煤矿地质测量

1、.PAGE ：.；PAGE 40煤矿地质丈量1.4 地球物理勘探技术1.4.1 概述地球物理勘探方法利用物理方法来处理地质问题，即经过察看与观测各种地球物理景象，分析它们随地质构造或岩性变化的根本规律，从而到达处理地质问题的目的。一切的地球物理勘探方法简称“物探方法，由于所研讨的物理性质不同，物探方法种类多样，主要的方法包括：地震勘探：地震勘探是研讨人工激发的弹性波在不同地层中的传播规律，如波的速度、波的衰减和波的外形，以及在界面的反射、折射来研讨地层埋深、构造形状和岩性等的一种物探方法。电法勘探：电法勘探是以介质的电性差别为根底，经过观测和分析天然及人工电磁场的空间和时间分布传播来研讨地质构

2、造和寻觅矿床的一种物探方法。重力勘探：重力勘探是以地壳中岩 (矿)石间的密度差别为根底，经过观测与分析重力场的变化来寻觅和勘探矿床，研讨地质构造的一种物探方法。磁法勘探：磁法勘探是以岩 (矿)石间的磁性差别为根底，经过观测和分析地磁场的变化规律，来寻觅和勘探矿床，研讨地质构造的一种物探方法。地球物理测井：地球物理测井是利用钻井内岩石、矿层具有不同物性的特点来划分钻井地质剖面及处理其它地质问题的多种方法总称，也称为钻井地球物理，或简称测井。它主要包括电测井、核测井、声测井等方法。近几十年来，地球物理勘探方法得到飞速开展，方法和技术日臻完善，运用领域不断扩展，处理的问题日益增多，已成为煤炭地质勘探

3、中一个不可短少的组成部分。在煤炭资源勘探任务中，已由钻探为主物探为辅，开展为物探为主，钻探验证为辅。使得煤炭资源勘查任务在精度、效率及经济性等各方面都有很大提高。目前，地球物理勘探方法更多地运用于煤矿消费阶段，在矿井和采区设计优化、综采任务面的合理布置、防止和减少地质风险、优选采煤方法、提高资源回收率、降低万吨掘进率、消费平安等方面起到了艰苦作用。主要地质义务为：查明小断层小褶曲；查清陷落柱、老窑及采空区的空间分布形状；处理煤层分叉与合并、煤层厚度变化、火成岩侵入、煤层顶底板水文地质条件及力学性质等一系列地质问题。地球物理勘探经过观测由于地下探测对象与周围介质物理性质的差别所引起的物理场变化，

4、来研讨探测对象的形状和性质。从本质上讲都是间接方法，都是经过少数观测点(在地面、空中或井下)获得的数据去推测探测对象的情况，又称为反问题。由地球物理场的本质和观测误差的决议了地球物理反问题存在非独一性，或称多解性。加之每种物探方法普通只能反映地质体某个方面的物理性质，而且每种物探方法的数据观测采集遭到地形、地质条件等要素的影响，这些都使得物探多解性更加严重。为了减少物探结果非独一性(多解性)的影响，除了提高观测精度、资料精细处置等技术手段外，更需求综合采用多种物探方法。由于地质体是一个一致的整体，密度、电性、弹性、磁性等物理性质均是这一整体在不同方面的反映，各种物性参数间均有一定联络，利用这种

5、联络进展综合解释，能大大减少单一物探方法的多解性。同时，不同物探方法处理地质问题的才干和探测范围也是不同的，这往往需求采用不同物探方法组合运用，提高处理某个地质问题的才干。因此，对于物探结果有时还需求采用钻探、巷探等根底地质手段进展验证和标定。1.4.2 地震勘探的根本原理1.4.2.1 地震波的传播特征地震波是在岩层中传播的弹性波。当用炸药作为震源激发时，震源附近的岩石遭到宏大激发力的作用产生破裂和塑性形变，而远离震源的岩石遭到瞬间微小外力的作用可以近似看成完全弹性体。弹性体在外力作用下发生形变并产生一个对抗形变的弹力。当外力取消时， 弹力使弹性体恢复原状。这个过程使质点产生随时间变化的弹性

6、位移(振动)，由于质点间存在着弹性联络，每个质点把振动传送到周围质点。于是，激发力引起的质点弹性振动由震源向周围介质传播，逐渐构成地震波。地震波分为体波和面波，体波在弹性介质的内部传播，面波沿着弹性介质的某些界面传播，见图2-1-23。纵波(P波)质点振动方向和波传播方向一样。横波(S波)质点振动方向和波传播方向相垂直。质点振动在程度平面中的横波分量称为程度横波(SH波)，质点振动在垂直平面中的横波分量称为垂直横波(SV波)。瑞雷面波(R波)质点在经过传播方向的铅垂面内沿椭圆轨迹逆转运动。图2-1-23 地震波的传播表示图a纵波；b程度横波；c垂直横波；d瑞雷面波煤田地震勘探主要采用纵波勘探。

7、地震波在传播过程中遇到两种地层分界面时，就会产生反射波。在地面上用仪器把各个地层分界面的反射波到达时间记录下来，利用地震波传播速度，便可以计算出地层分界面的埋藏深度。图2-1-24是地震勘探表示图。图2-1-24 地震勘探表示图1.4.2.2 地震勘探的地震地质条件决议一个地域能否开展及如何进展地震勘探任务的客观条件，统称为地震地质条件，它分为表层条件和深部条件两部分。表层地震地质条件是指地表附近的地质和地貌的特点，它主要影响地震勘探的施工效率、激发与接纳条件。深部地震地质条件是指地震界面与地质界面的对应关系，以及地质构造的复杂程度。1.4.2.3地震数据的采集1震源用于地震勘探的震源根本上分

