地球物理勘探读书报告.docx

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地球物理勘探读书报告

物探读书报告——

直流电法探测技术在

平禹煤电公司的研究与应用

2011年2月

前言

‘物探’是‘地球物理勘探’的简称，即用物理的原理研究地质构造和解决找矿勘探中问题的方法。

我所供职的平禹煤电公司，隶属中平能化集团，是一个以煤炭为主业的中型区域公司，目前公司管理7对生产矿井，各矿井存在不同程度的地质灾害，根据矿井安全生产和高产高效的需要，平禹煤电公司自2005年开始购进物探仪器，先后有直流电法仪器、音频电透仪器、瑞利波探测仪、超低频地质探测仪，高分辨电法仪、便携式地质探测仪。

物探技术的引进对煤电公司的安全生产起到很大促进作用，特别是近两年仪器改进和人员素质提高，矿井的日常生产对物探成果的依赖性越来越大。

本人从2005年毕业来平禹工作以来，一直从事物探工种的学习和实践，开展了大量的有意义的活动，取得了明显的成效。

目前，物探在平禹已被编入矿井的生产经营计划中，成为安全生产不可缺少的一个环节。

本人所接触的物探技术中，对直流电法探测技术（含音频电穿透）情有独钟，并在实践中有一些感受如下。

（一）直流电法技术简介（含音频电透仪）

直流电法探测技术研究深度方向地层导电性的变化特征与规律，从而获得深度方向地层各种地电信息，它在同一点（称为观测点或记录点）逐次增大供电电极距（即增大电流的穿透深度）并进行相应的电场响应观测，这种响应包含了所穿透地层及所包含地质体的地电信息，于是可以得到观测点处沿深度方向由浅到深地层的电性变化特征，该方法它主要用于解决电性分层和小构造探测并解决有关水文地质问题。

　一般煤系地层常见岩石电阻率值

岩名

煤

泥岩

砂岩

石灰岩

矿井水

电阻率（．m）

10～104

1～50

1～105

60～4105

1～10

直流电法仪主要有以下技术指标：

直流电法仪对井下掘进工作面的超前探水80m、底板测深80m，帮探和采面的平切处理，有三极探测（MS=1）和四极探测（MS=0）两种。

三极测深探时面板上AB/2为跑极距离，是以5m为递增常数，MN/2为相临发射极距的一半，通常MN/2=10，设置中发射时间TT=22，MS=1，Zro=5；三极超前探桩号为1、2、3，MN/2=2，AB/2以6开始，按4的递增系数变化，设置中发射时间TT=22，MS=1，Zro=4；四极测深桩号按探测点发生变化，初始设置MN/2=1，AB/2=4，在设置中TT=22，MS=0，Zro=4即可开始工作。

直流电法探测技术是一门新兴的地球物理勘探技术，分析人员利用物探仪器能有效的分析出一定范围内地质体的赋存状态，并能迅速地作出地质预报，为矿井提供及时、有效的地质预测，保障矿井的安全生产。

确切的说，音频电透技术属于直流电法技术的特例，它们的原理是利用各类岩（矿）体之间在导电性方面存在电性差异，影响人工电源场的分布形态，以此差异性来断定地质异常体的存在性及存在范围。

该类仪器的影响因素较少，主要是带电设备运行时产生的游离电磁场干扰人为产生的微弱电场。

在这种条件下，非地质异常区中很容易形成物探异常区，也可能在实际的地质异常区中形成非物探异常区，这样我们达不到探测目的，甚至误导生产。

电法探测影响的因素还有探测电极的打设情况，电极应尽量避免打设在积水、浮煤和干燥处。

操作人员对仪器的熟知程度对数据质量产生的影响也不容忽视。

电法数据的分析相对瑞利波来讲不是太依赖现场资料，对成果图的异常中值的确定是一个相当关键的问题，通过对平禹煤电各矿井的探测发现，探测中值取40～50较为合适；电法测深校正系数的选取，通过钻探改造发现以0.8为宜；音频电透的平剖图值15HZ深度定义为采面斜长的1/2，120HZ深度定义为15HZ的1/1.4较为合适。

