综合物探法在矿山隧道勘查中的应用
2018-01-30张桃荣林剑凯田银川尹美琳
张桃荣，雷 宛，林剑凯，田银川，尹美琳
（成都理工大学地球物理学院 四川 成都 610059）
随着我国采矿业的飞速发展，为节约工程量，经常会修建地下矿山隧道来节约人力物力，综合物探在矿山隧道勘查中起到了很大的作用，物探技术也将成为我国矿山隧道建设乃至经济建设的尖兵。本次研究隧道位于新疆伊宁县，本段线路穿越天山山区，地形切割大，风化强烈，穿越长度331.66m，属于山岭隧道。本次物探勘查目的是运用地球物理方法，查明工区的覆盖层厚度、基岩起伏形态、岩性分界线及不良地质体（隐伏断层、节理裂隙破碎带等）的展布情况。
1 区域地质及地球物理概况
1.1 地质概况
隧址区及其附近地区出露地层主要为第四系冲洪积层（Q4al+pl）、崩积层（Q4col）、坡残积层（Q4dl+el），下伏华力西期中期侵入岩（）二长花岗岩、钾长花岗岩、黑云花岗岩，及志留系上统（S3）石灰岩、凝灰岩及泥灰岩[1]。
1.2 地球物理条件
根据工程地质调绘以及钻探资料揭示，场区内岩石因风化程度不一、岩性变化接触带或破碎带的存在引起地震波速度发生改变，这为地震反射勘探提供了前提，同样这些地质情况的变化引起电阻率变化不一，为音频大地电磁测深提供了前提。
2 野外工作测线布置
物探勘查采用浅层地震反射波法及音频大地电磁测深法进行综合勘查，完成地震剖面3条，隧道主轴纵线剖面1条长度440m，隧道进口与出口横测线剖面两条各240m，总计920m；完成陆地音频大地电磁测深剖面3条，隧道主轴纵线剖面1条长度425m，隧道进口与出口横测线剖面两条各250m，根据醉倒主轴纵线反演结果存在物探异常的情况在对应位置，增加一横测线，长度50m，总计长度975m，同时对ZK1、ZK2两个钻孔进行了波速测试[2]。
3 成果资料分析
3.1 地震探结果
根据地震纵波反射的时间剖面图可以识别且能较好的连续追踪的有效反射波组主要有3个，为T1、T2和T3反射波组。根据时间剖面来看，反射波组T1，反射能量总体相对较弱，连续性较好，结合速度综合分析，推测T1为较为松散的覆盖层与强风化层界面产生的反射波组。反射波组T2，反射特征明显，连续性较好，反射能量稍强，结合速度综合分析，推测T2为强风化层与中风化层界面产生的反射波组。反射波组T3波组，反射特征明显，连续性较好，反射能量强，分布于基岩内部，结合速度综合分析，推断为岩面以下各地质分层面的反射。在K0+310m～370m位置存在异常，纵波的反射时间剖面，反射波组同向轴发生突变，出现错断的现象，初步推测为断层破碎带[3]。
3.2 音频大地电磁测深勘探成果
根据音频大地电磁反演剖面的电阻率总体分布特征看，整个剖面电阻率分布特征相对简单，呈从地表往下依次增大变化，浅部横向变化相对变化较大，说明浅部岩性风化程度不一，现对该剖面电阻率异常特征及具体推断解释结果详见下：
物探里程桩号0m～100m，该段位于隧道进口段，电阻率数值在200Ω·m以下，推断隧道穿越浅层为第四系覆盖层及角砾土，岩石极破碎，隧道开挖易产生坍塌和滑坡、崩塌，应注意基坑排水和支护。
物探里程桩号.100m～300m，该段隧道穿越段，电阻率横向依次增高，末端电阻率下降，推断隧道穿越强风化基岩，岩石破碎。
物探里程桩号300m～375m，该段隧道穿越段电阻率横向变化大，低阻向大号里程方向下倾，推断隧道穿越一断层破碎带，岩石极破碎。
根据纵线反演结果存在物探异常的情况在对应位置，增加一平行测线，该测线平行隧道纵线右50m，中心为K0+345，在物探里程Z2K0+380m附近电阻率呈低阻特征向大号方向延伸，异常范围30m～65m，推断为断裂构造或破碎带，该破碎带与纵线应为同一破碎带。
3.3 勘探结果综合分析
根据物探资料，结合地质调绘、钻探成果，绘制解释剖面图如图1所示。地下介质可以初步的分为三层：第一层为第四系松散土和强风化花岗岩混合的角砾土覆盖层，以强风化花岗岩为主，以土质填充，极其破碎。隧道轴线表层都有分布，厚度不均匀，一般为2m～12m，有些位置较薄，甚至没有，进出口位置覆盖层厚度比较大，最厚可达到19m，纵波波速为700～1850m/s；第二层介质为二长花岗岩和黑云花岗岩，划为强风化层，强风化层厚度较大且不均匀，厚度在4.3m～26.3m不等，纵波波速为2950～3950m/s；第三层介质为二长花岗岩和黑云花岗岩，划为中风化层，裂隙发育，岩石较破碎，纵波波速为4100～4800m/s。在K0+340处，地震勘探数据表现波速低和波形絮乱异常，电阻率横向变化梯度大，呈向大号方向下倾趋势，推测为断裂构造或破碎带，带宽约20m～60m，岩石极破碎，稳定性差，有一定的透水、导水性，对隧道影响较大。隧道进出口，表层松散土或角砾土和强风化层厚稳定性差，易失稳变形。
4 结论
围绕本次工程物探任务，采用浅层地震反射与音频大地电磁结合钻孔资料互相验证、互相补充所进行的综合勘探，在本测区是行之有效的，在勘查中所采用的物探方法具备反映地层形态的功能，能够收到良好的勘探效果，应该推广应用。
