勘探手段概述

第三章煤炭地质勘查技术手段遥感地质调查地质填图山地工程钻探工程地面物探地球物理测井计算机技术勘查技术手段是指为完成勘查任务所采用的各种工程和技术方法的总称。★遥感部分地质遥感（RS：RemoteSensing）适用范围:全球构造、板块位移、地壳变形、矿产勘查遥感技术分类;被动遥感与主动遥感航天遥感与航空遥感.常用的遥感技术手段;摄影遥感多光谱遥感红外遥感雷达遥感激光遥感全息摄影遥感等;遥感技术提供的图像数据作用一方面可以提供高分辨率、高精度定位的立体观测地貌，可在前期踏勘阶段准确、迅速地查明地形、地貌、露头岩性组合和覆盖区地下构造的基本形态及地层、断层延伸走向等方面的信息；另一方面可以利用其与地表、地下信息的相关关系，作为普查勘探的信息源。在野外，将遥感（RS）、地理信息系统（GIS）及全球定位系统（GPS）等所谓的“3S”技术相结合，可以很清楚、直观地利用彩色立体观测地貌图进行跑点定位。遥感地质调查工作程序工作准备建立解译标志编制遥感影像图室内解译野外验证遥感地质调查工作内容（１）划分不同地貌单元，确定地貌成因类型和主要地貌形态及水文地质特征，判定地形地貌、水系分布发育与地质构造、地层岩性及环境地质条件的相互关系。（２）确定主要断裂构造（包括隐伏断裂）分布位置、发育规模、展布特征；新构造活动形迹在影像上的表现。（３）解译地层岩性及煤（矿）层，划分岩性组合类型及煤（矿）层分布。（4）解译崩塌、滑坡、泥石流、岩溶塌陷、地裂缝、水库塌岸等环境地质问题与地质灾害的分布、规模、形态特征、危害以及发展趋势。（5）解译人类工程活动引起的地质环境的变化等。遥感在煤炭应用●地质填图●预测找煤●普查●矿区水文地质调查●地质灾害与矿区生态环境调查（煤层自燃）★地质填图部分概念目的运用地质学的理论和方法，在含煤地区通过对自然露头和人工地质点等进行观测、研究，编制各种地质图、表和文字的全部综合性的工作。其目的是调查含煤区的地层、构造、煤层和煤质及其它有益矿产情况，为以后的地质工作指明方向。地质填图的主要成果是编制地质图、地质剖面图、地层与含煤地层柱状图，作为各勘查阶段编制设计的重要依据。各阶段地质填图的要求●预查阶段预查是在煤炭预测或区域地质调查的基础上进行的，其地质填图的比例尺一般为1∶50000～1∶25000。●普查阶段普查是在预查的基础上或在已知有勘探价值的地区进行的。其地质填图的比例尺一般为l∶50000～1∶25000，也可采用1∶10000。●详查阶段详查是在普查的基础上，根据煤炭工业规划的需要，选择资源条件较好，开发比较有利的地区进行的。其地质填图的比例尺一般为1∶25000～1∶10000，也可采用l∶5000。●勘探阶段勘探一般是在矿区建设开发总体设计的基础上进行的。其地质填图的比例尺为l∶5000，也可采用1∶10000。个别地质构造复杂的地区或供露天开采设计的矿区可进行比例尺为1∶2000的地质填图。全掩盖区的地质填图主要利用钻探和地面物探手段来完成，编制基岩地质图。其内容是剥去第四系或其它非煤系覆盖层的基岩地质界线和煤层露头线等。★山地工程山地工程是为了达到某种地质目的，而挖掘的槽、井、巷等。它包括有剥土、探槽、探井、探巷以及老窑清理和小煤窑的调查等，山地工程也称坑探工程。探槽垂直地层走向或构造线方向挖掘的沟槽，称为探槽。由于探槽施工容易，管理简单，费用少，能较好地提供地层、构造与含煤情况等方面的资料，所以探槽是山地工程中最普遍、常用的一种技术手段。它主要配合地质填图使用。探槽按其用途不同，可分为主干槽和辅助槽两种。探槽的使用条件是：表土厚度一般小于3m，表土稳定坚实且含水不多，岩层倾角较陡、或倾角较平缓但地形切割比较强烈的地段。探槽一般垂直岩层走向或构造线延长方向布置。探井从地面垂直挖掘不深的勘探井，称为探井。探井又可分为方探井和小圆井两种。利用探井可以揭露含煤地层，了解和查明含煤层数及层位、煤层厚度和结构、标志层层数和层位，地层产状和构造变化，追索煤层和标志层露头，以及采取煤样等。