采礦地球物理學(xué)概論第八章微重力

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1、 8開 采 引 起 的 重 力 場(chǎng)重 力 法 是 一 種 地 球 物 理 方 法 。 它 是 根 據(jù) 地 層 中 巖 石 介質(zhì) 質(zhì) 量 分 布 的 不 均 勻 性 來 測(cè) 量 重 力 的 異 常 變 化 。 重 力 的 變化 取 決 于 地 層 的 尺 寸 、 形 式 、 埋 藏 深 度 以 及 該 地 層 與 周 圍巖 層 之 間 的 密 度 差 異 。 測(cè) 量 儀 器 的 高 精 密 度 （ 2 10-9ms-2） 可 使 其 廣 泛 用 于小 結(jié) 構(gòu) ， 巖 相 變 化 的 測(cè) 量 以 及 由 于 采 礦 引 起 的 密 度 分 布 變化 。 目 前 ， 采 礦 重 力 法 主 要 應(yīng)

2、用 于 開 采 引 起 的 巖 體 體 積 變 化 ；地 層 震 動(dòng) 的 預(yù) 測(cè) ； 小 范 圍 內(nèi) 煤 層 構(gòu) 造 的 變 化 ； 局 部 空 洞 的 定 位 。 rfG 34 8.1 物 理 基 礎(chǔ) 根 據(jù) 牛 頓 定 律 ， 物 體 之 間 的 引 力 是 密 度 、 大 小 、 形狀 及 距 離 的 函 數(shù) ： 2rGdmdF 式 中 dF單 元 的 引 力G 引 力 常 數(shù) G=6.67 10-11 Nm2 kg2dm單 元 質(zhì) 量r 單 元 距 測(cè) 量 點(diǎn) 的 距 離 由 于 巖 石 介 質(zhì) 密 度 分 布 的 不 均 勻 性 ， 可 以 測(cè) 量重 力 的 變 化 。 重 力 （

3、法 向 ） 與 地 理 寬 度 的 變 化 可 用下 式 表 示 a(1+Sin2 Sin2) (8-2)式 中 法 向 重 力 值a 考 慮 相 對(duì) 平 面 的 法 向 重 力 值、 系 數(shù)地 理 寬 度 8.2 井 下 測(cè) 量 重 力 的 遞 減 法 為 了 同 一 平 面 觀 測(cè) 到 的 重 力 進(jìn) 行 相 互 比 較 ， 采 用 Bouger遞減 法 ， 如 圖 8-1所 示 。 假 設(shè) 巷 道 的 觀 測(cè) 點(diǎn) 處 于 所 取 平 面 的 最 低 高度 。 圖 8-1測(cè) 量 重 力 變 化 示 意 圖 巷 道約 定 水 平 面井筒 gt gt gt 平 均 高 度 gghghd+2 G

4、 ghg+2 G dhdhs 地 面 形 狀 Rg02式 中 ：g0地 球 表 面 的 平 均 重 力 值R地 球 的 平 均 半 徑 （ 6370m ） 引 力 常 數(shù)h d測(cè) 量 點(diǎn) 距 約 定 水 平 的 高 度hs測(cè) 量 儀 器 的 高 度 ， 精 確 到 0.01mhg從 地 表 平 均 高 度 起 距 測(cè) 量 點(diǎn) 的 深 度g， d巖 層 hg和 hd的 平 均 密 度 gt地 表 重 力 修 正 值 gg井 下 井 巷 中 觀 測(cè) 點(diǎn) 的 重 力 修 正 值 在 重 力 差 法 的 測(cè) 量 中 ， 地 表 的 重 力 修 正 值 gt是個(gè) 常 數(shù) ， 而 實(shí) 際 巖 石 的 平

5、均 密 度 值 為 2.6 103kg/m2，因 此 ， 所 測(cè) 點(diǎn) 的 Bouger遞 減 的 微 重 力 異 常 為 ：重 力 微 異 常 為 差 的 異 常 ， 計(jì) 算 第 i次 測(cè) 量 與 第 一 次測(cè) 量 之 差 ( g i g1)或 相 鄰 二 次 之 差 ( gi gi-1)或第 i次 與 所 選 的 某 次 之 差 （ gi gk） ， 式 中 ki。 8.3 測(cè) 量 方 法 與 觀 測(cè) 儀 器 重 力 法 進(jìn) 行 測(cè) 量 時(shí) ， 重 力 儀 布 置 在 危 險(xiǎn) 區(qū) 域 附近 ， 測(cè) 量 巷 道 的 傾 角 不 大 于 10 ， 測(cè) 量 巷 道 最 好在 觀 測(cè) 區(qū) 域 的 上

