1、采空区综合地球物理勘察方法研究【摘 要】 物探技术是采空区检测工程中的重要方法，它是将采空区治理区域内同范围、同点、同深度处岩层的物理性质在注浆前后的变化进行对比，直观的判断注浆工程质量的优劣。各种物探方法的基本理论和核心思想存在不同，所以其各自的侧重和应用范畴也存在差异. 【关键词】采空区；地球物理勘探技术; 中图分类号：P3 文献标识码： A 采空区是由于地下采矿后留下的地下空穴，地下采空区破坏了地基原有的应力平衡，从而引发采空区的塌陷和持力层破坏等铁路工程地质问题。目前，采空区的主要勘察手段有地质调绘、钻探和物探，传统的地质调绘、钻探，工作效率较低。近年来，随着物探技术的快速发展，国内外
2、形成了以物探为主的采空区勘察方法，但单一的物探技术由于资料的多解性和采空区地质条件的复杂性，解释精度不高，难以满足工程设计的需要。为了提高采空区勘察的精度、质量和效率，必须加强多种物探技术互相融合的综合物探新技术的研究。 采空区的勘察方法很多，但是每种方法都有一定的适用性，同时采空区的地质条件、埋深和地形条件等特征也是影响采空区勘察技术选择的基本条件。因此，研究采空区的地质和地球物理特征及各物探方法的适用性. 1.采空区的地质和地球物理特征研究 1.1 采空区地质特征研究 1.1.1 煤矿采空区 煤矿采空区主要呈层状分布，围岩类型相对简单，因此，探测煤矿采空区时应选择对层状介质有良好分辨率的物
3、探方法。 1.1.2 铁矿采空区 与煤矿多为层状分布不同，铁矿成因类型比较复杂，开采后形成采空区多呈不规则状分布，且围岩性质复杂，这就给铁矿采空区的勘察带来了极大的挑战。 华北地台是我国重要的铁矿资源分布区，铁矿石开采区。该区成矿地质环境多样，矿床类型齐全，其中沉积变质型和接触交代型铁矿占90.21%。 (1)沉积变质型铁矿 沉积变质型铁矿床是华北地台的主要铁矿床类型，可分为与海相火山作用密切相关，主要赋存在绿岩带中的阿尔戈马型和与沉积作用相关的苏必利尔湖型两类，以前者为主。阿尔戈马型铁矿产在火山喷发间歇期的沉积岩中，形成在太古宙，主要产出在鞍本、五台-恒山、鲁西、豫中等地3。苏必利尔湖型铁矿
4、赋存在海侵沉积岩系的中上部，分布在由碎屑沉积向纯化学沉积的过渡部位，形成在古元古代，主要分布在山西吕梁和山东济宁地区。该类型铁矿在开采前表现为磁场强度幅值高，呈条带状分布，规律性较5，在开采后因磁铁矿的不复存在而使磁异常消失(若只是部分开采，残留有矿体，则表现为异常强度降低)。 (2)接触交代型铁矿 该类型铁矿主要产于中性、中酸性或酸性侵入体和碳酸盐岩的接触带矽卡岩或附近围岩中，又称为邯邢式。矿体多位于中奥陶统马家沟组灰岩，部分为中石炭统和寒武系砂岩中的灰岩夹层，由于岩体成分枝状插入围岩中，形成复杂的接触带，因而经常有多层矿体产出，矿石以磁铁矿为主。主要分布在河北邯邢、山东莱芜、济南、淄博、山
5、西临汾等地。 该类型铁矿大多数分布在岩体的接触带上或接触带附近，了解岩体的形态和分布特征对于采空区的判断具有重要的意义。电磁法对深部的构造接触带具有很好的识别能力，而接触带正是邯邢式铁矿成矿的有利部位9。因而对于该类型的铁矿采空区可以采用电磁法圈定成矿的有利部位，然后用磁法和重力法圈定有利成矿部位的重力和磁异常，进而确定采空区的位置。 1.2 空区地形特征研究 采空区的地形特征主要与勘探方法的适用性相关，比如高密度电法、瞬变电磁和地震反射需要较好的地形条件；而大地电磁(人工源和天然源)等方法对地形的要求则没有特别严格的要求。因此，可以据此把采空区的地形特征分为地形条件较好和地形条件较差两类。
