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摘要：矿区地下隐伏采空区的存在严重威胁着生产和人员的安全，运用科学合理的手段进行空区探测，是保障矿山安全的重要措施。本文从采空区勘探角度出发，阐述了地震映像法和高密度电阻率法的工作原理、特点和技术方法，并分别利用对高密度电阻率法和地震映像法两种地球物理分支方法，对烟台市福山区王家庄村位于福山铜矿矿区采矿区进行采空区勘察研究。地震映像法和高密度电阻率法这两种不同的物探方法在实际勘察中可以达到相互验证、相互补充的作用。本文的研究旨在通过本次物探工作，查明工作区内采空区及塌陷位置的分布特征，为钻孔验证提供依据。
关键词：高密度电阻率法 地震映像法 采空区 应用
1 概述
近年来我国发现的地质灾害中50%以上是人类活动所造成的，其中矿区采空区地质灾害发生频繁。大规模的矿产资源开发，形成的矿区地下采空区，导致大面积地表沉陷，地面建构筑物、交通设施、生活基础设施、土地等遭受到严重破坏。运用合适的地球物理探测方法，并快速有效地查明这些矿区采空区的地质灾害的空间赋存特征，对于指导地质灾害的治理和施工工程尤为重要。因此高度认识矿区采空区的危害和面临的严峻形势，进一步加强对矿区采空区的管理，开展对采空区的探测研究，以期能准确圈定出采空区（含采空影响区）、陷落柱及断层等地质异常体的确切位置及其赋水性，具有重要的现实意义。
烟台市福山区王家庄村位于福山铜矿矿区采矿区范围内，据现场调查情况，该村地下存在多条采空巷道，且出现过塌陷现象。为查明采空区等不良地质现象的存在状况，本文采用高密度电法和地震映像法进行勘察，为防止出现塌陷等地质灾害和下一步采取措施消除建设工程隐患提供依据。通过本次物探工作，查明工作区内采空区及塌陷位置的分布特征，也为下一步钻孔验证提供了依据。
2 本文主要勘察方法技术
2.1 地震映像法
2.1.1 地震映像法采空区探测原理
地震映像法是近10年来用于探测浅部介质中纵、横向不均匀体的有效方法。地震映像法，又称地震共偏移距法，是以相同的小偏移距逐步移动测点来接收地震信号，在地面或水面对地下目标体进行连续扫描，利用多种地震波信息来探测地下介质变化的浅层地震勘探方法。该方法可以利用多种波作为有效波来进行探测，也可以根据探测目的要求仅采用一种特定的波作为有效波。常用的波有折射波、反射波和绕射波，除此以外还可根据情况利用有一定规律的面波、横波和转换波来进行探测。在这种方法中，每一测点的波形记录都采用相同的偏移距激发和接收。在该偏移距处接收到的有效波具有较好的信噪比和分辨率，能够反映出地质体沿垂直方向和水平方向的变化。地震映像可以用波形图或彩色振幅图显示结果，同时进行运动学和动力学方面的解释分析，数据处理可以在空间、时间和频率域中进行，图示直观。
2.1.2 地震映像法的特点
①数据采集速度快，但抗干扰能力差，勘探深度有限。
②资料解释中可以利用多种波的信息，即有效波不但是反射波，还可以是折射波、面波、绕射波。
③在探测目的单一，只需研究横向的地质情况下，效果较好，而探测目的层较多时，不易确定最佳偏移距。
④由于每个记录都采用了相同的偏移距，地震记录上的时间变化主要为地下地质异常体的反映，给资料解释带来极大的方便。
2.2 高密度电法
高密度电阻率法是集电剖面和电测深于一体，采用高密度布点进行二维地电断面测量的一种电阻率法勘探技术，它提供的数据量大，信息多，并有观测精度高、速度快等特点，在工程与环境地质等方面取得了良好的地质效果。
高密度电阻率法是基于垂向直流电阻率测深与直流电阻率剖面测量两种方法相结合的基本原理，通过高密度电法测量系统中的软硬件，控制在同一条多芯电缆上布置连结的多个电极，使其自动组成多个垂向测深点或多个不同探测深度的探测剖面，根据控制系统中选择的探测装置类型，对电极进行相应的排列组合，按照测深点位置的排列顺序或探测剖面的深度顺序，逐点或逐层探测，实现了自动布点、自动跑极、自动供电、自动观测、自动记录、自动计算、自动存储。把存储数据调入RES2D图像处理软件，可自动生成各测深点及各剖面层的曲线或整体剖面图像。
3 本文工作内容