探井的使用条件是：表土厚度大于3m，且地层产状平缓的地段，不宜使用探槽。由于探井挖掘深度比探槽深些，因此煤、岩层受风化影响较小，被揭露的煤层厚度接近实际，其结构基本符合原始赋存状态。探井与探槽相比，施工较为困难，需要提升和排水设备，方探井在多数情况下还需要支护，故在煤炭地质勘查过程中探井在使用上受到一定限制。1-探井；2-探槽；3-斜井；4-平峒。探巷探巷是在煤、岩层中所挖掘的坑道，分为倾斜的和水平的两种，前者称为斜井，后者称为平峒。●斜井斜井是由煤层露头向下沿着煤层倾斜方向所开掘的倾斜井巷。当表土掩盖不厚（一般小于5m），且地层倾斜中等（25～40º）的地区，采用斜井较为有利。●平硐平峒是一种在地表有直接出口的、沿水平延伸的巷道，也称平巷（图5-2）。它有两种开掘方式，一种是沿煤层走向开掘的，另一种是垂直于岩层走向开掘的（有时配合煤巷）地表无出口的，沿煤层走向掘进的水平巷道。平峒适用于地形高差大，沟谷切割剧烈，且地层倾角较大的地区。含煤地层出露较好的山区往往遗留下来许多过去采煤的坑硐，俗称老窑。乡镇、地方或个人投资开采的产量不大的小煤矿，常称小煤窑。★钻探工程部分钻探工程是通过机械回转钻进或冲击钻进，向地下钻成直径小而深度大的圆孔，称为钻孔，并从孔内取出的煤、岩心，供进行观测研究和采取样品，从而获得各种地质资料。它是煤炭地质勘查中最普遍、最常用，也是最直观的技术手段。钻孔分类（一）根据钻探施工的深度进行划分浅孔深孔（二）根据钻进方位与铅垂线的关系进行划分1－垂直孔；2－定向斜孔；3－水平孔（三）根据地质任务不同进行划分1．探煤孔2．构造孔3．水文孔4．水源孔5．取样6．井筒检查孔7．定位孔（地震参数孔）8．验证孔★地面物探部分地球物理勘探是利用不同地质体（如岩石、煤层）所具有的物理性质（如密度、磁性、电性、弹性和放射性等），以及对地球物理场所产生的异常，来寻找煤矿床和解决某些地质问题的一种技术手段，简称物探。在煤炭地质勘查工作中应用的地面物探手段主要包括重力勘探、磁法勘探、电法勘探和地震勘探。重力勘探的主要成果之一是重力异常等值线平面图，主要用于识别盆地、圈定盆地边界、进行构造分区和研究基岩的起伏；也用于确定煤田的边界，含煤沉积的厚度和基底起伏情况；直接确定煤系的分布边界，以及建立找煤模式等。磁法勘探要求煤系地层与其上覆及下伏地层有明显的磁性差异，同一地层的磁性相对稳定，岩层倾角越大越好。由于煤系地层上、下岩层在磁性上差别不大，因此在煤炭地质勘查中，磁法主要用来:区分含煤岩系和基底古老变质岩系，了解结晶基底的起伏情况；圈定侵入煤系的岩浆岩和高磁性的岩浆岩盖层；确定煤层燃烧带，等。电测深法的基本原理是在某一点用改变供电极距的方法，探测该处不同深度视电阻率的变化，用于确定具有不同电阻率的地质体的埋藏深度，岩层的起伏状况以及构造形态。电测深法能够解决的地质问题（1）通过对隐伏构造（隆起、凹陷、断层）的研究，寻找有希望的含煤地区；（2）了解覆盖层下，含煤地层及其它地层的分布范围、厚度和埋藏深度；研究基岩表面的起伏情况；有条件时，可用来追索覆盖层下的煤层露头，划分不同岩层层段；（3）了解覆盖层的相对厚度和大致的岩性变化情况；（4）在水文地质和工程地质方面，可以用来确定古河床的位置，确定地下含水层的埋藏深度和厚度，探测石灰岩中的岩溶发育情况和圈定岩溶发育带的范围等。电测深法的使用条件（1）地层近于水平（岩层倾角不超过15～20º）；（2）断面内电性差异显著，电性层数量不超过5～6个；（3）上下岩层之间的电阻率有足够大的差别（大于10倍），有高电阻率的标志层，而没有屏蔽的水平层，标志层的埋藏深度不宜太大，一般不超过2000m；（4）同一岩层岩性稳定，电阻率不变或变化很小；（5）勘探对象有足够的连续性，要超过其埋藏深度的十倍至几十倍；（6）地形不十分复杂，地面坡角小于20º。