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【摘要】地下采空区在多矿地区的工程地质勘查中十分常见，因其地质条件复杂，仅采用传统钻探方法在点线上揭示目的物很难完整的反映岩土层在地下空间的展布情况，而物探以其轻便、经济、迅速，能够及时解决工程地质测绘中难于推断又急待了解的地下地质情况的优点，被广泛的应用到地下采空区的工程地质勘查中。文章结合工程实例，初步探讨了物探方法在地下采空区工程地质勘查中的應用。
【关键词】工程地质勘查；物探；钻探；地下采空
1.工程物探
物探是地球物理勘探的简称，它是以专门仪器来探测地表层各种地质体的物理场，从而进行地层划分，判定地质构造、水文地质条件及各种物理地质现象的一种勘探方法。
相比钻探和坑探等直接勘探手段，物探方法是一种间接勘探手段，其原理是由于地质体具有不同的物理性质和物理状态，如导电性、弹性、磁性、密度、放射性、含水率、裂隙性、固结程度等，根据这种差异来判定地下各种地质体的空间展布情况（大小、形状、埋深等），所探测的地质体各部分之间以及该地质体与周围地质体之间的物理性质和状态的差异越明显，使用该法获得的结果就越好。
目前工程中常用的物探方法有电法勘探（电测深法、电剖面法、高密度电法、自然电场法、充电法、激发极化法、可控源音频大地电磁测深法、瞬变电磁法）、探地雷达（剖面法、宽角法、环形法、透射法、单孔法、多剖面法）、地震勘探（浅层折射波法、浅层反射波法和瑞雷波法）、弹性波测试（声波法、地震波法）、层析成像（声波层析成像、地震波层析成像、电磁波吸收系数层析成像、电磁波速度层析成像）。
2.工程实例
淄博市淄川区罗村镇洪六变电站位于淄博市老煤矿采区，地下极有可能存在采空区域，但由于煤层开采年数已久，开采情况（采厚、开采方式、开采程度等）已无从调查，若采用钻探方法对采空进行探查，不仅要求钻孔分布范围广，还要求每个钻孔深度大，因为该地区采空区一般都在地下40米以下。此时，钻探工作就显得费时费力，效率较低，所以在进行钻探或者坑探之前，采用物探方法对场区周围地质环境的采空情况进行探查有利于减少钻探工作量，降低勘探总造价。
该工程物探方法为直流激电电测深，采用四极装置。为了保证的探测质量，供电电极采取了中间加密供电电极的措施。大地选频剖面点距5米，不同频率反映不同深度。从剖面小号到大号施工为正向测量，从大号到小号施工为反向测量。剖面测点位置图如图1所示：
图1物探剖面测点位置图
其中，激电电阻率测深，电阻率异常，低值反映土层软弱、岩石破碎，高值异常反映岩石坚硬完整性好和保存完好采煤巷道。极化率异常，低值反映地下空虚，高值反映煤层的存在。极化率衰减度异常，高值反映地下空虚无水，低值反映地下岩土层密实，含有一定水分。大地选频高值反应了采矿巷道，低值反应采空塌陷。低值中的小高值反应面积性开采中的巷道。选频曲线f1～f3同步上升和下降说明采矿巷道保存良好；选频曲线f1～f3不同步上升和下降，说明采矿巷道保存不好，局部坍塌；选频曲线f1～f3不同步上升和下降，并且分离性大，说明采矿巷道已坍塌和无规则开采。由于篇幅限制，仅列出1号大地选频剖面图（图2）和3号激电选频剖面图（图3）所示；
正向测量反向测量
图21号大地选频剖面图
图33号激电选频剖面图
3号激电剖面（图3），剖面深度10~35米之间有低阻异常，推断为采煤塌陷导致的软弱地层。30米点深70米往下高阻异常，推断为采煤巷道。10米点和40米点电阻率异常值低处，反映了开采塌陷程度较高。10米点，深25米高极化异常，反映了地下局部有空洞。
通过对上述物探资料的分析，推断得出物探综合平面图如图4所示：
图4物探综合平面图
对物探资料进行推断分析可以初步得出场地的地下工程地质情况：
2.1该场地地下煤层已普遍开采，只是开采的程度不同。
2.2场地内发现的北北西向采煤巷道，深度大于70米。巷道保存良好，巷道内淤泥已充填，其上部地层稳定，对地表几乎没有影响。
