在煤矿富集地带，采煤遗留下的采空区，尤其是小煤矿的越界开采和许多不合理的开采，一直是困扰当地建设的一大地质灾害。对已有的建设存在安全隐患。由于地下煤层开采将会改变原有的应力平衡，引起煤层上覆岩层变形和破坏。采空区坍塌引起的地层移动及变形造成地表拉裂、地表隆起、地表倾斜、扭曲、地表阶梯状、漏斗形塌陷坑等，对地表已有的建设构成安全隐患。
断层、采空区是公路最主要的地质灾害之一。用于公路地质异常体探测的物探方法主要有地震法及探地雷达。探地雷达利用的是高频电磁波，衰减较快，因而比较适用于探测深度较浅的目标体。由于可以更换不同频率的天线，适用面较广，在探测浅部地层介质时，具有比地震波法更高的分辨率。同时雷达探测属于无损检测方法，具有经济、高效、非破坏性等优点。当探测深度较深时，一般超过60米，探地雷达就不再适用。浅层地震反射波法同常规反射波地震勘探原理相同，是最为成熟、应用最为广泛的地球物理勘探方法之一，与其他方法相比它的原理较复杂。该方法可以进行连续勘探，对查明规模、埋深较大目标体的分布情况具有很大的优 势。
浅层地震反射波法是利用人工激发的地震波在弹性介质传播的规律，通过人工在地面激发弹性波，当点源激发的地震波入射到地下介质分界面时，由于不同介质间存在波阻抗差异，地震波会在地下不同介质界面处产生反射；沿测线的不同位置用检波器接收其反射波信号。地震波在介质中传播时，其路径、振动强度和波形将随介质的弹性性质及几何形态的不同而变化。对仪器接收到的地震波形资料，利用专门的地震资料处理软件进行全面分析、处理和计算，得到地震时间剖面。当地层连续时，地震时间剖面表现为反射波连续；当地震波遇到采空区或破碎带时，地震时间剖面表现为反射波紊乱（纵波速度明显减小，振幅大为降低引起的）。原理示意图如图2-37和图2-38所 示。
图2-37 地震勘探原理图（徐红利）
图2-38 地震勘探波形图（徐红利）
浅层地震反射波法在地质灾害和岩土工程中有着广泛的应用。采空区塌陷的探测具有其探测范围小，形态和岩性纵、横向变化大，因此要求数据资料有较高的分辨率。具体到野外数据采集要求小道距、小药量和小排列。
所用仪器采用德国DMT公司生产的SUMMIT多道数字地震仪。检波器选用3个100Hz检波器蹲点组合，0.5ms高采样率，全频带接受。炸药为硝氨炸药，电引发。从而能高保真地接受较宽频带的有效波，为提高分辨率提供了前提条件。覆盖次数的确定主要取决于精度要求与勘探区所获资料的信噪比，另外主观上投入工程量的多少也影响覆盖次数的选择。根据施工经验，此次工程采用12次水平叠加观测系统能获得较高信噪比的二维数据体。针对当地地质条件，我们设计炸药在隔水层下面激发（井深10m），最大限度地压制面波的干扰；检波器挖坑插放并用土埋起来，从而减少声波对单炮记录的影响。通过这些措施，为以后的工作提供了可靠的地震资料。浅层地震勘测的关键是如何提高地震记录的分辨率，最大限度地压制随机干扰。因此需合理选择野外工作参数，如道间距、偏移距等。一般认为，用小道间距、小偏移距和短排列截获搜可以提高分辨率。另外，还要兼顾最深目的的层深度h与最大炮检距X max之间的关系。通常认为X max＝（0.7～1.5）h，可以保证达到预期勘测深度。为压制声波、面波和城市噪声干扰，还要合理选择仪器接受参数。如尽量选用高的低截频率，压制面波干扰；选用高采样率，防止假频化。同时选用合适的叠加次数来提高信噪 比。
图2-39 处理流程图
（据徐红利，浅层地震勘探技术在探测公路采空区中的应用）
地震数据处理主要包括地震反褶积、叠加和偏移成像三大技术。地震反褶积是通过压缩子波提高地震时间分辨率；叠加的目的是压制随机噪声提高地震信噪比；偏移成像包括射线偏移和波动方程偏移两大类，主要目的是实现反射界面的空间归位和恢复反射界面空间的波场特征、振幅变化和反射系数，提高地震空间分辨率和地震保真度。高质量的处理成果可以有效地反映地下结构及其形态。对采集到的地震资料的处理主要是对原始资料通过数据转换，去掉各种干扰影响，获得高分辨率、高信噪比的时间剖面，保证地震—地质解释的可靠性。VISTA软件可以实现对地震数据进行精细处理的功能。处理流程如图2-39所示。
浅层地震反射波法的资料解释是以波形特征和同相轴的连续性及完整性为依据的。根据场地地质及地球物理特征，分析该区地震地质条件，得出解释依据。以一条测线为例，对资料的处理和解释进行详细阐 述。
测线1上一段水平叠加时间剖面图如图2-40所示，其横坐标为CDP道号，CDP点间距2.5m，纵坐标为时间，单位ms。剖面层次清晰，分辨率高，各波组之间基本平行，连续性好。从时间剖面内的波场特征分析，煤层采空区表现为煤层反射波（T 12 ）的缺失，或出现一些低频、凌乱的弱反射。如图2-40中CDP（21～40），T 12 波缺失，推断该处为已采空塌陷。
图2-40 测线1水平叠加时间剖面（部分）（徐红利）
地震勘探可以进行连续勘探，对查明规模埋深较大目标体的分布情况，优于钻探等常规方法“点测”的结果。陡倾层状小煤窑采空区易诱发不均匀沉降、软弱建构面间滑动等环境工程地质灾害，对高速公路、大桥及构筑物构成潜在的危害很大。应用环境地球物理方法结合工程地质勘察查明采空区的平面分布范围和空间展布形态，进而确定采空区的影响范围，评价其危害性；为制订采空区最优处治对策，提供了较全面、可靠的工程物探和工程地质依据。不仅确保了地质灾害的及时发现、评估和优化治理，而且也保证了国家大型工程的安全运营。地震勘探方法在采空区上的成功运用有着极其重要的意义。
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