摘要
瞬变电磁法作为一种高效的地球物理勘探技术，在岩土工程勘察中得到了广泛地应用。针对深部磷矿开采过程中形成的采空区，其独特的地电特性为瞬变电磁法的应用提供了理想的条件。采用瞬变电磁法技术对清平磷矿采空区的位置、形态进行精确定位，并评估其与富水破碎区的关联性。结合地质资料，对采空区及岩溶富水区的分布范围、积水情况等进行了深入的综合分析。为磷矿采空区的隐蔽致灾因素普查提供科学的参考依据，同时为磷矿采空区的地质特征评估和隐患识别提供新的技术手段和理论支持，进而为相关工程的安全运行提供科学基础。
在当前百年未有之大变局的深刻变革与复杂调整的国际背景下，磷矿资源开发已上升到国家战略层面，成为新一轮全球资源战略的焦点。磷矿资源是我国重要的战略性非金属矿资源，富磷矿更是中国战略稀缺资源。相应的磷化工产品已成为关乎国家粮食安全、生命健康、新能源及新能源汽车等重要产业供应链安全稳定的关键因素。当前浅部磷矿资源已趋于枯竭，逐渐向地球深部进军。随着深部磷矿地下开采规模的不断扩大和深入，深部原岩应力的平衡状态不断被打破，在深部高地应力、高地温、高渗透压、强采动、强流变及多场耦合的复杂地质力学环境下，深部磷矿采场的应力场特征、磷矿岩体破碎性质、岩层移动及能量的积聚释放规律等均发生了显著的变
采空区地层有其独特的地电特征，可以利用瞬变电磁法进行探测，本研究旨在探讨瞬变电磁法在四川清平磷矿矿区井下采空区和岩溶发育情况的应用。通过瞬变电磁法探测已有采空区的位置、形态以及与富水破碎区等情况，并结合现有地质资料对采空区和岩溶富水区的范围、积水状况等进行综合分析，并提出科学合理的防控对策，为全面隐蔽致灾因素普查工作提供科学的参考依据，以期提高矿山开采效率和保障生产安全，为矿山生产管理部门提供可行的应对方案，为相关工程项目的安全运行提供科学依据，同时为相关学科领域的研究提供参考和启示。
研究区大地构造位置处于扬子准地台（Ⅰ）龙门山-大巴山台缘坳陷（Ⅱ）龙门山陷褶断束（Ⅲ）漩口凹褶束（Ⅳ）北东段次级构造——大水闸复式背斜南东
研究区内除缺失志留系和奥陶系地层外，自上元古界至新生界地层均有出露。基底为前震旦系黄水河群（Pthn）变质杂岩及澄江期花岗岩，盖层从老到新
研究区内的磷矿层皆为层状、似层状沉积矿床，其中“什邡式”磷矿平行不整合于震旦系地层上。直接进水底板为震旦系灯影组（Zbdn）的硅质白云岩、白云质硅质岩溶蚀裂隙岩溶含水层，顶板为泥盆系上统沙窝子组下段粘土岩及磷块岩隔水层。
瞬变电磁法（Transient Electromagnetic Method，TEM），也称时间域电磁法，是利用不接地回线或接地线源向地下发射双极性脉冲磁场，在一次脉冲磁场间歇期间，利用线圈或接地电极观测二次感应场随时间变化的衰减特性，从而探测介质电阻率的一种方
图1 瞬变电磁法工作原理示意
对于均匀半空间条件下，可得到中心回线瞬变响应的解析表达
式中：——表示Hz的时间导数；——误差函数。
二次衰减曲线反映了大地电阻率随时间变化的特征，由于二次场随时间的推移向地下深部扩散，衰减曲线也即相应地反映了大地电阻率随深度变化的特征，通过反演解释即可得到大地电阻率随深度的变化曲
本次研究工作正式开展之前，在燕子岩矿区选择一条40 m长剖面进行了瞬变电磁法标定试验，该试验剖面已知异常体2处，分别为松散体1处、断裂1处；实测反演电阻率剖面如
图2 瞬变电磁试验剖面反演电阻率断面图
