煤田地球物理勘探

煤炭資源在地殼中的分佈受地質構造條件控制。同其他地質資源相比，煤田的分佈範圍較廣。但煤田地質構造類型複雜，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、總迴風巷的位置和劃分初期採區的需要，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。對於採用現代綜合機械化採煤設備的礦區，還應查明落差或起伏僅十餘米、數米或更小的斷層、褶皺，使開採計劃切實可行，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；與鑽探配合密切；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、電法和測井應用得最廣泛。

用於瞭解基底起伏、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，重力勘探還用於瞭解覆蓋層下煤系的分佈範圍、研究小斷層、確定岩溶發育帶等。

同重力法配合研究基底起伏，瞭解岩漿岩的分佈範圍和相對厚度。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範圍，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）。

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。由於煤系同古地層間往往有明顯的電性差異，所以常採用電測深法、電磁頻率測深法尋找含煤區，圈定煤系的賦存範圍，追索煤層或煤組的分佈，劃分不同巖段，研究斷層。充電法可用於探測廢礦井的位置、邊界。自然電場法用於追索薄覆蓋層下的無煙煤露頭和煤層的燃燒帶。各種電法還廣泛用於解決礦區的水源、水文地質和工程地質問題，如確定古河牀位置，尋找和圈定含水層的範圍和岩溶發育帶，測定地下水流向、流速等。近年來，還研究應用鑽孔間和礦井內的無線電波透視法，瞭解兩個鑽孔間的岩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。

最初用折射法進行地質填圖，圈定煤系的分佈範圍並判別巖性，目前已普遍採用共反射點多次覆蓋方法。由於煤層同頂底板岩層的物性有明顯的差異，煤層界面的反射係數遠大於一般岩層，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，所以常用於煤田的勘探階段。

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，圈定煤系賦存範圍，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、鑽孔、礦井內精確地研究小型構造，這些方法是：

①地面高分辨率地震法　此法提高時間和空間採樣率，改善檢波器特性和埋置條件，激發高頻信息並進行高分辨率處理。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　此法用於巷道或採掘工作面上。由於煤層的波速、密度低於頂底板岩層，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，在同一煤層內佈置激發點和接收點,就可精確地發現落差僅1米或稍大於煤層厚度的小斷層並判斷其延伸。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　此法在一個鑽孔中激發，在另一個鑽孔中接收反射波，用於研究孔間反射層。其特點是不受地表風化層的影響，獲得較高的頻率信息。孔間地震法主要用於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。

煤田中的每個鑽孔都要進行地球物理測井，主要用於確定煤層和岩層的深度、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、地温異常帶的位置，放射性物質的賦存狀況等。採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）和岩層的物理、力學性質等。由於地球物理測井所取得的地質資料精度不斷提高，解決地質問題的範圍不斷擴大，因此，在某些地質條件、物性條件較好的地區廣泛採用無巖芯鑽進，大大提高了鑽探效率，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、井温測量、地層產狀測量、井徑測量和井斜測量等。