煤田地球物理勘探

（卫国英　唐建益）

    基于煤层同上下岩系间的物性差异，用测量物理量的方法研究地质构造、岩层性质、沉积环境以寻找煤炭资源或解决有关地质问题的地球物理勘探方法，简称煤田物探。

    煤炭资源在地壳中的分布受地质构造条件控制。同其他地质资源相比，煤田的分布范围较广。但煤田地质构造类型复杂，表层条件各异（山区、平原、水下、沙漠、戈壁），物性条件多变，勘探深度变化大，能从数米到1500多米。地质勘探的主要任务是为矿井设计提供可靠的地质资料，其成果要满足选择井筒、水平运输巷、总回风巷的位置和划分初期采区的需要，保证井田境界和矿井井型不致因地质情况而发生重大变化，保证不因煤质资料而影响煤的既定工业用途。对于采用现代综合机械化采煤设备的矿区，还应查明落差或起伏仅十余米、数米或更小的断层、褶皱，使开采计划切实可行，不致因小构造不清影响煤炭产量。因此，煤田物探工作的特点是：精度要求高；使用的地球物理勘探方法种类较多；与钻探配合密切；需要解决的地质问题多，而且常常难度也较大；对浅层数米和深达1500多米的勘探对象都要求有高的分辨率。

    常用的煤田物探方法有重力勘探、磁法勘探、电法勘探、地震勘探、地球物理测井和遥感物探等，其中以地震法、电法和测井应用得十分广泛。

    重力勘探　用于了解基底起伏、划分区域构造，进而圈定含煤盆地，为进一步的煤田普查提供依据。在有利条件下，重力勘探还用于了解覆盖层下煤系的分布范围、研究小断层、确定岩溶发育带等。

    磁法勘探　同重力法配合研究基底起伏，了解岩浆岩的分布范围和相对厚度。在煤田勘探中，磁法勘探的特殊作用是可以有效地圈定煤层自然区的范围，磁法同自然电场法配合还可以判断煤层火区的性质（煤层火区的燃烧带或熄灭带等）。

    电法勘探　常用的方法有直流电测深法、电测剖面法、电磁频率测深法、激发极化法、充电法和自然电场法等。由于煤系同古地层间往往有明显的电性差异，所以常采用电测深法、电磁频率测深法寻找含煤区，圈定煤系的赋存范围，追索煤层或煤组的分布，划分不同岩段，研究断层。充电法可用于探测废矿井的位置、边界。自然电场法用于追索薄覆盖层下的无烟煤露头和煤层的燃烧带。各种电法还广泛用于解决矿区的水源、水文地质和工程地质问题，如确定古河床位置，寻找和圈定含水层的范围和岩溶发育带，测定地下水流向、流速等。近年来，还研究应用钻孔间和矿井内的无线电波透视法，了解两个钻孔间的岩溶发育情况及其空间位置，探测矿井内的小断层、煤层冲刷带、煤层内夹石的变化和陷落柱等。

    地震勘探　早期用折射法进行地质填图，圈定煤系的分布范围并判别岩性，目前已普遍采用共反射点多次覆盖方法。由于煤层同顶底板岩层的物性有明显的差异，煤层界面的反射系数远大于一般岩层，可达0.3～0.5。因此，具有一定厚度的煤层或煤层组往往形成能量强、稳定、连续的标准反射波，对追踪煤层、反映构造特点均有利。地震勘探具有较高的精度，所以常用于煤田的勘探阶段。

    现阶段煤田地震勘探解决的主要地质问题包括：确定覆盖层厚度，进行覆盖层下的地质填图，圈定煤系赋存范围，探测同煤层有关的地质构造，确定煤系基底深度等。

    为了适应煤炭工业发展的需要，近年来研究了一些地震新技术，试图从地面、钻孔、矿井内准确地研究小型构造，这些方法是：

    ①地面高分辨率地震法　此法提高时间和空间采样率，改善检波器特性和埋置条件，激发高频信息并进行高分辨率处理。在有利条件下，此法可探测落差10米的断层。

    ②同层地震（槽波地震）法　此法用于巷道或采掘工作面上。由于煤层的波速、密度低于顶底板岩层，因此，在煤层内激发时，可产生煤层内特有的槽波。在一定条件下，槽波被限制在煤层内传播。如果，在同一煤层内布置激发点和接收点,就可准确地发现落差仅1米或稍大于煤层厚度的小断层并判断其延伸。同层地震法有反射法和透射法两种,其原理见图1同层地震法原理图。同层地震法已在各国广泛使用。

    ③孔间地震法　此法在一个钻孔中激发，在另一个钻孔中接收反射波，用于研究孔间反射层。其特点是不受地表风化层的影响，获得较高的频率信息。孔间地震法主要用于研究孔间的地质构造。

    此外，三维地震技术、横波技术、矿井高分辨率地震勘探技术等也在煤田勘探开发中取得了良好效果。图2中国南方煤田的地震时间剖面图为中国南方煤田的地震时间剖面。

    地球物理测井　煤田中的每个钻孔都要进行地球物理测井，主要用于确定煤层和岩层的深度、厚度及其结构,含水层的深度和厚度,裂隙发育带、断层点、破碎带、地温异常带的位置，放射性物质的赋存状况等。采用数字记录和数字处理技术，还可以测定煤层的煤质（主要是碳、灰分、水分的含量）和岩层的物理、力学性质等。由于地球物理测井所取得的地质资料精度不断提高，解决地质问题的范围不断扩大，因此，在某些地质条件、物性条件较好的地区广泛采用无岩芯钻进，大大提高了钻探效率，降低了勘探总费用。

    常用的测井方法有：电法测井、声波测井、放射性测井、井温测量、地层产状测量、井径测量和井斜测量等。

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