工程师技术手册.doc

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解决地质问题，即通过观察与观测各种地球 物理现象，分析它们随地质构造或岩性变化的基本规律，从而到达解决地质问题的 目的。所有的地球物理勘探方法简称“物探”方法，由于所研究的物理性质不同， 物探方法种类多样，主要的方法包括： (1) 地震勘探：地震勘探是研究人工激发的弹性波在不同地层中的传播规律， 如波的速度、波的衰减和波的形状，以及在界面的反射、折射来研究地层埋深、构 造形态和岩性等的一种物探方法。 (2) 电法勘探：电法勘探是以介质的电性差异为基础，通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究地质构造和寻找矿床的一种物探方法。 (3) 重力勘探：重力勘探是以地壳中岩 (矿)石间的密度差异为基础，通过观测 与分析重力场的变化来寻找和勘探矿床，研究地质构造的一种物探方法。 (4) 磁法勘探：磁法勘探是以岩 (矿)石间的磁性差异为基础，通过观测和分析 地磁场的变化规律，来寻找和勘探矿床，研究地质构造的一种物探方法。 (5) 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解决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发展，方法和技术日臻完善，应用领 域不断扩大，解决的问题日益增多，已成为煤炭地质勘探中一个不可缺少的组成部 分。在煤炭资源勘探工作中，已由钻探为主物探为辅，发展为物探为主，钻探验证 为辅。使得煤炭资源勘查工作在精度、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应用于煤矿生产阶段， 在矿井和采区设计优化、 综采工作面的合理布置、避免和减少地质风险、优选采煤方法、提高资源回收率、 降低万吨掘进率、生产安全等方面起到了重大作用。主要地质任务为：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态；解决煤层分叉与合并、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。 地球物理勘探通过观测由于地下探测对象与周围介质物理性质的差异所引起 的物理场变化，来研究探测对象的形态和性质。从本质上讲都是间接方法，都是通1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状况，又称为反 问题。由地球物理场的本质和观测误差的决定了地球物理反问题存在非唯一性，或 称多解性。加之每种物探方法一般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受到地形、地质条件等因素的影响，这些都使得物探多解 性更加严重。 为了减少物探结果非唯一性(多解性)的影响，除了提高观测精度、资料精细处 理等技术手段外，更需要综合采用多种物探方法。由于地质体是一个统一的整体， 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 数间均有一定联系，利用这种联系进行综合解释，能大大缩小单一物探方法的多解 性。同时，不同物探方法解决地质问题的能力和探测范围也是不同的，这往往需要 采用不同物探方法组合应用，提高解决某个地质问题的能力。因此，对于物探结果 有时还需要采用钻探、巷探等基础地质手段进行验证和标定。1.4.2 地震勘探的基本原理 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 受到巨大激发力的作用产生破裂和塑性形变，而远离震源的岩石受到瞬间微小外力 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反抗形 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 变化的弹性位移(振动)，由于质点间存在着弹性联系，每个质点把振动传递到周围 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，逐渐形成地震波。 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相同。 横波(S 波)——质点振动方向和波传播方向相垂直。质点振动在水平平面中的 横波分量称为水平横波(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)——质点在通过传播方向的铅垂面内沿椭圆轨迹逆转运动。2图 2-1-23地震波的传播示意图a—纵波；b—水平横波；c—垂直横波；d—瑞雷面波煤田地震勘探主要采用纵波勘探。 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 t 记录下来， 利用地震波传播速度 v ， 便可以 计算出地层分界面的埋藏深度 h = vt / 2 。图 2-1-24 是地震