本文主要依据《城市工程地球物理探测规范》CJJ7-2007，本次物探工作自2012年9月12日开始，至2012年9月20日结束，完成的工作量见表1。
4 资料解释
4.1 资料解释原则
推断解释遵循由已知到未知的原则，依据方法试验中各方法反映的异常特征，在充分研究试验取得成果的基础上，由点到线，由线到面，进行合理的推断解释。
高密度电阻率法：
①电阻率图像呈U型下凹的低阻是该区主要异常特征，是判别采空区（充填）的主要依据，这种异常主要从地表开始，向下延伸；②曲线呈U型下凹的低阻异常形态基本和采空区的形态一致，图形直观，易于判别，低阻异常规模越大反映了采空区或构造的规模越大；③U型的低阻异常下凹深度小时并不完全代表地下异常体的大小，要结合映像分析。
地震映像法：在地震映像图上具有同相轴错断、散射波、频率变化等特征，是判断是否存在采空区的标志；而在地震映像图上呈现低速、多相位、波阻。
不连续异常则是反映地层界线及断层构造的标志，具体原则如下：①地震映像图上呈现的低速、多相位、能量明显降低、波阻不连续系因地层较软所致，其对应电阻率剖面图低阻异常向下延伸较大；②地震映像图上呈现多相位、波阻不连续，但能量较强，速度不明显降低的异常系因地层岩石破碎所致，其对应电阻率剖面图低阻异常向下延伸较小，但异常规模不一定小。
4.2 资料解释（以1线、5线、16线为例）
1线： 地震映像（YX1）：6米和66米处波形相位不连续，振幅能量降低，推断该处为采空区；152-174米之间地震波呈现低速、多相位、振幅能量变强的特点，推断该处为塌陷区。
高密度电法（GD1）：162～165米处视电阻率图像呈“U”型，是塌陷区的反应。
验证钻孔定于该测线163米处。（地震映像YX1线东端木桩向西21米处）
5线：
地震映像（YX5）：64-68米之间的地震波出现绕射弧，推断该处为采空区，埋深不大，应在50米以内。
高密度电法（GD5）：64～68米处视电阻率图像在AB/2=30-50米之间呈封闭的低阻异常。同样可能是采空区充水的反应。
5号高密度视电阻率成果图
16线：
176-184米之间的波形杂乱，相位不连续，振幅能量增强的特点，推断该处为塌陷区（局部空洞）；278-283米之间地震波呈现低速、多相位、振幅能量变强的特点，推断该处为塌陷区。
高密度电法（GD16）：180～186米处视电阻率图像呈“U”型，是塌陷区的反应；278-283米之间，由于场地所限，图像仅能反映上部地层情况。
验证钻孔定于该测线279米和181米两处，181米处钻探深度50米左右。
5 结论与建议
5.1 结论
本文用软件成图，图像清晰，直观地反映了地下采空区结构形态等情况；利用地震映像法和高密度电阻率法两种物探方法的使用，能够互相验证，克服单一方法的局限性。本文通过利用同一地质现象不同方面的物理性质，分别采取了不同方法得出结论，结论认为：钻探位置及深度如下：
①16线279米处；
②1线163米处；
③18线55米处；
④16线181米处，该处钻探深度50米左右；
⑤7线51米处；
⑥13线42米处；
⑦18线342米处。
说明：钻探深度结合测深曲线确定。
5.2 建议
5.2.1 按照结论顺序进行钻探验证。
5.2.2 根据本阶段物探勘查情况，为减少物探方法的多解性，建议下一期物探工作进行综合方法。
参考文献：
[1]郭秀军等.用高密度电阻率法进行空洞探测的几个问题[J].工程物探信息，2002，6：36.
[2]刘建华，彭向峰，孙智峰.高分辨率地震技术探测采空区研究——以贾汪煤矿区为例[J].高校地质学报，1996，2（4）：45-57.
[3]寇绳武，李克祥，郭舜等.高密度电阻率法探测洞穴、采空区的效果分析[J].工程勘察，1994（6）：61-65.
[4]祁民，张宝林，梁光河，陈友明，管刚.高分辨率预测地下复杂采空区的空间分布特征——高密度电法在山西阳泉某复杂采空区中的初步应用研究[J].地区物理学进展，2006，21（1）：256-262.
[5]张向宇，毕炳坤，杨平太，等.高密度电阻率法探测采空区[J].物探与化探，2009，33（3）：34.
[6]熊章强，方显根.浅层地震勘探[M].北京：地质出版社，2002：21-22.
