摘要：在社会经济发展速度不断加快的背景下，社会不同的行业在建设过程中，对于能源的需求量也在不断地增加。对一些资源开采大省来说，矿区采空的问题也成为了危及当地人民生命财产安全最关键的风险问题之一。目前，针对踩空区域的鉴别和管理工作，更成为了能源型城市发展周边所关注的热点话题。其中，物理探测技术具有识别速度更快、识别精确性相对较高、经济适用性价值较强等多方面的应用特征，近年来，在我国的采空区域勘查工作中得到了广泛的应用。本文以物探技术在矿山采空区域中的实践应用为例，探究了矿山采空区域的实践案例，并且就物探技术在此次矿山采空区域勘查中的实践应用进行了探讨。

　　关键词：物探技术；矿山采空区域；勘查应用

　　在20世纪80年代末期到90年代初期，我国的矿山资源开采正处在粗放型的管理模式下，矿山资源的开采秩序极为混乱，同时也存在着大量的私人滥采滥挖等问题，这也导致除正规矿山开采施工区域周边外，也分布着许多私人开采区域，而这些私人单位在开采挖掘之后，也不注重对于挖空地区的维护和管理，由于这样的历史因素导致我国的矿山开采区域上存在着诸多采空区域，威胁着周边居民以及建筑物的安全性。近年来，随着采空区域引发的事故屡见不鲜，针对采空区域进行管理和修护，更成为了相关部门所关注的热点话题。而在修复工作开展之前，也需要采用合理的物探技术针对采空的空间分布范围和地下力学状况进行进一步的探讨，因此，如何实现物探技术在矿山采空区域勘查中的高效利用，也成为了行业在发展过程中所关注的重要话题。本文主要是以某地区的铁矿采空区勘查工作作为实践案例，探究了物理探测技术在铁矿采空区域勘查工作中的实践应用，希望能够为相关勘查工作的开展提供一定的借鉴。

　　1物探技术的概述

　　物探技术的全称为地球物理勘探技术，这项技术主要是用来研究并观察各类型地球物理场的变化规律以及分布状况，根据地球物理场的变化形式，进一步地探求地层中的围岩结构性质、地层中不同区域的空间地质构造等多方面的数据信息。而考虑到在地壳中，不同深度下的岩层介质无论是在密度、空间弹性、导电性能，还是在导热性能、磁性以及放射性等方面所呈现出的物理性质都具有极大的差异性，而这些差异性将会带动地球物理场发生局部方面的变化规律。物探技术的开展就是通过了解这些物理场的分布情况、变化的趋势，再结合已知或已探求的地质资料进行进一步的分析，从而深度地推断地质条件下的各类型物理地质性状。物探技术在应用的过程中兼具着勘探以及做实验两类型的功能，相比于过去传统的局部钻探技术来说，在应用过程中具有应用模式更加便捷、成本投入相对较低、数据获取效率较高、空间工作场景不受局限等多方面的优势，但考虑到在物探技术应用的过程中，无法进行实地取样，所得出的数据总是无法被直观地观测。因此，将物探技术与钻探技术相互配合，二者之间联动应用所得出的数据信息更加精准。总的来看，地球物理学技术的研究也可以分为实践应用和理论应用两大类型，物探技术的诞生和出现，正是将地球物理学专业中的理论与实践有机地融合在一起，从而实现对于地球本体或近地壳结构中物质构成、物质空间演化、介质结构、介质特征等方面的勘测功能。

　　2勘查项目区域的实践概况

　　本次所要勘查的预测采空区域位于我国某省的矿山镇西北部，该区域的地貌形态大多数为阶梯型的地貌形态，属于典型的梯田工地。从地形呈现的总体趋势来看，地形大约为中间高，南北两端低，东边高西边低的情况，综合海拔大约为275m，其中，最高点和最低点的相对高差为14m，由于早年间经过铁矿的开采，并没有针对采矿区域进行维护和管理，该片区域内的地表存在着明显的塌陷以及裂痕问题。其中，地表处裂缝最宽已经达到了1.5m，严重地威胁到了当地的地面结构稳定性。而项目勘查所在区域以及勘查区域周边也依稀能够看到裸露出的地层，其地层时代大约可以追溯到奥陶系中统时代，底层中的围岩结构性质大多为较厚的灰岩结构、花斑灰岩结构以及白云质的灰岩结构，围岩结构的整体厚度达到了160m。其中，奥陶系中统磁县组的主要岩石性质为白云质的灰岩结构、角粒状的灰岩结构、花斑灰岩结构，总厚度达到244m。其他组中蕴藏着的灰岩结构厚度不等，这些灰岩结构受到了后续燕山期岩浆高温的入侵，从而在长期的作用条件下形成了丰富的铁矿，该地区的地下含有大量的铁矿，这些铁矿的工业价值不言而喻，同时，也让该地区成为了著名的铁矿开采大省。

