采空区地球物理勘探技术方法 陈金强
地震勘探
地震法研究专家（了解更多信息点击）技术原理地震勘探是利用地下介质弹性差异，通过观测和分析大地对人工激发地震波的响应，推断地下岩层的性质和形态的地球物理勘探方法。
采空区和陷落柱的存在，打破了原有的地应力平衡，因煤层厚度、顶板岩性的变化及开采历史不同，采空区主要有三种状态：①顶底板悬空，在一定范围内呈腔状；②由于顶板岩石完整，稳定性好，受上覆应力作用向采空区弯曲，逐渐挤压闭合；③顶板冒落，采空区由岩石碎块、碎屑及煤屑混合物充填。
但无论是空腔或压闭充填均可认为是由速度与密度比煤层更小的空气或水混合充填，比原生态的煤系地层松散，因此采空区与煤层的接触边界两侧存在着明显的密度、速度差异，这就为利用地震技术探测采空区提供了物理学基础。
1)布置方案三维地震勘探测线布置需要从以下方面着手：1、CDP网格的确定面元大小要有利于提高资料的横向分辨率，落实构造及断裂细节特征；同时，面元的大小必须保证各面元叠加时的反射信息具有真实代表性。
鉴于以上考虑，面元边长的确定通常考虑三个因素：目标尺度、由倾角推算的最高无混叠频率、横向分辨率，从中可选择最小的尺度。
当地质任务要求查明落差大于5m的断层、查明勘查区内长轴直径大于20m，短轴大于15m的陷落柱、褶幅大于5m的挠曲，可以选用5m×10m的CDP网格，一般CDP网格为5m×5m、5m×10m、10m×10m三种。
2、叠加次数覆盖次数选择主要遵从以下原则：（1）充分压制随机和规则干扰，提高有效反射能量，改善总体资料的信噪比；（2）受上部煤层的屏蔽，下部煤层反射波能量较弱，适当提高覆盖次数，有利于提高下部煤层反射能量，改善弱信号信噪比；（3）满足Inline方向速度分析精度和Crossline方向静校正耦合要求；一般叠加次数为16次、24次3、最大炮检距、最小炮检距的确定最大炮检距X max要考虑动校正拉伸、分辨率、折射波的干涉等因素，一般要求：X max≤Min（2hmin，hmax），通常简单取目的层最大深度的0.7～1倍。
微动探测在铜陵某金矿采空区勘查中的应用
微动探测在铜陵某金矿采空区勘查中的应用
鲁杏;郭信;罗传华;丁丹;余敏;崔先文
【期刊名称】《工程地球物理学报》
【年(卷),期】2023(20)1
【摘要】近年来,采空区塌陷事故时有发生,采空区勘查的重要性越来越高,物探方法能快速、高效地查明采空区的位置、范围和边界等,可以为综合治理提供基础依据。
本文以铜陵市某工程场地金矿采空区为研究对象,选用微动探测方法对该金矿地下采空区进行了探测。
工作中,采用线性排列进行探测,对每个排列的数据采用扩展空间自相关法获取了每个测点的频散曲线,对频散曲线进行反演并通过插值计算,获得了剖面横波速度结构,圈定了4个低速异常区,根据地质和钻孔资料并经综合研究,推断为采空区或破碎,经过钻探验证得以确认。
本文微动探测结果表明,在存在严重背景干扰的城市开展采空区勘查工作,微动探测方法具有较强的探测能力和优势,可为本区的采空区地质灾害的勘查、治理提供基础资料。
【总页数】6页(P50-55)
【作者】鲁杏;郭信;罗传华;丁丹;余敏;崔先文
【作者单位】安徽省勘查技术院;安徽省地质矿产勘查局321地质队
【正文语种】中文
【中图分类】TD7
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采用综合物探和钻探方法查明章丘矿山采空区
采用综合物探和钻探方法 查明章丘矿山采空区3刘建胜,李树荣,王爱民(山东省地矿工程勘察院,山东济南 250014)摘要:采空区与围岩具有明显的波阻抗界面,为应用地震反射波法、瞬态面波法及电阻率测深法在采空区的勘测,具备了有利的物理前提和应用条件。
