微动探测技术在采空区勘查中的应用

李冬冬，李 剑

（安徽省地质矿产勘查局321 地质队，安徽 铜陵 244000）

针对金属矿山开采形成的采空区问题，采用合理、有效的勘查方法，查清其埋深及空间分布特征，为下一步评价、治理及其施工提供了有力的依据。利用微动探测技术方法具有的高效、无损、抗干扰性强等优点，在目前采空区类勘查中发挥着重要作用。

1 采空区地球物理特征

勘查区为铜陵市某建设地块，根据勘查区地层条件分析，浅部第四系地层主要为回填的碎石与粉质黏土层，下部基岩为大理岩。微动技术主要通过波速特征来判别地下地质体分布特征，一般在巷道、采空区或破碎带附近，平稳状态下的应力突然遭到破坏后，采空区发生崩落，采空区、巷道被地下水、松散堆积岩体等介质所充填，填充区内介质与完整的围岩相比存在明显的物性（波速）差异，而且在发生崩落上部岩层较破碎，裂隙较为发育，近似表现为“漏斗”状的低速异常带，可采用空间自相关分析方法来定位地下采空区空间分布特征。

图1 微动台阵探测流程图

2 工作原理及方法

2.1 基本原理

地球表面存在着复杂的微弱振动，其主要是由体波和面波构成的，且面波的能量信号占70%以上，面波信息受介质影响较大。通过拾振器采集的振动信号，其形态与振幅是随着时间和空间变化而变化的，但在一定的时空域，具有平稳性、随机性的特点。微动技术以平稳、随机为基础，提取有用的面波信号，开展空间自相关分析法（SPAC）或扩展空间自相关（ESPAC），反演得到地下介质视横波速，在采空区勘查中，一般以低速异常作为采空区识别的主要标志（图1）。

2.2 工作方法

图2 微动常用台阵测点布置图

目前微动探测布置的台阵主要有直线形、十字形、T 形、L形，圆形、嵌套式等边三角形等（图2），李娜通过对嵌套式等边三角形、圆形、L 形、直线形台阵进行对比实验得出，场地施工条件较好时，应该首选嵌套式三角形与圆形台阵，因为其提取的能量谱较为集中，而且能够兼顾深、浅部的地层信息[1]；在受场地条件约束的情况下，且勘查目的层位较浅时，可布置L 形台阵；当勘查中浅部地层情况时，选择直线形台阵，可提高野外施工效率，在一般的情况下，为了保证采集效果的有效性，目前采用圆形或嵌套式等边三角形台阵较多[2]。

3 应用实例

本项目主要为了查明场地下埋深约65m、95m、125m 深的采空区位置，场地地形平整，采用嵌套式等边三角形台阵，设计的台阵半径r 为7.5m、15m、30m，测点点距为40m，每点观测时间为40min，根据设计的测线，由小号向大号端逐点观测，采用频率为2Hz 拾振器，同时可以采集三个方位的振动信号。

从天然源面波Vs 速度等值线断面图（图3-a）来分析，在整个断面的层位清晰，断面整体在纵向上波速表现从低至高的变化趋势，在浅部标高约+40m ～+70m 深度范围内，Vs 为300m/s ～550m/s，表现低速特征，局部分布不均匀，结合场地实际情况，推测为浅部回填碎石土引起的；通过横、纵向剖面相对比分析，在水平位置30m ～140m，标高约-55m ～+50m 范围内，表现为相对低速异常，其中在-55m ～-8m 标高，表现为上部波速相对较低，下部-55m 标高波速相对较高，推测采空区顶板发生崩落，在底板形成堆积松散体，因此在纵向上推断-25m、-55m 标高采空区发生崩落，下部堆积松散岩体厚度约12m，纵向上，-25m、-55m所组成的采空区高度约47m。在水平位置约118m ～122m，标高约-25m ～+20m，为封闭的低速异常，推测标高范围内为+5m 巷道采空区的底板，-25m 采空区的顶板，由此可以推测-25m、+5m标高两个采空区未发现明显的崩落现象，推测+5m 标高采空区高度约15m，-25m 标高采空区高度约25m。在采空区的上部或两侧低速异常，解释为岩溶、破碎裂隙发育区域。

根据以上异常，布置相应钻孔Zk1 验证异常，在+20m 标高出现钻孔取芯率低、掉钻、漏水严重现象，与物探推测的异常相吻合。

4 结语

结合本次微动探测成果分析，其利用环境背景噪声，采用SPAC 分析法，反演得到地下介质的视横波纵横向速度结构，来推断采空区分布位置，最后加以钻孔验证的情况下，说明微动技术在采空区勘查中具有良好的应用效果。

图3 微动推测综合剖面图

微动技术作为一种新型的技术方法，其野外数据的采集与处理手段还需进一步优化，可适当采用多种探测方法相结合，相互验证，提高勘查的精度，有效地解决实际地质问题。