高密度电法在某石膏矿采空区的应用

高密度电法在某石膏矿采空区的应用
【摘要】通过高密度电法在在西善应村石膏矿采空区的应用，表明高密度电法可以大致查明采空区的范围和采空区的埋藏深度和分布情况，对勘探工作的布置有较好的指导作用，可以节省了大量的钻孔工作量，节省勘查成本。

【关键词】高密度电法；采空区；西善应村；温纳装置
0 引言
安阳县善应镇西善应村石膏矿采空区山体裂缝及地面塌陷影响着附近居民的生产生活和小南海水库的安全，一旦山体发生滑坡会造成不可估量的损失。

由于塌陷区内的石膏矿资料缺失，无法了解采空区的情况。

因而必须首先进行采空区勘察，而后提出具体治理对策。

勘察包括工程地形测绘、工程地质调查、物探、水文地质调查、钻探。

物探是采空区勘察的手段之一，任务是大致查明采空区的分布和埋深。

根据物探工作的任务结合本区地形地质情况，选择使用高密度电法。

1 采空区的地质背景
安阳县西善应石膏矿属安阳县善应乡管辖，该处位于太行山东南麓，地形属于剥蚀低山地貌。

地势西高东低。

在区域上出露的岩石为海相碳酸盐沉积建造中奥陶系马家沟组灰岩，根据沉积含角砾旋回，可分为7个沉积含角砾旋回。

在勘查区出露岩性主要为中奥陶系马家沟组灰岩第三岩性段（o23），分布于坡体之上；其次为第四系地层，主要为残、坡积物和沉积物，主
要分布于沟谷和坡前。

马家沟组灰岩第三岩性段（o23）自上至下岩性依次为致密状灰岩、泥灰岩、白云质灰岩，石膏夹角砾状白云岩。

详述如下：
灰岩（o23）：呈灰色、黑色，隐晶质结构，致密块状构造，呈层状，厚层状，主要矿物成份为方解石，次要矿物成份为白云石，还常见粘土、石英、长石、海绿石、铁的氧化物等，溶孔、溶隙发育。

地层产状102～130°∠21-27°。

岩石风化程度属强风化～中风化，岩石单轴饱和抗压强度45.0-66.8mpa，平均值53.9mpa，岩石坚硬程度属较硬岩，岩体完整程度定性分类属较破碎-较完整，岩体按结构类型划分属碎裂状结构～层状结构。

泥质灰岩（o23）：浅灰-土黄色，泥质结构，薄层状构造。

岩石主要由钙质和泥质组成，泥质颗粒极为细小，大都变成了细小鳞片状绢云母定向分布，石英磁铁矿均呈园状，大小0.03-0.1mm。

地层产状102-130°∠21-27°。

岩石风化程度属强风化，岩石单轴饱和抗压强度0.14-6.42mpa，平均值3.28mpa，岩石坚硬程度属软岩-较软岩，岩体完整程度定性分类属较破碎-破碎，岩体按结构类型划分属碎裂状结构-镶嵌状结构。

白云质灰岩（o23）：深灰色，隐晶质至显晶质结构，块状构造。

主要由白云石、钙质及少量的方解石组成，性硬脆。

岩石受到应力作用，发生破碎，把岩石碎成大小不等的碎块，破碎处被方解石细脉充填，但原岩结构清楚，岩石主要由白云石组成，白云石为晶粒状，大小0.06-0.1mm，相互结合分布，岩石中有少量细小裂隙，沿
裂隙被褐铁矿充填构成了缝合线，方解石为不规则粒状，大小
0.1-1mm。

地层产状102-130°∠21-27°。

岩石风化程度属中风化，岩石单轴饱和抗压强度72.1-170mpa，平均值121.05mpa，岩石坚硬程度属坚硬岩-较硬岩，岩体完整程度定性分类属较完整，岩体按结构类型划分属块状结构-层状结构。

石膏夹角砾状白云岩（o23）：石膏呈灰色，灰白色，分布于角砾状白云岩颗粒之间，石膏含量30-60%。

角砾状白云岩呈深灰色、局部黄色，隐晶质至显晶质结构，主要由白云石组成，白云石呈晶粒状，粒径温纳装置，它的电极排列规律是：a，m，n，b（其中a，b 是供电电极，m，n是测量电极），am=mn=nb=na为一个电极排列，随着间隔系数n由1（min）逐渐增大到n（max），四个电极之间的间距也均匀拉开。

该装置适用于固定断面扫描测量，其特点是测量断面为倒梯形。

野外工作时，检查电极的接地情况，使所有电极接地良好，接地电阻不超过2000ω。

观察数据采集，如有异常，查明原因重新采集。

4 高密度电法的工作的反演和解释
高密度电法的反演使用的是二维有限元最小二乘算法，可以带地形进行反演。

反演的断面为真电阻率断面。

12线为北东向平行裂隙方向的一条较为典型的高密度电法剖面。

剖面中马鞍形高阻区反映了采空区断裂带、冒落带和采空区的空隙中有空气存在，从而显示为高阻的特征；而采空区塌落部位显示为中低阻特征。

而北东部的采空区由于第四系沉积物的塌陷而显示为
低电阻率异常特征。

根据以上采空区电阻率特征圈定采空区如图1。

图1 12线反演电阻率断面图
图2 24线反演电阻率断面图
24线为北西向垂直裂隙方向的一条较为典型的高密度电法剖面。

剖面中马鞍形高阻区反映了采空区断裂带、冒落带和采空区的空隙中有空气存在，从而显示为高阻的特征；而采空区塌落部位显示为中低阻特征。

而南东部的采空区由于第四系沉积物的塌陷而显示为低电阻率异常特征。

根据以上采空区电阻率特征圈定采空区如图2。

对所有物探高密度电法进行综合，结合地质情况认为勘查区采空区范围为西北东南向宽255m、东北西南向长670m的舌状地带。

采空区深度在东部水库边缘地带一般在20m左右。

在西部低山地带采空区深度一般在80m左右。

其结果与后续地质钻探结果一致。

5 结论
高密度电法能够大致查明采空区的范围和采空区的埋藏深度和
分布情况，在该区采空区勘查中，以较小的代价取得了对勘查区采空区整体认识，对勘查工作的布置有较好的指导作用，节省了大量的钻孔工作量，起到了节约勘查成本的作用。

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