綜合物探技術(shù)在地質(zhì)勘探中的應(yīng)用分析

李 波

中化地質(zhì)礦山總局黑龍江地質(zhì)勘查院

綜合物探技術(shù)在地質(zhì)勘探中的應(yīng)用分析

李 波

中化地質(zhì)礦山總局黑龍江地質(zhì)勘查院

就目前的地質(zhì)勘探工作情況來看，綜合物探技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過程中還存在較大的提升空間，工程技術(shù)人員在實(shí)際的應(yīng)用過程中通過對(duì)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，能夠獲得更加良好的勘探效果。因此，在當(dāng)下的地質(zhì)勘探工作中應(yīng)該進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)對(duì)新興的科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用，以提高地質(zhì)勘探的整體水平，尤其是引入信號(hào)采集技術(shù)后，不但能夠取得良好的勘探效果，還能提高勘探的精準(zhǔn)度。基于此，本文將著重分析探討綜合物探技術(shù)在地質(zhì)勘探中的應(yīng)用，以期能為以后的實(shí)際工作起到一定的借鑒作用。

綜合物探；地質(zhì)勘探；特點(diǎn)；應(yīng)用

引言

所謂物探技術(shù)實(shí)際上就是地球物理勘探技術(shù)，是對(duì)地球的各種物理場(chǎng)分布及其變化進(jìn)行觀測(cè)，探索地球本體及近地空間的介質(zhì)結(jié)構(gòu)、物質(zhì)組成、形成和演化，研究與其相關(guān)的各種自然現(xiàn)象及其變化規(guī)律。在此基礎(chǔ)上為探測(cè)地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)與構(gòu)造、尋找能源、資源和環(huán)境監(jiān)測(cè)提供理論、方法和技術(shù)，為災(zāi)害預(yù)報(bào)提供重要依據(jù)?？碧絻x器在探測(cè)不同地質(zhì)對(duì)象時(shí)，會(huì)表現(xiàn)出對(duì)不同地質(zhì)對(duì)象的物理性差異，不同的礦物有著不同的物性特點(diǎn)，因此物探技術(shù)就是基于這一原理來應(yīng)用在地質(zhì)找礦中。通過地球物理勘探來掌握隱伏區(qū)與地質(zhì)構(gòu)造的出現(xiàn)，主要是基于地球物理理論來輔助進(jìn)行地質(zhì)找礦。地球物理存在多解性的異?，F(xiàn)象，不同的地質(zhì)礦山具有差異的物理場(chǎng)，因此常常表現(xiàn)出多解性的物理異常。

1、綜合物探技術(shù)特點(diǎn)

綜合物探技術(shù)是指利用多種物探手段，以研究對(duì)象的不同物性差異為基礎(chǔ)來進(jìn)行勘測(cè)研究，解決地質(zhì)工程問題的勘測(cè)方法。從物探種類的上劃分，物探技術(shù)主要包括以巖、礦體的電磁學(xué)性質(zhì)來進(jìn)行勘測(cè)研究的電法勘探和利用地下介質(zhì)彈性和密度的差異來研究的地震波勘探等。本文所涉及的綜合物探技術(shù)主要就是以上兩個(gè)方面的內(nèi)容。其有以下特點(diǎn)：1)這種方法能夠?qū)\層地質(zhì)情況進(jìn)行探測(cè)，探測(cè)深度可以是幾米也可以是上百米，并且勘測(cè)對(duì)象廣，施工周期段，費(fèi)用低。2)這種方法解決問題的準(zhǔn)確性和精度較高，因而對(duì)那些對(duì)精準(zhǔn)度有著更高要求的勘探單位來說，能夠獲得更為理想的探測(cè)結(jié)果，滿足其在物探方面的特殊需要。3)這種方法能夠快速完成勘探任務(wù)，并且不需要較大的施工場(chǎng)地，具有簡(jiǎn)便易行的特點(diǎn)，為后續(xù)施工的按時(shí)進(jìn)行提供時(shí)間上的保障。

2、綜合物探技術(shù)要點(diǎn)

2.1 瞬變電磁法

圖1 瞬變電磁法作業(yè)原理示意圖

瞬變電磁法數(shù)據(jù)的獲得主要借由對(duì)觀測(cè)所得參數(shù)ΔV2/I實(shí)施自相關(guān)濾波處理后，再依照晚期電阻率、視深度及縱向電導(dǎo)等計(jì)算公式轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的全期ρτ(t)，sτ(t)與Hτ(t)參數(shù)，并繪制出與之相對(duì)應(yīng)的ρτ(t)，sτ(t)，Hτ(t)平面等值線圖與斷面等值線圖，以充當(dāng)資料解讀的基礎(chǔ)性文件。

