综合物探在济南市章丘区城边村改造工程勘察中的应用

刘振东, 赵 亮

(1.山东建勘集团有限公司，山东 济南 250000； 2.济南市市政工程设计研究院(集团)有限责任公司，山东 济南 250000)

1 地质背景条件

1.1 自然地理

拟建场区位于章丘区枣园街道办事处，十一号路以北、枣寨路以东，现为耕地，地势较为平缓，南高北低。场区内地面标高74.0～77.00 m，地势平缓，为山前倾斜平原地貌。属中纬度地带北温带温暖半湿润季风性气候，春季干燥少雨，夏季炎热多雨，秋季天高气爽，冬季寒冷干燥。

1.2 地质概况

场区位于泰山断裂块凸起的西北缘，以古生代地层为主体的北东向单斜构造，构造形迹以断裂构造为主，拟建场地主要发育大站断裂、文祖断裂及刘台断裂。地层岩性主要为中奥陶统八陡组海相灰岩；上石炭统本溪组和太原组海陆交互相泥岩、粉砂岩、砂岩夹灰岩和煤层；早中二叠系淄川组、黑山组和万山组海陆交互—陆相石英砂岩、砂岩、页岩和铝土岩夹薄层煤，中晚二叠系奎山组和孝妇河组长石石英砂岩、细砂岩、泥质粉砂岩和泥岩；三叠系凤凰山组长石砂岩和粉砂岩夹泥岩；第三系巴河漏组灰岩和藻鲕灰岩；第四系大站组和洛口组冲洪冲积砂土、砂质黏土、砾石及钙质结核。主要出露燕山晚期辉长岩和闪长岩类，呈岩株状或者顺层状产出，对煤层破坏作用很大。区域矿产资源丰富，主要有煤矿和黏土矿。拟建场区附近主要含煤地层为下二叠统淄川组煤1、煤3，二叠系万山组顶部及底部的A层和A0层铝土矿层。

自第四纪以来没有新构造活动的迹象，抗震设防烈度应为7度，设计基本地震加速度值0.10g。

1.3 水文地质条件

场地内地下水为第四系孔隙潜水和碎屑岩类裂隙水两种类型[1]。潜水主要赋存于第四系冲洪积土层中，碎屑岩裂隙水主要赋存于场地内的基岩裂隙中；主要靠大气降水补给，人工开采、地下径流和地表蒸发为主要排泄途径，水位随季节变化，年变幅为3.0～5.0 m；钻孔内稳定水位埋深为9.15～9.54 m，平均为9.34 m；稳定水位标高为65.43～65.91 m，平均为65.72 m。

2 物探勘探与解译

本次主要开展瞬变电磁法和高密度电法两种地球物理勘探工作，并针对物探异常区实施钻探验证，确定场地是否存在采空区及其分布范围。

2.1 瞬变电磁法

本次共布设瞬变电磁法测线12条，由西向东布置，测线间距50 m，测点间距15 m。经数据预处理、模型反演，绘制电压剖面图、电阻率断面图和各煤层平面图等，进而得出采空区和采空充水区分布的平面图[2]。

瞬变电磁法电阻率剖面图(图1)显示：存在2处相对低阻异常区(图1上)，异常幅值较弱，分别位于0～40号测点及200～270号测点，埋深在130～210 m范围；存在2处相对低阻异常区(图1下)，异常幅值较弱，分别位于0～90号测点及120～240号测点，埋深在90～190 m范围。经钻探验证，均为岩层裂隙富水的电性反映。

图1 瞬变电磁法电阻率剖面图

2.2 高密度电法

本次工作共布设高密度电法测线17条，12条测线由西向东布置，5条测线从南向北布置，测线间距50 m，测点间距15 m，呈交叉网格状分布。采用瑞典RESD2INV高密度电法软件，以人机对话方式自动处理，判别各岩层的分布规律，判定岩层中存在的电性异常体的位置和规模[3]。