2.3场地内由于采煤引起上部岩层坍塌、冒落、岩层弯曲，导水裂隙发育，形成软弱地层作用地表下10～35米之间。中心软弱地层15～25米。整个场地普遍存在软弱地层。
2.4场地主要建筑物40×11.5米，西北角受深部采煤影响。
物探结论较好的给出了所堪项目范围内地下岩土体的形态、规模以及分布的界定，这就避免了采用直接勘探方法在整个场地布设较多的钻探孔的巨大工作量，只需要在物探结果的基础上，对所界定的采空区域进行钻探验证，根据验证情况，并考虑拟建建筑物对地基承载力的要求，对采空区域提出合理的方法即可。
3.结论
实践证明，物探可以简便而迅速地探测地下地质情况，又可为直接勘探工作的布置指出方向。虽然物探方法因易受非探测对象和仪器精度的影响，使其结果具有多解性，必须通过勘探来验证，使其在工程中的应用受到限制，但是，对于一个未知的勘探区域，先期投入物探方法有如下优势：
3.1利用物探方法可准确探明复杂的基岩面起伏状况，从而可实现合理布置钻孔工作量。
3.2利用物探方法可在地下采空区探测复杂的采空分布状况，钻探可依据物探成果灵活布置，二者结合可对勘测区域内的采空分布情况全面掌握。
3.3利用物探方法可准确探测地下人工设施的地下赋存情况，当地下人工设施规模较小时，投入大量的钻探工作量几乎无任何经济性可言。
3.4在水域勘察中，利用物探方法可探测水下地层变化情况，可大大降低钻探的工作量，节约成本。
总之，物探方法是用前期的小投入换取后来的钻探小投入，从而降低勘探的总成本的一种功省效宏的勘察手段。目前，物探在岩土工程勘察中的作用已经被大多数勘察工作者接受并给予重视，尤其是在地下采空区、岩溶区，利用物探与钻探相结合的方法进行勘察是提高效率，降低造价的行之有效的方法。若能在布置外业时取全取准物探解释所需的各类约束资料，便可以大大降低物探解释的多解性，使物探成为地下采空区岩土工程勘察发展的新方向。■
【参考文献】
［１］范维强,李君源.物探与钻探方法相结合在工程地质勘查中的应用［J］.西部探矿工程,2005增刊(总第111期).
［２］肖长安,何世聪,刘成,吴宗宇.综合物探方法在岩土工程勘察中的应用［J］.云南建筑,2010,(4).
［３］隋海波,戴鹏燕.空洞探测的工程物探方法浅析［J］.矿业科学技术,2004,01.
【关键词】工程地质勘查；物探；钻探；地下采空
1.工程物探
物探是地球物理勘探的简称，它是以专门仪器来探测地表层各种地质体的物理场，从而进行地层划分，判定地质构造、水文地质条件及各种物理地质现象的一种勘探方法。
相比钻探和坑探等直接勘探手段，物探方法是一种间接勘探手段，其原理是由于地质体具有不同的物理性质和物理状态，如导电性、弹性、磁性、密度、放射性、含水率、裂隙性、固结程度等，根据这种差异来判定地下各种地质体的空间展布情况（大小、形状、埋深等），所探测的地质体各部分之间以及该地质体与周围地质体之间的物理性质和状态的差异越明显，使用该法获得的结果就越好。
目前工程中常用的物探方法有电法勘探（电测深法、电剖面法、高密度电法、自然电场法、充电法、激发极化法、可控源音频大地电磁测深法、瞬变电磁法）、探地雷达（剖面法、宽角法、环形法、透射法、单孔法、多剖面法）、地震勘探（浅层折射波法、浅层反射波法和瑞雷波法）、弹性波测试（声波法、地震波法）、层析成像（声波层析成像、地震波层析成像、电磁波吸收系数层析成像、电磁波速度层析成像）。
2.工程实例
淄博市淄川区罗村镇洪六变电站位于淄博市老煤矿采区，地下极有可能存在采空区域，但由于煤层开采年数已久，开采情况（采厚、开采方式、开采程度等）已无从调查，若采用钻探方法对采空进行探查，不仅要求钻孔分布范围广，还要求每个钻孔深度大，因为该地区采空区一般都在地下40米以下。此时，钻探工作就显得费时费力，效率较低，所以在进行钻探或者坑探之前，采用物探方法对场区周围地质环境的采空情况进行探查有利于减少钻探工作量，降低勘探总造价。