8、为两大类：炸药震源和非炸药震源。1炸药震源炸药是一种特殊的化合物或混合物，它能在外界的影响(如用电雷管起爆)下放出气体和高热，构成高压气团而急剧膨胀，在很短的瞬间将紧缩作用施用于周围物体，即所谓的冲击波。在爆炸中心，物体将被粉碎和破坏，构成破坏带。在破坏带以外，物体只产生弹性形变，构成岩石的震动带，此时冲击波变成弹性波。在陆地地震勘探时，多数情况下在注满水的浅井中爆炸激发地震波，无法钻井或钻井困难的地域多采用坑中爆炸。在水面地震勘探时，采用水中爆炸。井中爆炸是地震勘探中最常用的一种激发方式，它的主要优点有两条：一是减小面波的强度，根本不产生声波；二是反射波能量强、频率高，可以减少药量。要确保这

9、些优点的实现，需求选择良好的激发条件。首先要思索的就是爆炸介质的岩性，假设在松软的枯燥沙层或淤泥中激发，地震波频率很低，且爆炸能量大部分被吸收；假设在巩固的岩石中激发，地震波频率很高，但是随着地震波在岩石中的传播，高频振动很快地被吸收。因此，激发最好选在潮湿的可塑性岩层，如胶泥、粘土等。其次要思索的是激发井深，通常选择在潜水面以下23m。为了使能量集中向下传播及减小声波干扰，井中要注满水、泥浆或用土填塞。虽然目前我国在陆上大部分地域仍主要采用炸药井中爆炸的激发方式，但是随着勘探规模的扩展和技术的开展，炸药震源逐渐暴显露以下问题：(1) 钻井和运用炸药的费用较大、时间较长，在需求钻深井才干获得良

10、好激发条件的地域，耗费更大。(2) 缺水地域，地形复杂的山区，流沙沼泽等钻井困难地域，施工不便。(3) 工业矿区、人口稠密区和鱼塘不宜运用炸药。此外，炸药的运输、保管和运用中容易发生危险。为理处理上述问题，出现了非炸药震源。2非炸药震源非炸药震源有很多种，煤田地震勘探中主要运用可控震源。可控震源是一种机械震源，由安装在汽车上的振动器冲击地面产生频率可以控制的波列作为地震震源。可控震源已从早期的小吨位震源开展到目前的28吨(6万磅)级的大吨位震源，从而大大提高了激发能，见图2-1-25。多台组合同步控制精度到达微秒级程度，平均相位误差不到1度，从而提高了组合激发的效果。图2-1-25 可控震源2

11、. 地震数据采集系统地震数据采集系统是由地震检波器和地震记录仪器组成。1地震检波器地震勘探获取原始数据的方法，是由采用人工激发方式引起地面振动，由地震检波器接纳此振动，并把机械振动转换为电信号，传输到地震记录仪器上记录。地震检波器是一种机电转换安装，能把地震波引起的地面微弱的机械振动转换为电流强弱变化的电信号。不同的检波器对地震波有频率选择作用，即检波器的频率特性各不一样。通常按照检波器的固有频率进展划分，固有频率为10的称低频检波器，固有频率为4060的称中频检波器，固有频率为100的称高频检波器。2地震仪器根据地震勘探的需求，对地震记录仪器有三点根本要求：(1) 具有对弱信号的放大性能；(

12、2) 具有记录能量相差悬殊信号的动态范围；(3) 具有适宜的通频带。随着机械制造业和计算机技术的开展，地震仪从20世纪50年代前最早的光点记录方式、50年代的磁带模拟记录方式开展到70年代的数字记录方式；从70年代的24道地震记录仪、90年代的千道地震记录仪开展到今天的万道地震记录仪，地震记录仪的每一步开展都推进了地震勘探技术的提高和开展。为了满足高精度地震勘探的要求，地震仪器向着超多道、遥测、高位模数转换(从24位到32位)、完善的质量控制系统方向开展。主要的地震仪器消费厂家有SERCEL、I/O、GEOX、FAIRFIELD等，主要产品包括SN388、SN408UL、SYSTEM2、SYS

13、TEM2000、IMAGE、ARAM24、ARAMARIES、TELSEIS BOX等。1.4.2.4地震数据的处置地震数据处置技术是对野外采集的地震资料进展各种处置，最终利用一次反射信号对地下反射界面进展成像，处置结果为地震剖面(二维)或偏移数据体(三维)。利用途置后的成果，可以解释地下岩层的构造形状和岩性特征。地震数据处置包括观测系统定义、预处置、能量关系恢复校正、叠前去噪、反褶积、静校正、速度分析、动校正、DMO校正、叠加、偏移、叠后修饰等主要步骤。今天的地震数据处置普通是以大型地震处置软件平台为依托，在高性能的计算机上实现的。随着技术的不断开展和提高，地震数据处置系统的功能也在不断完善

14、，运用也越来越方便，同时也变得越来越庞大和复杂，对处置人员的素质要求也越来越高。目前国内运用的代表性地震资料处置系统见表2-1-11。表2-1-11 地震资料处置系统国家和公司软件称号法国CGG公司GEOVECTEUR PLUS美国LANDMARK公司PROMAX美国Western Geophysical公司OMEGA以色列Paradigm Geophysical公司 FOCUS中国东方地球物理公司GRISYS1.4.2.5 二维地震勘探二维地震勘探是一套以数字方式记录地震信号，经数字处置获得地震时间剖面，查明小型煤田构造和异常的技术方法。1解释内容和方法构造解释是地震资料解释最根本的内容，以

15、程度叠加时间剖面、偏移时间剖面为主要资料，分析时间剖面上的各种动摇特征，确定主要目的层层位，进展波的对比和追踪；解释时间剖面上反映出来的各种地质构造景象，确定断层、褶曲位置；将时间剖面变为深度剖面，绘制规范层位构造平面图和其它地质构造图件。构造解释主要是运用地震波的运动学特征来处理岩层的空间分布问题。2. 地震时间剖面的解释地震时间剖面是构造解释的根底资料。通常，一条地震测线可得到一张时间剖面(图2-1-26)。图2-1-26中，横坐标为共中心点(CDP)，纵坐标为双程游览时间，以秒(s)为单位。时间剖面不同于深度剖面，但能直观地反映地下构造形状。在时间剖面上，利用反射波的各种特征，识别和追踪