6、 部 或 下 部 ， 最 好 是 石 門 穿 過 2個(gè) 以上 的 煤 層 。 測(cè) 量 點(diǎn) 的 間 距 一 般 為 1050m， 測(cè) 點(diǎn) 的高 度 精 確 到 0.01m。 測(cè) 量 儀 器 有 美 國 公 司 Worden， LaCwta-Romberg和 加 拿 大 公 司 Scintex生 產(chǎn) 的 重 力 儀 。 重 力儀 主 要 測(cè) 量 重 力 值 的 變 化 ， 其 靈 敏 度 很 高 （ 10-7到10-8重 力 值 ） 。 其 原 理 如 圖 8-2所 示 ， 這 種 情 況 下 ，重 力 的 微 小 變 化 ， 將 使 產(chǎn) 生 較 大 的 傾 斜 度 。 4 2 5 1 3 mg

7、Fs 0 l l 系 統(tǒng) 臂 長(zhǎng) ， 2回 轉(zhuǎn) 軸 ， 質(zhì) 量 ， 彈 簧 ， 彈 性作 用 臂 ， 平 衡 狀 態(tài) 時(shí) 與 平 面 的 夾 角 ， mg重 力圖 8-2 重 力 儀 原 理 示 意 圖 8.4 多 水 平 重 力 剖 面 對(duì) 于 地 層 中 的 上 下 兩 層 巖 層 ， 由 于 其 密 度 不 同 ， 而 且 在各 分 層 邊 界 面 不 平 的 情 況 下 ， 則 在 該 邊 界 的 上 下 形 成 重 力 異常 ， 如 圖 8-3所 示 。 1復(fù) 合 層 上 部 的 重 力 異 常 曲 線 ； 2復(fù) 合 層 下 部 的 重 力 異 常 曲 線圖 8-3 密 度 分 布

8、不 均 邊 界 21的 重 力 異 常 g 1 2 1 2 實(shí) 際 中 ， 對(duì) 于 兩 水 平 來 說 ， 可 用 重 力 異 常 來 ： 1） 揭 露 測(cè) 量 水 平 之 間 的 地 質(zhì) 情 況 ； 2） 研 究 開 采 引 起 的 巖 層 密 度 的 變 化 ； 3） 揭 露 巖 體 引 力 升 高 的 影 響 下 ， 膨 脹 過 程 的 發(fā) 展 。 8.5 沖 擊 地 壓 的 預(yù) 測(cè) 預(yù) 報(bào) 重 力 法 廣 泛 用 于 礦 山 震 動(dòng) 與 沖 擊 礦 壓 的 預(yù) 測(cè) 預(yù) 報(bào) 之 中 。其 主 要 是 確 定 在 有 沖 擊 地 壓 危 險(xiǎn) 的 區(qū) 域 ， 微 重 力 異 常 曲 線RBG

9、A趨 向 性 的 變 化 特 征 。 一 般 情 況 下 ， 在 發(fā) 生 震 動(dòng) 與 沖 擊 礦 壓 前 ， 巖 體 的 體 積將 會(huì) 增 加 ， 從 而 使 巖 體 的 密 度 降 低 ， 微 重 力 異 常 值 RBGA將 發(fā) 生 變 化 。 其 變 化 趨 勢(shì) 為 T， 該 趨 勢(shì) 的 斜 率 估 計(jì) 量 為 A，見 圖 8-4所 示 。 AMPi 1定 義 為 i 1的 振 幅 度 。 它 是 RBGA曲 線 的 梯 度 值 ， 其 變 化 對(duì) 應(yīng) 著 巖 石 密 度 梯 度 的變 化 ， 與 巖 層 開 采 引 起 的 應(yīng) 力 變 化 具 有 簡(jiǎn) 單 的關(guān) 系 。 AMPi 1增 加