电剖面法电剖面法研究地下某一深度范围内沿剖面方向视电阻率的变化规律。电剖面法能够解决的地质问题（1）研究倾角不大的地层，了解其构造和横向变化；（2）进行地质填图，如追踪煤层露头、地层界线、断层等。此时要求岩层间的电阻率彼此差别大，界面倾角足够大，煤层厚度与深度之比大于1/5～1/10；（3）了解基岩起伏情况，此时要求有不太深的高阻标准层，且上下岩层间应有显著的电性差异；（4）寻找被掩盖的古河床，圈定岩石破裂带或断裂带的位置及走向，研究埋藏较浅的岩溶发育带或岩溶地形；（5）确定煤层的采空区等。电剖面法的使用条件（1）岩层之间的电阻率差别明显，同一岩层的电阻率差别不大；（2）在追索表土下的煤层时，煤层厚度与深度之比不能太小，一般要求大于1/5～1/10；（3）表土厚度不宜太大，否则会影响勘探效果；（4）通常要求地形平坦或较为平坦，在山区可将测点布置在同样的地形条件上（如沿着山脊或山谷）。电剖面法的优点是工作简便，效率高，成本低。地震勘探反射法和折射法反射法人工地震波的反射，发生在具有不同波阻抗（即岩石密度与波速的乘积）的岩层分界面上。通过在地面接收从反射界面反射回地表的反射波，用以解决地质问题的地震勘探方法。反射波法能够解决的地质问题（1）主要用于解决地质构造问题，如向斜、背斜、断层、角度不整合，以及陷落柱等。（2）利用高分辨的反射地震剖面，可实现对煤层厚度、煤层结构的直接探测。（3）地震地层学解释，以反射波法地震资料为基础，用沉积学与地层学的观点，研究分析地震剖面上反射模式及几何外形，判定沉积岩的性质、划分对比地层、重建盆地的沉积历史并推断沉积环境、预测岩性、岩相。反射波法的使用条件（1）反射界面上下岩层的波阻抗有明显不同，波阻抗差别越大，岩层分界面越光滑，反射强度越大；（2）岩层倾角小于50º，反射界面深度应大于100m；（3）低速带薄，没有高波速的屏蔽层（如厚层的石灰岩、岩浆岩和砾岩层等）；（4）以及地形较平坦、环境安静等。山区、黄土沟壑……折射波法当人工地震波在地下遇到对波的传播速度不同（下部岩层的波速大于上部岩层）的两个岩层分界面时（折射界面），就会产生折射波。在地面上用仪器接收折射波来解决地质问题的地震勘探方法，称为折射波法。折射波法能够解决的地质问题折射波法主要用于掩盖地区的地质填图，划分具有明显波速差异的岩层，圈定含煤区边界，确定较大断层位置及研究浅部地质构造等。折射波法的使用条件折射界面下部岩层的波速显著大于上部岩层，折射界面的深度可由数米到2000m。★地球物理测井部分测井又称井中地球物理勘探，是钻井中的一种特殊测量，指作为井深函数的一种或多种物理特性的测量，从这些物理特性中推断出岩石和煤的特性，从而获得井下地质信息。测井方法分类（1）以研究煤、岩导电性为基础的一类方法。如普通电极系电阻率法，电流法，侧向测井，微电极系测井。（2）以研究煤—岩石电化学性质为基础的一类方法。其中包括自然电位、人工电位和电极电位测井等。（3）以研究物质核性质为基础的一类方法。其中有自然伽马法与自然伽马能谱法；人工伽马测井和选择伽马—伽马测井；中子测井等。（4）以研究岩石弹性波传播性质为基础的一类方法。包括超声成像测井、声波速度测井和声波全波列测井。（5）其它测井方法。包括温度测井、地层产状测井、井液电阻率测井以及井径、井斜测井等方法★计算机技术部分中国地调局数字填图技术（RGMAP）是基于GIS、GPS、RS技术为平台的区域地质调查野外数据的数字化采集及数字化成果的一体化组织、管理、处理分析和提供个性化的社会服务的计算机技术。数字煤田是数字地球在煤炭地质勘查开发和煤炭资源管理决策范畴的应用“数字煤田”以计算机技术、多媒体技术和数据库技术为基础，以网络技术为纽带，运用3S技术和虚拟现实等技术，实现多源煤炭资源信息的采集、存储、检索、查询与空间分析，空间信息的多方式输出和联机决策分析处理。思考题1、煤炭地质勘查常用的技术手段有哪些？2、了解各种技术手段的基本原理主要用途使用条件。