　　3物探技术应用的前提条件

　　根据本次铁矿踩空区域提前收集到的地质资料以及现场的调查报告来看，项目所在区域的基层岩石结构埋藏的深度相对较浅，而不同区域的岩石土层和地下的基岩层、基岩层以及踩空塌陷区域也存在着特殊的地震波，地震波在这些区域中的穿梭速度存在巨大的差异，由此判断，在不同岩石性质的地层之间具有一定的波阻抗界面。而地震波在这些差异性的地层传播的过程中，有时候会遇到断层的破碎带，也会经过一定的采空面或采空沉降的区域，此时，采用物探技术所呈现出的CDP剖面图反射波也会出现相应的变动，反射波呈现出了错乱、弯曲的现象，这也为物探技术的应用提供了一定的前提条件。而通过针对地下地电场的分析，发现岩层的变化、采空本身区域、踩空断层的破碎区域以及踩空积水的区域，都呈现出了差异性的电性表现特征，这也意味着，不同土层之间的电性存在巨大的差异，从而为瞬变电磁法等物探技术的应用提供了一定的基础条件。因此，在此次针对采空区域的勘查工作中，基本可以确认利用地震反射波技术和瞬变电磁法技术，就能够判断该采空区域地下的岩石性质、不同岩石性质的空间分布状况，并持续追踪各采控区域之间的连接性和规律，从而有效地识别地下存在的采空区、塌陷区以及积水区。

　　4物探技术在矿山采空区域勘查工作中的实践应用

　　通常情况下，在矿山采空区域勘查工作中，常见的物探技术包括高密度电法、顺变电子勘查技术、地震反射波勘查技术以及大地电磁探测技术等等。而考虑到此次采空区域的探测深度大约为300m，并且属于典型的小规模铁矿采空勘查工程，因此，在小规模的勘查工作中，高密度电法的应用难度相对较大，而大地电磁法在应用过程中也很难在垂直方向分辨出较为精细的采空区域分布状况。经过实践经验的总结，还是选择采用瞬变电磁法以及地震反射波方式作为此次采空区域探测的主要方式。而考虑到如果在勘查过程中采用单一的物理探测方式，在勘查过程中极容易受到本身技术条件的限制或周边地形地貌条件的局限出现结果差距较大的问题，这种差异性的结果容易出现多种解释。在这种情况下，就可以利用瞬变电磁法和地震反射波技术相互联合的物理探测方法，极大地提升了对于探测结果的解释精确性，避免了由于结果差距过大引发的多解释问题。

       4.1瞬变电磁法的应用

　　瞬变电磁法又被称为时间域电磁探测技术，这种技术属于电磁感应类的物理探测方法，在应用的过程中，事实上利用了物理理论中的电磁感应原理。瞬变电磁法在应用时，需要利用导电介质作为基础设备，通过导电介质在电磁场影响作用下所产生的涡流场效应，就能够判断出不同地层的阶跃性变化。也就是说，利用一个并不接地的回路线路或者是采用磁偶极子，就可以向采空区域地下发射出脉冲电磁波，通过这样的方式构建一个典型的一次场，然后根据法拉第的电磁感应定律，当脉冲电磁波发射结束之后，被探测区域就会在一次磁场的影响作用下，产生一定的涡流规律，这种涡流在图片呈现上具有一定的间歇性以及时间性特征。虽然，研究人员不能直接将这种涡流的大小以数值的方式呈现出来，但是可以利用一种专门的探测仪器和设备，观察物流所呈现出的电磁场，这个电磁场也被称为二磁场，二磁场的强弱、空间分布的特征以及时间延续的特征都会以图片形式体现出来。

　　除此之外，在瞬变电磁探测技术中，常见的工作装置还包括重叠回线装置、中心回线设备、偶极设备、大定源设备这四种类型。根据本次铁矿采空区域的勘查任务以及精确度要求，可以根据勘查区域内的地形分布特征、具体的地下岩层条件进行灵活的组合。本次的瞬变电磁法勘查工作中就利用到了大定源内接线装置，这种装置在许多采空区域勘查工作中都得到了广泛的应用。这种装置在应用过程中，不仅能够有效地同时关注到垂直方向的电性变化特征和分布规律，同时，还能够兼顾水平方向的电性变化特征，具有监测效率较高的特点。在本次的项目勘查中，应用了加拿大公司生产的ProTEM67P电法仪设备，该设备在应用过程中的最大供电电流能够达到25A，发出的射线边框长度能够覆盖此次的勘查区域，长度大约为400m。

