采空区综合物探技术分析与应用_杨春龙.pdf

DOI:10 19807/j cnki DXS 2023 03 067采空区综合物探技术分析与应用杨春龙(河北省地质矿产勘查开发局第五地质大队/河北省海洋地质环境调查中心，河北 唐山 063000)摘要遵化市钢材市场拟建区域历史上有地下采矿、地表选矿等人类活动痕迹，存在成规模的采空区，具体位置形态及采空区分布特征、规模和发育规律均未知。为切实保障拟建项目建设安全，最大程度减少地质灾害隐患(采空区)对建设项目的威胁，采取磁法测量和频率成像法开展物探工作，综合两种物探结果进行分析。结果显示，异常区和内可能存在采空区和破碎带，异常区内采空区存在可能极大且可能存在两条磁铁矿，在后续钻探中要重点关注。研究为后期采空区的治理、工程设计施工提供可靠依据。关键词采空区;综合物探;遵化市钢材市场中图分类号P631 2+27文献标识码B文章编号1004 1184(2023)03 0198 02收稿日期2022 09 14作者简介杨春龙(1977 )，男，河北青龙人，高级工程师，主要从事水文工程地质和矿山环境方面工作。0引言采空区受到外部荷载作用后极易引发形变，造成岩体或覆盖层裂缝、沉降和垮塌等地质灾害1。遵化市钢材市场拟建地块历史上经历地下采矿存在地质灾害隐患，需要对区域采空区进行评估和验证。物探法具有快速和无损检测的优势而得到广泛应用2。为探明拟建区域采空区埋深和延伸情况，消除安全隐患，采用多种物探方法对采空区进行综合勘察，为后期治理和实际生产活动提供支撑。1区域概况拟设钢材市场位于沙河东侧，356 省道(邦 宽公路)南侧，面积 284 696 34 m2，合 427 04 亩，工作区范围见图 1。作业区矿体为磁铁石英岩，矿石普氏硬度为 10 14，松散系数 1 5，极限抗压强度 115 148 MPa。矿体顶、底板围岩为角闪斜长片麻岩及黑云角闪斜长片麻岩，岩石抗压强度为 56 65 MPa，QD 值大于 60%，主要为级结构面，节理裂隙不发育，岩体切割成块状，岩体抗压强度较高，岩石质量较好。据调查，区内断裂构造不发育，仅见一些节理、裂隙，其延伸 2 8 m，张开度小于 1 mm。矿体与围岩呈整合接触，岩性均一，岩层致密坚硬。图 1工作区范围图2物探方法选择2 1磁法测量2 1 1工作依据工作区为第四系覆盖，初露三屯营组片麻岩，其内夹有磁铁石英岩体、高品位磁铁矿;二者磁参数特征见表 1。表 1遵化一带地层磁参数特征表岩石名称磁化率 k/10 64SI剩磁平均值 Jr/10 3A/m变化范围常见值变化范围常见值片麻岩825 5 9772 684204 782529磁铁矿46 000 90 00056 6253 600 6 2005 110从表 1 可见，区内岩、矿磁性差异大，具备磁测圈定矿体的方法。2 1 2测线布设测线共布置 10 m，点距精测剖面 8 条，测线编号 100 800，线号增量 100;测线 100 200 线线距为 120 m，200 800 线线距为 100 m，方位 120，覆盖整个工作区。测线最长约 750 m，最短约 230 m;工作区西侧周边测线有所延长;测点编号 1000 1750。2 1 3测地工作剖面测地使用南方测绘仪器公司生产的动态 GPS，型号银河 1。坐标使用 CGCS2000 坐标系，中央经线 117，3 分带，利用瓦子庄已知控制点(见表 2)校正核对后，引至区内完成 TK 测地工作，本次工作布设控制点两个。表 2控制点坐标点号XYH位置备注KZ24 453 254 06039 586 343 75668 914省道 365 桥南小路西侧铁钉布设E 级KZ34 453 390 45139 586 309 47872 600省道 365 上高速路牌下西南铁钉布设E 级2 2频率成像法自然界中，任何物质都有其自身的固有频率。固有频率与多种因素有关:尺度、形状、密度、纵波速度、横波速度。地下各地质体也有其自身的固有频率。当一个宽频的震动传播到该地质体，特征固有频率能量将被放大，通过观测被放8912023 年 5 月第 45 卷第 3 期地下水Ground waterMay，2023Vol.45NO.3大的特征频率信号，对特征频率信号成像获得地下精细成像效果。工作区布置 6 条剖面，测线编号 L1 L6，线号增量 1;线距 60 185 m 不等，方位 103 5，覆盖整个工作区。依据工作区范围测线长短不一，最长 580 m，最短约 360 m，测点编号 1840 2490。