廖洪萬

摘要：地質(zhì)勘探的一種主要手段，是傳統(tǒng)地質(zhì)工作方法的延伸。傳統(tǒng)地質(zhì)工作以地質(zhì)點(diǎn)或鉆孔取得的資料為依據(jù)進(jìn)行分析歸納，對(duì)深部地質(zhì)體缺乏必要的和足夠的研究精度，而物探工作借助儀器大量加密觀測(cè)網(wǎng)進(jìn)行間接觀測(cè)，彌補(bǔ)的常規(guī)手段的不足，提高了地質(zhì)結(jié)論的可靠性。物探方法是當(dāng)前工程地質(zhì)勘查中應(yīng)用較為廣泛且實(shí)用性非常高的方法，隨著物探方法在工程地質(zhì)勘查中的發(fā)展應(yīng)用，使得我國(guó)工程地質(zhì)勘查的水平得到了顯著提升。本文結(jié)合一地震勘探工程，介紹了地震勘探的方法及獲得的地質(zhì)成果。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)勘查；勘探方法；綜合勘探；應(yīng)用

前言

礦產(chǎn)資源是地球演化過程中經(jīng)過地質(zhì)作用形成的，是天然產(chǎn)出于地表或地殼中的原生富集物，產(chǎn)出形式有固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)，是賦存于地殼內(nèi)部或表面的，呈固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)的地質(zhì)作用產(chǎn)物。它既包括在當(dāng)前的技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件下可以開發(fā)利用的物質(zhì)，又包括在未來的條件下具有潛在價(jià)值的物質(zhì)。礦產(chǎn)資源與生物資源的區(qū)別是其再生的速度很慢或不能再生，因而珍惜和保護(hù)礦產(chǎn)資源更為重要。

地質(zhì)勘探的分類有：物探化探勘查、地質(zhì)構(gòu)造勘查、鉆探勘查、航空磁力重力勘查；地質(zhì)勘探方法：主要有坑、槽探、鉆探、地球物理勘探等方法。

本文主要研究地球物理勘探的方法及其在礦產(chǎn)資源勘查中的應(yīng)用。物探方法在勘探方法中屬較新的技術(shù)，它是利用地質(zhì)體的物理特性異常，借助先進(jìn)的勘探儀器和計(jì)算方法，查出異常特征進(jìn)行勘探。物探方法技術(shù)在不斷進(jìn)步，在勘探中發(fā)揮越來越大的作用。

1地球物理勘探方法

地球物理勘探是以各種巖石和礦石的密度、磁性、電性、彈性、放射性等物理性質(zhì)的差異為研究基礎(chǔ)，用不同的物理方法和物探儀器，探測(cè)天然的或人工的地球物理場(chǎng)的變化，通過分析、研究獲得的物探資料，推斷、解釋地質(zhì)構(gòu)造和礦產(chǎn)分布情況。地球物理勘探方法主要有電法，磁法，重力法，地震法等勘探方法。

1.1地震勘探

地震勘探是研究人工激發(fā)的彈性波在不同地層中的傳播規(guī)律，如波的速度、波的衰減和波的形狀，以及在界面的反射、折射來研究地層埋深、構(gòu)造形態(tài)和巖性等的一種物探方法。

地震波是在巖層中傳播的彈性波。當(dāng)用炸藥作為震源激發(fā)時(shí)，震源附近的巖石受到巨大激發(fā)力的作用產(chǎn)生破裂和塑性形變，而遠(yuǎn)離震源的巖石受到瞬間微小外力的作用可以近似看成完全彈性體。彈性體在外力作用下發(fā)生形變并產(chǎn)生一個(gè)反抗形變的彈力。當(dāng)外力取消時(shí)，彈力使彈性體恢復(fù)原狀。這個(gè)過程使質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生隨時(shí)間變化的彈性位移（振動(dòng)），由于質(zhì)點(diǎn)間存在著彈性聯(lián)系，每個(gè)質(zhì)點(diǎn)把振動(dòng)傳遞到周圍質(zhì)點(diǎn)，激發(fā)力引起的質(zhì)點(diǎn)彈性振動(dòng)由震源向周圍介質(zhì)傳播，逐漸形成地震波。地震波分為體波和面波，體波在彈性介質(zhì)的內(nèi)部傳播，面波沿著彈性介質(zhì)的某些界面?zhèn)鞑?。地震波在傳播過程中遇到兩種地層分界面時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生反射波。在地面上用儀器把各個(gè)地層分界面的反射波到達(dá)時(shí)間t記錄下來，利用地震波傳播速度v，便可以計(jì)算出地層分界面的埋藏深度h=vt/2。經(jīng)過采集、處理、解釋，形成勘探報(bào)告，取得地質(zhì)勘探成果。

