綜合物探在濟南市章丘區城邊村改造工程勘察中的應用

劉振東, 趙 亮

(1.山東建勘集團有限公司，山東 濟南 250000； 2.濟南市市政工程設計研究院(集團)有限責任公司，山東 濟南 250000)

1 地質背景條件

1.1 自然地理

擬建場區位于章丘區棗園街道辦事處，十一號路以北、棗寨路以東，現為耕地，地勢較為平緩，南高北低。場區內地面標高74.0～77.00 m，地勢平緩，為山前傾斜平原地貌。屬中緯度地帶北溫帶溫暖半濕潤季風性氣候，春季干燥少雨，夏季炎熱多雨，秋季天高氣爽，冬季寒冷干燥。

1.2 地質概況

場區位于泰山斷裂塊凸起的西北緣，以古生代地層為主體的北東向單斜構造，構造形跡以斷裂構造為主，擬建場地主要發育大站斷裂、文祖斷裂及劉臺斷裂。地層巖性主要為中奧陶統八陡組海相灰巖；上石炭統本溪組和太原組海陸交互相泥巖、粉砂巖、砂巖夾灰巖和煤層；早中二疊系淄川組、黑山組和萬山組海陸交互—陸相石英砂巖、砂巖、頁巖和鋁土巖夾薄層煤，中晚二疊系奎山組和孝婦河組長石石英砂巖、細砂巖、泥質粉砂巖和泥巖；三疊系鳳凰山組長石砂巖和粉砂巖夾泥巖；第三系巴河漏組灰巖和藻鮞灰巖；第四系大站組和洛口組沖洪沖積砂土、砂質黏土、礫石及鈣質結核。主要出露燕山晚期輝長巖和閃長巖類，呈巖株狀或者順層狀產出，對煤層破壞作用很大。區域礦產資源豐富，主要有煤礦和黏土礦。擬建場區附近主要含煤地層為下二疊統淄川組煤1、煤3，二疊系萬山組頂部及底部的A層和A0層鋁土礦層。

自第四紀以來沒有新構造活動的跡象，抗震設防烈度應為7度，設計基本地震加速度值0.10g。

1.3 水文地質條件

場地內地下水為第四系孔隙潛水和碎屑巖類裂隙水兩種類型[1]。潛水主要賦存于第四系沖洪積土層中，碎屑巖裂隙水主要賦存于場地內的基巖裂隙中；主要靠大氣降水補給，人工開采、地下徑流和地表蒸發為主要排泄途徑，水位隨季節變化，年變幅為3.0～5.0 m；鉆孔內穩定水位埋深為9.15～9.54 m，平均為9.34 m；穩定水位標高為65.43～65.91 m，平均為65.72 m。

2 物探勘探與解譯

本次主要開展瞬變電磁法和高密度電法兩種地球物理勘探工作，并針對物探異常區實施鉆探驗證，確定場地是否存在采空區及其分布范圍。

2.1 瞬變電磁法

本次共布設瞬變電磁法測線12條，由西向東布置，測線間距50 m，測點間距15 m。經數據預處理、模型反演，繪制電壓剖面圖、電阻率斷面圖和各煤層平面圖等，進而得出采空區和采空充水區分布的平面圖[2]。

瞬變電磁法電阻率剖面圖(圖1)顯示：存在2處相對低阻異常區(圖1上)，異常幅值較弱，分別位于0～40號測點及200～270號測點，埋深在130～210 m范圍；存在2處相對低阻異常區(圖1下)，異常幅值較弱，分別位于0～90號測點及120～240號測點，埋深在90～190 m范圍。經鉆探驗證，均為巖層裂隙富水的電性反映。

圖1 瞬變電磁法電阻率剖面圖

2.2 高密度電法

本次工作共布設高密度電法測線17條，12條測線由西向東布置，5條測線從南向北布置，測線間距50 m，測點間距15 m，呈交叉網格狀分布。采用瑞典RESD2INV高密度電法軟件，以人機對話方式自動處理，判別各巖層的分布規律，判定巖層中存在的電性異常體的位置和規模[3]。