通过现场钻探验证,揭示采空区的空间位置,对下步设计工作具有指导意义。
关键词:矿区;采空区;综合物探;钻探;月宫桥;济南章丘中图分类号:P631.4+25;P631.3+22 文献标识码:A1 工程概况及地质条件S244省道月宫桥新桥址位于山东省章丘埠村镇南2k m 西巴漏河河床上,旧桥已经不能满足经济发展的需要,济南市公路局拟在原桥西边扩建1座新桥,设计4跨5墩。
据业主提供的有关信息,在新桥址处一采空区分布范围不明。
为保证工程建设顺利进行,2006年6月,受业主委托,山东省地矿工程勘察院组成项目组进入工地,采用反射波法浅层地震、瞬态面波法和电阻率测深法3种物探方法,结合钻探方法对采空区进行了相关工作,并提交了该区的工程勘察报告①。
场区位于泰山断块凸起的西北缘,是一个以古生代地层为主体的N 斜单斜构造。
区内中生代燕山活动强烈,以断裂活动为主,断裂及裂隙多为NNW ,NNE 向。
工作区位于西巴漏河河床,上覆地层主要为第四纪卵石及碎石层,最大厚度8.0m 以上;下部为石炭纪砂、泥岩,呈互层状分布,夹薄层煤和铝土矿,采空区推断位置应系采煤所致。
2 工作区地球物理特征该区第四系与下覆的石炭纪砂泥岩层构成了明显的波阻抗界面,采空区与围岩也形成波阻抗界面。
当地震波遇到岩层采空区或破碎带时,地震波速明显减小,地震波振幅大为降低。
该区水位约60m ,采空区处于水位以上,较其他围岩有较高的电阻率值,在曲线上呈现高阻畸变点。
因此该区具备了应用地震反射波法、瞬态面波法及电阻率测深法在采空区的勘测物理前提。
2.1 浅层地震反射波法2.1.1 方法及原理浅层地震反射技术是利用人工激发的地震波在弹性介质不同的地层内的传播规律,根据勘探地震学的基本原理,只要不同介质或地质体间存在密度和地震波速度差异,就有应用地震探测的物理前提。
二维地震勘探技术在煤矿采空区探测中的应用
二维地震勘探技术在煤矿采空区探测中的应用
二维地震勘探技术是一种利用地震波在地下介质中的传播和反射特性来探测地下构造
和矿藏的方法。
在煤矿采空区探测中，二维地震勘探技术可以提供关于采空区底部构造、
岩层变形、煤层剩余厚度等信息，为煤矿的安全生产和合理开采提供重要依据。
二维地震勘探技术可以帮助确定采空区底部构造。
煤矿采空区是指矿井开采后的地下
空间，其底部构造复杂多变，包括煤层剩余厚度、堆积物、断层等等。
通过进行二维地震
勘探，可以获取采空区底部的地下构造信息，帮助理解采空区的空间分布和形态变化，为
采空区的管理和治理提供科学依据。
二维地震勘探技术可以评估采空区的岩层变形情况。
在煤矿开采过程中，采空区的岩
层会发生不同程度的变形和破坏，严重时可能引发地表塌陷等灾害。
利用二维地震勘探技
术可以探测出采空区岩层的变形情况和分布规律，帮助评估采空区的稳定性和危险性，为
采空区的支护和管理提供科学指导。
二维地震勘探技术还可以判断煤层在采空区剩余的厚度。
煤层采空后，在煤层顶板和
底板之间会形成一定的剩余煤层。
通过对采空区进行二维地震勘探，可以测量出剩余煤层
的厚度和分布情况，为煤矿的合理开采和资源利用提供重要依据。
二维地震勘探技术在煤矿采空区探测中也存在一些挑战和限制。
采空区地质条件复杂，波阻抗变化大，地震波传播路径复杂，会导致勘探结果不准确。
采空区常常存在大量的瓦
斯和矿水等干扰因素，会影响地震波信号的传播和反射。
在进行二维地震勘探时，需要制
定合理的勘探方案和采集参数，提高勘探的精度和可靠性。
煤矿总工程师技术手册
1.4 地球物理勘探技术1.4.1 概述地球物理勘探方法利用物理方法来解决地质问题，即通过观察与观测各种地球物理现象，分析它们随地质构造或岩性变化的基本规律，从而到达解决地质问题的目的。
