摘要:为了掌握深部地质体的赋存、分布等特征,通过对超低频地质遥感技术的分析,提出了用超低频地质遥感技术探测深部地质体的方法、措施。实践证明该技术在查明地下水、探测采空区、瓦斯富集度、煤层变化等地质问题方面,效果良好,为矿山安全生产提供了保障。
关键词:超低频地质遥感探测;信号增益;探测曲线;曲线幅值
超低频地质遥感探测是目前地球物理勘查中一种新的物探方法。它在对深部地质体的岩性组合特征、破碎程度、含水状况、断裂构造、煤层瓦斯、采空区勘查中效果明显。通过实际应用,该方法可有效地满足对深部地质体的赋存、分布等特征调查、研究的需要。近年来,利用超低频地质遥感探测仪勘查的项目大部分已得到了验证,并创了可观的经济效益和社会效益。如郑煤二耐矿抢险探测,平煤二矿、七星公司主采煤层探测,白坪煤矿隧道探测,焦作恩村煤层气试验区EC试-1井探测等。现将超低频地质遥感探测技术应用情况作一介绍。
1 基本原理
超低频地质遥感探测是以大地电磁场为工作场源,利用不同介质电磁学性质的差异测量地下岩性分界面对天然电磁场的反射信息来解释不同深度的地质构造,从而解决地质问题的一种被动遥感电磁勘探方法,也可视为被动源大地电磁测量的一种新方法。所获取的遥感曲线并不是介质的真正电阻率,而是介质电阻率、密度、孔隙度和压力的综合反应。可简单地理解为视电阻率和视密度的乘积。
2 关键技术
超低频地质遥感探测首先要根据物探设计布置测线、测点,逐点测量,采集原始曲线。超低频地质遥感探测的关键是做好资料解译。
(1)建立好解译标志。超低频电磁波曲线形态特征主要由幅值、均匀度、平稳度、疏密程度、平均幅值、幅值变化幅度等基本要素组成,其中,曲线幅值是进行地质解译的重要物理量。在每次工程探测前,尽量收集勘查区域钻孔、地质地形图、地质剖面等已知资料,然后在已知钻孔上测量,测出能真实反映地质信息的电磁波曲线,建立解译标志,这是超低频电磁波曲线地质解译的关键。
(2)解译方法。“由已知到未知,由局部到整体,先易后难”是超低频电磁波曲线解译的最基本方法,也是应遵循的基本原则。在解译过程中,要不断地排除各种异常干扰信息,提取有用地质信息。要仔细分析研究各种不同曲线形态之间的差异及变化规律,并紧密结合测区有关区域地质资料,对每个测点不同方向的频谱曲线进行深入细致的研究。解译中,每一测点选择地质信息多、地质界面反映清楚、干扰信息少的曲线作为该测点的解译曲线,干扰信息多、地质界面不太清楚、地质信息含量少的曲线作为解译参考曲线。
3 注意事项
在利用超低频地质遥感探测仪进行探测时,对仪器进行正确操作,方能保证探测结果的准确性。
(1)找出最佳的天线摆放方向。仪器在某一方向测出的曲线最能反映真实的地质信息,该方向确定后不要轻易变换,否则测出的地层深度就有几十米的误差。
(2)超低频地质遥感探测仪电池的负电压保持在正常应用范围内,不能低于4·5 V。
(3)当测区存在高压线、变压器等干扰信号时,天线的信号增益尽量小,二级信号增益尽量大,测出的曲线才够真实。
(4)信号增益的大小要适中,信号太强或太弱会导致曲线失真,地质信息反映不真实。
(5)当施工要求探测地质界面、断面时,天线增益信号要尽量增大,测出的曲线效果更佳。
(6)超低频地质遥感探测曲线较容易受各种噪音和振动的干扰,影响采集探测曲线,应尽量避开。
(7)探测深度不能从0 m开始。
(8)探测曲线的文件名中不能含有文字。
(9)解释曲线时用方式0、方式1分别看同一条曲线,曲线也稍有变化。一般用一种方式看一个测区的曲线。
4 适用范围及应用特点
(1)探测煤层变化。煤层曲线的幅值高于泥岩、低于砂岩且成分单一,故煤层顶板曲线反映幅值高,底板曲线反映幅值低,煤层曲线幅值在顶、底板曲线中部呈梯状,其宽度就是煤层的厚度。探查时,根据已知区域地质资料,了解煤层大概厚度和深度,在煤层深度±50 m范围内找煤样特征;由煤层的大概厚度来确定测量参数步距的大小,步距偏小曲线反映不明显,步距偏大可能跃过煤层,曲线中没有反映煤样特征;一条探测曲线中可能有几处煤层特征,深度不符的是干扰所致,要加以剔除。
(2)探测地层破碎带及含水层富水性。破碎带的探测曲线幅值反映高低起伏剧烈且稀松,破碎带富水性越强曲线幅值越低;含水层曲线幅值因富水的强弱而变化,富水性越强曲线幅值越低。探测后可与探测区已有水文地质资料对比、验证,以确保其准确性。
(3)探测煤层瓦斯富集情况。对于煤层直接顶板为砂岩的地区,煤层是主要产气层,砂岩是主要储气层,砂岩因瓦斯的高压富集使富集区域的视电阻率升高,瓦斯压力越大,其视电阻率越高,曲线幅值也就越高,升高的面积和瓦斯量成正比。根据曲线幅值升高面积大小的相对变化来推断瓦斯量的相对高低。瓦斯含量与埋深呈正相非线性关系,同时构造对瓦斯分布也有一定影响,主要表现为正断层附近低、逆断层附近高,地堑区域高、地垒区域低,向斜轴部高、背斜两翼高。
(4)探测巷道、采空区。巷道、采空区的曲线幅值比水、泥岩的曲线幅值低,呈几米长的水平线段状。
5 结语
(1)超低频地质遥感探测技术探测效率高,仪器轻便且使用方便,探测时基本上不受场地条件限制。
(2)因物探工作的多解性,在实际工作中需要与其他勘探方法结合,相互验证,以确保勘查结果的真实性。
作者简介：王学振(1976—),男,河南商丘人,助理工程师, 1996年毕业于中国地质大学(武汉),现从事煤田地质与勘探工作。
