第八章-地质信息的获取技术

第八章资源、生产勘查,第一节勘查技术手段,地质勘查技术手段主要有：遥感地质调查、地质填图、坑探工程、巷探工程、钻探工程、地球物理勘探等。一、遥感地质调查遥感是遥远感知的意思，“遥”具有空间概念；“感”表示信息系统。即在遥远的空间，不与目标物直接接触，而是通过信息系统去获取有关该目标物的信息。探测目标物主要是通过探测目标物的电磁辐射来获取目标物的信息。其方式基本上有两种：一是依靠人工电磁辐射向目标物发射一定能量的电磁波，然后接受从目标物反射回来的电磁波，并根据反射电磁波的特征信息识别目标物，称为主动遥感；二是使用探测仪器被动地接收、记录目标物本身所发射或反射来自辐射源的电磁波，然后根据其信息特征识别目标物，称为被动遥感。,二、地质填图地质填图又称地质测量，是勘查中的基础工作，也是最基本的技术手段。它是应用地质学的理论和方法，有目的地在含煤地区进行全面的地表地质研究，即对天然露头和人工露头进行测量和描述，并把获得的所有地质信息填绘在地形图上，编制成地形地质图、地质剖面图，地层综合柱状图等图件，作为今后地质工作的重要依据。三、坑探工程坑探工程是在覆盖层较薄的地区，用人工方法为地质测量揭露岩层、煤层及地质构造等地质现象，或为了采集煤岩层样品所设计、挖掘的一些专门工程。1）探槽在表土较薄（一般小于3m），岩层倾角较陡或较平缓，地形切割比较强烈，表土稳定坚实且含水不多的地段，垂直岩层走向或构造线方向挖掘的一条槽沟，称为探槽（图9-1），可分为长槽和短槽。,2）探井当表土厚度大于3m、小于20m时，不适合挖掘探槽，就采用垂直地面挖掘探井的方法，来揭露一般地层倾角比较平缓地区的岩层、煤层及其它地质现象（图9-2）。,3）探巷（硐）有时为了揭露煤系，了解煤层厚度和结构，确定煤层风氧化带的深度，并在风氧化带下采集煤样，直接从地面挖掘井硐，称为探巷（硐）。探巷根据需要可垂直或平行煤层走向掘进，故可分为立井、斜井、平巷或石门等（图9-3）。,四、钻探工程钻探是利用机械传动钻杆和钻头，从地面向地下钻直径小而深的圆孔，称为钻孔（图9-4）。钻探过程中一边钻进，一边选择层位提取岩心，对岩心进行测量和描述，获得地质信息，然后绘制原始钻孔柱状图（图9-5）。钻孔到达目标深度并提取岩心后，按规定必须对钻孔进行地球物理测井，最后对钻孔进行技术上封闭，以免给以后煤矿生产带来突水等隐患。钻孔一般都是呈网络布置的（图9-6）。钻探工程不仅在煤田勘探各个阶段都得使用，而且在矿井建设和生产时期也常使用。钻探工程有时也可布置在井下巷道中（图9-7），称其为坑道钻探。,五、巷探工程有时也运用矿井中的巷道来探测地质现象，称之为巷探，它是矿井地质工作中常用的勘探技术手段。巷探工程有专门布置的巷道，如图9-8所示。也有采用一巷多用的方法，如图9-9所示，每隔一定距离布置阶段石门。,六、地球物理勘探技术地球物理勘探简称物探，是利用具有不同物理性质（如密度、磁性、电性、弹性波传播速度、放射性等）的岩层和矿床对地球物理场所产生的异常，来寻找煤矿床、圈定含煤地层、推断地质构造及解决其它地质问题的一种技术手段。目前，在煤田普查与勘探及矿井地质勘探中应用的物探手段主要有重力勘探、磁法勘探、电法勘探、地震勘探等。,第二节常见的煤矿地质信息探测技术,一、矿井物探（一）坑道无线电波透视法.方法原理坑道无线电波透视法是一种地下电磁波法。这种方法是将高频发射机置于坑道中，由它发射的高频电磁波在地下岩层中传播时，由于各种岩、矿石电性（电阻率、介电常数等）不同，它们对电磁波能量的吸收作用有一定的差异，电阻率低的岩、矿石对电磁波能量吸收作用大；相反，则吸收作用小。另外，断层界面、岩石断裂面，能够对电磁波产生折射、反射和散射等作用，也会造成电磁波能量的损耗。导水断裂带还能强烈吸收电磁波。,.应用应用坑道无线电波透视法能圈定出正常区和异常区，能够发现和探明引起电性变化的多种地质构造，尤其是高、中电阻率煤层中的地质异常体。具体包括：较准确圈定工作面内陷落柱的位置、形状、和大小；圈定工作面中断层的分布范围及尖灭点的位置；探测工作面内煤层厚度变化范围及某些火成岩体等。,(二)槽波地震法.方法原理槽波是只在煤层中传播的地震波，也叫煤层波或导波。在煤层中传播的槽波，遇到两种不同介质的分界面时，将发生波的反射及透射，探测槽波的这种变化，即可确定分界面的位置及规模大小。.