測(cè)量系統(tǒng)組成

 

  吊艙式系統(tǒng)

 

  吊艙式直升機(jī)頻率域電磁、磁測(cè)量系統(tǒng)是我國(guó)在從加拿大引進(jìn)的MPUIJSE六頻電磁儀和磁力儀基礎(chǔ)上，自行集成的一套測(cè)量系統(tǒng)。該系統(tǒng)由MPULS頻率域電磁系統(tǒng)、CS3磁力儀、DS數(shù)據(jù)收錄系統(tǒng)、GPS導(dǎo)航定位系統(tǒng)、高度測(cè)量系統(tǒng)、模擬記錄儀和電源系統(tǒng)組成，可同時(shí)測(cè)量電磁、磁2種參數(shù)，其性能指標(biāo)達(dá)到了世界同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平。

 

  MPIUSE電磁系統(tǒng)為新型的數(shù)字化和寬帶系1.1  采區(qū)三維地震推廣范圍和應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大煤礦采區(qū)三維地震勘探技術(shù)自1 994年在平原地區(qū)獲得成功后，1 995年在山區(qū)、1 998年在戈壁地區(qū)、2000年在沙漠地區(qū)、2001年在黃土塬區(qū)、2005年在陡傾角地區(qū)等復(fù)雜條件下相繼取得技術(shù)突破，直接拓展了高分辨率三維地震勘探技術(shù)應(yīng)用的廣度和深度，煤礦采區(qū)三維地震勘探技術(shù)在全國(guó)的應(yīng)用范圍已拓寬到包括平原、山區(qū)、丘陵、戈壁、沙漠、海上、黃土塬等地區(qū)，推廣地域橫跨華東、華北、華中與西北地區(qū)（西南地區(qū)仍處在前期的生產(chǎn)性試驗(yàn)階段），用戶群體包括國(guó)有煤炭集團(tuán)、民營(yíng)煤炭企業(yè)以及個(gè)體經(jīng)營(yíng)者，地震成果從傳統(tǒng)的構(gòu)造地質(zhì)向水文地質(zhì)、開(kāi)采地質(zhì)方向拓展，服務(wù)階段從以往的資源勘查階段，上升到服務(wù)于煤礦安全高效開(kāi)采的生產(chǎn)階段．總之，近十年來(lái)，煤礦三維地震勘探取得了令人矚目的進(jìn)展，其解決煤礦生產(chǎn)地質(zhì)問(wèn)題的精度和能力得到了業(yè)主的普遍認(rèn)可，成為煤礦采區(qū)采前構(gòu)造勘探的首選技術(shù)手段而得到了大范圍的推廣應(yīng)用．在2003年和2006年，山東龍礦集團(tuán)與勝利油田物探公司、中煤科工集團(tuán)西安研究院以及山東省煤炭地質(zhì)局聯(lián)合，先后兩次在地處渤海灣的黃縣煤田北皂煤礦北海域、梁家煤礦西海域進(jìn)行7海下煤炭資源精細(xì)探查，采用煤礦采區(qū)高分辨率三維地震技術(shù)，創(chuàng)新性地將三維地震高密度的檢波器接收陣列放置于海底，取得了高分辨率的地震資料，準(zhǔn)確查明了該海域內(nèi)8億t煤炭資源的賦存狀態(tài)，迄今為止，山東龍礦集團(tuán)已連續(xù)5年實(shí)現(xiàn)了海域煤炭資源的安全高效開(kāi)采；2007年10月，我國(guó)首次在內(nèi)蒙古弓溝煤田進(jìn)行了地下煤層氣化點(diǎn)火試驗(yàn)并獲得成功，開(kāi)創(chuàng)了國(guó)內(nèi)地下煤層化之先河，實(shí)現(xiàn)了低熱值煤氣示范性發(fā)電．