李宏民

（江蘇省有色金屬華東地質(zhì)勘查局八一四隊，江蘇 南京 210007）

在開展礦山采空區(qū)綜合勘探和地震勘探工作過程中，需要對礦山區(qū)域?qū)嶋H地質(zhì)情況進行綜合分析，在掌握相關(guān)勘探數(shù)據(jù)的情況下，結(jié)合地質(zhì)勘探工作要求和規(guī)范，制定工程設(shè)計方案，經(jīng)過礦方和監(jiān)理部門全面檢查以后，把探勘范疇內(nèi)的雜物進行清理，將三維地震勘探更改成二維地震勘探，工區(qū)南部20m道距更改成10m道距，并且在地質(zhì)勘探過程中采用瞬變電磁法勘探工藝，讓其轉(zhuǎn)變成一個比較復雜的綜合勘探工程，從而給處理礦方提出的地質(zhì)勘探任務提供數(shù)據(jù)支持。

1 采空區(qū)的電性特征

對于采空區(qū)來說，因為受到上方巖層重力等因素的影響，容易出現(xiàn)塌陷變形等狀況，導致巖層之間破裂，產(chǎn)生裂縫。如果地下水沿著巖層和縫隙朝著采空區(qū)流動，將會產(chǎn)生大量電解質(zhì)。在水解作用下，巖層中鈣離子、鐵離子等呈現(xiàn)出游離狀態(tài)。所以，充水采空區(qū)將會含有低阻高極化率的電性特點。因為裂縫、離析等狀況的出現(xiàn)，圍巖將具有電阻率高、低級化率等特點，隨著形變的變化，電阻率將會隨之升高[1]。在裂縫位置不含有充水時，將會具有高阻特點，充水情況下具有低阻特點。由此可以得知，根據(jù)充水情況來確定采空區(qū)邊界范疇。

2 礦山區(qū)常見物探方法

2.1 地震映像

地震映像也被稱之為高密度地震勘探，或者地震多波勘探，是當前礦山采空區(qū)廣泛采用的一種淺地層勘探方法，也就是結(jié)合反射波中最佳偏移距技術(shù)逐漸發(fā)展而來。因為每個記錄道都采取相同偏移距，地震記錄的時間變化也是根據(jù)地下地質(zhì)異常情況進行展示，這給資料解釋提供了諸多便利，能夠直接對各項數(shù)據(jù)信息解釋。在使用地震映像技術(shù)過程中，其數(shù)據(jù)采集效率比較快，但是抗干擾能力不強，在勘探深度上容易受到限制。

2.2 高密度電阻率法

高密度電阻率法也就是在常規(guī)電阻率法的背景下形成，是把巖石電性差異當做根本而形成的一種勘探方法，通過電極分布一次完成，能夠快速捕獲所需信息，并實現(xiàn)信息自動采集和處理的掃描測量技術(shù)。對于高密度電阻率法來說，自身具有成本投放少、運行效率快、信息資源豐富等特點。在正常礦層視電阻率中，不會產(chǎn)生明顯變化，采空區(qū)不含水時，展現(xiàn)出高阻特點，而含水時則展現(xiàn)出低阻特點[2]。通過實踐得知，高密度電阻率法比較適合應用在地形比較平緩的淺層采空區(qū)，不會受到地面導體或者高壓線等因素影響，對不含水的采空區(qū)勘探，有著明顯優(yōu)勢。近幾年來，三維髙密度電阻率成像探測技術(shù)得到了廣泛應用。

2.3 瞬變電磁法

瞬變電磁法也就是通過一個不接地回線或者磁偶極子朝著地下傳遞脈沖電磁波而形成的激發(fā)場源，在一次脈沖電磁場間歇過程中，通過采取線圈或者接地電極觀察二次渦流場空間分布情況和時間特點，展示出地層或者采空區(qū)幾何及物性特點。對于瞬變電磁法來說，因為體積效應比較小，并且分辨能力強，不容易受到地形等因素影響，在采空區(qū)地面物探中應用廣泛。通常情況下，比較適合應用在采空區(qū)深度不超過600m、基巖大面積出露的高阻屏蔽地區(qū)中，容易受到地面導體后者高壓線等因素影響，針對積水采空區(qū)勘探有著明顯優(yōu)勢。

2.4 活性炭測氡法

活性炭測氡法作為一種靜態(tài)且累積性測量方法，其工作原理在于把活性炭吸附器埋設(shè)在地下一段時間以后，將吸附器取出，同時把吸附器防止在相應設(shè)備中，如活性炭測氡儀，測量氡衰變子體內(nèi)釋放的a射線強度，從而對氡氣濃度情況有一定了解。在形成采空區(qū)以后，將會改變地下地質(zhì)體應力分布情況，便于氡氣釋放，在地表形成不同濃度的氡氣。通過對地表中氡元素濃度情況測量，確定圈定采空區(qū)實際位置和具體情況。這種方法操作比較簡單，靈敏性強，抗干擾能力高，不容易受到電磁、噪音等因素影響，和常規(guī)電法結(jié)合使用，能夠達到揚長避短的效果。