　　4.2地震反射波技术

　　所谓地震反射波技术事实上在勘测的过程中就是利用了地震波在不同介质中传递速度的差异性，通过这样的方式了解采空区域的分布情况。而考虑到在采空区域下，不同的岩土层主要包含了上层的覆盖层、基岩层、采空区域、积水区域这几种类型，而在不同的类型下，地震波的传递速度却存在着显著的差距，也就是说，不同性质下的地震波抗阻界面是截然不同的。地震波在不同岩层中传递的过程中，最终所产生出的反射波将会形成一定的规律，研究人员可以通过针对这些反射波所给出的轴向形态，判断地下采空区域岩层的变化状况，甚至还能够进一步了解到地下存在的积水区域、破碎带的分布规律、采空面的具体面积等等。在此次的勘查工作中，采用了多次覆盖开展外业观测的方式，每一次的观测都应用到了18次的叠加单边观测系统，并采用了美国公司所特制的地震仪，查看地震波在传递过程中形成的反射波界面。

　　5勘查成果的解释

　　在此次的地下采空区域勘查工作中，项目所在区域内利用瞬变电磁法的检测方式，共获得40条瞬变电磁的剖面线，而在瞬变电磁法的解释成果中，也存在异常的解释数据，与地震反射波法所呈现出的结果存在异常现象的剖面线共有九条。以其中一条的瞬变电磁线路和地震反射波重合的剖面线作为案例，解释此次勘查工作所获得的结果。

　　从瞬变电磁法的电阻断面图分布情况来看，在此次勘查工作中，勘查项目所在区域的上层20m深度左右大约为盲区，勘查不到任何结果，因此，不对上层20m的浅层区域作出任何解释。而地表下200m左右的区域被认为浅地层，该区域内部的电阻率值相对较低，通过研究人员推测，在较低的电阻率之下可能是由于奥陶系的灰岩电性所反馈出的特征。而在地下200m～500m左右的区域，则呈现出了红色区域，该区域的电阻率值极高，根据判断可以推测出该区域内大约为闪长岩结构。而在测量横向里程碑150m～200m左右，地表下深度大约为260m～300m，大约属于灰岩结构和闪长岩结构的接触区域，该区域所呈现出的电阻率值呈现出闭合的形状，由此可以判断出，该区域的铁矿资源在被开采殆尽之后，由于地下水的反应已经呈现出了部分积水。

　　而地震反射波技术在应用过程中，从地震反射波的CDP剖面图进行分析可知，剖面图中40MS～60MS左右的区域呈现出青色部分，这部分的线条为实线，可以基本判断该区域为覆盖底层的反射波阻抗界面区域，结合地震波在穿越该区域的速度，基本可以分析，反射波在穿越该区域的叠加速度大约为每秒500m，由此可以推断出，该区域所在的界面埋藏在地下十米到17.5m左右。而60MS～350MS左右的反射波呈现出的线条设计为清晰的，这些线条之间相互衔接，不存在中间断裂问题。在350MS以上区域的反射波，在轴向方面的连续性相对较差，基本可以推断出，该区域出现了岩体入侵的情况。而在剖面深度达到100m左右时，反射波的同向轴则呈现出了较为混乱、衔接不畅的问题，因此，研究人员推断该地区的地下铁矿基本上已经被开采殆尽，并且属于采空区域较为异常的空间分布情况，该地区深埋在地表下270m左右的区域，不仅仅是普通的采空区，还出现了围岩结构破碎的问题。这样的结果也验证了此次物探技术在采空区域勘查工作中应用的精确性。

　　6结语

　　综上所述，本文借助了某铁矿采空区域的实践案例，进一步讲述了瞬变电磁法以及地震反射波法在相互结合后所推测得出的采空区域勘查成果。在利用这两种方式进行勘查工作之后，基本上能够得到采空区域所处的地下位置、地下分布的深度、地下分布的规模、地下岩层的分布性质等等，基本可以帮助勘查人员了解采空区域的地下分布规律和具体形态。而通过针对结果进行对比，发现瞬变电磁阀以及地震反射波这两种物探技术在矿山采空区域的勘查工作中应用的精确性相对较高，二者之间所得出的勘查结果基本没有出入。这也意味着，在勘查工作开采的过程中，单纯地运用一种物探技术是无法验证勘查结果的，为了实现勘查结果的自证和相互弥补，就可以采用多种物理探测技术相互联合应用的方式，不仅仅可以针对采空区域的地下分布形态进行探测，甚至还可以提前了解到一些灾情，能够作为当地地质灾害预测工作的基础数据，这也为不同区域的采空区域地质勘查工作和地质灾害问题的防范提供了有效的数据支撑，让矿产采空区域的勘查工作变得更有保障。