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-D高密度電法勘探應用實例

在這壹節,我們來看壹些2-D高密度電法勘探的例子。

4.3.1 地下水探測

該測線數據是由丹麥Aarhus大學地球科學系完成的Grundfor區近地表松散沈積物和地下含水層中的巖性探測結果(Christensen et al.,1994)。反演模型中的低電阻率區(圖4.28)為第四紀冰川粘土沈積層,而高電阻區則是砂質沈積層,並沿測線布置了壹些鉆孔,探測結論得到了證實。

溫納(Wenner)γ裝置(或稱為差分裝置,圖1.6c)有壹個相對不尋常的布設方式,供電電極和電位電極相互交錯,相對於溫納(Wenner)α、β裝置來說,在實際勘探中,溫納(Wenner)γ裝置很少使用。但是,在某些情況下,該裝置可能會有壹些優勢,探測深度明顯高於溫納(Wenner)α裝置(0.59a與0.52a相比,見表3.2),然而電位電極比α裝置少33%,相比而言,溫納(Wenner)β裝置的觀測電壓是γ裝置的1/3,在噪聲嚴重的環境下,該裝置是比較有利的。圖4.29a為溫納(Wenner)γ裝置在尼日利亞(Acworth,1981)Bauchi地區地下水探測的擬斷面圖。在該地區,地下水常見於結晶基巖的上覆風化層中,風化層較厚地區的基巖裂隙是含地下水良好的目標。在該地區,采用溫納(Wenner)α,β和γ裝置進行了探測,同時使用Geonics EM34-3系統的電磁剖面探測(Acworth,1987),此處,作為壹個例子,僅給出了溫納(Wenner)γ裝置數據結果。為了突出土壤層和基巖之間的邊界,使用了穩健反演技術。反演模型如圖4.29b所示,低電阻率的風化層厚度壹般為10~20 m,在樁號為190的下方有壹不足20 m寬的垂直狹窄的低電阻率區域,可能是基巖裂隙帶,在基巖裂隙帶邊緣,樁號為175的地方布設了壹口鉆井,出水量低於預期結果(Acworth,1987),在這種情況下,2-D電阻率模型對裂隙區中心位置精確定位將是有有益的,可以改善井的出水量。

圖4.28 實測視電阻率視剖面及反演模型

圖4.29 Bauchi地區地下水探測

4.3.2 巖脈探測

在圖4.30的上部靠近剖面中間部位,巖脈出現了壹個較為突出的高電阻率區域(Dahlin,1996)。在這套數據中,相對於較低的巖脈剖面來說,高阻巖脈的寬度遠小於埋藏深度,反演非常困難,所以,淺層部位沒有得到很好的解決,如果使用較小的阻尼因子,將會導致模型剖面中的電阻率值振蕩。要反演這套數據,垂向平滑濾波值應該設置為橫向濾波值的兩倍,因為巖脈主要在垂向上,由於火成巖巖脈和周邊的沈積巖之間的電阻率差異明顯,使用了強制模型反演技術,在模型剖面中,巖脈表現為壹個較突出的垂向高阻異常體。

圖4.30 Odarslov巖脈實測視電阻率視剖面及反演模型

圖4.31 滑坡勘探實例

4.3.3 滑坡探測

馬來西亞所面臨的壹個自然災害問題是山體滑坡,由於積水範圍內的部分斜坡變得十分脆弱,從而誘發滑坡,圖4.31為在壹低阻山體滑坡地段上進行探測的結果,基巖(花崗巖)風化後,生成砂土與粘土相混合的不均勻物質。從反演處理結果來看,測線中心下方的低阻區較為突出,這可能是由於積水造成了電阻率降低,小於600Ω·m。為了加固邊坡,就必須從該區域抽出多余的水,因此,對地下積水區域精確成像顯得非常重要。

4.3.4 廢舊工廠用地探測

在工業國家,壹個常見的環境問題就是廢棄的工業用地汙染治理,這些用地還可以恢復,因此,有必要對埋在地下的老工業材料(如金屬和混凝土塊)進行成圖。這些地區另壹個問題是工廠地下的化學汙染物,由於場地的自然現狀,地下往往是非常復雜的,對大多數地球物理方法來說是壹個挑戰。圖4.32是壹個廢棄工業用地垃圾滲漏液探測例子,探井較少,地面的廢棄物正通過汙物潟湖流入到地下砂巖內(Barker,1996),並從附近的小溪看到了滲透出的垃圾滲濾液,但是,該地下汙染程度還不清楚。

