摘 要 ：本文建立空气型采空区的地球物理异常理论识别模型，应用正演模拟方法对在不同采空区埋深(h)：采空区边长(b)比值下的空气型采空区异常特征进行分析。结果表明，在温纳装置下，空气型采空区显示为高阻异常特征。同时，在采空区边长(b)不变的情况下，随着比例系数的逐渐增大，采空区埋深逐渐加深，对采空区的分辨率逐渐降低。当 h:b=1:1 时，可准确识出采空区具体形态及其分布范围 ;当 h:b=4:1 时，已超出有效探测深度范围，无法识别出采空区。
关键词 ：采空区 ;地球物理异常 ;正演模拟 ;异常特征 ;分辨率
1 高密电阻率法采空区探测基本原理
高密度电阻率法简称 HDRM，其在原理上与常规电阻率方法完全相同，是以岩(矿)石之间的电性差异为基础，通过观测和研究与这种电性差异有关的电场分布特征和变化规律，以此来探明地下地质体的分布情况 [4，5]。高密度电阻率法探测装置类型较多 [6]，包括温纳装置、偶极装置、微分装置、二极装置、四极装置、单边三极装置、斯龙贝格装置等 [7]。上述装置均可应用于数据采集工作，但由于探测区域地形、地质特征、地球物理特征、人为因素等条件限制，在野外工作时应根据实际情况选择合适的装置类型进行探测，确保数据采集的准确性。本文选用采空区高密度电阻率法探测中常用的温纳装置进行研究分析。
2 空气型采空区地球物理异常理论识别模型
建立空气型采空区地球物理异常理论识别模型，并采用温纳装置进行分析。空气为不导电的绝缘体，显示为高阻特征，对空气型采空区电阻率设定为 10000Ωm ;对模型背景电阻率设定为 300Ωm，保证采空区与赋存位置周边围岩之间具有明显的电阻率差异，以进行空气型采空区的理论识别模型相关研究。同时，设定电极数为 60，电极间距为 5m。设定采空区为边长 b=15m 的正方体，水平范围在 145m~160m 之间，采空区初始埋深为 h=15m，并根据 h:b=1:1、2:1、3:1、4:1 的比值关系逐渐增大采空区埋深，模型如图 1(e)所示。利用 RES2DMOD 软件对空气型采空区地球物理异常理论识别模型进行正演计算，计算结果如图 1所示。
3 空气型采空区地球物理异常分析
根据计算结果，在温纳装置电阻率剖面图上，从上而下采空区埋深(h)：采空区边长(b)分别为 1:1、2:1、3:1 和 4:1，空气型采空区显示为高阻异常特征，且当在电极间距、采空区规模、采空区与赋存位置周边围岩之间电阻率差值不变的情况下，在不同埋深情况下对同一采空区显示不同的高阻异常特征。
(1)当 h:b=1:1 时，即采空区埋深为 15m，计算结果如图 1(a)所示。在电阻率剖面图上可识别出明显的高阻异常特征 ;并以电阻率最高值的等值线圈定采空区，采空区位于水平范围 137.5m~167.5m 之间，垂向范围 10.5m~20.5m 之间，其高阻异常显示范围与模型采空区设定范围基本吻合，对空气型采空区模拟效果明显。
(2)当 h:b=2:1 时，即采空区埋深为 30m，计算结果如图 1(b)所示。在电阻率剖面图上可识别出小部分高阻异常特征 ;并以电阻率最高值的等值线圈定采空区，采空区位于水平范围 120m~180m 之间，顶板埋深为 33m，无法识别出采空区具体形状及其底部边界范围，对空气型采空区模拟效果变差。
(3)当 h:b=3:1 时，即采空区埋深为 45m，计算结果如图 1(c)所示。在电阻率剖面图上仅可识别出小部分次高阻异常特征 ;并无法以电阻率最高值的等值线对采空区进行圈定，无法识别出采空区具体形状及其分布范围，对空气型采空区模拟效果已经失真。
4 结论
(1)通过对采空区地球物理异常理论识别模型进行正演模拟计算，在温纳装置上模拟效果明显，空气型采空区显示为高阻异常特征，且在不同埋深范围内的采空区均具有明显的电阻率异常响应。
(2)根据模拟结果可知，在采空区边长不变的情况下，随着比例系数的逐渐增大，采空区埋深逐渐加深，对采空区的分辨率逐渐降低。
(3)根据模拟结果可知，对于空气型采空区，在有效探测深度范围内时，可准确识别出采空区具体形状及其分布范围 ;当采空区埋深超出有效探测深度范围内时，已无法识别出采空区。
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， 22(1): 19-23.
[2] 童立元，刘松玉，邱钰，等 .2004. 高速公路下伏采空区问题国内外研究现状及进展 [J]. 岩石力学与工程学报，23(7):1198-1199.
《空气型采空区的地球物理异常理论识别模型分析》来源：《世界有色金属》，作者：张忠海 ，王 润，郭 凯 ，曹 洋。
