本文以山西某煤矿采空区为研究对象,结合可控源音频大地电磁法、测氡法对采空区进行了综合地球物理勘查,利用两者相互验证、互相补充探明采空区的埋藏深度及分布范围。在综合物探推断成果的基础上,研究区内地表变形的原因,探讨由于采空区存在进而引起地表变形的影响因素,进一步建立起研究区内采空区地表变形模型。本论文所做的主要研究工作如下:1、在查阅文献的基础上,将煤炭采空区进一步分成充空气型、充水型,地表已变形、地表未变形四个类别。其后,对采空区的各类标志进行说明。以上两点为研究采空区的特征奠定基础;2、本文通过建立地质—物理模型、采用数值模拟等方法系统研究充水采空区、未充水采空区的电性特征和采空区的放射性特征;3、对研究区内的基础地质、水文地质及煤层情况进行了收集并进行详细实地调查,为综合地球物理勘查方法的组合选取提供了依据,并为野外工作安案的制定及数据处理解释提供支持;4、提出结合采空区的岩性特征、采空的电阻率特征、地下水赋存情况作为可控源音频大地电磁法(CSAMT)成果解析的重要依据与标准。测氡方面,提出将采空区及破碎带所具有的储气作用、集气作用、通道作用作为测氡法数据分析的原则;5、利用专业软件对数据进行了处理解释,选取CSAMT法电阻率异常突变区推断为采空区可能的分布位置,氡浓度值曲线中的异常高区和异常波动区推断为采空区可能的分布位置,通过对比两种物探数据并结合实际地质资料后确定采空区的位置,依据上述原则共发现研究区内四个采空区;6、在采空区地表变形研究过程中,首先利用统计方法找到研究区内地表变形的主要类型,其次根据实地情况探究地表变形的分布规律,再次充分研究采空区的埋深、黄土特性、外来溶液情况,结合以上数据推测出地表变形的原因,建立采空区地表变形模型,最后提出应对地表变形的措施。研究结果表明,利用综合物探方法对采空区进行探测,可以利用两种物探方法相互补充及验证,抑制数据的多解性,提高解译的准确性,做到比单一的物探方法更加精确地测定采空区的分布范围与埋深,为分析采空区地表变形问题提供更好的数据支撑。文中建立的采空区地表变形模型为研究黄土覆盖地区地表变形提供了一种新型的思路模型,为后续研究及同类地质问题的推广提供了参考。