圖4.32 工業汙染實例

沿著潟湖和小溪之間的老鐵路路基進行高密度電法勘探,金屬鐵軌已拆除,但是部分嵌入地下的裝載瀝青大金屬托架依然存在。在視電阻率剖面中(圖4.32a),受汙染的地下水聚集區顯示為低阻,在測線樁號140右側;金屬物托架為壹 “V” 字形低阻異常,測線樁號90附近。從反演模型(圖4.32b)來看,反演處理已經成功重建了金屬物在近地表正確的形狀;在剖面右半部分有壹低阻異常區域,由受汙染的地下水所引起,依據剖面可以清晰地圈定出羽狀邊界在樁號140處,汙染區域似乎已擴大至30 m深的地方。

4.3.5 粘土層洞穴探測

該項探測的目的是為了查清粘土層下8~20英尺(ft)處砂巖層中的洞穴,隨後的鉆井證實了高密度電阻率法探測的結果。此次探測的壹條測線視剖面如圖4.33a所示,該剖面中的數據采用橫向重疊測線探測。這次探測,壹個有趣的特點是展示了視剖面的誤導性,尤其是對偶極-偶極(dipole-dipole)排列裝置,在反演模型中,在200英尺以下存在壹高阻異常,可能是壹個低阻粘土層中的洞穴(圖4.33b),在剖面中有塌陷特征的數據區域為壹條裂隙。

但反演模型中的單元靈敏度值圖表明,在視剖面中,該區域高阻體的模型單元(即更可靠的模型電阻率值)比在同壹深度有更多數據點的鄰近地區有更高的靈敏度值(圖4.33c),這種現象是由於偶極-偶極(dipole-dipole)排列裝置靈敏度等值線的不同所造成的,這些有最高靈敏度值的區域下方是C1-C2和P1-P2偶極,而並不是在排列中心下面的成圖點。如果模型單元僅放置在數據點的位置,反演模型中將失去高阻體,這壹地下重要的特征就可能不會被發現。

圖4.33 粘土層中洞穴探測

4.3.6 抽水試驗

在英格蘭東中部的Hoveringham地區進行了抽水試驗高密度電阻率法探測,該含水層為砂子和礫石層上覆泥巖,圖4.34為初始時的電阻率擬斷面、模型剖面和抽水220 min後的模型剖面,圖4.35為抽水試驗開始後40,120,220 min後的電阻率相對變化情況。

圖4.34 Hoveringham抽水試驗(英國)

圖4.36清晰顯示隨抽水時間的推移,高電阻率值區域在增加,通過阿爾奇定律,並假設水的電阻率值不隨時間變化,可以估計含水飽和度的變化情況,圖4.36為含水層中的含水飽和度的降低情況,由於阿奇定律假設導電性由含水量單獨引起,如果地下存在粘土,含水飽和度很可能比真實值低。

4.3.7 水下移動電極勘探

與傳統的方法相反,實際可以在水下進行電阻率勘探,即使是海洋環境,這個例子是壹套不尋常的數據,並且對任何電阻率成像反演軟件來說均值得挑戰,它不僅物理長度和電極位置數最長,而且還使用壹個不同尋常的高度不對稱的非傳統電極布設,水下移動觀測系統采集數據。移動觀測系統具有觀測速度較快的優勢,但在陸地上電極與地面接觸不理想(直接接觸式)或信號強度低(對於靜電型)。水下環境提供了壹個直接接觸式移動系統的理想環境,因為幾乎不存在電極接觸不良的問題。

圖4.37a為壹條沿河進行勘探的測線,長18km,該項勘探由比利時Sage Engineering承擔,其目的是摸清河床近地表巖性,進而計劃鋪設電纜。這套數據***7479個電極位置和6636個數據。在反演模型(圖4.37b)中,河床大部分物質電阻率小於120Ω·m,其中近地表幾個區域的物質的電阻率明顯較高,超過150Ω·m,不幸的是,在這個區域的地質信息相當有限。在高電阻率地區,潛水員面臨的問題是取得沈積物標本;低電阻率的物質可能是較多的相幹沈積物(可能有淤泥/粘土砂),而高電阻率區域可能是粗糙,並且是不太相幹的物質。

圖4.35 Hoveringham地下抽水試驗電阻值相對變化百分比a—抽水40 min後反演模型剖面;b—抽水120 min後反演模型剖面;c—抽水220 min後反演模型剖面為了突出地下電阻率的變化,在模型中電阻率的變化顯示出來,請註意,井孔下的模型電阻率隨時間增加