3物探资料解译与分析3 1磁法测量根据本次磁测成果在矿区范围内圈定四个磁异常带，从西到东，从北到南依次为:CF号异常带发育于 600 线 1130点 800 线 1150 点一带;CF号异常带从 100 线 1150 点附近延伸至 600 线 1200 点一带;CF号异常从 200 线 1440 点附近延伸至 800 线 1360 点一带;CF号异常带从 200 线1570 点附近延伸至 600 线 1520 点一带。四个磁异常带均为北东走向。矿区范围内有多个老采坑。CF、CF、CF异常带穿过多个采坑，推测磁异常为磁铁矿引起。通过此次磁测范围圈出 4 个矿体异常带，CF号异常带异常一般，异常北东方向未完全控制，推测了北东走向的矿体一条。CF号异常带异常较窄，且异常峰值较低，在西南方向可能还有延伸，根据磁异常特征推测矿体较长，亦可能为多条矿体组成。CF号异常带异常连续性较好，异常峰值较低，异常延伸两侧均未完全控制，推断了两条矿体，结合异常特征，其可能为厚大或多条矿体。CF号异常带异常较好，异常强度大，位于限定区域东部边界，异常大部分位于外界，但地表多采坑，异常曲线多跳跃、不规则，推测深部铁矿可能已有开采活动。礠法勘测成果见图 2。本次工作推断工作区范围内尤其是 CF号异常带附近可能存在铁矿体。图 2磁法测量成果示意图图 3不同标高频率成像波阻抗等值线切面图3 2频率成像根据测区情况，结合剖面异常分布，选择剖面异常反应明显，且主要体现深部采空特征进行等深度切片形成平面数据，分别绘制了标高 50 m、0 m、50 m 及 100 m 波阻抗异常等值线平面图，对平面异常分布情况进行分析解译。工区地表标高在 60 70 m 间，标高 50 m 波阻抗等值线切面图反映了浅部波阻抗情况，基本以低值为主，局部有高于 100 g/cmms，反映了地层的不均匀性，工区越靠南部，不均匀性约明显，应是南部铁矿浅表开采回填较为严重所致，切面图见图 3 所示。由标高 0 m 波阻抗等值线切面图可以看出工区东部、北部两条明显的低值异常区，推断应为矿体情况、和深部开采的影响，形成条带状异常，命名 PM 0 1 PM 0 3。其中 PM 0 1 发育于 L5 和 L6 线西端;PM 0 2 发育于 L2和 L3 线西部，似 PM 0 1 延长方向;PM 0 3 位于工区东端，几乎贯穿整个工区，未延伸到 L6 线。由标高 50 m 和标高 100 m 波阻抗等值线切面图可见，以高波阻抗为主，值基本均大于 100 g/cmms，局部低值汇聚为低值中心，推断该两个标高段应为完整基岩区，其低值中心可能为采空或破碎带，特别是在标高 0 m 波阻抗等值线切面推断异常位置，故推断异常 PM 50 1 PM 50 3，其中 PM 50 1 发育于 L4 线西端，PM 50 2 和 PM 50 3 分别发育于 L5 线和 L3 线东部，三个异常均延伸到标高 100 m。另外，在标高 100 m 波阻抗等值线切面图中部有明显条带状低值区，穿过 L1 L3 线，推断应与铁矿体有关。为更好的了解异常选择三维建模软件，对异常进行了三维模拟显示，如图 4 所示。图中选取波阻抗值 100 g/cmms为限，构建了异常体的边界特征，其中标高 20 m 以浅为第四系及基岩风化层，局部波阻抗不均匀处，应反映了地表开采及回填;标高 20 m 以深为完整基岩段，推测低值包裹体应为采空或破碎带。图 4三维立体异常显示图表 3异常带统计序号异常编号异常分布异常标高/m平面异常1SL号异常带L3 线 SL3 1 L4 线 SL4 2 100 120PM 0 22SL号异常带L2 线 SL2 2 L3 线 SL3 2 50 60PM 0 2 西3SL号异常带L3 线 SL3 3 L4 线 SL4 2 L5 线 SL5 2 50 60PM 0 34SL号异常带L3 线 SL3 4 L4 线 SL4 4 60 90PM 0 3通过施工完成点距 5 m 剖面 6 条，共计 2 99 km，610 个频率成像测点。根据本次工作波阻抗剖面图和平面等值线变化特征，推断了采空异常区;由于体积效(下转第 253 页)991第 45 卷第 3 期地下水2023 年 5 月4对策建议(1)坚持节水优先，推进流域水资源节约集约利用。积极探索与流域水资源禀赋相适应的高质量发展新模式。全面实施深度节水控水行动，大力发展节水产业和技术2 3，总结推广沙雅县高效节水增收试点工作经验，大力推广高效节水灌溉技术，2025 年南疆节水灌溉面积达到 2 719 万亩，农业灌溉用水比重降到 92%以下。(2)健全体制机制，全面加强塔里木河流域水资源统一管理。推动河湖长制与流域委员会制度相结合，推动建立各层级兵地统一、同步推进的水资源协调管理机制，形成全面治理、协调联动、整体推动的工作格局。完成车尔臣河流域管理机构移交，开展渭干河流域管理机构移交前期工作，进一步健全由“四源一干”到“六源一干”的流域管理与区域管理相结合的水资源管理体制。