個人亂采行為。由于無資料記載，采空區埋藏深度、分布規律無法考證。

測區布置四條平行測線，通過數據處理，并對比鉆孔資料，綜合分析解譯異常。T1線在109～115 m位置，埋深約10.5 m，標高64～67 m，有一異常寬度約為6 m的采空區異常(圖3)。T2線在113～117 m位置，埋深約8 m，標高62～64 m，有一異常寬度約為4 m的采空區異常；在142～160 m位置，埋深約18 m，標高52～55 m，有一異常寬度約為18 m的溶蝕發育區；在148～150 m位置，埋深約4.5 m，標高66～69 m，有一異常寬度約為2 m的采空區異常；在184～188 m位置，埋深約4.8m，標高67～69 m，有一異常寬度約為4 m的采空區異常；在193～197 m位置，埋深約4.9 m，標高66～68 m，有一異常寬度約為4 m的采空區異常(圖1)。T3線在118～125 m位置，埋深約6.5 m，標高58～61 m，有一異常寬度約為7 m的采空區異常；在132～137 m位置，埋深約6.8 m，標高58～60 m，有一異常寬度約為5 m的采空區異常；在146～148 m位置，埋深約4.4 m，標高62～65 m，有一異常寬度約為2 m的采空區異常(圖2)。T4線在104～110 m位置，埋深約8.0 m，標高52～55 m，有一異常寬度約為6 m的采空區異常(圖4)。

圖2 T3線高密度測量反演結果

圖3 T1線高密度測量反演結果

圖4 T4線高密度測量反演結果

將根據各測線解釋得到的采空區異常位置投影到平面圖上，然后根據各測線巖溶異常區在平面上的相互關系，組合成采空區異常的平面分布，共發現5個異常區(圖5)：異常區一(YC1)位于T1線和T2線，推斷為采空區異常，發育標高為62～67 m；異常區二(YC2)位于T3線，推斷為一采空區異常，埋深4.4～6.8 m，發育標高為58～65 m；異常區三(YC3)位于T4線，推斷為一采空區異常，埋深8 m，發育標高為52～55 m；異常區(YC4)位于T2線，推斷為一溶蝕發育區(局部發育小型充填溶洞)，寬度18 m，埋深18 m，發育標高為53～57 m；異常區五(YC5)位于T2線，推斷為采空區異常，寬度約為4 m，埋深5 m，發育標高為67～69 m。

圖5 研究區高密度測量推斷采空區平面圖

4 結論

通過在本測區布置的4條測線，推斷采空區異常4個，主要分布在擬建站址的中南部，從地表采坑可以看出，測區范圍內亂挖亂采嚴重，從高密度電法勘察結果分析，除了異常區一存在巷道開采的可能，其余3個采空區異常均未形成開采規模；推斷溶蝕發育區(局部發育小型充填溶洞)1個，溶蝕異常發育，且有一個2 m高的溶洞，但因炭質巖層影響，物性差異較小，難以分辨，只能對ZK09周邊低阻異常進行圈定。