為了監(jiān)測(cè)氣化燃燒熱力影響邊界、形態(tài)、方向、氣化區(qū)冒落帶的高度及氣化煤層裂隙發(fā)育程度，2009年首次采用高密度三維地震方法準(zhǔn)確識(shí)別出地下煤層氣化的平面展布形態(tài)，為煤炭地下氣化擴(kuò)大工程設(shè)計(jì)提供了重要的地質(zhì)信息；2010年，山東兗礦集團(tuán)在濟(jì)寧二號(hào)煤礦開(kāi)展了利用三維地震探測(cè)工作面“三帶”發(fā)育高度的有益嘗試，這有可能成為今后煤炭四維地震的萌芽．另外，煤炭地震勘探隊(duì)伍也積極開(kāi)展了利用高分辨率地震勘探技術(shù)，對(duì)石膏礦、巖鹽、油頁(yè)巖等非煤資源精細(xì)探測(cè)的實(shí)踐；同時(shí)，煤田地震勘探以其淺層、高分辨率地震勘探的特色，在全國(guó)城市活斷層地質(zhì)調(diào)查中也發(fā)揮了重要作用．1.2地震資料精細(xì)目標(biāo)處理與地質(zhì)動(dòng)態(tài)解釋技術(shù)地震勘探是一個(gè)系統(tǒng)工程，其技術(shù)的進(jìn)步是地震數(shù)據(jù)采集、處理、解釋以及后期驗(yàn)證的綜合產(chǎn)物．與油田地震勘探不同，煤田地震勘探地區(qū)不但鉆孔多、而且在后期的井下開(kāi)采過(guò)程中幾乎能夠驗(yàn)證全部地震解釋結(jié)果，但是，煤田地震勘探以往卻很少?gòu)尿?yàn)證過(guò)程中吸取經(jīng)驗(yàn)，并將其反饋到地震資料的再處理、再解釋過(guò)程中．近年來(lái)，煤礦安全高效開(kāi)采對(duì)于地質(zhì)保障的技術(shù)需求愈加強(qiáng)烈，地震資料處理中高精度層析靜校正、疊前偏移、保真處理等新方法與新軟件不斷推出，直接推動(dòng)了煤礦采區(qū)三維地震資料處理向精細(xì)化處理、目標(biāo)處理等方向發(fā)展；在借鑒石油天然氣開(kāi)發(fā)地震、油藏監(jiān)測(cè)、儲(chǔ)層描述等先進(jìn)的解釋技術(shù)和新的理念基礎(chǔ)上，充分利用煤礦采掘過(guò)程揭露的寶貴地質(zhì)信息，不斷引入包括地震屬性分析、全三維地震解釋等新的技術(shù)成果，開(kāi)展煤礦采區(qū)三維地震資料的地質(zhì)動(dòng)態(tài)解釋，取得了明顯的成效．淮南礦業(yè)集團(tuán)是全國(guó)三維地震開(kāi)展最早、應(yīng)用最好的礦區(qū)，目前完成的常規(guī)三維地震勘探累計(jì)有48個(gè)采區(qū)（區(qū)塊），勘探面積達(dá)254. 56 km2，占淮南礦區(qū)（潘謝）面積的46. 76%.在后期的井下生產(chǎn)中，對(duì)以往三維地震成果1030個(gè)斷點(diǎn)進(jìn)行了驗(yàn)證，分析了小斷層、煤層變薄區(qū)在三維地震資料上的顯示特征，在探采對(duì)比分析工作的基礎(chǔ)上，完成了9個(gè)塊段、63. 65 km2的三維地震資料重新處理，并對(duì)精細(xì)處理后的三維地震資料開(kāi)展了地質(zhì)動(dòng)態(tài)解釋，為該集團(tuán)的快速發(fā)展提供了地質(zhì)保障．地震勘探逐步實(shí)現(xiàn)從構(gòu)造勘探向巖性勘探的跨越。

 