①三腳架 ②托盤天平 ③瓷坩堝④坩堝鉗 ⑤泥三角 ⑥石棉網 ⑦燒杯⑧蒸發皿 ⑨鐵坩堝 ⑩干燥器 ?酒精燈

視電阻率反演剖面圖顯示(圖2)，剖面里程內電阻率差異較大，在剖面上未發現明顯的閉合型低阻異常區，且開放型低阻區為地層局部巖性變化影響所致。

圖2 視電阻率反演剖面圖

3 鉆孔驗證

3.1 布置原則

為達到揭露和控制場區內地層與驗證物探解譯異常區及地層對比的需要，實施ZK1、ZK2和ZK3鉆孔，終孔深度為150.0 m。

3.2 地層結構

在鉆探揭露深度范圍內，巖性自上而下分為耕土、覆蓋層第四系黏土與卵石和二疊系黑山組粉砂巖。

(1)耕土(QPd)：黃褐色，厚0.40～0.80 m，平均0.57 m；以黏土為主，偶見植物根系。

(2)粉質黏土(Q4al+pl)：黃褐色，厚7.10～16.70 m，平均11.67 m；可塑，無搖振反應，稍具光澤反應，韌性及干強度中等；屬中—高壓縮性土，力學性質一般。

(3)卵石(Q3al+pl)：青灰色，厚7.60～8.20 m，平均7.90 m；中密，濕，母巖為灰巖，呈亞圓狀，體積分數為60%～70%，粒徑一般2～5 cm，最大粒徑8 cm，黃褐色黏土和粗礫砂充填；屬中壓縮性土，力學性質較好。

(4)粉質黏土(Q3al+pl)：黃褐、灰黃色，厚2.90～4.10 m，平均3.37 m；可塑—硬塑，無搖振反應，稍具光澤反應，韌性及干強度中等，局部夾透鏡狀粗礫砂；屬中壓縮性土，力學性質較好。

(5)卵石(Q3al+pl)：青灰色，厚9.30～10.10 m，平均9.67 m；密實，濕，母巖為灰巖，呈亞圓狀，體積分數為55%～65%，粒徑一般2～6 cm，最大粒徑8 cm，主要以黃褐色黏土和粗礫砂充填；屬中偏低壓縮性土，力學性質較好。

(6)中風化粉砂巖(P)：紫紅色，局部為灰色，未穿透，最大揭露深度150 m；主要成分為長石、石英，局部見石英脈；節理裂隙發育，巖芯呈柱狀，少量短柱狀及碎塊狀，采取率80%～95%，為軟巖、較軟巖，巖體基本質量等級為Ⅳ級，壓縮性極低，工程性質好。

3.3 鉆探驗證

本次對物探異常區進行了鉆孔驗證。在異常區內，地表以下55.00～60.00 m處鉆探結果為粉砂巖破碎，驗證該低阻異常區為基巖破碎引起的電性反應；95～100 m處鉆探為中風化粉砂巖，裂隙發育(富水)引起的電性反應，未發現空洞及土洞。

此外，結合區域地質、礦山開發、物探成果及鉆探資料等，認為擬建場地地層層序正常，自上而下依次為第四系洛口組、大站組和二疊系黑山組，節理裂隙發育，但未發現空洞及土洞的存在。

4 穩定性分析

本次實施的3個地質驗證孔，2個位于物探異常區，1個位于物探異常區外部。通過鉆孔巖芯對比，結合地質資料分析，異常主要由斷層破碎帶引起。

對揭露區內地層推斷，下覆基巖為二疊系黑山組，埋深超過150 m，黑山組中不含煤層。場區內埋藏最淺的1煤(淄川組)埋深超過200 m；淄博礦務局埠村煤礦采礦權邊界距擬建場區3 500 m以上，采空區距擬建場區超過1 500 m，未在擬建場區采礦；場區東部曾存在私采黏土礦活動，距離東邊界約2 000 m，采空區邊界距擬建場區超過2 500 m。

總之，物探和鉆探資料顯示，勘查區未發現采空區，故建設場地穩定性評價為穩定，適宜性評價為適宜。

5 結論

(1)在章丘區城邊村改造工程勘察中應用高密度電法和瞬變電磁法，共識別出2處低阻異常區，未發現采空區明顯空洞，并進行了鉆探驗證，異常為基巖破碎或巖層裂隙富水所致。

(2)煤礦采空區和私采黏土礦邊界距擬建場區均超過1 500 m，未發現采空區和不良地質災害，為穩定性和適宜性場地，較適合城邊村改造工程安置房的建設。