10、 時(shí) 對(duì) 應(yīng) 著 壓 力 的 集 中 ， 可以 提 前 預(yù) 計(jì) 觀 測(cè) 區(qū) 域 內(nèi) 巖 層 釋 放 的 能 量 。AMPi 1減 小 時(shí) ， 對(duì) 應(yīng) 巖 層 應(yīng) 力 釋 放 ， 卸 壓 。 測(cè) 量 長(zhǎng) 度 點(diǎn) 號(hào) -40 0 40 80 16 21 26 31 36 41 46 51 56 61 66 Ti-1 (RBGA)i-1 Ga l (AMP)圖 8-4 微 重 力 異 常 的 趨 勢(shì) 及 變 化 幅 度LAMPtgA 波 蘭 與 德 國 的 研 究 結(jié) 果 表 明 ， AMP(t)和 (t)存 在 著 如 下 關(guān) 系 ： AMPs( E) D( E) Rez( E) (8-6) 式

11、中 AMPs( E)研 究 期 間 內(nèi) 能 量 總 和 對(duì) 應(yīng) 的 AMPi 1增 加 總 和 。 D( E)經(jīng) 驗(yàn) 趨 勢(shì) ， 實(shí) 際 中 D( )按 最 小 二 乘 法 確 定 D=A E+B Rez( E)正 態(tài) 分 布 的 隨 機(jī) 變 量 。 采 用 觀 測(cè) 站 的 形 式 ， 可 以 用 以 前 的 AMP 為 基礎(chǔ) ， 根 據(jù) 當(dāng) 前 最 大 的 AMPs(t)來 預(yù) 測(cè) 將 來 巖 體 內(nèi)釋 放 的 能 量 值 E。 根 據(jù) 測(cè) 量 重 力 變 化 ， 可 以 確 定 應(yīng) 力 集 中 區(qū) 域 ，對(duì) 沖 擊 地 壓 及 震 動(dòng) 危 險(xiǎn) 區(qū) 域 進(jìn) 行 定 位 。 圖 8-5為STA

12、SZIC礦 觀 測(cè) 的 重 力 異 常 RBGAi-1與 趨 勢(shì) Ti-1的 分布 圖 。 圖 8-5 STASZIC礦 觀 測(cè) 的 重 力 異 常 RBGAi-1與 趨 勢(shì) i-1的 分 布 圖 由 圖 可 見 ， 在 3337之 間 存 在 AMPi-1的 異 常 變 化 。 說 明 該部 分 是 卸 壓 區(qū) 。 在 第 8系 列 ， AMP出 現(xiàn) 了 較 大 的 增 長(zhǎng) ， 說 明 壓力 迅 速 增 長(zhǎng) 。 發(fā) 生 能 量 為 E 8 107J的 震 動(dòng) 。 而 AMP9-1和AMP10-1表 明 ， 震 動(dòng) 發(fā) 生 后 產(chǎn) 生 的 壓 力 降 。 而 后 在 AMP11-1表 明 ，壓

13、 力 又 回 到 原 來 的 水 平 。 而 AMP14-1和 AMP16-1的 壓 力 跳 動(dòng) 是 兩次 破 壞 頂 板 和 放 卸 壓 振 動(dòng) 炮 的 結(jié) 果 。 其 后 高 應(yīng) 力 保 持 3周 到 第17循 環(huán) 的 AMP17-1。 8.6 揭 露 老 巷 及 其 充 填 程 度 地 下 的 老 巷 和 采 空 區(qū) 對(duì) 地 表 建 筑 物 及 工 業(yè) 區(qū) 有 很 大 的 威 脅 。根 據(jù) 老 巷 與 采 空 區(qū) 上 方 重 力 場(chǎng) 中 的 密 度 與 周 圍 巖 體 的 密 度 之 差 ，可 以 采 用 重 力 垂 直 梯 度 的 分 布 確 定 其 位 置 。 重 力 垂 直 梯 度

14、 的 分 布 定 義 為 ： zzwWhgzg 式 中 ： z 垂 直 方 向 h重 力 測(cè) 量 水 平 之 高 zzw重 力 垂 直 梯 度 的 導(dǎo) 數(shù) ， 單 位 為 etwesz（ ） 圖 8-6為 兩 條 巷 道 上 方 重 力 垂 直 梯 度 的 分 布 ， 根 據(jù) 曲 線 zzw的 極 小 值 ， 可 以 很 好 的 確 定 巷 道 的 位 置 。 圖 8-7表 示 了 在 地 表 測(cè) 量 的 巷 道 上 方 重 力 垂 直 梯 度 zzw的 分 布 。 這 些 巷 道 距 地 表 13.5m。 從 圖 上 可 以 清 楚 的 看 到 ，巷 道 上 方 的 zzw出 現(xiàn) 最 小 值