(3)补齐水利工程短板，进一步增强流域水资源调蓄能力。按照“确有需要、生态安全、可以持续”的重大水利工程建设原则，推进一批对流域水资源合理配置具有重要作用的骨干水源工程建设，着力解决流域水资源时空分布不均、调控能力不足的问题4 5。加快建设玉龙喀什、大石峡、库尔干、奥库、莫莫克等大中型蓄水工程，加快推进玛尔坎恰提、庞纳子、枯木拔里等大中型蓄水工程前期工作，争取早日开工建设，尽快提升流域水资源调控能力，逐步形成合理配置和高效利用的水资源优化配置体系。(4)大力实施流域生态治理工程，不断巩固生态环境保护成果。一是合理确定流域国土空间开发空间布局，推进流域生态保护和修复，科学布局塔河下游及台特玛湖区域、叶尔羌河流域、艾西曼湖区域、和田河流域荒漠生态保护与修复工程等 4 个百万亩生态保护与恢复工程，实施好塔里木河重要源流区(阿克苏河流域)山水林田湖草沙一体化保护和修复项目。二是强化荒漠、绿洲交错区域保护，加强胡杨、梭梭、红柳等原生荒漠植被的保护力度，争取将符合条件的天然林全部纳入中央森林生态效益补偿或天然林补助范围。严格落实草原禁牧休牧和草畜平衡制度，使天然草原得休养生息。三是推进以国家公园为主体的自然保护地体系，整合优化自然保护地。完善流域农田林网化，深入开展乡村绿化美化工程。(5)尽快启动塔里木河流域综合治理二期工程，助力流域生态文明建设和高质量发展。在持续巩固提升塔里木河流域近期治理成果的基础上，着眼于流域生态环境依然严峻的现实状况，坚持山水林田湖草沙综合治理、系统修复，启动实施塔里木河流域综合治理二期工程，通过灌区节水改造、河道整治、生态闸工程、水源工程、生态工程、山区水库替代平原水库、信息化能力等工程与非工程建设措施，强化流域水资源的调配和管控能力，有效保障生态用水，修复源流区、干流上中游生态环境，提升流域生态系统质量和稳定性。5结语塔里木河流域具有自然资源丰富、生态环境脆弱的天然禀赋。水是塔里木河流域经济社会发展的命脉，要统筹推进水灾害、水生态、水环境、水资源系统治理，坚决落实好最严格水资源管理制度，严守“三条红线”，做好节水文章。要强化流域规划的引领作用，加快推进塔里木河流域综合治理二期项目实施，加快重大水利工程建设进度，加大流域管理机构与各地之间的联合执法力度。要守住水旱灾害防御底线，提升河湖管理水平，压紧压实各级河湖长责任，保障河湖生态流量水量，推进健康河湖建设。要不断深化改革，加快体制机制法治建设，深化流域管理改革。通过多措并举、共同发力，不断强化流域生态文明建设，努力提升流域生态文明建设质量，实现人与自然和谐共生、流域经济社会高质量发展。参考文献 1翟超，苏海波，焦宏波 干旱区内陆河流域水环境综合治理试点研究以和田河流域为例J 水利规划与设计 2022(7):87 91 2李秀平 黑茶山林区全流域综合治理初探J 山西林业 2022(S1):2 3 3杨继忠 基于流域水资源环境综合治理体系研究J 水利科学与寒区工程 2022 5(4):54 58 4朱桂娥，孙大勇，李星南 太湖流域水环境综合治理与长江水环境影响分析J 陕西水利 2022(2):20 23 5路文典，刘鹄 茅洲河全流域水环境综合治理方案及创新J水资源开发与管理 2022 8(1):34 39(上接第 199 页)应等影响，比实际体积应略大。综合剖面、平面及立体异常特征推断了表 3 四个异常带。4结语对两种物探结果综合分析判断如下异常区:(1)异常区:分布于工作区南部中间偏西部位，北东至南西展布，南北向长度 250 m 左右，东西宽 35 55 m 左右，集中分布于标高 60 m 左右(埋深 125 m)，南部工作区界外有延伸。对应矿体不明，综合判定该区域存在采空区或破碎带的可能，可通过钻探工程进行验证。(2)异常区:分布于工作区中部偏南部位，北东至南西展布，异常区域范围较小，南北长度 100 m 左右，东西宽 20 m左右，集中分布于标高 50 m 左右(埋深 115 m)，推断该区域存在铁矿体和存在采空区或破碎带的可能，可通过钻探工程进行验证。(3)异常区:分布于工作区东部偏南部位，北东至南西展布，异常区域范围较大，南北长度 500 m 左右，东西宽 150m 左右，异常分布于标高 80 m 以浅(埋深 145 m)，磁异常强度较高，可能存在 2 条铁矿体，且局部位置异常反映相互叠加，证实该区存在采空区的可能性极大，尤其是该异常东侧位置，异常强烈，应作为下一步钻探验证的重点区域。参考文献 1张俊英，王翰锋，张彬，等 煤矿采空区勘查与安全隐患综合治理技术J 煤炭科学技术 2013(10):76 80 2罗杨铭 采空区勘察物探技术应用研究J 西部资源 2021(14):56 60352第 45 卷第 3 期地下水2023 年 5 月