16、同一界面反射波的过程，称为时间剖面的对比。同一界面的反射波，虽受界面埋藏深度、岩性、产状及覆盖层等要素的影响，但在一定范围内具有相对的稳定性，使得同一层位反射波在相邻接纳点上反映出类似的特征。反射波的主要特征有三个，即相位一样、振幅加强和波形类似。利用这些反射波特征，可以确定和延续追踪反射规范层，识别各种波的类型，搞清波组之间的关系，解释时间剖面所反映的地质景象。图2-1-26 地震时间剖面3. 处理的主要地质问题二维地震勘探从初期主要处理断层和煤层赋存情况，在地震地质条件较好的地域，目前可以处理的主要地质问题是：(1) 查明落差大于等于10m的断层，提供落差小于10m的断点，平面摆动误差小于

17、50m；(2) 查明幅度大于等于10m的褶曲，主要可采煤层底板深度误差不大于2%；(3) 查明新生界(第四系)厚度；(4) 探明直径大于30m的陷落柱、无煤带、煤层分叉合并，为回采任务面布置提供可靠的地质资料。1.4.2.6 三维地震勘探1. 三维地震勘探的特点由于地下的地质构造本身是三维的，而二维地震勘探技术先天缺乏，具有不可抑制的缺陷，所以只需三维地震勘探才是最适宜的方法。三维地震勘探是把沿测线观测的二维地震方法扩展到三维空间。经过面积丈量技术获得反映地质体时空变化的三维数据体，见图2-1-27。利用该数据体，可以提取垂直剖面、时间切片和立体数据，以满足解释任务的需求，见图2-1-28。

18、图2-1-27 三维地震数据体 图2-1-28 垂直剖面和地震切片垂直剖面分为三种，垂直于构造走向的剖面称为主测线剖面，通常表示为Inline方向；与主测线剖面相垂直的为联络测线剖面，通常表示为Crossline方向；实现地震资料与地质资料直接对比而连结部分钻孔的测线称为联井测线，对应的剖面为联井剖面。地震切片分为两种，程度切片是地下不同层位的信息在同一时间内的反映，它相当于某一等时面的地质图，即同一张切片里显示了不同层位的信息；沿层切片把地下同一层位的信息显示到一张切片上。2. 处理的主要地质问题目前，煤田三维地震勘探技术曾经成为详细查明小断层、小褶曲、陷落柱、采空区、冲刷带等重要地质资料的

19、主要手段。但是，其整体程度仍处于构造解释阶段，尚不能处理煤矿平安消费中的一切地质问题。在地震地质条件较好的地域，三维地震勘探可以处理的主要地质问题是：(1) 查明落差大于等于5m的断层，提供落差小于5m的断点，平面摆动误差小于30m；(2) 查明幅度大于等于5m的褶曲，主要可采煤层底板深度误差不大于1.5%；(3) 查明新生界(第四系)厚度；(4) 探明直径大于20m的陷落柱、无煤带、煤层分叉合并及煤层厚度变化(误差小于1m)。3. 煤矿三维地震数据动态解释技术近年来，在运用煤田三维地震勘探成果的过程中也暴显露许多问题，主要包括：(1) 地震成果的利用率低通常勘探单位仅提供煤层底板等高线图和固

20、定间距(40m80m)的地震时间剖面，煤矿无法利用三维地震数据体的一切信息。(2) 无法实时获得沿巷道方向的地震剖面三维地震勘探为煤矿采区的合理布置、主巷道开辟提供了根据，但是煤矿需求的沿巷道方向(即恣意方向)的地震剖面在勘探阶段是无法实时获得的。(3) 无法利用煤矿消费阶段获得的地质资料煤田三维地震勘探通常采用钻孔标定方法计算平均速度，即利用知钻孔揭露的地质层位深度及对应的反射波游览时，经内插、拟合平滑后做出不同层位的速度平面分布图。对构造等时图直接进展时深转换即可得到构深度造图。在煤矿勘探阶段，钻孔的数量不多，故地震资料构造解释精度也不高。然而，在煤矿消费阶段可以获得大量的井巷和回采任务面

21、的地质资料，利用它们可以大幅度提高构造解释精度。但是，这些珍贵的地质资料均无法利用。(4) 无法修正原构造解释方案在掘进和回采过程中，可以发现许多小于5m的断层，但是无法自动修正原构造解释方案(即无法自动修正煤层底板等高线图)。煤矿三维地震数据动态解释技术是指“三维地震信息与煤矿消费过程中所获得的矿井地质信息相互交融，效力于煤矿消费阶段，彻底改动了传统的三维地震解释仅效力于煤矿勘探阶段的方式，提高了三维地震成果的利用程度，可以处理更多的地质问题。4. 运用实例实例1探明陷落柱2002年，淮南矿业集团谢桥矿东二采区进展三维地震勘探，在资料解释时，发现该区内有两个地质异常体，即1号、2号隐伏构造体

22、，见图2-1-29和图2-1-30。后经地面钻孔及井下巷道验证为陷落柱，初次确定了淮南地域有陷落柱的存在。图2-1-29 陷落柱在地震剖面上的显示图2-1-30 陷落柱的平面位置实例2探明新构造淮南矿业集团顾北煤矿和顾桥煤矿进展的三维地震勘探中，陆续在新生界地层中发现了断距较大的断层，这是过去地质勘探未曾见到的地质景象，如图2-1-31和图2-1-32所示。为了进一步探明该地质景象，设计了3个地质钻孔，其中补5孔见破碎带，深度为518.9632.8m，与三维地震勘探资料根本吻合。经过对地质资料的分析，发现新生界地层中的断层既有正断层，也有逆断层，表现为新构造运动形迹，同时也表现出老构造的继续或

23、复活景象。图2-1-31 新生界地层中的正断层图2-1-32 新生界地层中的逆断层1.4.3 岩性地震勘探1.4.3.1 构造地震勘探与岩性地震勘探中国东部主要矿区经过多年的开采，浅部资源已亮红灯，迫切需求开采深部的煤炭资源。如何提高地质成果的勘探精度，在深部实现平安开采是我国煤炭行业今后的主要斗争目的。影响深部煤层开采地质条件的要素很多，如构造、水文、瓦斯、煤层顶底板条件等。目前，主要的成熟勘探手段是地震勘探，也仅限于处理构造问题。而煤矿深部平安开采中的主要地质问题，包括煤层顶底板水文地质条件、瓦斯突出条件与力学性质均属岩性勘探范畴。构造地震勘探主要利用地震波的运动学特征，即利用地震波的游览