所有的地球物理勘探方法简称“物探”方法，由于所研究的物理性质不同，物探方法种类多样，主要的方法包括：(1)地震勘探：地震勘探是研究人工激发的弹性波在不同地层中的传播规律，如波的速度、波的衰减和波的形状，以及在界面的反射、折射来研究地层埋深、构造形态和岩性等的一种物探方法。
(2)电法勘探：电法勘探是以介质的电性差异为基础，通过观测和分析天然及人工电磁场的空间和时间分布传播来研究地质构造和寻找矿床的一种物探方法。
(3)重力勘探：重力勘探是以地壳中岩(矿)石间的密度差异为基础，通过观测与分析重力场的变化来寻找和勘探矿床，研究地质构造的一种物探方法。
(4)磁法勘探：磁法勘探是以岩(矿)石间的磁性差异为基础，通过观测和分析地磁场的变化规律，来寻找和勘探矿床，研究地质构造的一种物探方法。
(5)地球物理测井：地球物理测井是利用钻井内岩石、矿层具有不同物性的特点来划分钻井地质剖面及解决其它地质问题的多种方法总称，也称为钻井地球物理，或简称测井。
它主要包括电测井、核测井、声测井等方法。
近几十年来，地球物理勘探方法得到飞速发展，方法和技术日臻完善，应用领域不断扩大，解决的问题日益增多，已成为煤炭地质勘探中一个不可缺少的组成部分。
在煤炭资源勘探工作中，已由钻探为主物探为辅，发展为物探为主，钻探验证为辅。
使得煤炭资源勘查工作在精度、效率及经济性等各方面都有很大提高。
目前，地球物理勘探方法更多地应用于煤矿生产阶段，在矿井和采区设计优化、综采工作面的合理布置、避免和减少地质风险、优选采煤方法、提高资源回收率、降低万吨掘进率、生产安全等方面起到了重大作用。
主要地质任务为：查明小断层小褶曲；查清陷落柱、老窑及采空区的空间分布形态；解决煤层分叉与合并、煤层厚度变化、火成岩侵入、煤层顶底板水文地质条件及力学性质等一系列地质问题。
应用于铁矿采空区探测的地球物理方法概述
应用于铁矿采空区探测的地球物理方法概述
赵乐涛;王永章;韩良德;刘晓东;肖二莲
【期刊名称】《西部探矿工程》
【年(卷),期】2011(023)001
【摘要】针对铁矿采空区的特点,合理选择物探方法、灵活运用物探方法是准确探测采空区的关键,简要介绍了太钢袁家村铁矿采空区的特性以及几种用于探测铁矿采空区的地球物理方法的原理及优缺点.
【总页数】3页(P112-114)
【作者】赵乐涛;王永章;韩良德;刘晓东;肖二莲
【作者单位】太原钢铁〈集团〉有限公司袁家村铁矿项目经理部,山西,太
原,030027;太原钢铁〈集团〉有限公司袁家村铁矿项目经理部,山西,太原,030027;太原钢铁〈集团〉有限公司袁家村铁矿项目经理部,山西,太原,030027;太原钢铁〈集团〉有限公司矿业管理部,山西,太原,030027;中海油能源发展特普地球物理分公司,广东,湛江,524057
【正文语种】中文
【中图分类】P618.31
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某铁矿山隐伏采空区精准探测方法
某铁矿山隐伏采空区精准探测方法马法成【摘要】为消除采空区给铁矿山人员和生产带来的巨大安全隐患,对采空区精准探测方法进行了研究.在深入分析高密度电阻率法采空区探测工作原理的基础上,建立了采空区探测模型,据此总结出采空区在电阻率剖面图中所具有的高阻异常和电阻率突变的识别特征.以五台—吕梁地区某大型铁矿山采空区为例,进行了精准探测.根据采空区识别标志圈定了采空区异常的分布范围,采空区在探测成果图中有较明显的反映,电阻率异常特征与解译标志基本符合;钻探验证表明,通过高密度电阻率法可有效识别出采空区;结合采空区三维激光扫描成果,建立了采空区三维模型,精确地获取了采空区的空间特征信息.