物探方法在地面塌陷地质灾害危险性评估工作中的应用

褚晓敏

[摘要]本文以井陉矿区某项目为例，论述了物探方法在确定地下采空区范围的应用，对地质灾害评估起到的积极作用。

[关键词]地面塌陷 地下采空区 物探 地质灾害评估

[中图分类号] F407.1 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-9-134-1

井陉矿区是我国历史悠久，规模较大的煤炭基地。拟建项目所在区域包含部分一矿煤田。一矿成立于1923年，1990年停产。

长期大量采掘地下煤炭资源形成的采空区改变了岩土体原来固有的平衡状态，在自重力或外动力作用下，常常会引起地表大面积的塌陷和地裂缝，改变了原有的地貌形态，成为对地质环境影响最大的破坏性因素。在地面塌陷区及周围进行工程建设时，必须要对其进行地质灾害的危险性评价，及早提出地质灾害防治措施，达到有效保护建设项目的安全运行，从源头上减轻人为不合理工程活动引发的地质灾害造成人员伤亡和财产损失的目的。

1基础调查工作

在充分搜集评估区已有地质资料的基础上，对拟建项目区进行现场踏勘，初步确定该区域的主要地质灾害类型为地面塌陷，地表可见有塌陷坑及地裂缝。

2评估工作中的重点及难点

在确定评估区的主要地质灾害类型后，还需对其规模、分布、稳定状态等进行评价。由于矿山已停采多年，部分资料的遗失，使得地下采空区的范围无法准确得知，从而导致工程建设可能遭受或引发的地面塌陷地质灾害的危害程度无法预测。因此，评估工作中的重点及难点为地下采空区范围的确定方法。

3物探

物探在地下采空区的探测中发挥着重要作用，根据地质条件，地下采空区分布范围，埋深合理的选择物探方法，灵活运用物探方法是采空区探测的首要问题。

3.1物探方法的确定

设计采用高密度电法、瞬变电磁法和地质雷达法三种勘探方法对本评估区东部进行勘查；采用瞬变电磁法对本评估区西部进行勘查。高密度电法主要查明浅部地面以下0～150m范围内视电阻率分布情况，通过视电阻率异常分析和电性标志层追踪来实现资料解释；瞬变电磁法主要探测地下100～400m深度范围内的异常反应；地质雷达法用于探测地层浅部的采空区特征并对已探明异常进行辅助解释。通过上述三种勘探方法资料的综合解释，能够大大提高对采空区异常带划分的准确性。

3.2物探综合解译

（1）评估区东部。根据高密度电法、瞬变电磁法和地质雷达法的解释成果，将三种方法相对应的异常区重叠，并与搜集资料相结合，则可推定出本勘探区的煤矿采空区及波及带范围。同时通过对勘探成果的深入分析，对勘探区可得出如下相关结论：根据电性标志层追踪结果，本勘探区内采空区浅部地层视电阻率基本接近正常值，表明第四系细颗粒土层缺失并不严重，浅层地层的透水性一般，本区内采空区基本处于稳定状态。但由于本区内采空区埋深较浅（约100m），上覆地层存在附加荷载时易引起附加沉降，可能导致采空区进一步塌陷，因此本区内采空区范围内的地基属于不稳定的地基，不适宜直接建设永久建筑。其他区域发现的异常段疑为岩溶溶洞和地下防空洞，在该区域进行项目建设需进行必要的地基处理，例如对防空洞进行回填灌浆处理。综合高密度电法S4-4′剖面、瞬变电磁法S5-5′剖面和地质雷达法T9剖面勘探成果分析，在剖面所在东岗头村区域均发现异常存在，初步判断为构造断裂异常，另据资料了解，该村曾存在地下防空洞，需进一步进行钻探验证。

（2）评估区西部。根据瞬变电磁法，通过对勘探成果的深入分析，结合搜集资料，对物探有异常区的图像解释如下：

9号剖面：9号剖面显示剖面0-150米范围内电阻率随着深度的增加逐渐增大，然后又逐渐减小，在深度25米-75米范围内形成了一个相对低阻闭合异常区；而剖面右侧电阻率顺层现象比较明显，电阻率随着深度的增加逐渐增大；推测此处相对低阻异常区可能是由于采空区塌陷积水引起。

10号剖面：10号剖面显示在60米-170米范围内呈现低阻状态，电阻率随深度增加无明显变化，而剖面两侧呈现出高视电阻率，推测低视电阻率是由于地下采空区塌陷积水引起的。

11号剖面：11号剖面显示电阻率两边是高阻，中间是低阻，推测中间低阻区是由于采空区塌陷积水引起，建议进一步打钻验证。

12号剖面：12号剖面显示0米-140米范围内大部分都是低电阻率，无明显顺层变化；140米-220米范围内电阻率顺层现象比较明显，随着探测深度的增加电阻率逐渐增大；推测左侧低阻区是由于采空区塌陷积水引起。

13号剖面：13剖面显示110米-170米范围内存在一个相对高阻闭合异常，推测此异常由采空区塌陷引起；170米-220米范围内显示高电阻率，推测此高电阻率是由煤层引起。建议在110米-170米范围内打钻验证此相对高阻闭合异常。

14号剖面：14号剖面显示两侧呈现高电阻率，中间低电阻率，由于勘查现场在170米-200米范围内发现了裂缝，推测此处高阻异常是由于采空区引起，二中间低阻区是由于采空区塌陷积水引起。

3.3勘探结论

（1）评估区东部。①综合物探方法确定的采空区异常一处，位于评估区东北角，面积约74349m2，采空区波及带可按50m 控制，面积约29215m2。②综合物探方法推测的断裂构造（疑似防空洞）一条，位于东岗头村。③综合物探方法推定勘探区内存在若干岩溶溶洞异常和地下防空通道异常。

（2）评估区西部。14条勘查剖面综合分析，推断9-14号剖面均可能有采空区的存在，面积29800m2。搜集一些勘查区资料得知勘查区天户村东北部有一废弃的煤矿斜井（已填充），其附近可见地裂缝，从当地人口中得知以前的煤矿巷道是从北向南延伸进入勘查区范围内，与我们测量结果较吻合。由此推断采空区从勘查区东北部向西南方向延伸穿过13、12、11、10、9号剖面。

4结语

通过综合物探手段可以查明地下采空区的空间分布状态、范围等，根据探测结果，对地下采空区导致的地面塌陷等地质灾害评估依据更充分。