24、时和波速，计算出地层分界面上各点的埋藏深度，从而确定出地层的构造形状。岩性地震勘探除了利用地震波的运动学特征外，还利用地震波的动力学特征来研讨地层的岩性。地震属性技术和地震反演技术是岩性地震勘探的重要手段。近年来，随着三维地震勘探方法的提高与开展，煤矿中也引进了高密度三维地震勘探、三维三分量的地震勘探方法。1.4.3.2 地震属性技术地震属性的分类没有一致的规范，不同的学者分别提出过不同的属性分类。结合煤田地震勘探的特点，可以根据运动学/动力学特征把地震属性分成八个类别：时间、振幅、频率、相位、波形、相关、吸收衰减、速度。地震属性的类型很多，要根据处理的地质问题来选择相应的地震属性。地震属性技

25、术的关键在于属性提取，提取方式包括同相轴属性提取和数据体属性提取。提取同相轴属性同相轴属性是与某个界面有关的地震属性，详细提取方法包括瞬时提取法、单道分时窗提取法和多道分时窗提取法。瞬时提取法即传统的“三瞬参数，瞬时振幅、瞬时相位和瞬时频率。单道分时窗提取法是在一个地震道上用“可变时窗提取各类属性参数，经过解释出的反射同相轴来定义可变时窗的上界和下界。常用的有时间域属性参数、频率域属性参数和分形分维属性参数。多道分时窗提取法是在多个地震道上用可变时窗提取各类属性参数，除了要定义可变时窗的上界和下界外，还需求定义处置道数。将所得到地震属性放到中心道位置上。常用的有质量要素和二维分形参数。提取数据

26、体属性基于数据体的地震属性将产生一个完好的属性体，其最大优点是能产生相关型的数据，从而提供逐道之间地震信号类似性和延续性的有用信息。将固定的三维数据体转化为能反映一定地球物理特征的新三维数据体。最常见的是相关数据体和方差数据体。煤层反射波中含有大量地质信息，无论是煤层的构造、构造或岩性变化都会引起地震属性的变化。在煤田地震勘探中, 煤层中的小构造异常、构造和岩性变化，用常规的人工识别方法往往是无能为力的。但是，利用地震属性的变化来区分构造、进展煤层构造和岩性解释是可行的。地震属性技术是煤矿开发阶段的重要手段，可用于识别断层及其它构造、预测奥陶系灰岩岩溶裂隙发育带、解释煤层变薄冲刷带、预测瓦斯富

27、集带等，运用前景非常广泛。解释小断层图2-1-33是淮南矿业集团张集煤矿西三采区13-1煤层的(a)沿层相关切片与(b)底板等高线图的对比，可以看出小断层的相关属性非常明显。(a) (b)图2-1-33 相关沿层切片与底板等高线图的对比解释煤层变薄冲刷带阳煤集团开元公司于2004年完成了七、八采区三维地震勘探任务，对3煤层进展了构造解释。在地震数据解释过程中，主要根据钻孔资料在3煤层中划分出3个薄煤区( QUOTE 。随着的继续增大，介质的影响愈加明显，也愈来愈大曲线2段。当，相应的勘探体积内主要为第二层介质充溢，而第一层介质在整个勘探体积中仅占很小比例，所以介质在影响场的分布问题上起主导作用

28、。可以证明，此时得到的视电阻率值趋于第二层真电阻率，即曲线3段。值随变化的关系曲线称电测深曲线。曲线的变化规律反映了垂直深度方向上断面的电性变化，利用曲线可确定各电性层的厚度和电阻率值。当地电断面类型不同时，曲线外形也不一样。2. 电剖面法电剖面法是用以研讨地电断面横向电性变化的一类方法。普通采用固定的电极距并使整个电极安装沿着测线平移，这样便可观测到在一定深度范围内视电阻率沿着剖面的横向变化。相对于电测深而言，电剖面法更适用于探测产状陡立的高、低阻体，如划分不同岩性的接触带、追索断层及构造破碎带等。图2-1-56 地下低阻和高阻异常体对电流的吸引和排斥作用电剖面法的主要安装方式有：对称结合剖

29、面法、四极剖面法、偶极剖面法和中间梯度法等，水文物探中常用的方法及参数见表2-1-20。表2-1-20 常用电剖面法安装方式及参数方法称号安装图示及K值计算公式电极距选择阐明联合剖面法H为浮土厚度；C极置于无穷远；MN等于点距或2倍点距。对称剖面法对称四极法AM=MN=NB时称为温纳尔安装；ABMN时称为施仑贝尔安装。复合对称四极法AB小电极距反映浅部情况；AB大电极距反映深部情况。KAMNB，KAMNB计算公式同上由于对称四极剖面安装不需求无穷远极、野外任务轻便、效率高。在水文及工程地质调查中多用于普查、探测基岩的起伏、构造破碎带及高阻岩脉等。在适宜的条件下还可以圈定岩溶的分布范围及追索古河

30、道等。3. 高密度电阻率法高密度电阻率法的根本思想是由日本和英国的地球物理任务者最早提出的，它最初主要用于处理各种工程地质和水文地质问题。经过十多年的开展，高密度电阻率法的数据采集系统和资料处置解释系统日臻成熟，在实践运用中获得了令人称心的地质效果。高密度电阻率法是集测深和剖面法于一体的一种多安装、多极距的组合方法，它具有一次布极即可进展多安装数据采集以及经过求取比值参数而能突出异常信息的特点，也可以以为是断面丈量。1高密度电阻率法观测系统高密度电阻率法是为满足浅部精细勘查的实践需求而研制的一种电法勘探系统。现场丈量时只需将电极设置在一定间隔的测点上，测点密度远较常规电阻率法大，普通从1m10