15、 。 圖 8-8表 示 了 保 護(hù) 煤 柱 上 方 重 力 垂 直 梯 度 的 變 化 情 況 。 zzw出 現(xiàn) 的 最 大 值 的 情 況 與 壓 力 分 布 以 及 煤 柱 的 破 裂 區(qū) 域聯(lián) 系 在 一 起 。 20 40 60 80 100 120020 40 100 200 -20-40-60 Wzzw, E m圖 8-6 巷 道 上 方 12.0m處 的 重 力 垂 直 梯 度 分 布 1 1 1 2 公 路 隧 道 隧 道 建 筑 物圖 8-7 地 下 巷 道 的 定 位 （ 其 中 1為 重 力 異 常 曲 線 ， 2為 測(cè) 點(diǎn) ） 10 20 30 40 46 1 1240

16、 040 80120 160 zzw H，m 距 離 ， m圖 8-8 煤 柱 與 巷 道 上 方 zzw分 布根 據(jù) Fajlclewicz的 研 究 ， zzw的 負(fù) 振 幅 與 巷 道 中 非 充 填部 分 的 體 積 成 比 例 關(guān) 系 ， 這 樣 就 可 以 計(jì) 算 開 采 后 充 填 的 程 度 。 8.7 揭 露 井 筒 周 圍 巖 層 條 件 及 變 形 確 定 井 筒 周 圍 巖 層 密 度 的 方 法 稱 之 為 重 力 垂 直 剖 面 法PPGR（ 某 個(gè) 巖 層 的 重 力 是 五 倍 厚 上 覆 巖 層 重 力 的 疊 加 ） 圖 8-9介 紹 了 密 度 變 化 的

17、 五 層 巖 層 模 型 在 有 井 筒 的 情 況 下 ，密 度 的 變 化 。 其 中 C部 分 中 有 空 洞 P環(huán) 繞 井 筒 周 圍 ， 井 筒 半 徑為 3.5m。 S為 該 模 型 的 垂 直 重 力 曲 線 。 在 這 種 情 況 下 ， 空 洞 形成 了 曲 線 S的 異 常 。 井 筒 周 圍 的 空 洞 是 巖 石 壓 出 的 根 源 ， 因 此可 以 借 助 于 PPGR的 異 常 關(guān) 系 來 確 定 和 研 究 井 筒 周 圍 的 空 洞 的分 布 。 經(jīng) 驗(yàn) 表 明 壓 出 過 程 中 PPGR的 負(fù) 異 常 將 增 加 其 幅 度 ， 因此 PPGR i+1 PP

18、GRi（ 1,2,3 ） 是 研 究 的 基 礎(chǔ) 。 在 同 一 點(diǎn)測(cè) 量 PPGR值 。 PPGR曲 線 之 差 可 以 給 出 井 筒 附 近 壓 凸 出 的 具 體 數(shù) 量 的 程 度 。 PPGRi-1(i1)曲 線 及 垂 直 坐 標(biāo) 軸 的 面 積 與 巖 石 壓 出 量 成 比 例 。G dzPPGRYM b ii 20 11 式 中 引 力 常 數(shù) 積 分 段 （ 垂 直 方 向 ） 出 現(xiàn) 壓 出 過 程 的 區(qū) 域 寬 度 （ 未 知 ） i-1=iYi次 測(cè) 量 與 第 一 次 測(cè) 量 之 間 壓 出 的 巖 石 量 ， i為 線 密 度或 用 兩 個(gè) 量 相 比 ， 求

19、 出 其 壓 出 量 的 相 對(duì) 增 長(zhǎng) 率 。 -0.3 0 0.3 p 0A BC S 40 90H,m 40 90 H,m R2(A) R2(B)R2(C) R2(D) P -200 0 200R,mH,m 2112 27 g,mGal -0.020.51 -2.100.16 -0.02 3g,10 Kgm -3 R2(P)=R1(C)=18.5mR1(A,B,D,P)=3.5m圖 8-9 井 筒 的 模 擬 研 究 圖 8-10為 Maciej井 的 研 究 情 況 ， 井 深 199m， 剖 面 為 第 四 紀(jì) ，三 疊 紀(jì) 和 石 炭 紀(jì) 。 第 四 紀(jì) ， 三 疊 紀(jì) 為 近 水