1.2電法勘探

電法勘探是以介質(zhì)的電性差異為基礎(chǔ)，通過觀測(cè)和分析天然及人工電磁場(chǎng)的空間和時(shí)間分布傳播來研究地質(zhì)構(gòu)造和尋找礦床的一種物探方法。

電法勘探是根據(jù)地殼中各類巖石或礦體的電磁學(xué)性質(zhì)和電化學(xué)特性的差異，通過對(duì)人工電磁場(chǎng)的空間分布規(guī)律及時(shí)間特性的觀測(cè)和研究，來勘查地質(zhì)構(gòu)造和尋找有用礦產(chǎn)的一類物探方法。電法勘探方法較多，按電磁場(chǎng)的時(shí)間特性可分為直流電法、交流電法、過渡過程法。用于煤礦的電法勘探方法主要有電阻率法、充電法、激發(fā)極化法、瞬變電磁法、可控源音頻大地電磁測(cè)深法等。

1.3重力和磁法勘探

重力勘探是以地殼中巖石間的密度差異為基礎(chǔ)，通過觀測(cè)與分析重力場(chǎng)的變化來尋找和勘探礦床，研究地質(zhì)構(gòu)造的一種物探方法。在區(qū)域地質(zhì)調(diào)查、礦產(chǎn)普查和勘探的各個(gè)階段都可應(yīng)用重力勘探，要根據(jù)具體的地質(zhì)任務(wù)設(shè)計(jì)相應(yīng)的野外工作方法。

磁法勘探是以巖石間的磁性差異為基礎(chǔ)，通過觀測(cè)和分析地磁場(chǎng)的變化規(guī)律，來尋找和勘探礦床，研究地質(zhì)構(gòu)造的一種物探方法。磁法勘探是物探方法中最古老的一種。近幾十年來，地球物理勘探方法得到飛速發(fā)展，方法和技術(shù)日臻完善，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，解決的問題日益增多，已成為煤炭地質(zhì)勘探中一個(gè)不可缺少的組成部分。在煤炭資源勘探工作中，已由鉆探為主物探為輔，發(fā)展為物探為主，鉆探驗(yàn)證為輔。使得資源勘查工作在精度、效率及經(jīng)濟(jì)性等各方面都有很大提高。

2物探方法的應(yīng)用

物探勘探方法應(yīng)用于礦產(chǎn)資源勘探的每個(gè)階段，包括資源勘探的予查、普查、詳查、采區(qū)勘探等。在目前提出的整裝勘探中，物理地球勘探發(fā)揮著更為重要的作用。物探工作的前提：在確定物探任務(wù)時(shí)，除地質(zhì)研究的需要外，還必須具備物探工作前提，才能達(dá)到預(yù)期的目的。物探工作前提主要有下列幾方面：物性差異：被調(diào)查研究的地質(zhì)體與周圍地質(zhì)體之間，要有某種物理性質(zhì)上的差異；被調(diào)查的地質(zhì)體要具有一定的規(guī)模和合適的深度，用現(xiàn)有的技術(shù)方法能發(fā)現(xiàn)它所引起的異常，若規(guī)模很小、埋藏又深的礦體，則不能發(fā)現(xiàn)其異常，有時(shí)雖地質(zhì)體埋藏較深，但規(guī)模很大，也可能發(fā)現(xiàn)異常。故找礦效果應(yīng)根據(jù)具體情況而定；能區(qū)分異常，即從各種干擾因素的異常中，區(qū)分所調(diào)查的地質(zhì)體的異常。

地球物理勘探方法更多地應(yīng)用于煤礦生產(chǎn)階段，在礦井和采區(qū)設(shè)計(jì)優(yōu)化、綜采工作面的合理布置、避免和減少地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)、優(yōu)選采煤方法、提高資源回收率、降低萬噸掘進(jìn)率、生產(chǎn)安全等方面起到了重大作用。主要地質(zhì)任務(wù)為：查明小斷層小褶曲；查清陷落柱、老窯及采空區(qū)的空間分布形態(tài)；解決煤層分叉與合并、煤層厚度變化、火成巖侵入、煤層頂?shù)装逅牡刭|(zhì)條件及力學(xué)性質(zhì)等一系列地質(zhì)問題。