  地震構(gòu)造勘探主要利用地震波的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征，而地震巖性勘探除了利用地震波的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征外，還利用地震波的動(dòng)力學(xué)特征來(lái)研究地層的巖性．地震巖性反演技術(shù)是一門集地震、測(cè)井、地質(zhì)、計(jì)算機(jī)等多學(xué)科為一體的綜合地球物理勘探技術(shù)，它以鉆探、測(cè)井資料為約束，對(duì)地震疊前道集資料進(jìn)行AVO反演、疊前彈性波阻抗或疊后波阻抗反演．地震反演剖面將鉆孔測(cè)井數(shù)據(jù)具有很高縱向分辨率的特點(diǎn)與地震剖面具有較好的橫向分辨率的優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái)，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，獲得的地震巖性反演剖面具有明確的地質(zhì)意義和物理意義，成為地震勘探由構(gòu)造解釋邁向巖性解釋的橋梁和紐帶．地震巖性反演剖面具有很高的縱向分辨率，深部薄煤層的連續(xù)性和可檢測(cè)性得到增強(qiáng)，同時(shí)還獲得煤層頂、底板的巖性信息．山東省煤田地質(zhì)局在新疆某區(qū)，成功應(yīng)用該技術(shù)解決了侏羅紀(jì)含煤地層多煤層對(duì)比的技術(shù)難題；該技術(shù)有望在圈定導(dǎo)水裂隙帶的分布范圍、圍巖的透氣性、瓦斯富集區(qū)等開(kāi)采地質(zhì)問(wèn)題中，發(fā)揮重要作用．地面瞬變電磁法在煤礦水文地質(zhì)條件探查中得到廣泛應(yīng)用。

 

  我國(guó)的煤炭電法勘探工作始于20世紀(jì)50年代初，當(dāng)時(shí)主要引進(jìn)前蘇聯(lián)的方法技術(shù)，以直流電法為主，隨后又發(fā)展了電化學(xué)方法（如激發(fā)極化法），其主要地質(zhì)任務(wù)是在隱伏區(qū)找煤；到20世紀(jì)60年代，開(kāi)始研究以絕對(duì)測(cè)量為特點(diǎn)的電磁感應(yīng)類方法，開(kāi)始探索應(yīng)用電法技術(shù)探測(cè)老窯采空區(qū)、巖溶、古河床和斷層等問(wèn)題，并在配合地質(zhì)填圖、普查找煤、斷層探測(cè)、尋找隱伏煤層露頭、探測(cè)巖溶裂隙發(fā)育帶及找水、第四系勘探等方面取得了豐碩成果；至20世紀(jì)70年代，研究以相對(duì)測(cè)量為主的電磁類方法，結(jié)束了單純依賴直流電法的歷史，步入了直流和交流電法同時(shí)應(yīng)用的新階段；進(jìn)入20世紀(jì)80年代，隨著電子計(jì)算機(jī)和計(jì)算數(shù)學(xué)的引入，煤炭電法勘探技術(shù)開(kāi)始進(jìn)入數(shù)字化時(shí)代，可以利用微機(jī)進(jìn)行電測(cè)深定量解釋，提高了工作效率、分層能力和解釋精度，縮小了與國(guó)外先進(jìn)水平的差距；到20世紀(jì)90年代，隨著國(guó)外先進(jìn)技術(shù)與裝備的引進(jìn)，煤炭電法勘探逐步形成了集設(shè)計(jì)、采集、處理解譯、成果提交一體化工作模式，其對(duì)工作環(huán)境的適應(yīng)性、解決地質(zhì)問(wèn)題的可靠性等方面的能力與水平都得到了大幅度的提高；近10年來(lái)，地面瞬變電磁法在煤礦采區(qū)水文地質(zhì)條件探查中，逐漸從無(wú)到有，開(kāi)始發(fā)揮著舉足輕重的作用．圍繞煤礦防治水迫切需要預(yù)先查明淺部老空水、頂板離層水和深部奧灰水等礦井水文地質(zhì)條件的現(xiàn)實(shí)需求，地面直流電法因其體積效應(yīng)大、工作效率低等原因，應(yīng)用逐漸減少，高密度電法在淺部老窯采空區(qū)探測(cè)中仍有應(yīng)用；與此形成鮮明對(duì)比的是，交流電法異軍突起，已逐漸成為煤礦采區(qū)水文地質(zhì)勘探的主力，包括瞬變電磁法(TEM)、可控源音頻大地電磁法(CSAMT)及混合源電磁法（EH-4電導(dǎo)率成像系統(tǒng)）等．由于瞬變電磁法具有對(duì)低阻體敏感、施工效率高等優(yōu)點(diǎn)，在煤礦防治水領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，目前已成為煤礦水文地質(zhì)勘探的主要物探手段．煤礦井下物探技術(shù)進(jìn)入蓬勃發(fā)展的新階段。