20、 平 ， 石 炭 紀(jì) 為 75 SE，在 3049和 5778m有 水 的 影 響 測(cè) 了 四 個(gè) 系 列 的 PPGR， 時(shí) 間 間 隔 為 69個(gè) 月 。 從 地 表 到81m， 每 隔 3m設(shè) 一 個(gè) 測(cè) 點(diǎn) ， 深 部 每 915m設(shè) 一 個(gè) 例 點(diǎn) ， 采 用Worden Master重 力 儀 ， 均 方 差 控 制 在 0.16ms-2。 從 PPGR2-1的曲 線 分 布 可 以 注 意 到 ， 巖 石 的 壓 出 集 中 在 第 四 紀(jì) 和 三 疊 紀(jì) ， 深度 從 地 表 到 50m。 PPGR 3-1表 明 ， 壓 出 很 可 能 既 在 垂 直 也 在 水 平方 向 上

21、 出 現(xiàn) 。 考 慮 壓 出 量 的 增 加 ， 則 ： 上 式 表 明 ， 在 第 二 、 三 測(cè) 量 段 壓 出 量 比 上 一 段 增 加了 30%。 同 樣 ， 在 第 四 紀(jì) 和 三 疊 紀(jì) 一 、 二 測(cè) 量 段 ， 其 值為 400%。 第 四 紀(jì) 的 壓 出 強(qiáng) 度 為 50%， 而 PPGR3-1表 示 ， 該 動(dòng) 力過 程 只 出 現(xiàn) 在 下 部 分 。 但 PPGR4-1表 明 。 在 第 四 次 測(cè) 量時(shí) ， 壓 出 活 動(dòng) 已 降 低 。 30.112 23 MM -3 -2 -1 0 1m s -2 2.4 2.62.22.01.8 -4 -2 0 2 4 -0.8

22、 -0.4 0m s -2010 203040 506070 8090100 110120130 140150160 170180 a) b) c) d) e) f)圖 8-10 Maciej 井 垂 直 重 力 剖 面 測(cè) 量 結(jié) 果a 井 壁 周 圍 表 面 影 響 的 地 形 重 力 修 正 值b 井 筒 支 護(hù) 、 鄰 近 巷 道 影 響 的 采 礦 重 力 修 正 值c 地 質(zhì) 剖 面d 各 層 密 度 與 平 均 密 度e Bouger重 力 異 常 分 布f PPGR隨 時(shí) 間 異 常 差 的 變 化 8.8 微 重 力 方 法 在 地 質(zhì) 災(zāi) 害 調(diào) 查 中 的 應(yīng) 用 實(shí) 例

23、 8.8.1 概 述 微 重 力 測(cè) 量 是 國 際 上 世 紀(jì) 70年 代 形 成 的 新 技 術(shù) ， 它具 有 精 度 高 、 分 辨 率 高 、 快 速 、 經(jīng) 濟(jì) 等 優(yōu) 點(diǎn) ， 已 在 諸 多領(lǐng) 域 獲 得 廣 泛 應(yīng) 用 。 主 要 特 點(diǎn) 有 兩 個(gè) ： 一 是 探 測(cè) 對(duì) 象 小 ， 測(cè) 量 范 圍 小 ； 二 是 測(cè) 量 精 度 高 ， 可 達(dá) 微 伽 級(jí) （ 10 -8ms-2或 10-9g） 。 微 重 力 測(cè) 量 和 傳 統(tǒng) 重 力 測(cè) 量 的 主 要 差 別 : 最 基 本 的 差 別 在 于 測(cè) 量 精 度 提 高 了 三 個(gè) 數(shù) 量 級(jí) ， 傳 統(tǒng)重 力 測(cè) 量

24、是 毫 伽 級(jí) （ 10-5ms-2） ， 微 重 力 測(cè) 量 是 微 伽 級(jí)（ 10-8ms-2） 。 測(cè) 量 方 法 和 途 徑 有 很 大 發(fā) 展 。 傳 統(tǒng) 重 力 測(cè) 量 測(cè) 點(diǎn) 稀 疏 ，而 且 只 在 地 表 進(jìn) 行 ， 獲 得 二 維 數(shù) 據(jù) 。 微 重 力 測(cè) 量 測(cè) 點(diǎn)密 集 ， 可 深 入 到 豎 井 和 多 層 坑 道 ， 甚 至 在 物 體 內(nèi) 部 進(jìn)行 ， 獲 得 豐 富 的 三 維 數(shù) 據(jù) 。 現(xiàn) 今 的 數(shù) 字 模 擬 和 反 演 技 術(shù) 是 傳 統(tǒng) 的 重 力 勘 探 時(shí) 期不 可 比 擬 的 。 如 今 幾 乎 可 以 任 意 修 正 模 型 去 逼 近 觀