图3 标定点位置示意图及现场照片
通过试验剖面综合分析如下：
（1）瞬变电磁法反演视电阻率剖面对异常的识别效果明显，可以有效识别勘探深度之内的松散区、断裂。
（2）工作区内松散区以及断裂破碎带在电阻率剖面上均表现为明显的低阻特征，松散区电阻率低于断裂带，与松散程度及富水性关系密切。
（3）从异常形态来看，松散区异常呈团块状，异常规模不大，没有明显的倾向，而断裂异常呈串珠状，能够明显识别出倾向。
（4）该试验剖面对已知松散区、断裂均有明显的反应，实际工作中这两种异常体引起的电阻率异常特征除与本试验剖面中特征相似外还有可能有其他异常形态存在，如断裂带除本试验剖面中串珠状异常外还存在等值线同向弯曲、低阻、电阻率变化梯度带、高低阻界限等形态，在后续成果解释中亦予以推断解释。
该剖面全长340 m，剖面反演电阻率断面如
图4 邓家火地900中段瞬变电磁反演电阻率断面
图5 邓家火地900中段巷道平面
采空区位于剖面160~310 m位置下方，深度30~50 m，表现为低阻特征，沿水平方向延伸较大。在剖面200~260 m段采空区电阻率值明显变低，低阻异常规模也变大，推断认为该处原矿体受F6断裂切割，致采空区在F6位置下方也出现错动，同时该位置附近还存在断裂F7，受断裂F6、F7及采空区共同影响，推断认为该处岩体破碎、充水，为疑似松散或富水区，规模约60 m×40 m。
该剖面全长460 m，剖面反演电阻率断面如
图6 邓家火地950中段瞬变电磁反演电阻率断面
图7 邓家火地950中段巷道平面
采空区在整条剖面均有明显反映，深度60~90 m，表现为水平低阻条带，在约120m位置下方原矿体受F950-1、F950-7断裂切割，导致采空区出现明显错动；150~460 m段矿体受F950-6、F950-4、F950-2切割，采空区亦有错动但不明显。整体来看，该剖面电阻率等值线较均匀，未出现明显低于采空区电阻率的富水易塌陷风险异常。
该剖面全长640m，根据测线的探测环境，将该剖面分为2段，第一段长度为480 m，第二段长度为160 m。
0~480 m段反演电阻率断面如
图8 邓家火地1000中段0~480 m瞬变电磁反演电阻率断面
图9 邓家火地1000中段巷道平面
该剖面异常解译识别断裂5条，分别编号F1、F1000-1、F4、F5-2、F1000-8，如图所示，其中F1表现为电阻率变化梯度带，F1000-1表现为电阻率等值线同向弯曲，F4、F5-2表现为串珠状异常及高低阻界限，F1000-8表现为电阻率等值线同向弯曲及高低阻界限。
采空区位于180~480 m下部明显的低阻异常位置，发育深度30~50 m。剖面约290~390 m位置下方F4、F5-2、F1000-8断裂与采空区交汇部位电阻率明显降低，伴随异常形态发生改变，可能存在岩体破碎、充水，为疑似松散或富水区，规模约100 m×30 m。
480~640 m段反演电阻率断面如
图10 邓家火地1000中段480~640 m瞬变电磁反演电阻率断面
该段异常剖面解译未发现明显断裂带，根据地质资料在560~640 m采空区底板界限为F1000-9断层，在电阻率断面图上表现为低阻串珠状异常。采空区位于该段剖面低阻位置，整体深度20~50 m，由480~640 m深度逐渐变浅。整体来看，该剖面电阻率等值线较均匀，未出现明显低于采空区电阻率的富水易塌陷风险异常。
