高密度电法在电站选址中的应用

付 波, 朱志勇

(江西省地质调查勘查院，江西 南昌 330001)

在某电站选址时，工程勘察阶段发现站址内有多处前人开采的小煤矿痕迹，同时钻孔揭露一处疑似老窑空洞。为探明拟建站址内采空区分布情况，避免生产事故，须对拟建站址进行物探勘察工作。根据地质任务的要求综合分析，拟采用高密度电法进行本次物探勘察。

1.1 地质概况

根据实地地质调查和钻孔资料，工区主要地层有二叠系下统茅口组上段(P1m3)炭质灰岩、二叠系上统龙潭组下段(P2la)凝灰质粉砂岩与炭质页岩(夹煤层)、第四系中更新统残积层(Q2el)粉质黏土混碎石，第四系中更新统坡积层(Q2dl)粉质黏土及第四系全新统人工堆积层(Q4ml)素填土。工区出露地层按地质年代由新到老分述如下：

(1)第四系全新统人工堆积层(Q4ml)

第①层素填土：灰色、灰黑色，稍湿，松散，填土主要为20世纪90年代挖煤堆积的炭质页岩、煤矸石混少量黏性土，欠固结。场地主要分布在老采煤口周边,厚度0.3～2.0 m。

(2)第四系中更新统坡积层(Q2dl)

第②层粉质黏土：黄褐、红褐色、湿、可塑，局部呈软塑状，且混少量的碎石，黏性一般，干强度中等，韧性中等，无摇震反应，稍有光泽。表层0.2 m为耕植土，土质疏松，夹有植物根系。

(3)第四系中更新统残积层(Q2el)

第③层粉质黏土混碎石：黄褐色，硬塑，局部呈可塑—硬塑，黏性较好，干强度中等，韧性低，有光泽，混杂部分碎石，粒径2～4 cm，呈棱角状，主要成分为砂岩及页岩风化碎屑。表层0.4 m为耕植土，土质疏松，夹有植物根系。

(4)二叠系上统龙潭组下段(P2la)

第④-1层凝灰质粉砂岩与炭质页岩互层：灰黑、灰褐色，全风化，原岩组织结构已完全破坏，矿物颜色已全改变，光泽消失，呈硬塑土状、密实砂土状、碎石土状，局部夹薄煤层。

第④-2层凝灰质粉砂岩与炭质页岩互层：灰黑、灰褐色，强风化，原岩组织结构大部分已破坏，主要矿物成分为黏土矿物、碎屑矿物及后生矿物。

(5)二叠系下统茅口组上段(P1m3)

第⑤-1层炭质灰岩：青灰、灰黑色，强风化，原岩组织结构尚存，节理裂隙发育，部分被方解石脉充填，岩芯呈碎石块状、饼状，局部夹煤层，偶见小溶蚀，溶蚀内可见煤屑充填。

第⑤-2层炭质灰岩：灰黑、灰褐色，中等风化，节理裂隙发育，可见方解石脉充填，岩芯呈短柱状或柱状，局部夹煤层，小溶槽发育，溶槽内可见煤质充填。

1.2 地球物理特征

不同的岩石具有不同的物理性质(如密度、导电性、弹性等)，这是物探工作的理论基础和物理前提，也是物探工作进行地质解释的根本依据。

从钻孔揭露情况来看，本区揭露的第四系地层主要由素填土、粉质黏土和碎石等组成，成分比较复杂，电阻率变化较大，一般从几欧姆到几千欧姆；
第四系下伏基岩主要为二叠系龙潭组煤系地层，岩性为凝灰质粉砂岩与炭质页岩互层；
龙潭组煤系地层下伏地层是茅口组炭质灰岩。通常情况炭质岩层电阻率范围为1～102Ω·m，凝灰质砂岩电阻率范围为102～103Ω·m，电阻率普遍偏低。钻孔ZK09揭露一约2 m高疑似老窑的空洞，充填物为软塑黏性土及少量灰岩碎石。

2.1 测网布置

本次测区内4条测线呈平行布置。测量工作主要是根据已知控制点为起算点，各测线起点、终点坐标在地形图上量取，采用RTK(Real-time Kinematic，实时差分)进行各测线、测点的放样工作。测点均采用木桩固定，并设立了明显红色旗子标志。

2.2 施工参数

本次施工参数为：一次布置两根电缆，排列电极60根，电极间距5 m，排列长度295 m。

3.1 试验工作

到达野外站址后，为确定采空区的异常形态及特征，首先往往选择有钻孔控制且揭露采空区的剖面开展测量工作。

由于ZK09位于设计的T2测线上，并且已揭露了2 m空洞，因此首先开展T2测线测量工作。可清楚看到在ZK09位置深约18 m处，确实呈现了一较大范围的低阻闭合圈异常，推断为2 m高的空洞异常反映(图1)；
该处低阻异常圈范围较大，在145～170 m均表现为低阻异常，从工区地质资料了解到此处基岩地层为炭质岩层，具有较低电阻率特征，推断整体为空洞的依据不可靠；
同时钻孔揭露2 m高空洞存在于二叠系茅口组地层，该段地层无煤层发育，应该为炭质灰岩内发育的溶洞。综上分析，在基岩下方较大范围的低阻异常为炭质岩层，为较大范围采坑的可能性较小。