25、 測(cè)值 ， 因 而 能 得 到 更 真 實(shí) 的 解 。 用 微 重 力 測(cè) 量 進(jìn) 行 重 力 勘 探 之 所 以 能 找 礦 、 發(fā) 現(xiàn) 空穴 和 解 決 地 質(zhì) 問 題 ， 是 基 于 各 種 巖 礦 、 洞 穴 、 構(gòu) 造 與 周圍 物 質(zhì) 存 在 密 度 差 異 。 在 解 釋 重 力 異 常 時(shí) 巖 礦 密 度 又 是解 釋 的 基 礎(chǔ) 。 因 此 在 微 重 力 測(cè) 量 中 ， 巖 礦 密 度 的 測(cè) 定 是一 項(xiàng) 重 要 工 作 ， 因 此 ， 在 測(cè) 量 工 作 中 ， 專 門 對(duì) 巖 礦 密 度測(cè) 定 的 取 樣 、 測(cè) 定 和 數(shù) 據(jù) 整 理 給 以 詳 細(xì) 明 確 地 規(guī)

26、 定 。 重 力 加 速 度 g是 最 基 本 的 物 理 量 之 一 ， 重 力加 速 度 g及 其 微 小 變 化 量 g的 精 確 測(cè) 量 ， 在 生產(chǎn) 、 國 防 和 科 學(xué) 實(shí) 踐 中 有 極 其 重 大 的 作 用 。 重 力 垂 直 梯 度 是 地 球 重 力 沿 鉛 垂 方 向 的 變 化率 ， 它 在 重 力 測(cè) 量 學(xué) 和 應(yīng) 用 地 球 物 理 學(xué) 的 重 力勘 探 中 的 地 位 是 僅 次 于 重 力 （ 加 速 度 ） 的 一 個(gè)參 數(shù) 。 研 究 這 個(gè) 參 數(shù) 的 分 布 與 變 化 ， 可 以 提 供關(guān) 于 地 球 形 狀 與 地 下 密 度 異 常 體 及

27、其 活 動(dòng) 性 的一 些 信 息 。 8.8.2 巖 溶 塌 陷 探 測(cè) 廣 西 桂 林 市 某 研 究 所 生 活 區(qū) 位 于 桂 林 市 東 郊 、 桂 林孤 峰 平 原 、 漓 江 河 谷 東 側(cè) 的 坡 洪 積 臺(tái) 地 上 ， 原 地 貌 呈 垅崗 緩 坡 地 形 ， 全 區(qū) 均 為 第 四 系 沉 積 物 粗 蓋 。 土 層 厚 度 一般 大 于 15m， 土 層 中 除 填 土 層 外 ， 主 要 為 紅 黃 、 棕 黃 色粘 土 或 亞 粘 礫 （ 卵 ） 石 層 ； 下 伏 基 巖 為 上 泥 盆 統(tǒng) 桂 林 組（ D3t） 深 灰 色 石 灰 巖 ， 巖 溶 較 為 發(fā) 育

28、。 該 所 處 在 一 近南 北 向 溶 槽 的 東 側(cè) ， 屬 易 發(fā) 育 土 洞 和 塌 陷 的 典 型 粗 蓋 巖溶 區(qū) 。 該 所 1979年 底 土 建 工 程 基 本 結(jié) 束 。 近 年 來 由 于 大 量抽 吸 巖 溶 地 下 水 ， 改 變 了 地 下 水 的 賦 存 狀 態(tài) ， 加 速 了 土洞 的 發(fā) 育 。 1991年 5月 的 一 深 夜 ， 一 場(chǎng) 大 雨 過 后 ， 在 距該 所 鍋 爐 房 墻 基 不 足 lm處 發(fā) 生 了 直 徑 約 3m、 坑 深 約 3m的 巖 溶 塌 陷 。 為 查 明 隱 伏 溶 （ 土 ） 洞 的 發(fā) 育 情 況 ， 搞 清隱 患 以