分类a.透射波法b.反射波法,.应用实践证明，我国大多数煤矿的煤层和顶底板岩石的物性条件均能形成良好的波导层，适于应用槽波地震法勘探技术，在勘探断层、冲刷带、陷落柱等地质小构造方面，成功率86%以上。,（三）地质雷达法.方法原理雷达天线定向发射的高频电磁波在介质中传播，若在传播路径上遇到两种不同介质的分界面时将发生反射，雷达的接受天线可将反射波接受。根据反射波的到达时间及介质中的电磁波传播速度，即可确定地质体的位置。再根据反射波的特性，进行目标识别。,.应用地质雷达仪适宜在高阻层状介质中使用。石灰岩和中等变质程度的煤层中应用此方法效果尤为理想。它在煤矿井下可用于探测断层、陷落柱、老窖、断裂带、火成岩侵入体等。,（四）其它方法简介.瑞利波探测法它是地震勘探的一个分支。其实质是根据不同振动频率的瑞利波沿深度方向衰减的差异，通过测量各频率成分（反映不同深度）瑞利波的传播速度来探测不同深度煤、岩层及其中的断层、空洞、老窖、喀斯特洞穴等地质异常体。.磁偶源电磁频率测深法是电磁频率测深方法中的一种，属于交流电法勘探。它是以岩矿石的电导率、磁导率和介电常数的差异为物理基础，利用电磁感应的趋肤效应，即高频电磁场穿透浅、低频电磁场穿透深的规律，通过改变电磁场频率进行测深，而不是像直流电法勘探那样通过改变供电电极距来改变探测深度。,二、数学地质,从量的方面来研究和解决地质学中的实际问题，主要是对矿体的数学特征、几何特征、空间特征、结构特征等进行数学统计，定量预测地质构造及其变化规律，判别各种地质信息参数之间的相互关系。应用统计学原理，借助计算机进行数据处理，从量的方面研究地质学问题的数学方法，称为数学地质。,地质信息一般是复杂多变的不规则信息，选用合适的地质参数和合适的数据处理方法是地质量化预测的成败关键。当地质信息难以用数字表达清楚时，采用形象直观的图解法，用于某具体参数的趋势预测，或用于一类参数的预测和各类参数间关系的判别预测等。数学地质工作方法要求进行大量的数据收集、处理、计算、分析，电子计算机的广泛应用，使这一方法变为快捷可能。数据处理的步骤是：首先把收集到的地质数据根据工作目的的要求进行分析整理，选择合适的数学模型，编制计算机程序(已有应用软件供选用)，输入数据进行计算机处理，对处理结果进行整理。最后进行地质解释，确定某些地质参数的总体规律和分布趋势，以及各种地质因素间的相互关系等。,1回归分析一元线性回归分析多元回归分析逐步回归分析2趋势面分析趋势面分析根据自变量个数的不同，分为一维、二维、三维趋势面分析；根据多项式最高阶数分为一次、二次、三次等,3聚类分析聚类分析是根据变量之间的相似性将其逐一归类成组，得到一个反映变量间亲疏程度的自然谱系图,聚类分析的方法与步骤是：根据地质研究的需要，取样并进行分析化验，获得聚类分析的原始数据；对原始数据进行规格化处理，消除不同数据量级和量纲的影响，变成相对一致的数据；根据研究分类的对象，选择并计算相似性统计量，获得初始相似系数距阵；由初始相似性距阵出发，归并点并绘制谱系图；选择相似水平，确定研究对象的类型划分。聚类分析多用于古生物学或岩矿化学成分分类等。也称簇分析、点群分析。,4判别分析,在地质工作中，经常遇到对研究对象进行分类的问题，如确定一块岩石标本属于哪一类，一套地层应属于哪一个时代，某一煤层应属哪一个层位，一个古生物属于哪个种属等等，判别分析就是解决这类问题的数学分类方法。其基本思想是：将研究对象(某一个体)的各种地质特征同它可能归属的各个类型的地质特征进行对比，以决定其应该归入哪一类的方法。,三、其它矿井地质工作新方法简介,(一)沿煤层定向钻进及测井技术根据煤矿地质信息探测的需要，按设计的要求，准确地钻到预计的空间位置，了解地质信息的方法,定向钻进,(二)孔间地震技术孔间地震是一种地震勘探的新方法。它是通过孔内放炮，在另一孔中接收、孔内放炮地面接收或地面放炮孔中接收地震波的方式，探测地质异常,(三)钻孔无线电成像技术无线电成像，也称为电磁波层析成像。由于煤层与顶底板岩石的传导率有很大差异，形成了一个天然波导。当电磁波从发射点沿射线路径传播时，波导与煤层和顶底板岩石间相互作用，使信号在传播过程中失去部分能量。通过位于另一侧的接受机测量出信号强度的衰减，用计算机程序分析衰减信号的特征，计算出信号衰减率，建立格状衰减率模型，绘出衰减率等直线图，以