4.3.8 水面浮動電極勘探

這項探測是沿著經過康涅狄格州的泰晤士河(美國),通過船尾拖動水面漂浮電纜進行的。該電纜固定2根供電電極和9根電位電極,觀測采用壹套8通道電阻率儀系統,在探測過程中,水深和水的導電率也進行了觀測,采用偶極-偶極(dipole-dipole)裝置,但是,在電位偶極與供電偶極長度不相同的時候,采用非對稱布設采集數據。圖4.38a為壹條測線的視電阻率擬斷面,沒有采用特殊約束獲得的反演模型(圖4.38b),由於數據中存在噪聲,模型內部分地方出現水層落差的假象,當河底物質成高阻時,該模型是相當準確的;但是,在低阻地區,精確程度就受到壹定的影響,這些問題不會出現在水層電阻率固定的反演模型中(圖4.38c)。

圖4.39為壹次沿巴西聖弗朗西斯科河勘探的模型單元和水底邊界的布設情況。此次勘探裝置為偶極-偶極(dipole-dipole)裝置,偶極距為5 m,但是,數據采集時,采用每個正常單位電極距(1 m)讀壹個數,為了減少模型單元的數量,同時考慮到這種勘探的分辨率不可能超過半偶極長度,因此,該模型的單元格寬度設置為3倍單位電極距,即整個剖面上的單元格寬度基本上為3 m。視電阻率剖面和反演模型如圖4.40所示,反演時,水層的電阻率變化減小到最低限度,因此,水層電阻率壹般不均勻,除了測線左側,因為那裏數據點不多,在190~220m之間顯示,河床近地表沈積物成低阻。

圖4.36 利用阿爾奇定律進行Hoveringham抽水試驗法

4.3.9 考古探測

晉陽古城遺址是太原宋代以前舊城遺址,位於太原市晉源區,自春秋末趙簡子家臣董安於始築,已有2500余年的歷史。由於古城遺址內容豐富,遺址特征復雜,如古城墻具有占地範圍大、埋藏較深、夯土構建、土質雜亂且堅硬,護城河具有占地範圍大、埋藏較深、所含物質成分主要是泥質粉砂、含水豐富、物質比較均勻、成層性較好,而對於淺層古文化遺跡,主要是古建築基址、古代人類活動文化層等等,這些文化遺跡層與原始未擾動地層都有非常明顯的物性差異,尤其是電性(電阻率、磁導率等)與非文化層存在相當大的差異;另外,晉陽古城坐落在山前(龍山與蒙山)沖洪積扇上,古城底基由於分選性差,而且物質不均勻,砂礫層空隙度較大,含水相對較少等特點,這就為應用高密度電法探測技術探測在晉陽古城考古提供了非常好的地球物理前提和基礎。

圖4.37 水下河床探測4次叠代反演模型(Sage Engineering,Belgium)

圖4.38 泰晤士河(CT,USA)浮動電極調查

采用溫納(Wenner)α裝置,在勘探區布設了壹條點距為6 m的高密度電法測線進行探測,除擔負摸清護城河與古城墻的電性規律外,還肩負探清該區域砂礫層厚度和潛水面深度。由於古城墻就地取土,夯土構建,土質雜亂且堅硬,在電性上主要表現為高阻異常,雖然現在護城河年代已久,被廢棄了,甚至被土掩埋,但所含物質成分主要是泥質粉砂,含水豐富,因此,常表現為低阻異常。由於潛水面以下含水相對豐富,電阻率表現為低阻,從圖4.41可清晰看出,該區域西邊在36 m以下,東邊大概在24 m以下,即有西深東淺的分布特點,成壹斜坡狀分布趨勢,視電阻率均比較低,可斷定為潛水面;由於晉陽古城坐落在山前沖洪積扇上,西邊為扇根,東邊為扇前,即砂礫層西厚東薄,從該圖上也表現得非常明了,由於砂礫層空隙度較大、幹燥、含水相對較少,而且物質不均勻,常表現為高阻異常,因此,從該圖上可定性斷定潛水面以上均為砂礫層,當然,古城墻跟前的高阻區域也不排除是古建築遺跡區域,有待進壹步做工作。