31、m。然后用多芯电缆将其衔接到程控式多路电极转换开关上，电极转换开关是一种由单片机控制的电极自动换接安装，它可以根据需求自动进展电极安装方式、极距及测点的转换。丈量信号用电极转换开关送入微机工程电测仪，并将丈量结果依次存入随机存储器。将数据回放并送入微机便可用专门程序软件对原始资料进展处置。施工过程为：首先以固定点距x沿测线布置一系列电极(电极数量与丈量仪器系统有关)，相邻电极间距为x，取安装电极距，将相距为的一组电极(四根电极)经转换开关接到仪器上，经过转换开关改动安装类型，一次完成该测点上各种安装方式的观测(电极陈列中点为记录点)，一个测点观测完后，经过开关自动转接下一组电极(即向前挪动一个

32、点距x)，以同样方法进展该点观测，直到电极距为的整条剖面观测完为止。之后，再选取电极，不同极距的安装，反复以上观测。n称为隔离系数。图2-1-58 高密度电阻率法勘探系统的构造表示图显然，由于一条剖面地表测点总数是固定的，因此，极距扩展时，反映不同勘探深度的测点数将依次减少。把丈量结果置于测点下方深度为的点位上，于是，整条剖面的丈量结果便可以表示成一种倒三角形或倒梯形二维断面的电性分布。2高密度电阻率法特点相对于常规电测深和电剖面法，高密度电阻率法有以下特点：1由于电极布设是一次完成的，这不仅减少了因电极设置而引起的缺点和干扰，而且为野外数据的快速和自动丈量奠定了根底。2能有效的进展多种电极陈

33、列方式的扫描丈量，因此可以获得较丰富的关于地电断面构造特征的地质信息。3野外数据采集实现了自动化或半自动化，不仅数据采集速度快，而且防止了由于手工操作所出现的错误。4可以对资料进展预处置并显示剖面曲线形状，脱机处置后还可自动绘制和打印各种成果图件。5与传统的电阻率法相比，高密度电阻率法本钱低、效率高，信息丰富，解释方便，勘探才干显著提高。6由于高密度电阻率法采用自动读数，在工业流散电流干扰较大的矿区任务时不易保证观测质量，特别是大极距时更是如此。7高密度电阻率法主要用于勘探浅部的电性异常体，在水文物探中常用于浅部裂隙带、采空区等的精细勘探。4充电法充电法是在水文地质调查中常用的一种人工直流电法

34、。该方法主要研讨对象是相对围岩为良导体或导电性较好的地质体，目的是查明充电体的空间分布形状、产状、延伸等地质问题。1充电法的根本原理充电法是在被勘探的矿体或其它良导电体的天然或人工露头接上供电电极A，另一供电电极(B)置于远离充电体的地方，并进展充电用直流电源，也可用交流电源。供电时充电体为一等位体或似等位体，电流由充电体流入围岩，构成稳定电流场，该电场的分布特征与充电体的形状、大小和产状等要素有关。在地面、钻井或坑道中对其电场的空间分布进展观测和研讨，以了解矿体或其它良导体的赋存情况，获得所需求的地质资料。充电法适用于普查良导电地质体，主要用于金属矿床的勘探阶段和水文地质调查任务中。由于充水

35、岩溶与其周围灰岩相比可近似为导体，所以充电法也常用于对有知露口岩溶、废弃充水巷道等的分布走向进展探测。当对具有天然或人工露头的良导地质体进展充电时，实践上整个地质体就相当于一个大电极，假设良导体地质体的电阻率远小于围岩电阻率时，我们便可以近似地把它看成是理想导体。理想导体充电后，在导体内部并不产生电压降，导体的外表实践上就是一个等位面，电流垂直于导体外表流出后便构成了围岩中的充电电场。显然，当不思索地面对电场分布的影响时，那么离导体越近，等位面的外形与导体外表的外形越类似；在距导体较远的地方，等位面的外形便逐渐趋于球形。可见，理想充电电场的空间分布将主要取决于导体的外形、大小、产状及埋深，与充

36、电点的位置是无关的。图2-1-59 充电法原理图当地质体不能被视为理想导体即不等位体时，充电电场的空间分布将随充电点位置的不同而有较大的变化。所以，充电法也是利用地质对象与围岩间导电性的差别为根底并且要求这种差别必需足够大，经过研讨充电电场的空间分布来处理有关地质问题的一类电探方法。2充电法的运用条件充电法在满足以下物性条件下，可获得最正确探测效果，即目的体具有良好的导电性，最好其电阻率比围岩小100倍以上；目的体埋藏较浅，沿走向有适当的长度为矿体顶部埋深的三倍以上；目的体和围岩电阻率较稳定，无复杂变化；地形起伏和表土不均匀影响较小，工业用电干扰小；接地条件较好，极化稳定。3充电法在水文地质中

37、的运用利用充电法测定地下水流速和流向，只需一个钻孔或水井，可减少普通水文地质方法所需求的观测孔或水井。此外，利用充电法还可探测岩溶的分布范围、老窑采空区的位置和范围，以及确定低阻煤层的延伸情况等。5. 激发极化法激发极化法简称激电法是经过研讨地下电化学作用引起的随时间缓慢变化的附加电场被称为激发极化电场，以不同岩、矿石激发极化效应之间的差别为物质根底，经过观测和研讨大地激电效应，以探明地下地质情况的一种电法勘探方法。岩石的激发极化效应与岩石电子导电矿物含量、粘土含量、含水性、孔隙水的矿化度等要素有关。大量实验和运用实例阐明，对饱含水的岩石，激发极化放电二次场的衰减速度与岩石颗粒度、湿度及溶液矿

38、化度等要素有关。在没有电子导体干扰的情况下，普通在含水层上的二次场相对非含水层要强，衰减速度也慢，且颗粒度越大、富水性越强，二次场衰减速度那么越馒。激电法的优点是仪器简单，通常观测断电几百毫秒后的二次场，电磁耦合小，任务方法、实际解释简单。特别是激电测深法对水的反映直观，受地形影响小。实际阐明，假假设地质体的激发极化特征是均匀的、各向同性的，那么测深曲线将为一条直线，与岩性、电阻率、地形无关。因此，在河南、山西等省的丘陵地域找水任务中得到广泛运用。时间域激电法的缺陷是对大地噪声、工业游散电流、极化不稳等抗干扰才干差。由于二次场值较小，要提高信噪比，要求大电流供电，由此引起配备笨重、效率低、本钱

