摘 要 ：本文建立空氣型采空區(qū)的地球物理異常理論識別模型，應(yīng)用正演模擬方法對在不同采空區(qū)埋深(h)：采空區(qū)邊長(b)比值下的空氣型采空區(qū)異常特征進(jìn)行分析。結(jié)果表明，在溫納裝置下，空氣型采空區(qū)顯示為高阻異常特征。同時，在采空區(qū)邊長(b)不變的情況下，隨著比例系數(shù)的逐漸增大，采空區(qū)埋深逐漸加深，對采空區(qū)的分辨率逐漸降低。當(dāng) h:b=1:1 時，可準(zhǔn)確識出采空區(qū)具體形態(tài)及其分布范圍 ;當(dāng) h:b=4:1 時，已超出有效探測深度范圍，無法識別出采空區(qū)。

　　關(guān)鍵詞 ：采空區(qū) ;地球物理異常 ;正演模擬 ;異常特征 ;分辨率

　　1  高密電阻率法采空區(qū)探測基本原理

　　高密度電阻率法簡稱 HDRM，其在原理上與常規(guī)電阻率方法完全相同，是以巖(礦)石之間的電性差異為基礎(chǔ)，通過觀測和研究與這種電性差異有關(guān)的電場分布特征和變化規(guī)律，以此來探明地下地質(zhì)體的分布情況 [4，5]。高密度電阻率法探測裝置類型較多 [6]，包括溫納裝置、偶極裝置、微分裝置、二極裝置、四極裝置、單邊三極裝置、斯龍貝格裝置等 [7]。上述裝置均可應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集工作，但由于探測區(qū)域地形、地質(zhì)特征、地球物理特征、人為因素等條件限制，在野外工作時應(yīng)根據(jù)實際情況選擇合適的裝置類型進(jìn)行探測，確保數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性。本文選用采空區(qū)高密度電阻率法探測中常用的溫納裝置進(jìn)行研究分析。

　　2  空氣型采空區(qū)地球物理異常理論識別模型

　　建立空氣型采空區(qū)地球物理異常理論識別模型，并采用溫納裝置進(jìn)行分析。空氣為不導(dǎo)電的絕緣體，顯示為高阻特征，對空氣型采空區(qū)電阻率設(shè)定為 10000Ωm ;對模型背景電阻率設(shè)定為 300Ωm，保證采空區(qū)與賦存位置周邊圍巖之間具有明顯的電阻率差異，以進(jìn)行空氣型采空區(qū)的理論識別模型相關(guān)研究。同時，設(shè)定電極數(shù)為 60，電極間距為 5m。設(shè)定采空區(qū)為邊長 b=15m 的正方體，水平范圍在 145m~160m 之間，采空區(qū)初始埋深為 h=15m，并根據(jù) h:b=1:1、2:1、3:1、4:1 的比值關(guān)系逐漸增大采空區(qū)埋深，模型如圖 1(e)所示。利用 RES2DMOD 軟件對空氣型采空區(qū)地球物理異常理論識別模型進(jìn)行正演計算，計算結(jié)果如圖 1所示。

　　3  空氣型采空區(qū)地球物理異常分析

　　根據(jù)計算結(jié)果，在溫納裝置電阻率剖面圖上，從上而下采空區(qū)埋深(h)：采空區(qū)邊長(b)分別為 1:1、2:1、3:1 和 4:1，空氣型采空區(qū)顯示為高阻異常特征，且當(dāng)在電極間距、采空區(qū)規(guī)模、采空區(qū)與賦存位置周邊圍巖之間電阻率差值不變的情況下，在不同埋深情況下對同一采空區(qū)顯示不同的高阻異常特征。

　　(1)當(dāng) h:b=1:1 時，即采空區(qū)埋深為 15m，計算結(jié)果如圖 1(a)所示。在電阻率剖面圖上可識別出明顯的高阻異常特征 ;并以電阻率最高值的等值線圈定采空區(qū)，采空區(qū)位于水平范圍 137.5m~167.5m 之間，垂向范圍 10.5m~20.5m 之間，其高阻異常顯示范圍與模型采空區(qū)設(shè)定范圍基本吻合，對空氣型采空區(qū)模擬效果明顯。

　　(2)當(dāng) h:b=2:1 時，即采空區(qū)埋深為 30m，計算結(jié)果如圖 1(b)所示。在電阻率剖面圖上可識別出小部分高阻異常特征 ;并以電阻率最高值的等值線圈定采空區(qū)，采空區(qū)位于水平范圍 120m~180m 之間，頂板埋深為 33m，無法識別出采空區(qū)具體形狀及其底部邊界范圍，對空氣型采空區(qū)模擬效果變差。

　　(3)當(dāng) h:b=3:1 時，即采空區(qū)埋深為 45m，計算結(jié)果如圖 1(c)所示。在電阻率剖面圖上僅可識別出小部分次高阻異常特征 ;并無法以電阻率最高值的等值線對采空區(qū)進(jìn)行圈定，無法識別出采空區(qū)具體形狀及其分布范圍，對空氣型采空區(qū)模擬效果已經(jīng)失真。

　　4  結(jié)論

　　(1)通過對采空區(qū)地球物理異常理論識別模型進(jìn)行正演模擬計算，在溫納裝置上模擬效果明顯，空氣型采空區(qū)顯示為高阻異常特征，且在不同埋深范圍內(nèi)的采空區(qū)均具有明顯的電阻率異常響應(yīng)。

　　(2)根據(jù)模擬結(jié)果可知，在采空區(qū)邊長不變的情況下，隨著比例系數(shù)的逐漸增大，采空區(qū)埋深逐漸加深，對采空區(qū)的分辨率逐漸降低。

　　(3)根據(jù)模擬結(jié)果可知，對于空氣型采空區(qū)，在有效探測深度范圍內(nèi)時，可準(zhǔn)確識別出采空區(qū)具體形狀及其分布范圍 ;當(dāng)采空區(qū)埋深超出有效探測深度范圍內(nèi)時，已無法識別出采空區(qū)。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] 吳成平 , 胡祥云 . 采空區(qū)的物探勘查方法 [J]. 地質(zhì)找礦論叢，2007， 22(1): 19-23.

　　[2] 童立元，劉松玉，邱鈺，等 .2004. 高速公路下伏采空區(qū)問題國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及進(jìn)展 [J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報，23(7):1198-1199.

　　《空氣型采空區(qū)的地球物理異常理論識別模型分析》來源：《世界有色金屬》，作者：張忠海 ，王 潤，郭 凱 ，曹 洋。