圖4.39 模型單元和水底邊界的布設

圖4.40 巴西的聖弗朗西斯科河床探測

圖4.41 古城西城護城河、古城墻及下伏砂礫厚度探測視電阻率剖面(點距6m)山前沖洪積扇成東薄西厚的分布趨勢

4.3.10 復雜巖溶地區路基勘測

柳肇鐵路CK51+200~CK51 +900段巖溶較發育,地質結構較復雜,其中地表以第四系粘土、卵石土為主,下伏基巖主要為石炭系泥灰巖、灰巖和矽質巖。采用溫納(Wenner)α裝置進行勘探,電極間距5m,探測深度80 m。

圖4.42 柳肇鐵路復雜巖溶地區路基勘測結果

高密度電法勘探反演結果如圖4.42a所示,通過探測,發現表層覆蓋層電阻率為200~1000Ω·m,推測深度為10 m左右,主要為粘土。同時發現表層下面有2個高阻體,其電阻率為800~4000Ω·m,推測為完整灰巖或矽質巖,由於高阻體較厚,且下面還有相對低阻體,為了保險起見,在CK51+400附近布置壹個80 m深的鉆孔,鉆探結果為:前60 m為卵石土含矽質巖,60~80 m之間為灰巖。結合鉆孔資料,得出左邊的高阻體不是完整灰巖的反映,而是卵石土含矽質巖的反映,依此推斷,右邊的高阻體也是卵石土含矽質巖的反映,其最大厚度可達60 m,2個高阻體在淺部地區相通。左邊高阻體下面有壹相對低阻體,電阻率為30~800Ω·m,鉆孔資料已經證實為灰巖,從灰巖在該區的電阻率值來判斷,巖溶較發育。溶蝕灰巖右邊有壹低阻體,電阻率為50~250Ω·m,推斷為泥盆系灰巖或泥灰巖,在CK51 +650附近布置壹個80 m鉆孔,結果證明該解釋正確,鉆孔打出來的是泥灰巖,解釋成果詳見圖4.42b。通過此次高密度電法探測,準確而翔實地劃分了路基通過區域的地層結構和巖溶發育情況,為以後的巖溶災害整治工作提供了可靠的依據。

除了這些實例以外,2-D高密度電法已經成功應用於許多其他探測領域,如垃圾填埋場、基巖起伏的石灰巖地區汙染物泄漏檢測、基巖覆蓋層厚度成像(Ritz et al.,1999)、大壩漏水、海水入侵、(Dahlin et al.,1998)、地下水示蹤劑監測(Nyquist et al.,1999)、松散沈積物探測(Christensen et al.,1994),高密度電阻率法也可以用來於湖泊和水庫水下探測。

4.3.11 城市活斷層探測

長春地區第四系覆蓋層厚18 m左右,基巖為白堊系地層,以砂礫巖和泥巖為主,膠結微弱孔隙較發育。北北東斷層有火山巖體侵入是富水斷裂帶,產狀近直立垂直斷距不大水平斷距相對較大。根據地質情況,采用聯合剖面法、高密度電法、瞬變電磁測深探地雷達、高分辨率地震反射和重磁方法等進行對比試驗研究,在活斷層上取得了良好的效果。

圖4.43是在長春市區南用高密度電法探測的NE40°斷裂帶,中部向西傾的低阻異常反映了斷層的形態,它與電阻率聯合剖面的低阻正交點和地質推斷均吻合較好。

圖4.43 高密度電阻率二維反演擬斷面

4.3.12 水庫大壩塌陷勘測

隨著水庫服務年限的增加,水庫大壩壩體局部滲漏、管湧現象出現較多,按規範采用常規鉆探、坑探方法,無法對壩體滲漏、管湧現象全面了解。而高密度電法是進行水庫大壩壩體勘測的首選方法,它具有采集數據密度大,數據反演成果反映剖面和深度雙重性質,橫向、縱向分辨率高的特點。

吉木薩爾縣貢拜溝水庫壩型為均質土壩,基礎為基巖,根據實測,壩體土視電阻率值壹般為2~40Ω·m,壩體土視電阻率隨土體含水量而變化,當壩體含水量高時,視電阻率降低,當壩體含水量底時,視電阻率升高。壩體空洞表現為高電阻率,壹般大於100Ω·m,基巖視電阻率值壹般大於500Ω·m。場地具有進行高密度電法工作的物理前提,根據大壩壩體塌陷情況壩體布置4條高密度測線,垂直壩體布置2條。