6、2.各物探方法的适用性研究 2.1 用于采空区勘察的物探方法比较多，各方法都有一定的局限性，其有效探测深度有所不同： (1)地质雷达适用于探测深度较浅的目标体，在基岩裸露地区，其探测深度一般为 30m； (2)瑞雷波的有效探测深度可达 80 米左右，但是 30 米以内的探测效果比较好，与常规物探方法相比，瑞雷波对采用落后的“房-柱”式开采造成的面积较小、埋深较浅的老窑、小窑和零星的采空区有比较好的探测效果； (3)地震映像法多采用锤击震源，震源能量有限，勘探深度较浅，一般在 100 米以内时效果比较好； (4)高密度电阻率法由于受测量电极间距、隔离系数的限制，探测深度相对较浅，有效探测深度约为
7、100 米，最大探测深度也不宜超过 150 米； (5)大地电磁法适用中深部采空区的勘察，埋深大于 80 米采空区的勘察效果比较好； (6)瞬变电磁法探测的深度比较大，可达 1500 米，对深部地层的反映灵敏度很好，探测浅部地层的采空区会受到深部地层的影响，影响其探测效果； (7)由于地震波场十分复杂，除了有反射波外，还有沿地面传播的直达波、声波、面波和折射波等，特别是在近炮点处，直达波、声波、面波和浅层反射波混在一起，无法拾取，因此，用地震反射法探测埋深较浅的采空区效果不好，深部采空区效果比较好。 通过上述分析，可以把采空区的埋深分为三类：浅部采空区，小于30m；中部采空区，大于 30m、小
8、于 100m；深部采空区，大于 100m。 3.地球物理探测技术及其适用性分析 物探技术是采空区检测工程中的重要方法，它是将采空区治理区域内同范围、同点、同深度处岩层的物理性质在注浆前后的变化进行对比，直观的判断注浆工程质量的优劣。目前老采空区探测中常用物探方法也是多种多样，其中有重力勘测、电法勘测、磁法勘测、地温法勘测、核法勘测、地震勘测等。 各种物探方法的基本理论和核心思想存在不同，所以其各自的侧重和应用范畴也存在差异，重力勘探法是利用采空区由于开采形成的质量亏损所导致的重力异常来判别采空区形成的大小位置以及边界，其也可以判断采空区的充水情况。电法勘探应用面比较广，它可以较好地应用在采空区
9、空洞分布、裂隙发育、注浆效果检测等多个方面。磁法勘探可以进行大地构造分区，研究采空区及其覆岩结构中的深大断裂，确定接触带、断裂带、破碎带和基底构造。地温法勘探在采空区应用方面较少，它可以应用于采空区上方及周边地质构造的识别，为判断地质条件是否对采空区有较大影响提供依据。核法勘探是运用核物理学的技术与方法，测量地球介质中天然的或人工的放射性射线的能量与活度的变化，以揭示地壳中元素含量或浓度的变化规律，进而勘查矿产资源和解决某些地质问题的地球物理勘探方法，在采空区方面可作为判别构造破碎带、采空区、陷落柱及地下水资源等的重要依据。地震勘探是利用地层和岩石的弹性差异来探测地质构造的方法，其可用于采空区
10、顶板破坏情况、空间分布、裂隙发育等方面。 4. 结语 采空区结构复杂，其稳定性受内、外因素影响较大，一般情况下很难对其稳定性进行准确判断，在对其上方进行工程建设时必须对其进行勘探，掌握其内部结构。总结了当前应用比较广泛于采空区领域的钻探技术、物探技术，对其各自的基本原理和适用范围做了简要分析。采空区的安全稳定使用对地面工程及耕种是一个至关重要，采用一定处理方式对这些区域进行区里是必须的. 参考文献： 1郭兴伟，施小斌，丘学林，吴智平，杨小秋，肖尚斌.渤海湾盆地新生代沉降特征及其动力学机制探讨J.大地构造与成矿学，2007 年03 期. 2邱瑞照，周肃，谭永杰，祁世军，高鹏，李文渊，陈秀法，王靓靓，陈正，元春华，韩九曦，王圣文，冯艳芳.中国北方大陆及邻区岩石圈演化及与大规模成矿作用关系J.中国地质，2009 年 03 期.