29、 進(jìn) 行 綜 合 治 理 ， 在 院 內(nèi) 開 展 了 點(diǎn) 距 為 2m的 微 重力 詳 查 工 作 。 根 據(jù) 實(shí) 測(cè) 重 力 異 常 的 分 布 規(guī) 律 ， 查 出 了 四 條 近 南 北向 延 伸 與 隱 伏 巖 溶 發(fā) 育 有 關(guān) 的 串 珠 狀 局 部 重 力 低 異 常 帶 ，這 些 串 珠 狀 的 重 力 低 異 常 正 好 反 映 了 隱 伏 巖 溶 發(fā) 育 的 不均 勻 性 。 在 I號(hào) 異 常 帶 上 實(shí) 施 鉆 探 工 程 以 驗(yàn) 證 物 探 異 常 ，在 位 于 塌 坑 南 約 65m處 （ 即 37.5/5號(hào) 測(cè) 點(diǎn) ） 的 ZK4孔 ，于 深 度 23.433.92m

30、深 處 見 到 10.52m厚 土 層 中 的 軟 塑 和流 塑 層 （ 見 圖 5） 。 此 軟 層 上 覆 有 23m厚 的 粘 土 、 粘 土礫 卵 石 持 力 層 對(duì) 大 型 建 筑 物 的 威 脅 是 不 可 忽 視 的 。 1 粘 土 ； 2.粘 土 卵 礫 石 ； 3軟 塑 狀 粘 土 ； 4.石 灰 巖 ； 5.溶 洞 ； 6.鉆 孔及 編 號(hào) 圖 5 桂 林 市 某 研 究 所 第 5測(cè) 線 物 探 地 質(zhì) 綜 合 剖 面 圖 物 探 第 10測(cè) 線 的 g布 剖 面 曲 線 在 50/10號(hào) 測(cè) 點(diǎn) 附 近（ 即 發(fā) 生 塌 陷 地 段 ） 出 現(xiàn) 了 明 顯 的 重 力

31、低 異 常 （ 約 -40微 伽 ） ， 推 斷 此 地 段 應(yīng) 存 在 與 溶 （ 土 ） 洞 發(fā) 育 有 關(guān) 的 低密 度 體 。 后 在 距 48/10測(cè) 點(diǎn) 南 約 1.5m處 （ 即 塌 坑 西 側(cè) ）進(jìn) 行 鉆 探 （ ZK1孔 ） ， 在 地 下 33.1541.99m見 到 了8.84m高 的 半 充 填 溶 洞 （ 圖 6） 。 看 來 物 探 異 常 與 鉆 探 結(jié)果 吻 合 ， 物 探 先 行 ， 為 準(zhǔn) 確 定 孔 位 、 查 明 隱 患 提 供 了 可靠 的 依 據(jù) 。 1.素 填 土 ； 2.枯 土 ； 3.枯 土 卵 礫 石 ； 4.石 灰 巖 ； 5.溶 洞 ；

32、 6塌 坑 ； 7.鉆 孔 及 編 號(hào)圖 6桂 林 市 某 研 究 所 第 10測(cè) 線 物 探 地 質(zhì) 綜 合 剖 面 圖 8.8.3 土 洞 探 測(cè) 湖 南 省 某 化 工 廠 1957年 建 成 投 產(chǎn) ， 由 于 工 業(yè) 、 生 活廢 水 排 放 不 合 理 ， 造 成 土 洞 發(fā) 育 ， 自 八 十 年 代 初 期 以 來 ，廠 區(qū) 地 面 塌 陷 時(shí) 有 發(fā) 生 ， 其 中 影 響 最 大 的 一 次 是 1983年12月 突 然 發(fā) 生 的 地 陷 ， 陷 坑 深 約 6.5m， 面 積 2.8 4.5m2為 了 查 明 原 漏 勘 和 新 發(fā) 育 的 土 洞 ， 排 除 隱 患

33、， 在 區(qū) 內(nèi) 進(jìn)行 了 地 面 微 重 力 工 作 。 微 重 力 工 作 主 要 布 置 在 原 有 重 要 建 筑 物 附 近 和 擬 建廠 房 的 建 筑 場(chǎng) 地 上 。 重 力 點(diǎn) 距 采 用 25m不 等 。 物 探 結(jié)果 不 但 在 已 知 塌 陷 區(qū) 發(fā) 現(xiàn) 明 顯 的 重 力 低 異 常 ， 而 且 還 發(fā)現(xiàn) 了 一 批 重 力 異 常 。 后 立 即 實(shí) 施 鉆 探 工 作 ， 驗(yàn) 證 物 探 異常 的 屬 性 ， 幾 乎 在 所 有 的 重 力 異 常 區(qū) 均 分 別 打 到 了 軟 弱 、流 塑 層 或 土 洞 、 溶 洞 。 其 中 異 常 最 強(qiáng) 的 是 44/24