從探測反演結果來看(圖4.44至圖4.49),在壩體上發現局部異常點3處,異常為高阻,電阻率在110~300Ω·m之間變化,異常形態位置詳見圖圖4.50,其余方向均沒有發現延伸異常,探測結果基本控制貢拜溝水庫塌陷影響範圍。後期對3號異常、2號異常打鉆驗證,驗證部位,3線樁號94.0,鉆井深25.0 m;2線樁號29.0,鉆井深15.0m;結果在2號、3號異常位置發現塌陷區,與高密度電法勘探異常吻合。

圖4.44 測線1高密度電阻率反演結果

圖4.45 測線2高密度電阻率反演結果

圖4.46 測線3高密度電阻率反演結果

圖4.47 測線4高密度電阻率反演結果

4.3.13 管線探測

城市地下管線主要包括煤氣、自來水、汙水、雨水、通信、暖氣管線等等,管線在城市發展過程中發揮了極其重要的作用。但是,地下管線在地面以下層層交錯,錯綜復雜,形成了網狀的地下管網,隨著城市的改擴建和管線維護過程中,管線的探測顯得非常重要。高密度電法由於采樣間距和點距小、速度快,能有效滿足地下管線勘測高分辨率的需求,是壹種有效的管線探測方法,圖4.51為管線高密度電法探測模型正反演結果,其中管線材質為鋼材,效果明顯。

圖4.48 測線5高密度電阻率反演結果

圖4.49 測線6高密度電阻率反演結果

圖4.50 壩體老放水涵洞高密度勘探斷面

待測管道實例為上海南匯區某新建公路路面下埋設的排汙混凝土管道,根據施工方原始資料此管道走向東西,直徑大約有2m,且在某個位置被長約2.4m鐵皮包裹,施工單位要求準確找出包鐵皮管道在地面上的精確位置,以便進行新修路面下水管道的埋設與對接。該測區地質情況較簡單,地表被第四紀地層所覆蓋,巖性為粘土層,所勘探的地下管道基本上位於該層地層內。壹般說來,粘土電阻率為0.5~30Ω·m,水泥混凝土管道的電阻率大大的高於此值,鐵皮的電阻率則低於此值,這為分辨地下管道電性差異提供了良好的基礎。

圖4.51 高密度電法管線探測模型

圖4.52 高密度電法管線探測反演結果

圖4.53 測線布置及管線解釋圖

圖4.52為高密度電法管線探測成像結果,根據4條測線的反演結果,得出包鐵皮管道的中心位置應在原先假設中心點的東南方,具體位置偏離原中心點東約0.5 m,南約0.25 m,如圖4.53所示。管道中心深度約為3m,由於管道半徑為2m,故施工中下挖2 m即可發現管道。後經開挖驗證,與推測的平面分布位置和深度均相吻合。

4.3.14 采空區及塌陷區勘查

采空塌陷是常見的地質災害之壹,主要發生在以井巷開采的礦區,特別是開采礦體埋藏較淺、產狀較平緩的礦區。若開采礦體埋藏相對較深,且不能及時回填,當采空面積達到壹定規模後,也會產生大面積塌陷。

實例1:采空塌陷區為貴州省畢威高速公路某段地質災害,巖層單斜,產狀180°∠24°,節理裂隙較發育,未見區域性斷裂面通過,地質構造相對簡單。依據以上分析,觀察電法剖面(圖4.54a)可知,塌陷區底界面的水平投影區間由120 m處向大樁號方向延伸至230 m處,埋深由57 m緩慢升高至地表,視電阻率範圍為30~150Ω·m;塌陷中心位於120 m處,埋深約57m,視電阻率值為30~50 Ω·m。鉆孔資料(圖4.54b)揭示:ZK5於30 m鉆遇灰巖夾層,ZK6於37 m鉆遇灰巖夾層。結合巖層產狀推斷,塌陷中心位於ZK5與ZK6之間(即90~130 m之間),最大塌陷深度不小於7m,與物探解釋的塌陷中心位置(120 m)相吻合。