[7]张华，徐红利.地震映像法在地质灾害调查中应用[J].工程勘察，2010（5）.
[8]李水平.高密度电阻率法在铝土矿床上的应用[J].物探与化探，2009：33（1）.
作者简介：张雪飞（1981-），男，山东滨州人，物化探副经理，物化探助理工程师，研究方向：地球物理、化学勘查。
关键词：高密度电阻率法 地震映像法 采空区 应用
1 概述
近年来我国发现的地质灾害中50%以上是人类活动所造成的，其中矿区采空区地质灾害发生频繁。大规模的矿产资源开发，形成的矿区地下采空区，导致大面积地表沉陷，地面建构筑物、交通设施、生活基础设施、土地等遭受到严重破坏。运用合适的地球物理探测方法，并快速有效地查明这些矿区采空区的地质灾害的空间赋存特征，对于指导地质灾害的治理和施工工程尤为重要。因此高度认识矿区采空区的危害和面临的严峻形势，进一步加强对矿区采空区的管理，开展对采空区的探测研究，以期能准确圈定出采空区（含采空影响区）、陷落柱及断层等地质异常体的确切位置及其赋水性，具有重要的现实意义。
烟台市福山区王家庄村位于福山铜矿矿区采矿区范围内，据现场调查情况，该村地下存在多条采空巷道，且出现过塌陷现象。为查明采空区等不良地质现象的存在状况，本文采用高密度电法和地震映像法进行勘察，为防止出现塌陷等地质灾害和下一步采取措施消除建设工程隐患提供依据。通过本次物探工作，查明工作区内采空区及塌陷位置的分布特征，也为下一步钻孔验证提供了依据。
2 本文主要勘察方法技术
2.1 地震映像法
2.1.1 地震映像法采空区探测原理
地震映像法是近10年来用于探测浅部介质中纵、横向不均匀体的有效方法。地震映像法，又称地震共偏移距法，是以相同的小偏移距逐步移动测点来接收地震信号，在地面或水面对地下目标体进行连续扫描，利用多种地震波信息来探测地下介质变化的浅层地震勘探方法。该方法可以利用多种波作为有效波来进行探测，也可以根据探测目的要求仅采用一种特定的波作为有效波。常用的波有折射波、反射波和绕射波，除此以外还可根据情况利用有一定规律的面波、横波和转换波来进行探测。在这种方法中，每一测点的波形记录都采用相同的偏移距激发和接收。在该偏移距处接收到的有效波具有较好的信噪比和分辨率，能够反映出地质体沿垂直方向和水平方向的变化。地震映像可以用波形图或彩色振幅图显示结果，同时进行运动学和动力学方面的解释分析，数据处理可以在空间、时间和频率域中进行，图示直观。
2.1.2 地震映像法的特点
①数据采集速度快，但抗干扰能力差，勘探深度有限。
②资料解释中可以利用多种波的信息，即有效波不但是反射波，还可以是折射波、面波、绕射波。
③在探测目的单一，只需研究横向的地质情况下，效果较好，而探测目的层较多时，不易确定最佳偏移距。
④由于每个记录都采用了相同的偏移距，地震记录上的时间变化主要为地下地质异常体的反映，给资料解释带来极大的方便。
2.2 高密度电法
高密度电阻率法是集电剖面和电测深于一体，采用高密度布点进行二维地电断面测量的一种电阻率法勘探技术，它提供的数据量大，信息多，并有观测精度高、速度快等特点，在工程与环境地质等方面取得了良好的地质效果。
高密度电阻率法是基于垂向直流电阻率测深与直流电阻率剖面测量两种方法相结合的基本原理，通过高密度电法测量系统中的软硬件，控制在同一条多芯电缆上布置连结的多个电极，使其自动组成多个垂向测深点或多个不同探测深度的探测剖面，根据控制系统中选择的探测装置类型，对电极进行相应的排列组合，按照测深点位置的排列顺序或探测剖面的深度顺序，逐点或逐层探测，实现了自动布点、自动跑极、自动供电、自动观测、自动记录、自动计算、自动存储。把存储数据调入RES2D图像处理软件，可自动生成各测深点及各剖面层的曲线或整体剖面图像。
3 本文工作内容
本文主要依据《城市工程地球物理探测规范》CJJ7-2007，本次物探工作自2012年9月12日开始，至2012年9月20日结束，完成的工作量见表1。
4 资料解释
4.1 资料解释原则
推断解释遵循由已知到未知的原则，依据方法试验中各方法反映的异常特征，在充分研究试验取得成果的基础上，由点到线，由线到面，进行合理的推断解释。
