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综合物探技术新进展及应用

在矿物质开采和地质灾害监测方面,必须用到相应的地质勘探技术。其中,单一的勘探技术往往不能满足任务的需求,需要综合运用不同的勘探技术进行数据的搜集整理才能得出较准确的地质勘测数据。这种运用不同勘测技术进行物质勘探的方法就成为综合物探技术。

一、综合物探新技术的出现

在矿井开采深度加大,开采结构日趋复杂的今天,必须不断的发展相应的探测技术才能对采矿人员和器械提供安全保障,减少失误的发生。近年来不断发展的先进探测技术主要有矿井瞬变电磁技术、井下弹性波探测方法技术、三维地震勘探技术等。

1.三维地震勘探技术的发展过去人们一说起综合,就是把各种物探方法获得的资料摆放在一起,相互对照、参考,或者把几个不同的物性参数叠合在一起进行综合解释及评价。近来,随着重磁电三维技术的发展,人们普遍认识到综合物探技术的发展必需依赖于三维基础上的联合反演综合研究。一些新的联合反演方法比如约束外推法、异常剥离法、顺序修正法和同意修正法等应运而生。

这些方法对于地震资料信噪比低的山前带、盐下构造带、火山岩发育区、深层岩体的研究都具有重要作用,在高成熟区和复杂区以及油气预测与油田开发中都具有很好的应用前景,是物探技术发展的重要方向。

2.井下弹性波探测方法技术

弹性波探测技术以弹性波理论为基础,对矿井地质构造的超前探测具有针对性强和探测精度高的特点,主要有瑞利波、巷道地震超前预测技术(TSP)等。

瑞利波探测技术借助矿井井下煤层与围岩的波阻抗差异来识别分层界面和断层位置,并用于巷道掘进工作面前方80m范围内小构造的超前探测,如断层、裂隙带、煤层变薄等。

TSP探测技术采用反射地震勘探技术原理,通过对井巷波场分析,按照一维波动理论近似解释,可以较好地探测工作面前方断层的位置。该技术受煤层顶、底板及侧帮异常影响较大,现场条件要求较高。

3.瞬变电磁探测技术

采用迎头超前探测的方案,在局部对巷道侧邦及顶底板进行探测时,则采用偶极装置的方案进行构造及富水性探测研究。

掘进巷道前方构造及富水性探测研究超前探测方案,主要采用多方向水平探测,使探测范围形成一个以迎头为中心点的扇形区域。探测方向如下图1所示。为了了解顶底板情况,也可采用垂直方向的探测方案,如下图2所示。


图1 水平方向探测方式布置示意图


图2 垂直方向探测方式布置示意图

二、综合物探技术的实际应用

1.矿井安全预防

在煤炭开采过程中,断层、陷落柱、含水层(体)是不可忽视的灾害性地质异常体,它们破坏了煤层的连续性,严重降低了机械化采煤的效率,甚至可能引发透水、瓦斯突出等事故,给矿井的安全生产带来威胁。

通过三维地震勘探和瞬变电磁勘探等技术的综合运用可以很好的解决这一问题,还能对生产进行相应指导。通过三维地震勘探可以了解煤层埋深和构造变化等,通过瞬变电磁法勘探可查明断层、煤层顶底板、采空区、灰岩层等的富水性,两种方法相结合的综合物探可以相互补充、完善,从而提高地质资料的完整性。综合物探方法是矿井生产中了解地质资料、防治水害的有效勘探方法,对矿井安全、高效生产具有积极的指导意义。

2.矿产储层展布研究

井地电法是研究储层电阻率和所含流体性质的一种新型物探方法。通过在油藏上方和下方两次供电并求差,利用不同频率特征获得反映储层电阻率变化剖面,以及反映储层所含流体性质的激发极化相位剖面,进而判断储层含油性。该方法在某油田井区进行了试验,测网与三维地震测网重合,获得了反映850-1150m大套储层含油有利区。但对储层内部层段却难以进一步细分,为此利用三维地震和电测井资料进行综合解释。采用约束外推法反演储层内部电性,发现该储层内部可分为多套油水层,其中含油层电阻率较高,分为上下两套,并确定了这两套储层的电阻率变化特征同时,利用三维地震资料提取了该两套储层的速度,发现层高电阻率及层

速度低指示的部位为含油有利区。因为一般正常沉积地层层电阻率和速度总是成正比的,即电阻率高,速度也高;但当含油时,则为电阻率高、速度低。据此可以圈定储层分布的有利位置。

3.综合物探方法在地裂缝灾害中的应用地裂缝是一种严重的地质灾害,给人类造成了严重的危害。地裂缝常出现在矿山采空区,若此区域恰巧有人员居住过公路通过,则对地裂缝的勘探研究以预防灾害的发生即具有重大意义。

地裂缝探测可采用的工作方法为高密度电阻率法、探地雷达和地震映像三种方法。高密度电阻率法在地裂缝赋存位置的定性解释上准确、方便、直观;探地雷达通过对目标体反射波形的接收形成的雷达反射波形图可直观地反映地下反射界面的形态及深度变化;地震映像用单个检波器接收信号,仪器纪录后,激发点和接收点同时向前移动一定的距离,重复工作,可获得一条地震映像时间剖面。该剖面可反映地下目标体的形态及深度变化。

三、结束语

本文介绍的综合物探技术比较有限,很多先进的物质勘探技术还未曾提及,但要说明的是,在未来的物探和地质勘探中,三维的高精度、高分辨的探测技术是多数勘探技术的基础,值得重点研究。综合物探技术的发展不仅能准确的发现矿藏储备的丰富区并找出最佳开采地点,为企业创造更好的经济效益,还能及时的发现并预防各种地质灾害的发生,造福人民。(文章摘自《房地产导刊》 2014年第21期)

综合地球物理勘探(integrated geophysical prospecting)简称综合物探。是针对特定的勘探对象和勘探任务,为达到最佳勘探效果,采用的地球物理方法的组合。它可以有效地降低单一地球物理勘探方法在解释方面存在的多解性问题,提高地球物理勘探解释的可靠性。

本文主要对综合物探技术的发展方向做了简要介绍,并举例说明了其实际应用的过程。在工程地质的勘测过程中,常见的面波和折射波探测技术在物质勘探中的优势有所不同,因而须进行面波和折射波同时进行的综合物探技术才能准确的获得探测资料。尤其是近期发展起来的三维电磁技术和可视化技术等在地质勘探过程中显示出了较高的准确性和操作的方便性。

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