图1 T2线高密度测量反演结果

其次，对经过钻孔较多的测线T3线进行了野外物探工作，表层橙黄色较高为第四系地层的反映(图2)，说明第四系地层成分复杂，中下部大片蓝色低阻体推断为含泥含炭质较高的煤系地层。根据钻孔资料揭露，ZK15在3.4 m处开始见基岩，9.2～9.5 m处可见0.3 m厚的煤层；
ZK13在4.4 m处见基岩，9.9～10.1 m处可见0.2 m厚的煤层；
ZK10在2.7 m处见基岩，3.6～4 m处可见0.4 m厚的煤层；
ZK07在4.8 m处见基岩，4.8～5.1 m处可见0.3 m厚的煤层；
ZK05在1.7 m处见基岩。钻孔资料显示，ZK15和ZK13相隔不远且都在T3线上，第四系土层厚度和煤层线都有一定的延续性，ZK10和ZK07相隔也不远，且都在T3线上，煤层线具有一定的延续性。反演电阻率在横向上延续性也较好，与钻孔揭示的地层情况基本吻合。

T2、T3测线反演断面图和钻孔的对比分析表明：钻孔约束的情况下，反演解释得到了较好的验证，推断解释较可靠。

3.2 推断解释成果

拟建站址所在区域属于二叠系龙潭组(P2l)煤系区，下伏炭质页岩与凝灰质粉砂岩互层局部夹有薄煤层、炭质灰岩。本次勘探过程中，拟建站址范围内及周围分布有13个老采煤口，站址区就有10个老采煤口，其中9个已经塌陷，一个保存较好；
采空区主要是20世纪90年代开采所致，横向坑道以东西向为主(推测与煤层走向相同)，开采深度在10～30 m之间，支护方式主要采用木头进行简易支护或没有采用支护措施，推断开采系个人乱采行为。由于无资料记载，采空区埋藏深度、分布规律无法考证。

测区布置四条平行测线，通过数据处理，并对比钻孔资料，综合分析解译异常。T1线在109～115 m位置，埋深约10.5 m，标高64～67 m，有一异常宽度约为6 m的采空区异常(图3)。T2线在113～117 m位置，埋深约8 m，标高62～64 m，有一异常宽度约为4 m的采空区异常；
在142～160 m位置，埋深约18 m，标高52～55 m，有一异常宽度约为18 m的溶蚀发育区；
在148～150 m位置，埋深约4.5 m，标高66～69 m，有一异常宽度约为2 m的采空区异常；
在184～188 m位置，埋深约4.8m，标高67～69 m，有一异常宽度约为4 m的采空区异常；
在193～197 m位置，埋深约4.9 m，标高66～68 m，有一异常宽度约为4 m的采空区异常(图1)。T3线在118～125 m位置，埋深约6.5 m，标高58～61 m，有一异常宽度约为7 m的采空区异常；
在132～137 m位置，埋深约6.8 m，标高58～60 m，有一异常宽度约为5 m的采空区异常；
在146～148 m位置，埋深约4.4 m，标高62～65 m，有一异常宽度约为2 m的采空区异常(图2)。T4线在104～110 m位置，埋深约8.0 m，标高52～55 m，有一异常宽度约为6 m的采空区异常(图4)。

图2 T3线高密度测量反演结果

图3 T1线高密度测量反演结果

图4 T4线高密度测量反演结果

将根据各测线解释得到的采空区异常位置投影到平面图上，然后根据各测线岩溶异常区在平面上的相互关系，组合成采空区异常的平面分布，共发现5个异常区(图5)：异常区一(YC1)位于T1线和T2线，推断为采空区异常，发育标高为62～67 m；
异常区二(YC2)位于T3线，推断为一采空区异常，埋深4.4～6.8 m，发育标高为58～65 m；
异常区三(YC3)位于T4线，推断为一采空区异常，埋深8 m，发育标高为52～55 m；
异常区(YC4)位于T2线，推断为一溶蚀发育区(局部发育小型充填溶洞)，宽度18 m，埋深18 m，发育标高为53～57 m；
异常区五(YC5)位于T2线，推断为采空区异常，宽度约为4 m，埋深5 m，发育标高为67～69 m。

图5 研究区高密度测量推断采空区平面图

通过在本测区布置的4条测线，推断采空区异常4个，主要分布在拟建站址的中南部，从地表采坑可以看出，测区范围内乱挖乱采严重，从高密度电法勘察结果分析，除了异常区一存在巷道开采的可能，其余3个采空区异常均未形成开采规模；
推断溶蚀发育区(局部发育小型充填溶洞)1个，溶蚀异常发育，且有一个2 m高的溶洞，但因炭质岩层影响，物性差异较小，难以分辨，只能对ZK09周边低阻异常进行圈定。

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