（1）本研究通过应用瞬变电磁法对清平磷矿采空区与岩溶富水区进行了精细探测，成功实现了对这些区域的精确定位和形态描述。研究结果不仅揭示了采空区与富水破碎区之间的密切联系，而且为评估磷矿采空区的隐蔽致灾因素提供了重要的科学依据。对保障矿山工程的安全运行具有重要的实际意义。
（2）瞬变电磁法作为一种高精度的地球物理勘探技术，在清平磷矿采空区与岩溶富水区探测中发挥了关键作用。本研究的深入分析为理解采空区的地电特性及其与岩溶富水区的相互作用提供了新的见解。研究成果不仅丰富了瞬变电磁法在矿区勘探中的应用，也为矿区灾害预防和地质安全评估提供了有力的技术支持。
（3）通过对清平磷矿矿区采空区与岩溶富水区的瞬变电磁法探测，展示了该技术在精细探测和地质结构分析中的巨大潜力。研究结果强调了对采空区进行综合评估的重要性，并为矿山工程的稳定性和安全性提供了新的理论基础和实践指导，为矿山安全监测和管理提供了科学依据。
（4）本研究利用瞬变电磁法对清平磷矿矿区的采空区进行了系统性探测，揭示了其与岩溶富水区的复杂关系。研究成果不仅为磷矿采空区的隐蔽致灾因素提供了科学的评估工具，而且为矿山工程的长期稳定性和安全性提供了重要的参考。这项工作强调了地质勘探技术在矿山安全管理中的核心作用，并为未来的地质安全研究和实践奠定了坚实的基础。
参考文献
何满潮，谢和平，彭苏萍，等.深部开采岩体力学研究［J］.岩石力学与工程学报，2005（16）：2803-2813. [百度学术]
谢和平.深部岩体力学与开采理论研究进展［J］.煤炭学报，2019，44（5）：1283-1305. [百度学术]
邓喀中，张冬至，张周权.深部开采条件下地表沉陷预测及控制探讨［J］.中国矿业大学学报，2000（1）：52-55. [百度学术]
蔡美峰.深部开采围岩稳定性与岩层控制关键理论和技术［J］.采矿与岩层控制工程学报，2020，2（3）：5-13. [百度学术]
乔喜旦，曹新群，邓志勇，等.四川省绵竹市清平磷矿燕子岩矿段延伸勘查及资源储量核实报告［R］.成都：四川省化工地质勘查院，2012 [百度学术]
褚登安，武敏建，李德俊，胡勇，等.四川省绵竹市清平磷矿接替资源勘查（普查）及资源储量核实报告［R］.成都：四川省化工地质勘查院，2011. [百度学术]
牛之琏.脉冲瞬变电磁法及应用［M］.长沙：中南工业大学出版社，1987. [百度学术]
刘树才，刘志新，姜志海.瞬变电磁法在煤矿采区水文勘探中的应用［J］.中国矿业大学学报，2005（4）：414-417. [百度学术]
张开元，韩自豪，周韬.瞬变电磁法在探测煤矿采空区中的应用［J］.工程地球物理学报，2007（04）：341-344. [百度学术]
范亮，钱荣毅.瞬变电磁法在煤矿采空区的应用研究［J］.工程地球物理学报，2011，8（1）：29-33. [百度学术]
刘燚，刘树才，闫赛，等.大定源瞬变电磁法在探测煤矿采空区富水性中的研究［J］.工程地球物理学报，2011，8（1）：10-15. [百度学术]
郭有刚，刘峰，王斌武，等.瞬变电磁法在煤矿采空区勘探中的应用［J］.工程地球物理学报，2010，7（2）：151-154. [百度学术]
施羽，廖军桥，赵勇，等.煤矿采空富水区瞬变电磁法探测及三维可视化应用［J］.四川地质学报，2023，43（S1）：108-112. [百度学术]