该工程物探方法为直流激电电测深，采用四极装置。为了保证的探测质量，供电电极采取了中间加密供电电极的措施。大地选频剖面点距5米，不同频率反映不同深度。从剖面小号到大号施工为正向测量，从大号到小号施工为反向测量。剖面测点位置图如图1所示：
图1物探剖面测点位置图
其中，激电电阻率测深，电阻率异常，低值反映土层软弱、岩石破碎，高值异常反映岩石坚硬完整性好和保存完好采煤巷道。极化率异常，低值反映地下空虚，高值反映煤层的存在。极化率衰减度异常，高值反映地下空虚无水，低值反映地下岩土层密实，含有一定水分。大地选频高值反应了采矿巷道，低值反应采空塌陷。低值中的小高值反应面积性开采中的巷道。选频曲线f1～f3同步上升和下降说明采矿巷道保存良好；选频曲线f1～f3不同步上升和下降，说明采矿巷道保存不好，局部坍塌；选频曲线f1～f3不同步上升和下降，并且分离性大，说明采矿巷道已坍塌和无规则开采。由于篇幅限制，仅列出1号大地选频剖面图（图2）和3号激电选频剖面图（图3）所示；
正向测量反向测量
图21号大地选频剖面图
图33号激电选频剖面图
3号激电剖面（图3），剖面深度10~35米之间有低阻异常，推断为采煤塌陷导致的软弱地层。30米点深70米往下高阻异常，推断为采煤巷道。10米点和40米点电阻率异常值低处，反映了开采塌陷程度较高。10米点，深25米高极化异常，反映了地下局部有空洞。
通过对上述物探资料的分析，推断得出物探综合平面图如图4所示：
图4物探综合平面图
对物探资料进行推断分析可以初步得出场地的地下工程地质情况：
2.1该场地地下煤层已普遍开采，只是开采的程度不同。
2.2场地内发现的北北西向采煤巷道，深度大于70米。巷道保存良好，巷道内淤泥已充填，其上部地层稳定，对地表几乎没有影响。
2.3场地内由于采煤引起上部岩层坍塌、冒落、岩层弯曲，导水裂隙发育，形成软弱地层作用地表下10～35米之间。中心软弱地层15～25米。整个场地普遍存在软弱地层。
2.4场地主要建筑物40×11.5米，西北角受深部采煤影响。
物探结论较好的给出了所堪项目范围内地下岩土体的形态、规模以及分布的界定，这就避免了采用直接勘探方法在整个场地布设较多的钻探孔的巨大工作量，只需要在物探结果的基础上，对所界定的采空区域进行钻探验证，根据验证情况，并考虑拟建建筑物对地基承载力的要求，对采空区域提出合理的方法即可。
3.结论
实践证明，物探可以简便而迅速地探测地下地质情况，又可为直接勘探工作的布置指出方向。虽然物探方法因易受非探测对象和仪器精度的影响，使其结果具有多解性，必须通过勘探来验证，使其在工程中的应用受到限制，但是，对于一个未知的勘探区域，先期投入物探方法有如下优势：
3.1利用物探方法可准确探明复杂的基岩面起伏状况，从而可实现合理布置钻孔工作量。
3.2利用物探方法可在地下采空区探测复杂的采空分布状况，钻探可依据物探成果灵活布置，二者结合可对勘测区域内的采空分布情况全面掌握。
3.3利用物探方法可准确探测地下人工设施的地下赋存情况，当地下人工设施规模较小时，投入大量的钻探工作量几乎无任何经济性可言。
3.4在水域勘察中，利用物探方法可探测水下地层变化情况，可大大降低钻探的工作量，节约成本。
总之，物探方法是用前期的小投入换取后来的钻探小投入，从而降低勘探的总成本的一种功省效宏的勘察手段。目前，物探在岩土工程勘察中的作用已经被大多数勘察工作者接受并给予重视，尤其是在地下采空区、岩溶区，利用物探与钻探相结合的方法进行勘察是提高效率，降低造价的行之有效的方法。若能在布置外业时取全取准物探解释所需的各类约束资料，便可以大大降低物探解释的多解性，使物探成为地下采空区岩土工程勘察发展的新方向。■
【参考文献】
［１］范维强,李君源.物探与钻探方法相结合在工程地质勘查中的应用［J］.西部探矿工程,2005增刊(总第111期).
［２］肖长安,何世聪,刘成,吴宗宇.综合物探方法在岩土工程勘察中的应用［J］.云南建筑,2010,(4).
［３］隋海波,戴鹏燕.空洞探测的工程物探方法浅析［J］.矿业科学技术,2004,01.