39、高。为了抑制此缺陷，开展了频率域激电法。特别是中南工业大学的开展了双频道激电法，提出了伪随机信号复电阻率法，随后又开展了伪随机三频电磁法。对这些方法既进展了实际研讨，研制了相应仪器，在金属勘查方面进展了胜利的运用和推行，但在找水任务中也有运用。1.4.5.4 瞬变电磁测深法瞬变电磁法Transient Electromagnetic Method，简称TEM是利用不接地回线或电极向地下发送脉冲式一次电磁场，用线圈或接地电极观测由该脉冲电磁场感应的地下涡流产生的二次电磁场的空间和时间分布，来处理有关地质问题的时间域电磁法。1. 根本原理瞬变电磁法的鼓励场源主要有两种，一种是回线方式或载流线圈的磁

40、源，另一种是接地电极方式的电流源。下面以均匀大地的瞬变电磁呼应为例，来讨论回线方式磁偶源激发的瞬变电磁场，从而论述瞬变电磁法测深的根本实际。在导电率为、导磁率为的均匀各向同性大地外表敷设面积为S的矩形发射回线在回线中供以恒定电流I，在电流断开之前时，发射电流在回线周围的大地和空间中建立起一个稳定的磁场，如图2-1-63所示。图2-1-63 矩形框磁力线在t=0时辰，将电流忽然断开，由该电流产生的磁场也立刻消逝。一次磁场的这一猛烈变化经过空气和地下导电介质传至回线周围的大地中，并在大地中激发出感应电流以维持发射电流断开之前存在的磁场、使空间的磁场不会即刻消逝。由于介质的欧姆损耗，这一感应电流将迅

41、速衰减，由它产生的磁场也随之迅速衰减，这种迅速衰减的磁场又在其周围的地下介质中感应出新的强度更弱的涡流。这一过程继续下去，直至大地的欧姆损耗将磁场能量耗费终了为止。伴随这一过程存在的电磁场即为大地瞬变电磁场。由于电磁场在空气中传播的速度比在导电介质中传播的速度大得多。当一次电流断开时，一次磁场的猛烈变化首先传播到发射回线周围地表各点，因此，最初激发的感应电流局限于地表。地表各处感应电流的分布也是不均匀的，在紧靠发射回线一次磁场最强的地表处感应电流最强。随着时间的推移，地下的感应电流便逐渐向下、向外分散，其强度逐渐减弱，分布趋于均匀。美国地球物理学家MNNabghan对发射电流关断后不同时辰地下

42、感应电流场的分布进展了研讨，研讨结果阐明，感应电流呈环带分布，涡流场极大值首先位于紧挨发射回线的地表下，随着时间推移，该极大值沿着与地表成30倾角的锥形斜面向下、向外挪动、强度逐渐减弱。任一时辰地下涡旋电流在地表产生的磁场可以等效为一个程度环状线电流的磁场。在发射电流刚关断时，该环状线电流紧接发射回线，与发射回线具有一样的外形。随着时间推移，该电流环向下、向外分散，并逐渐变形为圆电流环见图2-1-64。从图中可以看到，等效电流环很象从发射回线中“吹出来的一系列“烟圈，因此，人们将地下涡旋电流向下、向外分散的过程笼统地称为“烟圈效应。图2-1-64 瞬变电磁场烟圈地下感应涡流向下、向外分散的速度

43、与大地导电率有关。导电性越好，分散速度越慢，这意味着在导电性较好的大地上，能在更长的延时后观测到大地瞬变电磁场。从“烟圈效应的观念看，早期瞬变电磁场是由近地表的感应电流产生的，反映浅部电性分布；晚期瞬变电磁场主要是由深部的感应电流产生的，反映深部的电性分布。因此，观测和研讨大地瞬变电磁场随时间的变化规律，可以探测大地电位的垂向变化。瞬变电磁场的探测深度主要由丈量时间和地下介质的电阻率来确定。当地下为均匀介质时，地面发送线圈中的电流被切断后，感应电流随时间向地下分散，电流被关断后某一时辰地下最大涡流所在深度由下式计算 (1-4-7)当地下介质的平均电阻率为15，丈量时间取20ms，探测深度即达2

44、18米。至于发送回线接纳回线与探测深度的关系，只是为了保证接纳线框内有足够的信号强度。同时，由于回线在一定的范围内线框越小，其体积效应也越小，其横向、纵向分辨率也愈高。2. 瞬变电磁测深的安装方式1重叠回线安装与中心回线安装如图2-1-65所示，重叠回线安装是发送回线与接纳回线相重合敷设，但由于有互感景象，故在野外施工时将两者分开12m的间隔 。TEM方法的供电和丈量在时间上是相互分开的，因此发送回线Tx与接纳回线Rx可以共用一个回线，称之为共圈回线。重叠回线安装是频率域方法无法实现的安装，它与地质探测对象有最正确耦合，重叠回线安装呼应曲线形状简单，具有较高的接纳电平、较好的穿透深度及异常便于

45、分析解释等特点。图2-1-65 瞬变电磁法的重叠回线安装和中心回线安装中心回线安装是运用小型多匝接纳线圈或探头放置于边长为L的发送回线中心观测的安装，常用于探测1km以内的中、浅层测深任务。中心回线安装和重叠回线安装都属于同点安装。因此，它具有和重叠回线安装类似的特点，但由于其线框边长较小，纵横向分辨率高，受外部干扰较小，对施工环境要求较低，顺应面较宽。2磁偶源安装偶极安装是坚持发射线圈和接纳线圈的间隔 不变，整个系统沿测线逐点挪动观测，偶极安装具有轻便灵敏的特点，它可以采用不同位置和方向去激发导体及观测多个分量，对矿体有较好的分辨才干。由于收、发线圈分别，消除了两互感作用。但是，偶极安装是动