 

  盡管以地面三維地震和瞬變電磁法為代表的物探技術(shù)取得了很大的發(fā)展，已經(jīng)能夠較好地為煤礦開(kāi)采超前提供構(gòu)造條件和水文地質(zhì)條件的探測(cè)成果，但是卻仍然無(wú)法滿足煤礦安全高效開(kāi)采對(duì)于地質(zhì)條件查明程度的客觀要求，這給煤礦井下物探技術(shù)與裝備的超常規(guī)發(fā)展提供了契機(jī)．相比較而言，我國(guó)的礦井物探技術(shù)發(fā)展較晚．鑒于地面物探受地表?xiàng)l件影響較大、距目標(biāo)體較遠(yuǎn)、分辨率難以滿足生產(chǎn)要求等因素，20世紀(jì)80年代中期至90年代初，以開(kāi)灤范各莊礦2171陷落柱特大透水事件為起點(diǎn)，我國(guó)開(kāi)始從國(guó)外引進(jìn)槽波地震、瑞雷波、無(wú)線電波坑道透視等技術(shù)與裝備，并通過(guò)消化、吸收、改進(jìn)、試制和自主研發(fā)，到世紀(jì)之交我國(guó)礦井物探技術(shù)與裝備已經(jīng)初步形成了包括井下直流電法、坑透、電透視、瑞利波、地質(zhì)雷達(dá)、煤厚探測(cè)儀等儀器系列，并開(kāi)展了大量的方法研究和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)工作，取得了一定的地質(zhì)效果．近年來(lái)，瞬變電磁法開(kāi)始引入煤礦井下．該方法以其特有的長(zhǎng)距離、全方位、對(duì)水敏感、定向性好、施工效率高等特點(diǎn)，迅速受到了廣大礦井地質(zhì)工作者的歡迎．同樣，煤礦井下槽波地震探測(cè)技術(shù)也開(kāi)始重新得到重視，它以探測(cè)距離大、精度高、抗干擾能力強(qiáng)、波形特征較易識(shí)別等優(yōu)點(diǎn)，尤其在探測(cè)精度和距離上優(yōu)于其他煤礦井下勘探方法，其探測(cè)距離可達(dá)煤厚的300倍，廣泛應(yīng)用于探查小斷層、陷落柱、煤層分叉與變薄帶、充水采空區(qū)及廢棄巷道等地質(zhì)異常．該技術(shù)在20世紀(jì)80-90年代曾在全國(guó)一些煤礦得到應(yīng)用，之后由于其設(shè)備笨重、施工工程量大以及地面高分辨率三維地震勘探技術(shù)的興起等多種原因，限制了該技術(shù)的進(jìn)一步推廣．如今，不少煤礦的工作面都設(shè)計(jì)為超大超寬的高產(chǎn)高效工作面，隨著槽波地震探測(cè)新型儀器設(shè)備的出現(xiàn)、施工方法的改進(jìn)以及處理軟件的升級(jí)，該技術(shù)又開(kāi)始重新煥發(fā)出勃勃生機(jī)．煤礦安全生產(chǎn)地質(zhì)保障的服務(wù)模式出現(xiàn)了可喜創(chuàng)新。

 