2.2 單點(diǎn)探測(cè)技術(shù)

單點(diǎn)探測(cè)技術(shù)是源于反射地震波勘探中的自激自收方式，它是人工激發(fā)地震波在煤巖層介質(zhì)中傳播，當(dāng)?shù)卣鸩ㄓ龅讲ㄗ杩共煌慕橘|(zhì)界面而發(fā)生反射時(shí)，會(huì)造成地震波振幅與相位等信息發(fā)生變化，根據(jù)該變化，并結(jié)合反射波時(shí)距曲線方程，可計(jì)算出探測(cè)介質(zhì)的厚度。小煤窯破壞區(qū)相對(duì)于正常的煤巖層而言，密度等物理性質(zhì)發(fā)生明顯變化，從而具有明顯的波阻抗差異，為單點(diǎn)反射地震技術(shù)的應(yīng)用提供了基礎(chǔ)保障。

2.3 MSP技術(shù)

MSP即為震波超前探測(cè)系統(tǒng)(Mine SeiS-mic Prediction)，該技術(shù)同樣是基于反射波地震勘探原理，利用礦井巷道空間布置激發(fā)點(diǎn)和接收點(diǎn)，當(dāng)所激發(fā)地震波在傳播過程中遇到波阻抗差異界面(如破碎帶，煤巖界面等)時(shí)將產(chǎn)生反射波，雖然激發(fā)的地震波具有全空間效應(yīng)，但是來自巷道前方波阻抗差異界面的反射波在時(shí)距規(guī)律、相位特征方面與來自巷道周邊波阻抗差異界面的反射波具有明顯差異，據(jù)此確定巷道前方的異常位置。該EIS16-7綜放工作面回風(fēng)順槽前方如存在小煤窯破壞區(qū)，必然存在波阻抗差異界面，從而為利用MSP技術(shù)對(duì)巷道前方進(jìn)行探測(cè)，來確定是否存在小煤窯破壞區(qū)提供了基礎(chǔ)，保證了該技術(shù)在探測(cè)應(yīng)用方面的可行性。

2.4 SNMR技術(shù)

SNMR，又稱地面磁共振測(cè)深(MRS)，該方法利用了不同物質(zhì)原子核弛豫性質(zhì)差異產(chǎn)生的NMR效應(yīng)，即利用氫核(質(zhì)子)的弛豫特性差異，觀測(cè)、研究在地層中氫核(質(zhì)子)產(chǎn)生的核磁共振信號(hào)的變化規(guī)律，進(jìn)而探查地下氫核—質(zhì)子的分布規(guī)律及地下巖性的相關(guān)參數(shù)。在SNMR方法中，通常向鋪在地面上的線圈發(fā)射電流脈沖。在地中交變電流形成的交變磁場(chǎng)激發(fā)下，使地下氫核形成宏觀磁矩。

2.5 可控源音頻大地電磁測(cè)量法

可控源音頻大地電磁測(cè)量方法英文簡(jiǎn)稱CSAMT，是指借助一定的發(fā)射裝置，通過頻率不一的交流電源發(fā)射不同的電磁波，然后通過對(duì)比分析地表所接收到電磁場(chǎng)振幅與相位的變化，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)環(huán)境的勘測(cè)。依據(jù)交流電所具有的集膚效應(yīng)，不同頻率電磁波所具備的穿透性能也各不相同，一般而言在淺部地層廣泛分布著各種高頻率電磁場(chǎng)，而深部地層中則分布有各種低頻率電磁場(chǎng)。所以，通過對(duì)不同電磁頻率的轉(zhuǎn)換，便能夠?qū)ι畈坎灰坏牡貙拥刭|(zhì)狀況進(jìn)行探查。這種電磁測(cè)量手段相較于常規(guī)的直流電探測(cè)方法具備高分辨力、強(qiáng)穿透性及各向異性小等優(yōu)勢(shì)。在具體的使用上，需要先根據(jù)勘測(cè)區(qū)域地質(zhì)資料，選取適宜的R esSmth參數(shù)，然后借由對(duì)阻抗相位斷面圖電性轉(zhuǎn)變與卡尼亞視電阻率改變及底層結(jié)構(gòu)變化的反演研究，進(jìn)而獲得二維反演視電阻率斷面圖，并以此為依據(jù)進(jìn)行地質(zhì)解釋。