研究结果表明:采用高密度电阻率法圈定异常、钻探验证和三维激光扫描建模的综合探测方法可对铁矿山采空区进行高效、经济、精准探测.【期刊名称】《金属矿山》【年(卷),期】2016(000)005【总页数】4页(P196-199)【关键词】采空区;精准探测;高密度电阻率法;三维激光扫描;采空区探测模型【作者】马法成【作者单位】太原钢铁集团有限公司,山西太原 030003【正文语种】中文【中图分类】P631五台—吕梁地区发育有袁家村、尖山等多个大型—特大型铁矿床,矿床类型以前寒武纪沉积变质型铁矿床为主,矿床规模巨大,储量集中,水文条件简单,矿体稳定,开采技术要求较低,是我国最主要的铁矿石生产基地之一[1]。
但由于资源整合前周边众多原有小矿山的不规范地下开采活动,造成采区范围内地下存在众多隐伏采空区,其具体位置、埋深、大小等既无资料可查,也无明显的地面表征。
随着采场开采范围的拓展与延深,采空区给正常的采矿生产带来了极大的威胁,严重威胁着人员和矿山大型设备的安全,也给矿山的爆破安全造成了严重的安全隐患[2]。
目前,国内对采空区的探测主要依赖于钻探技术[3-4],该技术虽然取得了良好的效果,但存在效率低、工程量大、控制网度较低、精度低、勘查成本高等不足,极大增加了生产成本,影响了生产进度。
瞬变电磁法及高密度电法在采空区探测中的应用
瞬变电磁法及高密度电法在采空区探测中的应用聂冀强（河北省地矿局第一地质大队，河北 邯郸 ０５６０００）摘要：采空区塌陷程度较深，需要采用科学的手法对其进行勘探、检测和填充，否则不利于建筑工程的稳固性，还存在安全隐患，危害人民财产及生命安全。
对于采空区的探测技术选用需要结合工作实践、有效利用。
本篇文章在此基础上，主要对瞬变电磁法及高密度电法在采空区探测中的应用方法和应用作用作出分析。
关键词：瞬变电磁法； 密度电法； 采空区 ；探测； 应用； 分析采空区的形成主要分为两种，一种是人为的过度开采，导致地面塌陷；另一种则是由于地壳剧烈运动使地面以下产生空洞陷落。
采空区形成会导致道路变形、建筑倒塌等不利影响，同时截断水源、危害环境，因此要积极采用科学探测手法，予以填补。
瞬变电磁法及高密度电法是采空区探测中的常用方法。
［１］一、瞬变电磁法及高密度电法介绍1.1瞬变电磁法 瞬变电磁法主要是一种介质电阻率的探测手法，主要是利用接地或不接地回线向地下发射脉冲磁场，同时在间歇期利用电极或线圈探测低下涡流场，这种涡流场主要是由于低下介质的二次感应形成。
瞬变电磁法的施工效率高，对于低阻观测的敏感度较高，受地形影响程度较小。
瞬变电磁法的发展前景良好，尤其是在煤矿采空区、不规则洞穴、溶洞岩穴中的应用广泛，这种探测方法探测深度大，对于高阻地区的低阻介质探测敏感，并且能够通过内部系统调节自动屏蔽噪音，操作方便、分辨度高。
虽然瞬变电磁法具有低影响率、高工作率的优势，但是并不能代替全部的勘探手法，如果探测环境附近有金属结构，则无法采取和利用有效数据，需要使用其他的电法勘探，这主要是因为瞬变电磁法容易受金属物质的影响，这也是地质结构形态对瞬变电磁法的主要影响方面。
1.2高密度电法高密度电法的主要工作原理与一般电阻率方法差不多，主要区别就是高密度电法在进行矿区或地质勘测中设置的测点密度比较高。
当进行探测工作时，需要在在监测点上设置所有电极，但是测点需要注意留出间隔。
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采空区地球物理勘探技术方法陈金强
摘要：在我国经济快速发展期间，煤炭资源大规模开采．很多地区的无序开采