46、源安装，发送磁矩不能够做得很大，因此探测深度遭到限制。另外，偶极安装所观测到的时间特性曲线复杂，给解释带来一定的困难。图2-1-66 瞬变电磁法偶极安装3大定源回线安装煤田水文勘查中常用的大定源回线安装其发射线框为边长达数百米甚至千米的矩形回线，采用小型线圈或探头在回线内部中心1/3面积范围内逐点丈量见图2-1-67。普通采用发电机作为大功率电源，供电电流均达20A以上，这种场源具有发射磁矩大、磁场均匀及随间隔 衰减慢等特点，适宜于深部水文勘查。铺好回线后，可采用多台接纳机同时任务，因此任务效率高，本钱低。图2-1-67 大定源回线安装1.4.5.4 可控源音频大地电磁测深法可控源音频大地电磁

47、法(CSAMT)是20世纪7080年代在大地电磁法(MT)和音频大地电磁法(AMT)的根底上开展起来的可控源频率测深方法，它具有探测深度大、横向分辨才干较强、观测效率高、兼有测深和剖面研讨双重特点，是研讨深部地质构造、寻觅隐伏矿和地下水资源勘查的一种有效手段。CSAMT是一种利接地程度电偶源作为信号源的一种人工电磁测深法。其原理和常规大地电磁测深法类似。近年来，由于CSAMT法抗干扰性能强，能在工业游散电流极强的矿区任务，加之其勘探深度相对较大、不受高阻层屏蔽以及任务的本钱低廉等优点，在深部煤矿采区水文勘查中也得到较多运用并获得了良好效果。1电磁波传播途径CSAMT利用接地电偶极AB供以可变频

48、率的交流电，由此产生电磁波。由场源发射的电磁波向周围发射，按其传播途径可分为天波、地面波和地层波(图2-1-69)。天波是由场源向天空发射的电磁波，由于可控源音频大地电磁测深发射的是长波和超长波，它们遇到电离层时并不往回反射，所以不考滤天波。在空气中沿地面传播的电磁波称为地面波。地层波是由场源射入到地层中的电磁波。显然，可控源音频大地电磁测深中研讨的对象就是地面波、地层波。2电磁波的程度极化人工场源所用的任务频率普通在0.01n10KHz之间，在此频段内，岩石中皆以传导电流为主，可以忽略位移电流。在无磁介质中电磁波传播速度为 km/s，而电磁波在空气中的波速近似等于光速C，显然，电磁波在空气中

49、的波速比在地下的波速快得多。沿地表传向MN端的地面波用表示和直接在地层中传播的地层波用表示在某一时辰由于波程的差别就会在地面附近构成一个近似程度的波前面，从而呵斥一个几乎垂直向下传播的程度极化平面波见图2-1-69。图2-1-69 发射电磁波传播途径图由于电磁波为横波，当地层为程度层状时，地面所测的视电阻率主要与岩层的纵向电阻率有关。3电磁波场区的划分地层波和程度极化平面波均与地下地质体发生电磁作用，但是，它们能否影响到地面的观测值，或以哪种波占主导，这与观测点MN到场源AB间的极距大小有关。因此，这就有一个场区划分问题。波区又称远区：当时，该区域地层波几乎全部衰减殆尽，地下只需程度极化波存在

50、，相当于从高空垂直入射的平面电磁波，类似于大地电磁测深的情况。对地层分辨率最高，各向异性影响小。区又称近区：当时，地层波占主导位置。其观测值与地层关系很弱，或只与总纵向电导有关。过渡区：介于波区与区之间的场区。在由区向波区过渡时，电磁波从向程度方向传播逐渐过渡到倾斜、甚至垂直入射地面。实践任务中，因电源功率有限，收发距不能够很大，在低频段将进入过渡区和区，呵斥测深曲线与地层关系的复杂化。因此应尽能够保证测区处在波区范围内，并进展过渡区校正。3有效穿透深度电磁波在导电介质中传播时，随着传播间隔 的添加，电磁场幅值也随着衰减。在波区条件下，电磁波在均匀半空间介质中由地面垂直向下传播时，其强度随深度

51、Z的添加成指数规律衰减。当衰减为地表相应值的倍，称为趋肤深度 1-4-8另外有些学者以为取衰减为地表相应值1/2时的深度作为有效深度更合理。 1-4-9实践任务中，思索到非均匀介质和均匀层状介质的情况，其有效勘探深度能够更浅，可估算为，与地下岩层导电性好坏有关。由公式1-4-9可以看出，在某测点下电阻率一定时，电磁波的有效穿透深度或勘探深度与频率成反比，高频时探测深度浅，低频时探测深度深。CSAMT就是经过改动发射电磁波的频率来改动探测深度，从而到达频率测深的目的。4. CSAMT视电阻率的概念实践任务中可控源音频电磁测深法观测电场和磁场，按照公式1-4-10计算电阻率，当地下为非均匀介质时，

52、由此式计算的值将是电磁波分布范围内一切介质的综合影响，故称为视电阻率，又称为卡尼亚电阻率，记为。 1-4-10经过改动发射电磁波的频率来改动电磁波的穿透深度，视电阻率就反映了不同深度以上的介质电阻率，经过分析研讨视电阻率随的变化曲线见图2-1-70，就可到达探测不同深度地质异常体的目的。图2-1-70 CSAMT实测视电阻率曲线5. CSAMT野外任务方法CSAMT任务安装如图2-1-50所示，接纳机系统包括由微机控制的智能化数字接纳机、磁探头和不极化电极。接纳机一次可同时接纳上述不同频率系列的7道电场和1道磁场，即一次发射可同时完成7个点的频率测深。图2-1-71 CSAMT野外任务布置供电