丁小強(qiáng)自覺地脫下那件襯衣。他渾身上下只有一條遮羞的短褲了。這一次的裸呈沒有了對(duì)臃腫體型不自信的那種最初害羞感了。

2.6 高密度電阻率法

高密度電阻率法屬于電阻率法的范疇，它是在常規(guī)電法勘探基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種勘探方法，仍然是以巖土體的電性差異為基礎(chǔ)，研究在施加電場(chǎng)的作用下，地下傳導(dǎo)電流的變化分布規(guī)律。高密度電阻率法利用程控電極轉(zhuǎn)換器，由微機(jī)控制選擇供電電極和測(cè)量電極，實(shí)現(xiàn)了高效率的數(shù)據(jù)采集，已經(jīng)成為常規(guī)物探方法之一。

3、工程實(shí)例分析

3.1 案例一

3.1.1 地震勘探。1)原理分析。地震勘探通常包括野外資料采集、室內(nèi)資料處理和室內(nèi)資料解釋三個(gè)構(gòu)成環(huán)節(jié)。在野外地表通過人工激發(fā)地震波，隨著地震波向地下的不斷傳播，當(dāng)遭遇介質(zhì)性質(zhì)不同的地層或區(qū)域時(shí)，地震波將發(fā)生不同的反射與折射，通過地表檢波器接收返回的地震波，并結(jié)合震源特性、檢波器位置等信息，進(jìn)行綜合分析并可對(duì)井田范圍內(nèi)地質(zhì)狀況，特別是水文地質(zhì)狀況進(jìn)行詳實(shí)、精準(zhǔn)的了解。2)資料解釋。礦井主采煤層頂?shù)装鍘r層主要為砂巖和砂質(zhì)泥巖，煤層與其周圍巖層波阻抗存在明顯的差異，煤層反射強(qiáng)于砂巖與砂質(zhì)泥巖，反射波強(qiáng)度可達(dá)到2 T。據(jù)此，地震勘探中可對(duì)此波進(jìn)行追蹤對(duì)比，對(duì)反射波的特性進(jìn)行分析，包括強(qiáng)度、連續(xù)性以及相位等；同時(shí)，根據(jù)地震勘探斷點(diǎn)判定的相關(guān)依據(jù)，處理后在時(shí)間剖面上了解煤層的產(chǎn)狀，判別斷層特征。3)施工方法。結(jié)合東溝礦區(qū)特征，在井田范圍內(nèi)設(shè)置了11條地震勘測(cè)線，包括沿傾向布置的5條主測(cè)線以及與其相垂直的6條聯(lián)絡(luò)測(cè)線，測(cè)線之間間距均為200 m。數(shù)據(jù)收集采用4規(guī)格相同的檢波器(60 Hz)，檢波器采用兩串兩并的方式；數(shù)據(jù)觀測(cè)系統(tǒng)接收道共96道，道間距和炮間距分別為5 m、10 m；信號(hào)激發(fā)采用中間不對(duì)稱方式，不同區(qū)域選擇不同的激發(fā)方式，主要有井炮震源激發(fā)和可控震源激發(fā)兩種。

3.1.2 瞬變電磁勘探

1)原理分析。瞬變電磁法本質(zhì)上屬于時(shí)間域電磁法，其是在不接地回線或接地導(dǎo)線中通入脈沖電流充當(dāng)場(chǎng)源，以激勵(lì)探測(cè)目標(biāo)感生二次電流，并通過對(duì)二次場(chǎng)隨時(shí)間變化的探測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物相關(guān)情況的探明。其相較于其他電法勘測(cè)技術(shù)，具備響應(yīng)形態(tài)簡(jiǎn)單、體積效應(yīng)小、分層能力強(qiáng)、穿透性好等諸多優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還能夠同步完成剖面測(cè)量與測(cè)深工作，有利于實(shí)現(xiàn)礦井水文地質(zhì)情況的高效、精準(zhǔn)測(cè)定。2)資料解釋。井田內(nèi)構(gòu)造地質(zhì)體往往與其周圍介質(zhì)的電阻率有差異，一般寒武系灰?guī)r和煤系的電阻率要高于其周圍巖層，而含水?dāng)鄬雍土严兜碾娮杪势?。同時(shí)，斷層溝通不同地層時(shí)，其構(gòu)造內(nèi)部的破碎物的特性也會(huì)存在明顯差異，包括透水性與富水性。一般情況下，灰?guī)r、砂巖地層中的斷層破碎帶電阻率偏低，而其富水性較好，在泥巖和砂質(zhì)泥巖中則恰恰相反。這正是瞬變電磁法勘測(cè)地層裂隙與含水層富水性的主要依據(jù)。3)施工方法。東溝礦區(qū)瞬變電磁勘探亦設(shè)置8條勘測(cè)線，5條主測(cè)線和6條加密線，部分與地震勘測(cè)線相重合。在正式勘測(cè)施工前，應(yīng)做好儀器設(shè)備的實(shí)驗(yàn)測(cè)試工作，保證測(cè)試結(jié)果的精確性。經(jīng)實(shí)驗(yàn)得到，瞬變電磁法發(fā)射線框采用大定源回線裝置，規(guī)格為600 m×600 m，發(fā)射電流與頻率分別為7 A、25 Hz；接收線圈為中頻瞬變電磁接收圈(MTEMA)，直徑為1 m。