圖4.54 高密度電法勘探成像剖面及地質解釋

實例2:河北省沙河市某鐵礦采空區位於河北省邢臺市境內,屬太行山脈與華北平原過渡丘陵區,地表為第四紀黃土夾坡積碎石層覆蓋,基巖有奧陶紀灰巖,以低緩角度向東傾覆,與下部閃長巖體接觸,其礦體屬位於接觸帶上的矽卡巖型磁鐵礦。多年來的亂采亂掘使礦區出現了近SN走向的大面積塌陷和裂縫,導致耕地被破壞,甚至威脅到人們的生命和財產安全。為對該礦山采空區沈降程度作出正確評估,提出合理的治理方案,需要查明地下150 m內采空區的分布範圍,采空區 “三帶” 分布狀況。對此,在開展地形測量和地面地質調查的基礎上,采用了高密度電阻率法,布置4條近EW走向的剖面,線距:200~300 m不等,兩條橫穿測區中心的近SN向剖面,以基本控制采空區的分布範圍。對於剖面I(圖4.55),依據傾斜分布的異常梯度帶作為采空區及冒落裂隙帶邊緣的標誌,推斷采空區邊界分別位於10和285號點,兩處梯度帶均為向內相向傾斜(即倒 “八” 形)分布。依據反演剖面內的電阻率異常分布特征,結合地面裂隙分布和地下水位,即屬未含水采空區呈高阻性特征,並將規模單壹高阻異常劃定為沈降非穩定區的反映,局部高、低電阻異常組合分布區為沈降穩定區的反映;其上部水平帶狀分布的低阻帶,是因裂隙帶內存有壹定的滯留水所致,從而成為圈定裂隙帶的依據;地面已出現明顯的斷陷裂隙帶和多處塌陷坑,表明該采空區以沈降塌陷至地表,不存在彎曲帶。上述解釋成果可以對該剖面的沈降發展現狀有所了解,采空區沈降裂隙帶位於地表層,其厚度20~25 m,下部采空區的冒落帶中間75~225點屬不穩定區,仍有冒落可能,其兩側屬冒落穩定區,不再有明顯的塌落沈降。相鄰剖面也存在與其可對比的解釋結果,將各剖面解釋結果繪制成采空區平面解釋圖,將可作為本區礦山開采沈降治理的依據。

圖4.55 測線I視電阻率及反演斷面圖

實例3:遼寧省某大型露天鐵礦,儲量巨大,開采歷史悠久,但是由於歷史原因,尤其是多年前周圍眾多集體和私營小礦點在開采過程中的不規範行為,使礦區內遺留下多處采空區。隨著近年來礦石需求量的猛增,礦石開采量增長迅速,原來深埋於地下的采空區逐漸暴露於地表,給礦山生產帶來嚴重的安全隱患,治理采空區迫在眉睫。然而,現存的地下采空區資料稀少,難以滿足采空區治理的要求。因此,對地下采空區進行探測,確定地下采空區的位置、埋深、規模和區域分布,不僅為礦山進行地下采空區的治理提供詳細可靠的資料,還是保證礦山人員設備安全和生產計劃順利執行的必要前提。工程探測區域位於該礦山壹開采平臺之上,地形平坦,基巖裸露,南北長約300m,東西寬約200m,四周為礦石開采而形成的陡崖。區內主要地層有太古宙鞍山群、元古宙遼河群,其中太古宙鞍山群是賦存條帶狀鐵礦的地層。區域內的巖石分布,主要為黑雲綠泥石片巖、磁鐵礦、綠泥石片巖,並可見少量石英脈。礦體的走向近東西向,傾向北東,傾角大約60°~85°。礦體與圍巖間存在明顯的地質界線,富礦體與貧礦體為漸變關系。礦石中礦物種類較少,主要為石英、氧化鐵礦物、閃石礦物。礦石品位壹般為20%~45%,平均品位壹般為25%~35%。本地區條帶狀鐵礦石礦物學特征可以分為磁鐵石英巖及假象赤鐵石英巖兩大類型。據如上測區地質和地球物理特征和高密度電法探測的理論依據,采空區的地球物理特征與圍巖的差異顯著,符合利用高密度電阻率法進行綜合探測的地球物理條件,理論上可應用該方法進行探測,並根據阻值異常分布確定空區分布。根據探測結果(圖4.56),視電阻率大於2000Ω ·m的區域劃定為采空區,高密度電阻率法對地下采空區產生明顯的視電阻率值異常反應,如此劃定的采空區範圍為X∈(128,160)、Y∈(26,44),與實際範圍的最大邊界誤差不超過10%。劃定采空區的範圍略大於實際範圍,尤其是垂直方向誤差較大。根據資料及電阻率法勘探原理分析,可能是由於采空區的存在,破壞了原有的力學平衡條件,使圍巖受到巨大的荷載壓力,超過了巖石的承載能力,從而產生了大量的裂隙,尤其是在荷載較大的垂向,裂隙更發育,巖石原有電性特征發生改變,電阻率增大。

圖4.56 采空區電阻率擬斷面圖