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

　　關鍵詞 ：采空區 ;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探測基本原理

　　高密度電阻率法簡稱 HDRM，其在原理上與常規電阻率方法完全相同，是以巖(礦)石之間的電性差異為基礎，通過觀測和研究與這種電性差異有關的電場分布特征和變化規律，以此來探明地下地質體的分布情況 [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]。上述裝置均可應用于數據采集工作，但由于探測區域地形、地質特征、地球物理特征、人為因素等條件限制，在野外工作時應根據實際情況選擇合適的裝置類型進行探測，確保數據采集的準確性。本文選用采空區高密度電阻率法探測中常用的溫納裝置進行研究分析。

　　2  空氣型采空區地球物理異常理論識別模型

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

　　3  空氣型采空區地球物理異常分析

　　根據計算結果，在溫納裝置電阻率剖面圖上，從上而下采空區埋深(h)：采空區邊長(b)分別為 1:1、2:1、3:1 和 4:1，空氣型采空區顯示為高阻異常特征，且當在電極間距、采空區規模、采空區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顯示不同的高阻異常特征。

　　(1)當 h:b=1:1 時，即采空區埋深為 15m，計算結果如圖 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，采空區位于水平范圍 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設定范圍基本吻合，對空氣型采空區模擬效果明顯。

　　(2)當 h:b=2:1 時，即采空區埋深為 30m，計算結果如圖 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，采空區位于水平范圍 120m~180m 之間，頂板埋深為 33m，無法識別出采空區具體形狀及其底部邊界范圍，對空氣型采空區模擬效果變差。

　　(3)當 h:b=3:1 時，即采空區埋深為 45m，計算結果如圖 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進行圈定，無法識別出采空區具體形狀及其分布范圍，對空氣型采空區模擬效果已經失真。

　　4  結論

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

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

　　(3)根據模擬結果可知，對于空氣型采空區，在有效探測深度范圍內時，可準確識別出采空區具體形狀及其分布范圍 ;當采空區埋深超出有效探測深度范圍內時，已無法識別出采空區。

　　參考文獻

　　[1] 吳成平 , 胡祥云 . 采空區的物探勘查方法 [J]. 地質找礦論叢，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問題國內外研究現狀及進展 [J]. 巖石力學與工程學報，23(7):1198-1199.

　　《空氣型采空區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。