3.2 案例二

根據(jù)掌握的地質(zhì)、開采條件認(rèn)真分析探測(cè)成果剖面的電阻率分布特征和地震同相軸特征。地震測(cè)深資料對(duì)剖面下彈性界面反映比較靈敏。解釋中，首先辨識(shí)出1-2煤層的界面。然后以1-2煤層的界面為依據(jù)，對(duì)地震剖面上1-2煤層的界面同相軸異常進(jìn)行分析，推斷出采空區(qū)的邊界。瞬變電磁法資料的解釋需根據(jù)實(shí)測(cè)計(jì)算出的單支曲線、視電阻率值斷面圖、平面圖，劃分不同的電阻分區(qū)，并按勘探區(qū)的電性模型，劃分出電性所推斷的采空區(qū)邊界及采空區(qū)積水邊界。以這兩種方法推斷的采空區(qū)邊界為依據(jù)，綜合劃定勘探區(qū)的采空區(qū)邊界及采空積水邊界，以減少物探的多解性，增加物探檢測(cè)結(jié)果的可信度和準(zhǔn)確性。

3.2.1 淺層二維地震勘探

綜合分析本區(qū)的地質(zhì)資料、鉆孔資料，結(jié)合本區(qū)深層地震地質(zhì)條件，認(rèn)清本區(qū)主要反射波形成機(jī)制，確定各主要煤層的對(duì)應(yīng)反射波采用強(qiáng)相位與波組對(duì)比相結(jié)合的原則進(jìn)行本次解釋工作，以T1-2上波為標(biāo)準(zhǔn)波，以其他煤層對(duì)應(yīng)反射波為輔助參考波，解釋中主要以疊加時(shí)間剖面為主輔以偏移時(shí)間剖面和最原始的初疊剖面。

3.2.2 瞬變電磁勘探

瞬變電磁資料的解釋是以單支曲線、視電阻率斷面圖、視電阻率平面圖為基礎(chǔ)圖件。首先依據(jù)鉆孔資料建立勘探區(qū)的電性正演模型，然后將驗(yàn)收合格的單點(diǎn)數(shù)據(jù)逐一進(jìn)行反演，最后進(jìn)行一系列的消除地形影響、消除低阻屏蔽等處理后，制作各條測(cè)線的視電阻率斷面圖和各目的視電阻率值平面圖。依據(jù)制作的各種基礎(chǔ)圖件可對(duì)測(cè)區(qū)內(nèi)主要可采煤層的采空區(qū)及積水情況進(jìn)行解釋。

結(jié)束語

總而言之，在地質(zhì)勘探中，綜合物探技術(shù)有著廣泛的應(yīng)用前景，它是在綜合了多種勘探方法的基礎(chǔ)上形成的。多種物探法、地面測(cè)繪法以及鉆探等方法的優(yōu)點(diǎn)它都進(jìn)行了利用，具體是先糅合這些方法，然后再進(jìn)行合理組織，取長(zhǎng)補(bǔ)短，進(jìn)行點(diǎn)、線、面多方位結(jié)合，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)立體化、多參數(shù)化、多層次化勘探。具體在應(yīng)用綜合地質(zhì)勘探法時(shí)，應(yīng)按照先地面后地下的原則，勘探地面時(shí)，先鉆探后物探的原則，進(jìn)行地下勘探時(shí)，應(yīng)采用物探、鉆探相結(jié)合的原則，進(jìn)行綜合勘探作業(yè)，以保證整體工程效益。

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