  煤礦的安全高效生產(chǎn)需要以超前、可靠地查明影響開(kāi)采的地質(zhì)條件為保障，這些地質(zhì)條件包括煤層賦存條件（如儲(chǔ)量）、構(gòu)造地質(zhì)條件（如斷層）、水文地質(zhì)條件（如突水通道）、開(kāi)采地質(zhì)條件（如瓦斯）等．在這些地質(zhì)條件中，水文地質(zhì)條件與開(kāi)采地質(zhì)條件是動(dòng)態(tài)變化的，它們與由不同開(kāi)采方式、推進(jìn)速度等引起的圍巖應(yīng)力變化密切相關(guān)，因此為了確保安全生產(chǎn)，對(duì)這些地質(zhì)條件的探測(cè)不可能是一勞永逸的，需要進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤探測(cè)與及時(shí)的預(yù)測(cè)預(yù)警．近幾年，一些大型國(guó)有煤炭企業(yè)與科研院所、大專院校聯(lián)合，共同成立提供區(qū)域性日常技術(shù)服務(wù)的水文地質(zhì)研究院／研究中心，或由后者出面組建專門的駐礦項(xiàng)目部，對(duì)所轄礦井部分具有潛在突水隱患的掘進(jìn)頭、工作面，開(kāi)展水文地質(zhì)條件的動(dòng)態(tài)探測(cè)與實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)的現(xiàn)場(chǎng)工作，這一新的“產(chǎn)學(xué)研用”工作模式的建立，已經(jīng)在一些地區(qū)有效規(guī)避了多起井下突水災(zāi)害，也為科研單位提高技術(shù)能力、改進(jìn)裝備水平等提供了不可多得的機(jī)遇和平臺(tái)．眾所周知，煤炭開(kāi)采是一個(gè)動(dòng)態(tài)的、漸進(jìn)的過(guò)程，礦井地質(zhì)工作是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的應(yīng)用科學(xué)，具有極強(qiáng)的實(shí)用性、現(xiàn)場(chǎng)性和實(shí)時(shí)性，隨著勘探開(kāi)發(fā)程度的不斷深入，人們的認(rèn)識(shí)會(huì)不斷升華；另一方面，煤礦生產(chǎn)對(duì)地質(zhì)工作的要求，在不同階段的要求精度也是變化的，要以確保生產(chǎn)過(guò)程的時(shí)效性為前提．圍繞煤礦水文地質(zhì)條件與開(kāi)采地質(zhì)條件的探測(cè)問(wèn)題，以物探施工單位派駐項(xiàng)目組進(jìn)行長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)跟蹤探測(cè)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)服務(wù)為特色的“嵌入式”服務(wù)模式，很好地適應(yīng)了地質(zhì)工作的特點(diǎn)和煤礦生產(chǎn)的要求，發(fā)揮了優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合的優(yōu)勢(shì)，創(chuàng)新了煤礦地質(zhì)保障技術(shù)的服務(wù)模式．物探方法技術(shù)與裝備的其他進(jìn)展。

 

  除了上述已取得突出進(jìn)展、得到推廣應(yīng)用的地面及井下物探技術(shù)方法外，近年來(lái)尚有一些令人矚目的新方法、新技術(shù)正在處于試驗(yàn)或推廣階段，如地面高密度全數(shù)字三維三分墨地震勘探技術(shù)、基于被動(dòng)地震震源的微震探測(cè)技術(shù)、煤礦井下網(wǎng)絡(luò)電法底板動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)、高精度地震散射波成像與CRP道集成像技術(shù)、煤礦突水災(zāi)害治理效果的監(jiān)測(cè)技術(shù)、礦井多波多分量地震勘探超前探測(cè)技術(shù)以及煤層氣富集區(qū)的地球物理綜合探測(cè)技術(shù)等．這些新方法、新技術(shù)與新裝備的研發(fā)或試驗(yàn)成功，有望成為今后幾年物探技術(shù)的發(fā)展方向．