34、 50/24號(hào) 測(cè) 點(diǎn) （ 約 -35微 伽 ） 和 56/50- 62/50號(hào) 測(cè) 點(diǎn) （ 約 -30微 伽 ）的 兩 個(gè) 重 力 低 異 常 。 見 到 了 3.5m高 和 2.3m高 的 土 洞（ 圖 8） 。 為 排 除 隱 患 ， 提 供 了 依 據(jù) 。 1.素 填 土 ； 2.粘 土 卵 礫 石 ； 3.土 洞 ； 4.石 灰 巖 ； 5.鉆 孔 及 編 號(hào)圖 7湖 南 省 某 化 工 廠 第 24測(cè) 線 物 探 地 質(zhì) 綜 合 剖 面 圖 1.粘 土 ； 2.軟 塑 狀 粘 土 含 礫 石 ； 3.流 塑 狀 粘 土 含 礫 石 ； 4.土 洞 ； 5.石 灰 巖 ， 6.溶 隙

35、圖 8湖 南 省 某 化 工 廠 第 50測(cè) 線 物 探 地 質(zhì) 綜 合 剖 面 圖 8.8.4 四 川 省 攀 枝 花 市 某 廠 滑 坡 探 測(cè) 該 廠 位 于 我 國 金 沙 江 畔 的 斜 坡 地 帶 ， 是 我 國 山 體 滑 坡 易 發(fā) 區(qū)之 一 。 1991年 一 場(chǎng) 大 雨 過 后 ， 廠 區(qū) 旁 的 公 路 大 范 圍 山 體 滑 坡 。 采用 微 重 力 方 法 ， 用 以 探 測(cè) 昔 格 達(dá) 組 地 層 與 花 崗 巖 、 輝 長(zhǎng) 巖 的 密 度界 面 ， 從 而 達(dá) 到 間 接 尋 找 滑 坡 界 面 的 目 的 。 野 外 工 作 中 順 地 形 等高 線 方 向 布

36、 置 了 三 條 重 力 剖 面 ， 點(diǎn) 距 為 510m不 等 。 實(shí) 側(cè) 布 格 重力 剖 面 曲 線 在 山 體 滑 動(dòng) 地 段 出 現(xiàn) -320微 伽 的 重 力 低 異 常 ， 依 據(jù) 這些 重 力 資 料 ， 采 用 微 機(jī) 反 演 昔 格 達(dá) 組 地 層 與 火 成 巖 的 密 度 界 面 深度 。 這 一 解 釋 結(jié) 果 后 來 被 鉆 探 所 證 實(shí) ， 坡 體 外 的 K16孔 （ 185/1號(hào)測(cè) 點(diǎn) ） 花 崗 巖 埋 深 僅 有 lm（ 圖 9） 。 通 過 綜 合 分 析 密 度 分 層 斷 面圖 判 斷 火 成 巖 溝 槽 構(gòu) 造 和 地 表 、 地 下 水 對(duì) 昔

37、 格 達(dá) 組 地 層 的 軟 化 及潤(rùn) 滑 是 該 區(qū) 山 體 產(chǎn) 生 滑 坡 的 主 要 原 因 。 認(rèn) 為 滑 坡 體 位 于 高 密 度 、堅(jiān) 硬 火 成 巖 的 溝 槽 部 位 ， 此 溝 槽 便 于 地 表 、 地 下 水 的 匯 集 ， 當(dāng) 上覆 的 昔 格 達(dá) 組 巖 層 被 水 軟 化 、 潤(rùn) 滑 到 一 定 程 度 時(shí) ， 便 形 成 滑 動(dòng) 面而 產(chǎn) 生 大 面 積 的 山 體 滑 波 。 1.粘 土 巖 ； 2.滑 坡 堆 積 物 ； 3.花 崗 巖 ； 4.微 重 力 異 常 推 斷 的 密 度 界 面圖 9 四 川 省 攀 枝 花 市 某 廠 第 1測(cè) 線 物 探 地 質(zhì) 綜 合 創(chuàng) 面 圖