在这个指导思想下，我们利用直流电法所开展的测深探、超前探、测帮探还有对采面的横切，基本上能满足生产需求的精度。

（二）平禹煤电公司水文地质概况

禹州矿区地质、水文地质条件复杂，随着矿井开采深度的增加，煤层开采技术与灾害预防体系的难度系数进一步提高。

平禹煤电公司现有的6对生产矿井中，有3对矿井为带压开采的二1煤层，基建和整合的3对矿井也均开采二1煤层；另外3对矿井开采的煤层区域地质构造复杂，严重制约着矿井的高产高效和安全生产。

以平禹煤电公司一矿为例，根据矿井生产地质报告，井田西南部西段的肖庄断层、西北部边界的小王庄断层、东北部边界的魏庄断层和关庄断层等皆具有相对导水或垂向导水的作用，由于它们多数是北西向的，这些断层对本井田岩溶地下水自西北向东南径流起了重要的作用，加之它们与北东向的断层，如小王庄断层，桐树张断层等，构成某种意义的断层裂隙网络。

在本井田内北东向断层组与北西向断层组虽无交叉切割现象，但在断层的转折部位、多条断层的尖灭部位，由于应力的集中释放，常常裂隙相对发育。

这些裂隙既增加了岩层的富水性，又起到了沟通部分导水断层之间联系的作用，从而使不同地段含水层之间发生不同程度的水力联系。

具体表现为：

①各含水层富水的不均一性，凡在断层附近，特别是断层转折处和断层尖灭部位，无论是二1煤顶板砂岩含水层的突水点还是太原组上段或下段灰岩含水层的突水点水量都比较大，而离开断层较远处的突水点水量均小得多。

②在边界断层附近，特别是魏庄断层由于断层切割了太原组上下段灰岩和寒武系灰岩含水层，并且由于该断层与多条断层（如桐树张断层、石龙王断层）相互切割，所以当10#点突水后不仅最大涌水量达到2375m3/h，而且取太原组上下段灰岩水的岳庄水井和取寒武系灰岩水的唐寨水井相继干枯。

这就充分地说明断层已起到沟通各含水层水力联系的作用。

由此可见，断层在平禹一矿矿井充水性所起的举足轻重的作用。

平禹一矿在2005年10月19日突水前，矿井正常涌水量470m3/h，最大涌水量850m3/h，但矿井投产以来已发生大小突水39次，其中水量超过100m3/h的7次，超过700m3/h的2次，2380m3/h的1次。

由此可见，该矿涌水量是比较大，矿井水文地质条件是比较复杂的。

平禹一矿曾发生一次淹井事故和一次淹采区事故，为堵水复矿花费了数以千万计的资金和大量的人力物力，可见该矿受水害影响程度是比较大的。

平禹一矿两次重大水害事故的发生，水源都与二1煤底板下的寒武系灰岩含水层有关。

在一般情况下（远离构造，裂隙不发育），矿井充水多为二1煤底板直接充水含水层（太原组上段灰岩）突水，水量小，衰减快，难以构成矿井水害，而在构造附近，不仅太原组上段灰岩含水层造成的突水水量较大，而且易引起太原组下段灰岩水甚至寒武系灰岩水的间接补给。

这时水量则会成数倍，甚至数十倍、数百倍的增加。

构造，特别是断层是平禹一矿矿井突水的主要通道，有时具有这样的特点，即开始并不导水，而是在含水层水压的作用下，使上盘的采掘空间与下盘的承压水沟通而发生重大突水。

从禹州矿区开采二1煤层的几对矿井来看，有多次发生底板突水现象，如白庙、一矿、新龙等矿，特别是一矿,己连续多次发生太灰突水甚至多次发生突寒灰水淹井，其中1985年7月,+30m水平西翼总回风道突水2375m3/h淹井和2005年10月-200m水平东大巷突水，最大突水量高达38056m3/h，2小时20分后，-200m主泵房被淹。

这就更加引起了人们的高度警惕和严重关注。

从平禹煤电公司的长远发展来看，开采二1煤层是每对生产矿井都要开展的，禹州矿区二1煤层底板以下主要含水层有7层（缺失奥陶系灰岩含水层），直接含水层太原组上段灰岩含水层距离二1煤层底板平均16m，水压0.3～1.5Mpa，寒武系灰岩含水层距离二1煤层底板平均76m，水压3～4.5Mpa，防治水任务相当艰巨。