高密度电阻率法：
①电阻率图像呈U型下凹的低阻是该区主要异常特征，是判别采空区（充填）的主要依据，这种异常主要从地表开始，向下延伸；②曲线呈U型下凹的低阻异常形态基本和采空区的形态一致，图形直观，易于判别，低阻异常规模越大反映了采空区或构造的规模越大；③U型的低阻异常下凹深度小时并不完全代表地下异常体的大小，要结合映像分析。
地震映像法：在地震映像图上具有同相轴错断、散射波、频率变化等特征，是判断是否存在采空区的标志；而在地震映像图上呈现低速、多相位、波阻。
不连续异常则是反映地层界线及断层构造的标志，具体原则如下：①地震映像图上呈现的低速、多相位、能量明显降低、波阻不连续系因地层较软所致，其对应电阻率剖面图低阻异常向下延伸较大；②地震映像图上呈现多相位、波阻不连续，但能量较强，速度不明显降低的异常系因地层岩石破碎所致，其对应电阻率剖面图低阻异常向下延伸较小，但异常规模不一定小。
4.2 资料解释（以1线、5线、16线为例）
1线： 地震映像（YX1）：6米和66米处波形相位不连续，振幅能量降低，推断该处为采空区；152-174米之间地震波呈现低速、多相位、振幅能量变强的特点，推断该处为塌陷区。
高密度电法（GD1）：162～165米处视电阻率图像呈“U”型，是塌陷区的反应。
验证钻孔定于该测线163米处。（地震映像YX1线东端木桩向西21米处）
5线：
地震映像（YX5）：64-68米之间的地震波出现绕射弧，推断该处为采空区，埋深不大，应在50米以内。
高密度电法（GD5）：64～68米处视电阻率图像在AB/2=30-50米之间呈封闭的低阻异常。同样可能是采空区充水的反应。
5号高密度视电阻率成果图
16线：
176-184米之间的波形杂乱，相位不连续，振幅能量增强的特点，推断该处为塌陷区（局部空洞）；278-283米之间地震波呈现低速、多相位、振幅能量变强的特点，推断该处为塌陷区。
高密度电法（GD16）：180～186米处视电阻率图像呈“U”型，是塌陷区的反应；278-283米之间，由于场地所限，图像仅能反映上部地层情况。
验证钻孔定于该测线279米和181米两处，181米处钻探深度50米左右。
5 结论与建议
5.1 结论
本文用软件成图，图像清晰，直观地反映了地下采空区结构形态等情况；利用地震映像法和高密度电阻率法两种物探方法的使用，能够互相验证，克服单一方法的局限性。本文通过利用同一地质现象不同方面的物理性质，分别采取了不同方法得出结论，结论认为：钻探位置及深度如下：
①16线279米处；
②1线163米处；
③18线55米处；
④16线181米处，该处钻探深度50米左右；
⑤7线51米处；
⑥13线42米处；
⑦18线342米处。
说明：钻探深度结合测深曲线确定。
5.2 建议
5.2.1 按照结论顺序进行钻探验证。
5.2.2 根据本阶段物探勘查情况，为减少物探方法的多解性，建议下一期物探工作进行综合方法。
参考文献：
[1]郭秀军等.用高密度电阻率法进行空洞探测的几个问题[J].工程物探信息，2002，6：36.
[2]刘建华，彭向峰，孙智峰.高分辨率地震技术探测采空区研究——以贾汪煤矿区为例[J].高校地质学报，1996，2（4）：45-57.
[3]寇绳武，李克祥，郭舜等.高密度电阻率法探测洞穴、采空区的效果分析[J].工程勘察，1994（6）：61-65.
[4]祁民，张宝林，梁光河，陈友明，管刚.高分辨率预测地下复杂采空区的空间分布特征——高密度电法在山西阳泉某复杂采空区中的初步应用研究[J].地区物理学进展，2006，21（1）：256-262.
[5]张向宇，毕炳坤，杨平太，等.高密度电阻率法探测采空区[J].物探与化探，2009，33（3）：34.
[6]熊章强，方显根.浅层地震勘探[M].北京：地质出版社，2002：21-22.
[7]张华，徐红利.地震映像法在地质灾害调查中应用[J].工程勘察，2010（5）.
[8]李水平.高密度电阻率法在铝土矿床上的应用[J].物探与化探，2009：33（1）.
作者简介：张雪飞（1981-），男，山东滨州人，物化探副经理，物化探助理工程师，研究方向：地球物理、化学勘查。