多源地球物理交叉梯度联合反演方法在采空区探测中的应用：以内蒙古某矿区为例

张洋洋

世界地质 ›› 2026, Vol. 45 ›› Issue (1) : 151 -163.

张洋洋

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摘要

采空区精准探测是保障矿山安全与生态环境修复的核心环节。针对单一地球物理方法多解性严重,在采空区识别中存在的分辨率不足、深度误差大的问题,笔者提出一种引入归一化算子的交叉梯度联合反演方法。综合利用重力、地震和瞬变电磁(tansient electromagnetic method,TEM)数据的优势信息,通过在交叉梯度函数中嵌入归一化算子,克服了不同物性参数幅值差异对交叉梯度结构耦合的影响,并利用拉格朗日乘子法将结构约束转化为优化问题,实现多物性参数同步反演。模型试算表明:深部邻近的小尺度采空区模型中,联合反演结果精度提升显著,基于反演结果与真实物性分布的相对差异公式计算,重力数据精度提升了50.53%,电法数据精度提升了21.22%,地震数据精度提升了13.65%,且虚假异常得到有效抑制,采空区边界刻画更加清晰。抗噪性测试显示,即使在10%随机噪声干扰下,联合反演仍能有效识别采空区位置与范围,仅在无异常物性的围岩位置出现虚假异常,表明该方法具有良好的稳定性和实用性。将该方法应用于煤矿采空区实测数据,联合反演给出的采空区水平位置(2 150～2 520 m)及深度范围(40～80 m)与已知地质资料高度一致,验证了方法的可靠性与工程实用性。研究结果表明,该方法能够有效提高采空区探测的精度和分辨率,为矿山采空区的安全监测与治理提供了一种新的技术手段。