结合煤电公司远景规划，防治水任务任重道远。

随着安全生产的理念的不断深化，以人为本的思维主导着生产。

为此，建立一套有效的灾害预防体系，是矿井刻不容缓的任务。

（三）应用实例列举

直流电法探测技术的使用目前主要是对巷道底板、正前、上下帮一定方位内的含、导水地质体进行探测，这些方面的应用很好的解决了平禹煤电各矿井在生产过程中的问题，为矿井的安全生产和平禹煤电公司做大做强的发展目标提供了技术前提。

直流电法探测技术在理论上是可行的，在实际生产过程中是极有意义的。

它的预测预报成果相当于为矿井安装了一双眼睛，在很大程度上减少了矿井生产上的盲目性，降低了矿井生产的风险和成本，提高了工作效率。

实例1：

平禹四矿12190风巷电法超前探测

探测时间2008年5月31日，巷道掘进距离为482m，采用直流电法三极探测技术，超前有效探测距离为80m（2-82m），其中0～2m为探测盲区；探测图显示：

在探测范围内出现电法低阻两处，分别位于巷道正前26m～28m（异常1）、42m～43m（异常2）范围内。

异常1可能出现淋（涌）水现象，应给予关注。

异常2可能出现煤（岩）体潮湿现象。

探测范围内未发现其它明显的含、导水构造；本次探测数据质量较好，数量达标，可作为指导生产的依据；本次探测深蓝色代表低阻富水异常，红色代表高阻，黄色为过渡色，颜色上由深蓝到红代表电阻率由低到高。

根据矿井实际揭露，在巷道509m-512m发现顶板淋水，水量0.5m3/h，于540m左右发现上帮煤体潮湿，存在渗水现象。

本次探测表明，物探成果与实际揭露一致，极好的指导了矿井的安全生产。

实例2：

平禹一矿13091机巷电法底板探测

本次探测范围为机巷900m-1060m，探测发现明显的电法异常两处，异常1主要分布于巷道底板以下35m以上，异常程度深，范围较广，是二1煤层的直接充水水源，异常2位于990m-1030m之间，发育深度至巷道底板以下75m，并有继续发育的趋势，从图上看，该异常纵向导通行好，是寒武系灰岩水导升的可疑区域，强烈建议给予高度关注。

通过对采面的钻探改造，发现异常2裂隙发育，钻探至L1-3灰岩有高压水源涌出，水量为100m3/h左右，注入水泥浆30t左右，较为准确的堵住了导水通道，为矿井安全生产提供了技术支持。

在条件许可的情况下，我们也做过综合物探，这类方法是依靠仪器各自的探测优势，针对同一范围进行的叠加探测。

一个例子是2007年年底对平禹白庙矿21030改造风巷三联巷的探测，瑞利波跟踪发现改造风巷21m左右存在明显的构造异常，电法超前探在该处恰好也发现一富水异常区，综合起来可判定为‘在改造风巷上帮21m附近发现一含水（或导水）构造’。

结合区域地质资料，云盖山断层横穿井田中部，所判定的构造可能为云盖山断层的次生构造。

事实上该处顶板渗水、上帮煤体潮湿，这种推断直观、明显，两类方法相互验证，又相互补充，基本上能够断定构造的存在性；还有，平禹一矿主采二1煤，下山采区的13091采面底板富水性强，局部岩溶发育，地下水径流活跃。

经我们使用直流电法和音频电透成果的多次反复对比，圈定的异常区域在加固过程中均出现了高水头，大流量的底板水。

而对改造后的区域使用音频电透验证，依然能较准确地指出底板加固盲区，从而施工队伍有针对性的补充钻孔。

（四）直流电法仪器的操作及分析

仪器的操作分为数据采集和数据分析两大部分。

数据采集部分：

首先了解矿井探测目的和工程量，做一个简单的工作设计，入井后在探测地点或探测极直线距离300m以外的潮湿密实的巷道底板上布置无穷远极，同时派人到工作地点标注距离，超前探测是从掘进面迎头向外标注128～140m，底板测深探和帮探是根据探测范围和实际条件来标注距离，一般标注距离比探测距离多100m左右，探测地段必须为直线或稍微弯曲的巷道，探测方式超前探为三极，在工作面迎头外14m（桩号1）、18m（桩号2）、22m（桩号3）各布置一铁极，26m和30m布置铜极M、N，用线连接到仪器，仪器设置成三极模式，首先测试各线是否连通，无误后A加无穷远、B按照顺序依次加桩号1、2、3，并相应调整参数，发射完毕M、N跑极，直到结束，探测极打设位置一定要潮湿、密实，但不能有积水；测深和测帮有三极和对称四级两种办法，设置上主要表现在三极是MS=1，四极是MS=0。