3 綜合物探方法在確定礦山采空區(qū)的應用

（1）某城市某擬建住宅區(qū)范圍之前是小窯開采，部分區(qū)域被垃圾掩埋，區(qū)內(nèi)可開采層為7號、13號礦層，其中，7號礦層埋深大約是50m，而13號礦層埋深大約的110m。通過對礦層深度差異情況分析，可以對礦層采空區(qū)實際情況有一定了解，通過采取地震映像、高密度電法等方法對采空區(qū)地面進行勘探，采用對應設(shè)備保障地質(zhì)勘探工作順利完成。淺層地震剖面圖見圖1。

圖1 淺層地震剖面圖

結(jié)合淺層地震剖面圖得知，地震映像時距剖面圖在210m的位置將會發(fā)生同相軸錯位現(xiàn)象，預測屬于采空區(qū)反映。在95m的位置同相軸發(fā)生丟失或者混亂等狀況，判斷該位置處于垃圾填埋區(qū)反映。

根據(jù)高密度電法電阻率斷面圖得知，橫向上在7號礦層底板周圍，斷面層50m左右的位置出現(xiàn)封閉高阻異?，F(xiàn)象，斷面圖250m左右的位置屬于封閉低阻體反映；在13號礦層底板周圍，斷面層65m左右的位置出現(xiàn)封閉低阻體反映。通過調(diào)查分析，高密度電法和地震映像在淺層采空區(qū)勘探中效果比較理想。

在瞬變電磁分布設(shè)計中，一般將其設(shè)計在180m×180m發(fā)射框中，在框內(nèi)三分之一的位置測量框邊長度。根據(jù)上圖可以得知，容易受到框邊影響，電阻率將會發(fā)生形態(tài)變化。除了受到該影響之外，如果曲線形態(tài)沒有發(fā)生任何變化，則表示無異常反應，由此可以得知，此位置礦層比較完整，并且沒有采掘活動。瞬變電磁法電阻率斷面圖見圖2。

圖2 瞬變電磁法電阻率斷面圖

通過鉆探檢測，27線250m位置鉆機構(gòu)在7號礦層位置41.2m處掉鉆1.05m，鉆進到13號礦層位置，礦層完整度沒有發(fā)生異?，F(xiàn)象。由此可以得知，高密度電法對淺層采空區(qū)定量解釋精度比較高，對于埋設(shè)深度超過80m的采空區(qū)，異常響應敏感度比較低；如果瞬變電磁探測深度比較大，對淺層采空區(qū)勘探效果不理想，對深層采空區(qū)異常解釋精度比較高，可以滿足綜合物探工作要求。

（2）某市某位置發(fā)生不同程度損壞現(xiàn)象，其下有礦層開采活動，該區(qū)域開采4號礦層，埋設(shè)深度為270m左右，為了更好查明建筑損壞程度是否和能源采空區(qū)有關(guān)，需要采用活性炭測氡法一級瞬變電磁法對該區(qū)域進行物探檢測，采用的勘探設(shè)備為TY-HC-1活性炭測氨儀。電阻率斷面圖見圖3。

根據(jù)上圖可以得知，在310m處視電阻率呈現(xiàn)出垂向條帶低阻異常，東側(cè)等值線相對比較平緩，在250m左右等值線呈現(xiàn)略有上漲的狀態(tài)，表現(xiàn)出高阻異常特點，和已知采空區(qū)比較，效果比較好。

在實際勘探中，采取測氡儀空測方式記錄地質(zhì)環(huán)境中氡氣數(shù)值，經(jīng)過多次反復測量，得出環(huán)境中氡氣數(shù)值為550計數(shù)/3分鐘。根據(jù)上圖可以得知，在180m位置左右，測量的氡值都大于所測背景值，可以得出采空區(qū)反映，和與瞬變電磁斷面圖內(nèi)容相統(tǒng)一。結(jié)合測量結(jié)果確定地面物探圈定采空區(qū)范疇，選擇計算參數(shù)，核算出地表塌陷影響范圍。在本次探究中，10等值線圈定地表塌陷影響的用戶數(shù)量為35戶，由此可知該地區(qū)建筑受損一般會受到地下采礦形成的采空區(qū)造成地面沉陷等因素影響。并且，本次采空區(qū)測量結(jié)果比較精準，給礦山采空區(qū)安全隱患的防御提供了參考依據(jù)。

4 結(jié)論

（1）每種地面物探技術(shù)在使用要求上各不相同，針對物探技術(shù)來說，操作比較便利，并且能夠展現(xiàn)出高效率的地震映像，對物探技術(shù)選擇和搭配提出科學性意見；在較淺層采空區(qū)中，應該采取淺層地震法和高密度電法；在淺層采空區(qū)中，需要采取高密度電法和瞬變電磁法；在深層采空區(qū)中，應采取測氡法和瞬變電磁法。

（2）在氡氣測量過程中，即便不會受到電磁、噪音等因素影響，但是因為在地表中測量，在選擇相應測量方法過程中，需要綜合思考礦層深度和厚度。并且，活性炭測氡法容易受到吸附設(shè)備埋設(shè)深度和埋設(shè)時間等因素影響，在有土壤覆蓋時，最佳埋設(shè)深度是40m。

（3）物探方法自身具有多解性特點，這給數(shù)據(jù)采集和分析增添難度，為了降低該因素帶來的影響，需要采取多種物探方法聯(lián)合使用，如本次探究中提出的測氡法與電類方法、同類物探方法結(jié)合pl等，能夠?qū)Φ刭|(zhì)信息全面分析，揚長避短，優(yōu)勢互補，獲取理想的采空區(qū)探測結(jié)果。