高密度电阻率法在采空区勘查中的应用

卫聪聪+朱裕振+吕宝平

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1∶4000，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

3.1 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、角砾土和下伏强风化基岩电阻率在100～300 Ω·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100～120号点和150～220号点之间埋深10～40 m范围内存在两个明显的低阻体异常区，电阻率小于100 Ω·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100～300 Ω·m，为岩土体松散所致。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，结合地质条件推断在该接触带为铁矿脉的反应；另在110～140号点、170～200号点和250～270号点之间埋深10～30m范围内存在三个明显的低阻体异常区，电阻率小于100 Ω·m，宽约20～30 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 m，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300～600 Ω·m，为岩土体松散所致。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135～165号点埋深20～30 m范围内存在一个明显的低阻异常区，电阻率小于200 Ω·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200～230号点埋深10～40 m范围内存在一个明显的低阻体异常区，电阻率小于200 Ω·m，宽约20～30 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300～600 Ω·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°，結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300～600 Ω·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（图6）。

3.2 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60～100 Ω·m，为岩土体松散所致。电阻率在横向上表现为：在50～60号点和100～120号点之间埋深10～20 m范围内存在两个明显的低阻体异常区，电阻率小于50 Ω·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60～100 Ω·m，为岩土体松散所致。电阻率在横向上表现为：在80～100号点和115～140号点之间埋深10～20 m范围内存在两个明显的低阻体异常区，电阻率小于40 Ω·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，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、角砾土和下伏强风化基岩电阻率在60～100 Ω·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號测线剖面解释

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 Ω·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、Ⅱ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 m3，埋深20～40 m，倾向南东；Ⅱ区面积约为2845 m2，平均厚度3 m，体积约为8535 m3，埋深15～30 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2～3 m，高3 m；矿房分布在巷道以南，长5～6 m，宽3～4 m，高4～5 m，约4000 m3。

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Application of High-density Resistivity Method in Goaf Investigation

— Taking One Abandoned Iron 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 Geological Environment，Jinan， Shandong 250014， China）

Abstract： Unclear mining cavities in abandoned iron mine will pose a great threat to the nearby residential area. This paper employed the high-density resistivity method to detect and monitor the key areas including residential area and key facilities， 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