探测过程中的注意事项与三极超前探是相同的，不同的是发射极间距和接收极间距不同，正常情况下三极接收极间距20m，发射极以5m的距离递增；四极是以发射仪器为中心，仪器两边各分布发射极和接收极，距离比是4：

1，初始距离发射极为4m，接收极为1m。

数据分析部分：

将仪器与电脑使用专用传输线连接，通过‘直流电法处理系统’传送至电脑中。

重新打开数据，在‘数据处理—格式转换—数据编辑’后，三极超前探需使用处理工具二次处理，便可在suffer中成图，电法测深和帮探则直接在suffer中成图，按照经验的异常中值设置，可得出探测图，根据图中异常性质便可进行分析判断。

音频电透仪操作及分析的详细过程：

数据采集部分：

首先布置无穷远极在工作点300m外，然后再风、机巷探测区域以10m为间距标注。

一般先确定风巷发射巷道，布置电极距50m，分布整个探测区域，再在机巷以10m为间距在上下帮打极，两巷用声控电话联系，直到探测结束。

结束后风、机巷布置方式对调，再进行发射。

探测过程中注意事项与电法仪类似。

探测数据采用人工记录。

数据分析部分：

将数据按一定的组织格式输入到suffer表格中，再使用专用处理工具二次处理，便可在suffer中成图。

成图前先对原始数据进行人工审核，不合格的剔除掉。

图形异常中值确定非常重要，通常以3为基准。

（五）使用物探仪器的经验谈

直流电法和音频电透中对成果图的异常中值的确定是一个相当关键的问题，通过对平禹煤电各矿井的探测发现，直流电法探测中值取40～50较为合适；电法测深校正系数的选取，通过钻探改造发现以0.8为宜；音频电透的平剖图值15HZ深度暂定义为采面斜长的1/2，120HZ深度暂定义为15HZ的1/1.4，没有发现探测与实际存在太大差异，探测中值取3。

在这个指导思想下，我们利用直流电法所开展的测深探、超前探、测帮探还有对采面的横切，基本上能满足生产需求的精度。

（六）仪器使用过程中的问题

直流电法和音频电穿透仪器给我们的施工带来了很多方便，但使用过程中依然发现存在一些问题自己无法解决：

1、在电法侧帮探过程中，电极是不是全部打在帮上？

煤岩层是有倾角的，电极的打设是不是也要按煤岩层的倾角大小打？

成果图所圈定的探测区域是以巷道水平切面解释为准，还是以煤岩层倾角大小所形成的切面为准？

2、音频电透平切面的深度与频率、切眼长度有关系，还与哪些参数没有考虑进去？

如果一倾向为50m的小采面，是不是使用音频电透就没有价值了？

（七）结束语

直流电法探测技术主要流程为完成井下原始数据采集及地面综合分析和报告编制，技术成果为物探报告书，并及时提交矿井，指导矿井生产。

直流电法探测技术的亮点是利用仪器能够探知井下未知区域的构造分布情况，所得成果与实际吻合性好，有极好的指导生产意义。

该技术操作方法简单，成果分析模式化，能有效探测出目标范围内的构造分布和发育情况，成果图直观，探测准确率高，是从事地质研究、勘探、矿产开采等行业技术人员的好帮手，有很高的推广应用价值。

目前在平禹煤电公司各生产矿井已广泛开展，对于各个掘进工作面进行电法超前探、测深探及综合物探手段，结合钻探验证，更好的指导矿井的生产。

粗略的统计，就直流电法水文探测一块，开展工作以来已完成施工工程量5万余米，在保证及时可靠探测的同时，为煤电公司节约探测资金250万元左右。

所做的成绩都是过去，我将一如既往的坚持严谨、科学的工作态度，发挥出仪器所有的能力，更好的指导矿井的安全生产。

通过向杨老师学习，我深刻领悟到自己所掌握知识的局限性，发现自己目前的境况也不过是井底之蛙，由此也激发了我学习新知识、掌握新技能的迫切愿望，我将以一颗谦卑的心，以一个正儿八经的学生的心态去接触新事物，学习更多更强的本领，充实自己，辉煌自己，从而荣耀母校，报答恩师。