造成煤矿采空区分布情况不明，产生了不良的社会与环境效应，严重影响矿区周
边人民的生活．同时，也可能会对人们生命财产安全造成了直接的影响，给国家
带来巨大的财政损失．由于采空区形成年代、埋藏深度、空间结构、围岩条件、
冒落、充填和积水等情况不同，采空区的物性反映虽然呈现出很大的差别性，但
是仍可利用各种地球物理方法进行探测．
关键词：采空区；地球物理；勘探技术方法
前言
采空区给人类生产生活带来严重危害，采空区的探测已成为重要研究课题。
大部分小煤矿没有保留下准确的地质资料，兼并重组整合煤矿普遍存在地质勘查
工作程度低、地质情况不明，煤矿建设和生产存在安全隐患，将是制约安全生产
的一大因素。
因此进行采空区探测工作十分必要，目前探测采空区的物探方法较多，如反射波法、高密度电法、瞬变电磁法、探地雷达、微动勘察法等。
1、地震方法探测采空区
地震勘探是利用地层和岩石的弹性差异来探测地质构造、寻找有用矿产资源
的重要地球物理勘测方法．地震波在传播过程中，当遇到弹性分界面时将产生反射、折射和绕射等现象，接收地震波的性质及收发方式的不同形成了不同的地震
勘探方法．地震方法在采空区探测中已经得到广泛的应用．
反射波法是人工激发的地震波在地层中传播时，在波阻抗界面上产生反射信号，通过对该信号进行分析，来推断界面深度、构造形态及其物性参数的一种地
震勘探方法．当煤层未开采时，由于煤层呈现低密度、低速度的特性，与顶底板
围岩的波阻抗差异较大，能形成能量较强的反射波．在地震剖面上，采空区的地
震属性表现为反射波能量衰减快、反射波同相轴有缺失绕射现象；而采空塌落区
的属性表现为地震反射波同相轴不连续、错位，反射波能量弱或杂乱无章的特点．这为采空区在时间剖面上的特征识别提供了的判别依据。
当采空区的宽度小
于地震勘探的横向分辨率时，反射地震的探测有效性降低，需借助绕射波和瑞雷
面波法解决．
一般来说，地震勘探方法在圈定采空区位置上相对准确．对于各种地震方法
在采空区中的应用有其各自的特点及优势，然而针对地震属性体的提取和应用很
大程度上依赖于原始地震资料的品质，提取方法的选择要全面地分析探测目标体，紧密结合实际地质情况和施工成本，以确保得到正确的解释成果．同时，由于地
震反演问题的多解性，应适当采用综合地震勘探方法探测对问题进行有效地约束，可极大地提高成果的可靠性．
2、高密度电法在煤矿采空区的应用
我国是从20世纪末开始研究高密度电法及其应用技术，在理论方法和实际
应用等方面进行了探讨并不断完善．随着地球物理反演方法的发展，高密度电法
资料的电阻率成像技术也从一维和二维发展到三维，极大地提高了地电资料的解
释精度．中国地质大学、吉林大学、重庆地质仪器厂等研制成了几种类型的仪器．随着煤田地质灾害的增加，对采空区、陷落住等的探测需求日益加大．高密
度电阻率法探测精度高，对其研究和应用迅速展开，其对煤矿采空区探测的可行
性得到验证．雷旭友等（2009）采用高密度电阻率方法分别对机场岩溶和土洞、
煤矿运煤巷道、隐伏小煤矿采空区和复杂地质灾害隧道进行了试验勘探，探测结
果经钻探验证，准确率在60%以上．杨镜明（2012）应用高密度电阻率法探测陡
倾煤层采空区，推断出了采空塌陷和地裂缝的位置．孙林（2012）在内蒙古某地区，针对测区不同的地电条件，综合应用高密度电阻率法和浅层地震进行煤田采
空区探测，取得了良好的效果．杨镜明等（2014）结合应用实例探讨了利用高密
度电阻率法评价煤矿采空区注浆治理效果的可行性．高密度电阻率法在煤田地质
灾害预测与治理中将发挥更重要的作用．
3、瞬变电磁法在煤矿采空区中的应用
瞬变电磁法是通过不接地回线或接地长导线向地下供以脉冲电流，当回线中