①三脚架 ②托盘天平 ③瓷坩埚④坩埚钳 ⑤泥三角 ⑥石棉网 ⑦烧杯⑧蒸发皿 ⑨铁坩埚 ⑩干燥器 ⑪酒精灯

视电阻率反演剖面图显示(图2)，剖面里程内电阻率差异较大，在剖面上未发现明显的闭合型低阻异常区，且开放型低阻区为地层局部岩性变化影响所致。

图2 视电阻率反演剖面图

3 钻孔验证

3.1 布置原则

为达到揭露和控制场区内地层与验证物探解译异常区及地层对比的需要，实施ZK1、ZK2和ZK3钻孔，终孔深度为150.0 m。

3.2 地层结构

在钻探揭露深度范围内，岩性自上而下分为耕土、覆盖层第四系黏土与卵石和二叠系黑山组粉砂岩。

(1)耕土(QPd)：黄褐色，厚0.40～0.80 m，平均0.57 m；以黏土为主，偶见植物根系。

(2)粉质黏土(Q4al+pl)：黄褐色，厚7.10～16.70 m，平均11.67 m；可塑，无摇振反应，稍具光泽反应，韧性及干强度中等；属中—高压缩性土，力学性质一般。

(3)卵石(Q3al+pl)：青灰色，厚7.60～8.20 m，平均7.90 m；中密，湿，母岩为灰岩，呈亚圆状，体积分数为60%～70%，粒径一般2～5 cm，最大粒径8 cm，黄褐色黏土和粗砾砂充填；属中压缩性土，力学性质较好。

(4)粉质黏土(Q3al+pl)：黄褐、灰黄色，厚2.90～4.10 m，平均3.37 m；可塑—硬塑，无摇振反应，稍具光泽反应，韧性及干强度中等，局部夹透镜状粗砾砂；属中压缩性土，力学性质较好。

(5)卵石(Q3al+pl)：青灰色，厚9.30～10.10 m，平均9.67 m；密实，湿，母岩为灰岩，呈亚圆状，体积分数为55%～65%，粒径一般2～6 cm，最大粒径8 cm，主要以黄褐色黏土和粗砾砂充填；属中偏低压缩性土，力学性质较好。

(6)中风化粉砂岩(P)：紫红色，局部为灰色，未穿透，最大揭露深度150 m；主要成分为长石、石英，局部见石英脉；节理裂隙发育，岩芯呈柱状，少量短柱状及碎块状，采取率80%～95%，为软岩、较软岩，岩体基本质量等级为Ⅳ级，压缩性极低，工程性质好。

3.3 钻探验证

本次对物探异常区进行了钻孔验证。在异常区内，地表以下55.00～60.00 m处钻探结果为粉砂岩破碎，验证该低阻异常区为基岩破碎引起的电性反应；95～100 m处钻探为中风化粉砂岩，裂隙发育(富水)引起的电性反应，未发现空洞及土洞。

此外，结合区域地质、矿山开发、物探成果及钻探资料等，认为拟建场地地层层序正常，自上而下依次为第四系洛口组、大站组和二叠系黑山组，节理裂隙发育，但未发现空洞及土洞的存在。

4 稳定性分析

本次实施的3个地质验证孔，2个位于物探异常区，1个位于物探异常区外部。通过钻孔岩芯对比，结合地质资料分析，异常主要由断层破碎带引起。

对揭露区内地层推断，下覆基岩为二叠系黑山组，埋深超过150 m，黑山组中不含煤层。场区内埋藏最浅的1煤(淄川组)埋深超过200 m；淄博矿务局埠村煤矿采矿权边界距拟建场区3 500 m以上，采空区距拟建场区超过1 500 m，未在拟建场区采矿；场区东部曾存在私采黏土矿活动，距离东边界约2 000 m，采空区边界距拟建场区超过2 500 m。

总之，物探和钻探资料显示，勘查区未发现采空区，故建设场地稳定性评价为稳定，适宜性评价为适宜。

5 结论

(1)在章丘区城边村改造工程勘察中应用高密度电法和瞬变电磁法，共识别出2处低阻异常区，未发现采空区明显空洞，并进行了钻探验证，异常为基岩破碎或岩层裂隙富水所致。

(2)煤矿采空区和私采黏土矿边界距拟建场区均超过1 500 m，未发现采空区和不良地质灾害，为稳定性和适宜性场地，较适合城边村改造工程安置房的建设。