煤田地球物理勘探

（衛國英　唐建益）

    基于煤層同上下巖系間的物性差異，用測量物理量的方法研究地質構造、巖層性質、沉積環境以尋找煤炭資源或解決有關地質問題的地球物理勘探方法，簡稱煤田物探。

    煤炭資源在地殼中的分布受地質構造條件控制。同其他地質資源相比，煤田的分布范圍較廣。但煤田地質構造類型復雜，表層條件各異（山區、平原、水下、沙漠、戈壁），物性條件多變，勘探深度變化大，能從數米到1500多米。地質勘探的主要任務是為礦井設計提供可靠的地質資料，其成果要滿足選擇井筒、水平運輸巷、總回風巷的位置和劃分初期采區的需要，保證井田境界和礦井井型不致因地質情況而發生重大變化，保證不因煤質資料而影響煤的既定工業用途。對于采用現代綜合機械化采煤設備的礦區，還應查明落差或起伏僅十余米、數米或更小的斷層、褶皺，使開采計劃切實可行，不致因小構造不清影響煤炭產量。因此，煤田物探工作的特點是：精度要求高；使用的地球物理勘探方法種類較多；與鉆探配合密切；需要解決的地質問題多，而且常常難度也較大；對淺層數米和深達1500多米的勘探對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、電法勘探、地震勘探、地球物理測井和遙感物探等，其中以地震法、電法和測井應用得十分廣泛。

    重力勘探　用于了解基底起伏、劃分區域構造，進而圈定含煤盆地，為進一步的煤田普查提供依據。在有利條件下，重力勘探還用于了解覆蓋層下煤系的分布范圍、研究小斷層、確定巖溶發育帶等。

    磁法勘探　同重力法配合研究基底起伏，了解巖漿巖的分布范圍和相對厚度。在煤田勘探中，磁法勘探的特殊作用是可以有效地圈定煤層自然區的范圍，磁法同自然電場法配合還可以判斷煤層火區的性質（煤層火區的燃燒帶或熄滅帶等）。

    電法勘探　常用的方法有直流電測深法、電測剖面法、電磁頻率測深法、激發極化法、充電法和自然電場法等。由于煤系同古地層間往往有明顯的電性差異，所以常采用電測深法、電磁頻率測深法尋找含煤區，圈定煤系的賦存范圍，追索煤層或煤組的分布，劃分不同巖段，研究斷層。充電法可用于探測廢礦井的位置、邊界。自然電場法用于追索薄覆蓋層下的無煙煤露頭和煤層的燃燒帶。各種電法還廣泛用于解決礦區的水源、水文地質和工程地質問題，如確定古河床位置，尋找和圈定含水層的范圍和巖溶發育帶，測定地下水流向、流速等。近年來，還研究應用鉆孔間和礦井內的無線電波透視法，了解兩個鉆孔間的巖溶發育情況及其空間位置，探測礦井內的小斷層、煤層沖刷帶、煤層內夾石的變化和陷落柱等。

    地震勘探　早期用折射法進行地質填圖，圈定煤系的分布范圍并判別巖性，目前已普遍采用共反射點多次覆蓋方法。由于煤層同頂底板巖層的物性有明顯的差異，煤層界面的反射系數遠大于一般巖層，可達0.3～0.5。因此，具有一定厚度的煤層或煤層組往往形成能量強、穩定、連續的標準反射波，對追蹤煤層、反映構造特點均有利。地震勘探具有較高的精度，所以常用于煤田的勘探階段。

    現階段煤田地震勘探解決的主要地質問題包括：確定覆蓋層厚度，進行覆蓋層下的地質填圖，圈定煤系賦存范圍，探測同煤層有關的地質構造，確定煤系基底深度等。

    為了適應煤炭工業發展的需要，近年來研究了一些地震新技術，試圖從地面、鉆孔、礦井內準確地研究小型構造，這些方法是：

    ①地面高分辨率地震法　此法提高時間和空間采樣率，改善檢波器特性和埋置條件，激發高頻信息并進行高分辨率處理。在有利條件下，此法可探測落差10米的斷層。

    ②同層地震（槽波地震）法　此法用于巷道或采掘工作面上。由于煤層的波速、密度低于頂底板巖層，因此，在煤層內激發時，可產生煤層內特有的槽波。在一定條件下，槽波被限制在煤層內傳播。如果，在同一煤層內布置激發點和接收點,就可準確地發現落差僅1米或稍大于煤層厚度的小斷層并判斷其延伸。同層地震法有反射法和透射法兩種,其原理見圖1同層地震法原理圖。同層地震法已在各國廣泛使用。

    ③孔間地震法　此法在一個鉆孔中激發，在另一個鉆孔中接收反射波，用于研究孔間反射層。其特點是不受地表風化層的影響，獲得較高的頻率信息。孔間地震法主要用于研究孔間的地質構造。

    此外，三維地震技術、橫波技術、礦井高分辨率地震勘探技術等也在煤田勘探開發中取得了良好效果。圖2中國南方煤田的地震時間剖面圖為中國南方煤田的地震時間剖面。

    地球物理測井　煤田中的每個鉆孔都要進行地球物理測井，主要用于確定煤層和巖層的深度、厚度及其結構,含水層的深度和厚度,裂隙發育帶、斷層點、破碎帶、地溫異常帶的位置，放射性物質的賦存狀況等。采用數字記錄和數字處理技術，還可以測定煤層的煤質（主要是碳、灰分、水分的含量）和巖層的物理、力學性質等。由于地球物理測井所取得的地質資料精度不斷提高，解決地質問題的范圍不斷擴大，因此，在某些地質條件、物性條件較好的地區廣泛采用無巖芯鉆進，大大提高了鉆探效率，降低了勘探總費用。

    常用的測井方法有：電法測井、聲波測井、放射性測井、井溫測量、地層產狀測量、井徑測量和井斜測量等。

     感謝讀者推薦！　作者：衛國英、唐建益