的稳定电流突然切断后，根据电磁感应理论，发射回线中电流突然变化必将在其
周围电介质中产生涡旋交变电磁场．地质体导电性愈好，涡流的热耗损愈小，瞬
变过程愈长．通过接收线圈测量二次场空间分布形态，测量这种由地下介质产生
的二次感应电磁场随时间变化的衰减特性，从而达到解决地质问题的目的．一次
发射可以同时完成不同深度的信息探测，所以此方法的探测效率较高．瞬变电磁
法根据采空区的电磁特性，即充水时相对围岩具有低阻特性，反之为高阻特
性．地面瞬变电磁法具有易穿透高阻层、对低阻含水采空区反应灵敏，施工方便、效率高等优势，且勘探深度适于煤矿采空区探测，因而迅速成为各大矿区探测采
空积水区的首选方法．
随着瞬变电磁法在煤田采空区探测中应用的不断深入，很多学者将其应用范
围从地面的半空间延伸到矿井中的全空间．赵文曙等（2012）利用矿井瞬变电磁
法超前探测技术，在巷道掘进头进行数据采集，通过数据处理、反演计算形成巷
道掘进头顶板视电阻率剖面图，解释了巷道掘进头上层煤采空区的范围和位置特征．矿井瞬变电磁法拓展了传统矿井物探方法的探测范围，实现了矿井全方位的
超前探测，实现了多角度立体探测．
4、探地雷达在煤矿采空区的应用
探地雷达（也称地质雷达）利用高频电磁波以及宽频带短脉冲，根据接收到
波的双程走时、幅度与波形资料，推断介质的结构．该方法数据处理过程与地震
类似，通过进行振幅恢复、滤波、F-K滤波、反褶积处理等手段来获得信噪剖面．国内对地质雷达技术的研究始于20世纪70年代初期，地矿部物探所、煤炭
部煤科院均进行了地质雷达设备的研制和野外试验工作．90年代以来，由于大量国外仪器的引进，地质雷达得到了广泛的应用．
噪声压制是探地雷达数据采集技术的研究的重点．程久龙等（2010）给出了
采空区的雷达反射波响应特征，分析了干扰的类型，提出了压制强电磁干扰的工
作方法、数据处理和解释方法．石刚等（2012）采用瑞典RAMAC/GPR探地雷达
仪配备的超强地面耦合天线（RTA50MHz）探测采空区，选用合适的雷达参数和
探测模式进行数据采集，实现了探测目标体的准确定位，取得较好的探测效果．
5、微动勘察法在煤矿采空区的应用
微动勘察法（MSM）是一种物探新技术，近几年也应用到煤矿采空区的勘查中，尤其是对陷落柱的探测．微动探测是以平稳随机过程理论为依据，从台阵微
动记录的垂向微动信号中提取瑞雷面波的频散曲线，通过对频散曲线的反演，获
得地下介质的横波S速度，利用其低速异常解释采空区，依据勘探目的不同，分
为单点微动探测（测深）和微动剖面探测两种．
现阶段常规的探测采区陷落柱的主要地面物探手段为三维地震勘探和瞬变电
磁探测方法．由于受地表地形等因素的干扰，据统计三维地震勘探确定的陷落柱巷道验证率不足50%．不含水陷落柱与围岩的电性差异较小，地面瞬变电磁探测也较难发现．与常规方法相比，微动勘察法在探测煤矿陷落柱施工时，由于其便捷的野外观测方法、无需人工源以及不受电磁干扰影响等特点，对地形及环境噪声无特殊要求，适用于各种地形及环境，对探测村庄覆盖区之下的煤层构造、圈定陷落柱等速度异常区域，具有一定的技术优势．
结语
近年来，地震法、瞬变电磁法、高密度电法、微动法、放射性法、探地雷达法等地球物理方法都在煤矿采空区探测中得到应用．但是，每一种方法都有本身的局限性．实际工作中，应根据煤矿采空区具体的地质特征，综合考虑不同地球物理方法的特点，选择合理的方法进行探测，或者采用综合地球物理方法进行探测和解释，以取得理想的探测效果．
参考文献：
［1］吴成平，胡祥云．采空区的物探勘查方法［J］．地质找矿论丛，2007（1）．
［2］薛国强，李貅，郭文波，等．大回线源瞬变电磁场响应特性［J］．石油地球物理勘探，2007，42（5）．。