下面以某煤田地震勘探工程為例，研究物探方法的應(yīng)用及效果。

某煤田地震勘探邊界由礦方提供的16個(gè)控制點(diǎn)圈定，總控制面積是16.25k㎡。表層地震地質(zhì)條件：地表平坦，高差不大于2m。但區(qū)內(nèi)村莊較多且占地面積較大，溝渠縱橫，故本區(qū)表層地震地質(zhì)條件一般。淺層地震地質(zhì)條件：本區(qū)潛水面一般為4～5m。激發(fā)層位以粘土、砂質(zhì)粘土為主，激發(fā)條件較好；但局部地段有流沙層，尤其是在運(yùn)糧河兩岸潛水面顯著下降，激發(fā)效果變差；淺層地震地質(zhì)條件總體良好。深層地震地質(zhì)條件：該區(qū)可采煤層比較多，主采煤層厚度穩(wěn)定，煤層與圍巖的密度和速度差異較大，能形成良好的反射波，深層地震地質(zhì)條件較好。

施工生產(chǎn)采用規(guī)則束狀8線8炮觀測(cè)系統(tǒng)，768道，接收道距20m，迭加次數(shù)：32次，COP網(wǎng)格：10mx10m，最大炮檢距：999.3m。儀器因素：IMAGE數(shù)字儀，采樣率：1ms，采樣長(zhǎng)度：3.0s，高切濾波器：400Hz，低切濾波：0Hz，檢波器組合形式：60Hz檢波器組合，震源：?jiǎn)尉ぐl(fā)TNT高速成型炸藥。原始資料質(zhì)量?jī)?yōu)良，做到了取全、取準(zhǔn)第一手資料，為全面完成地質(zhì)任務(wù)奠定了良好的基礎(chǔ)。

資料處理流程及參數(shù)選擇合理，重視了一次靜校、速度分析、反褶積、DMO迭加和一步法偏移等主要環(huán)節(jié)。處理的時(shí)間剖面主要目的層反射波齊全，能量強(qiáng)，波形突出，連續(xù)性好，相位特征明顯，構(gòu)造異常顯示清晰，Ⅰ+Ⅱ類剖面達(dá)到98.75%，如圖1。解釋充分利用了資料地質(zhì)信息豐富，工作站顯示對(duì)比手法多樣，較好地發(fā)揮了人機(jī)交互解釋系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)行反復(fù)細(xì)致的對(duì)比、解釋、檢查，使最終成果更加符合實(shí)際地質(zhì)情況。

地震勘探經(jīng)過采集、處理、解釋等階段的認(rèn)真細(xì)致工作，控制了第四系界厚度的變化情況，查明了各主要煤層的起伏形態(tài)，如圖2。對(duì)斷層的展布狀況和分布規(guī)律作了深入的研究，查明了5米以上的斷層；并對(duì)落差3～5米的斷點(diǎn)進(jìn)行了解釋組合。三維勘探共解釋斷層399條，新發(fā)現(xiàn)斷層391條，修改斷層8條。其中0

3結(jié)論

地球物理勘探通過觀測(cè)由地下探測(cè)對(duì)象與周圍介質(zhì)物理性質(zhì)的差異所引起的物理場(chǎng)變化，來研究探測(cè)對(duì)象的形態(tài)和性質(zhì)。從本質(zhì)上講都是間接方法，都是通過少數(shù)觀測(cè)點(diǎn)獲得的數(shù)據(jù)去推測(cè)探測(cè)對(duì)象的狀況。由地球物理場(chǎng)的本質(zhì)和觀測(cè)誤差的決定了地球物理勘探存在多解性。每種物探方法一般能反映地質(zhì)體某方面的物理性質(zhì)，每種物探方法的數(shù)據(jù)觀測(cè)采集受到地形、地質(zhì)條件等因素的影響，這些都使得物探多解性更加嚴(yán)重。為了減少物探結(jié)果多解性的影響，除了提高觀測(cè)精度、資料精細(xì)處理等技術(shù)手段外，更需要綜合采用多種物探方法。礦產(chǎn)資源地質(zhì)體是統(tǒng)一的整體，密度、電性、彈性、磁性等物理性質(zhì)是這一整體在不同方面的反映，各種物性參數(shù)間有一定聯(lián)系，利用這種聯(lián)系進(jìn)行綜合解釋，能縮小單一物探方法的多解性。同時(shí)，不同物探方法解決地質(zhì)問題的能力和探測(cè)范圍也是不同的，需要采用不同物探方法組合應(yīng)用，提高解決某個(gè)地質(zhì)問題的能力。對(duì)于物探結(jié)果有時(shí)還需要采用鉆探、巷探等基礎(chǔ)地質(zhì)手段進(jìn)行驗(yàn)證和標(biāo)定。因此，多種勘探方法綜合運(yùn)用，將有利于達(dá)到預(yù)期的勘探目標(biāo)。

隨著物探技術(shù)方法的進(jìn)一步豐富完善，在礦產(chǎn)資源勘探中，地球物理勘探方法將發(fā)揮著越來越重要的作用，產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。