53、偶极距普通为13km长，测点到供电偶极的间隔 收发距315km。普通用不极化电极接纳电场，电极距10100m不等。接纳的磁场信号经绝缘线保送到接纳器与电场同时记录。在煤矿采区水文勘探中，其主要参数普通为：，点距等于的大小，测线间隔 普通为点距的23倍。6. CSAMT的资料处置和解释目前用于消费的大多数CSAMT仪器都具实时或现场处置软件，可将所采集的电磁场数据整理为CSAMT所需的物理量，如视电阻率及相位等，这些是CSAMT资料解释的根底和根据。由于在远区CSAMT和MT不仅原理一样，而且资料的处置和解释也有许多共同之处。一旦资料合格后，即可进展解释处置或再处置。CSAMT资料的再处置包括曲

54、线的圆滑、校正(静校正、地形校正、场源校正)以及为突出某些有用信息而作的特殊处置等。1.4.5.5 EH4电导率成像系统EH4延续电导率成像系统是由美国GEO METRICS和EMI公司结合消费的硬、软件安装。该系统属于可控源与天然场源相结合的一种大地电磁丈量系统。EH4采用了天然场与人工场相结合的任务方式，由可控源补充部分频段信号较弱的天然场，来完成整个任务频段的丈量；发射安装轻便，便于野外多次挪动；时间域多次迭加采集数据，提供了丰富的地质信息；实时数据分析，确保观测质量；现场给出延续剖面的拟二维反演结果，较直观；勘探深度较大，分辨率高。1. EH-4任务原理EH-4又称Stratagem

55、MT，其磁偶极子发射天线为X、Y方向的垂直线圈。垂直磁偶极子发射场以TE型波为主，受效率和磁电传感器频谱范围的限制，EH4 的丈量频段为10Hz100KHz，其探测深度大致在10m1000m。500Hz以上用可控源发射，500Hz以下利用天然电磁场。因此EH4是天然和人工场源并存的双源型大地电磁丈量仪。目的是加强高频信号，补偿高频天然讯号的缺乏，添加采集数据的可靠性和提高分辨率。实践任务中，地下介质是不均匀的，因此用上式计算的值称为视电阻率值，用表示。它是电磁波有效趋肤深度内一切介质导电性的综合反映。其勘探原理与可控源音频大地电磁深法一样。2. EH-4电导率成像丈量系统EH-4电导率成像系统

56、为双源型电磁/地震系统见图2-1-72和图2-1-73。仪器设计精巧、坚实，特别适宜地面2D、3D延续张量式电导率丈量，在技术上率先突破传统单点丈量壁垒，走向电磁丈量拟地震化、结合2D、3D延续观测和资料解释。它巧妙地采用了天然场与人工场相结合的任务方法，运用可控源补充天然场信号较弱的高频段信号。这样既保证较浅部到深部的勘探范围；又加快了勘探过程，提高了任务效率，保证了观测质量。它采用两个正交直立的线圈作为发射场源，安装轻便。采用在空间上的密集采样以及频率上的密集采样，使得它提供了地质信息很丰富，有较高的分辨率。它可以在野外对观测数据进展实时处置，以确保观测质量，还可以在现场给出延续剖面的拟二

57、维反演结果，比较笼统直观。 图2-1-72 EH-4发射安装表示图 图2-1-73 EH-4接受安装表示图在目前国内外该类仪器设备中，EH-4电导率成像系统最为适宜进展浅部地质异常体的探测，其理由是：1该仪器为人工电磁场与天然电磁场相结合的频率域测探系统，既可进展天然场法丈量又可进展部分人工场法丈量，人工发射源可弥补信号较弱的天然场来完成整个任务的频段丈量。发射采用两个正交的半圆形天线，既不存在接地问题又不需求布设很长的发射导线。设备轻便，操作简单，是其他类似的电磁法设备(V6及GDP-32等)系列无法比较的；2在分辨率方面，该系统接纳频点多达60个左右，而其它类似设备为2030个，反映该系统

58、频点丰富，分辨率要高于其他设备，其勘探深度101000米，可现场实时彩色成像。3. EH-4的运用EH-4电磁成像系统安装轻便，易于野外施工，任务效率高，可以抑制因地形要素带来的施工不便的问题，适宜在南方岩溶石山地域任务。在南方岩溶石山地域任务时，由于碳酸岩类的岩石电阻率值比较高，EH-4系统任务时会存在“近场影响问题，用平面波场实际进展解释时，会给解释结果带来较大的误差，需采用偶极子场实际来进展解释。EH-4反演断面能反映地下细微地质构造的变化情况。EH-4丈量的电阻率参数对含水裂隙带的反映非常灵敏，含水裂隙带在反演断面图明晰地表现为电阻率呈现中间低、两侧高这样一个非常简单的异常特征。EH-

59、4是探测与岩溶裂隙有关的构造如断层破碎带的有效手段之一。EH-4可处理以下地质问题：岩土电导率分层、地下水探测、基岩埋深调查、煤田高分辩率勘探、工程地质和环境调查及咸淡水分界面划分等，是目前浅层油气、煤田、矿产、地下水、冻土层、山区工程、矿井工程勘探及AMT静校的最正确电磁仪器。1.4.5.8 电法勘探仪器配备电法勘探方法多，对应的仪器设备种类也很多。主要分为两大类，一是直流电法类(包括激电法IP)；二是交流电法类丈量设备。1. 直流电法仪器设备因国外同类仪器价钱昂贵，如今曾经较少引进。目前国内有多个厂家消费不同类型的直流数字电法仪，根天性满足不同电阻率法丈量的需求，主要厂家有：(1)重庆地质

60、仪器厂，(2) 北京骄鹏工程技术有限责任公司，3重庆万马物探仪器，4渭南煤矿公用设备厂等。2. 交流电法仪器设备1专业设备：加拿大Geonics公司的EM-37、EM-67T；澳大利亚Alpha GeoInstruments公司的terraTEM瞬变电磁系统；地矿部物化探研讨所的WDC-2智能化瞬变电磁仪；西安物化探研讨所的LC瞬变电磁系统；长沙智通新技术研讨所消费的SD-2型瞬变电磁仪。2多功能电磁站：美国Zonge公司的CDP-32系统和加拿大Phoenix公司的V8多功能电测站。可以进展瞬变电磁法(TEM)、可控源音频电磁测深(CSAMT)及频谱激电等多种方法的丈量任务。1.4.6 各种