综合电法

2024-07-21

综合电法（共10篇）

综合电法篇1

0 引言

近年来, 随着经济高速增长, 城乡建设加快, 人口的集中使得饮水难的问题越来越突出, 在灰岩山区这一问题更为严重。为了解决老百姓用水难的问题, 寻找地下水源是关键, 但在岩溶地区地下水往往以似地下管网的形式存在, 这使得很多勘探方法难以取得理想效果。高密度电阻率法和联合剖面法是探测中常用的有效方法, 但在实际工作中两种方法常常单独使用。而联合两种方法其实可取得更佳的效果, 而如何综合分析好两种资料是直接关系到勘测结果正确与否的重要环节。本文以某岩溶石山找水项目为实例, 联合使用了这两种方法, 验证了其有效性。

1 高密度电阻率法的基本原理

高密度电阻率法与常规直流电法一样, 是以探测地下目标体导电性差异为基础的一种物理勘探方法。当人工向地下加载直流电流时, 在地表利用相应仪器观测其电场分布, 通过研究这种人工施加电场的分布规律来达到要解决的地质问题的目的。在施加电场的作用下, 地层中传导电流的分布规律, 求解其电场分布时, 电场分布满足以下偏微分方程:

式中x0、y0、z0为电场点坐标, x1、y1、z1为源点坐标。

当x0≠x1、y0≠y1、z0≠z1, 即只考虑无源空间时, 上式变为拉普拉斯方程:▽2U=0。但是在复杂条件下, 无法求得拉普拉斯方程的解析解, 因此主要是采用各种数值模拟方法。例如:二维地电模型使用点源二维有限单元法、三维地电模型则使用有限差分法来解决上述问题。高密度电阻率法在工作时, 通过给AB极供电, 利用MN测量电位差AV。

2 联合剖面电阻率法的基本原理

联合剖面法是电阻率剖面测量的一种方法, 从其物理性质及电法分析, 该方法受体积勘察效应影响较小, 可提供电阻率剖面测量对直立电阻率接触面或含水构造等所引起的视电阻率异常的分辨率。

联合剖面法装置是由两个三级排列装置AMN∞和∞MNB联合组成。

AMN和MNB相对观测点“O”对称而置, 公共电极C垂直于A、B联线置于无穷远 (实际上是垂直于A、B联线的3~5倍OA的距离) , 在测量过程中, 假定C极对M、N点之间产生的电位差不起作用, 当移动整个装置逐点测量, 在每一个测量点上进行两次视电阻率观测, 一次A、C供电, M、N观测得ρSA, 另一次B、C供电, M、N观测得ρSB。以测线方向为横轴, 以垂直方向表示ρ值, 则在同一测线上得到ρSA和ρSB两条视电阻率曲线。

3 应用实例

3.1 场区地球物理条件

某工程的地质目标:用地面物探方法勘测调查靶区物探测线上岩溶发育情况, 为岩溶水开发利用示范项目的地质调查确定钻孔位置提供依据。

工区储水构造位于乌江左岸, 普子向斜南端, 核部地层为三叠系中统巴东组 (T2b) , 翼部为三叠系下统嘉陵江组 (T1j) 、大冶组 (T1d) 二叠系 (P) 、奥陶系 (O) 、寒武系 (∈) 。总面积175.83km2, 岩性以碳酸盐岩为主, 夹少量页岩, 碳酸盐岩分布面积163.93km2, 占流域面积的93.23%, 岩层倾角10°~20°左右。各地层面积分别为, 巴东组 (T2b) 8.45km2, 嘉陵江组 (T1j) 55.64km2, 大冶组 (T1d) 46.21km2, 二叠系上统 (P2) 25.82km2, 二叠系下统 (P1) 22.21km2, 志留系 (S) 3.45km2, 奥陶系下统南津关组 (O1n) 9.48km2, 寒武系上统毛田组 (∈3m) 9.48km2。

场区表层为农田或山坡地, 接地条件良好, 下层为灰岩。可见各介质之间存在明显的电阻率差异, 具备了地球物理条件, 介质间电阻率参数见表1。

3.2 野外数据采集以及数据处理

本次高密度电阻率法工作的资料分析、处理是对原始数据转换为RES2D (3D) INV格式, 剔除数据的异常点, 绘制出剖面视电阻率等值断面图, 进而通过反演, 分析场地的电性变化及趋势, 结合场地工程地质勘察资料进行对比、综合分析、判断, 从而得出解释结果。反演计算时采用了多组不同的反演系数, 先根据高平滑度反演断面对电性异常区进行定性分析, 再结合相关地质成果, 根据低平滑度反演断面做定性解释。

联合剖面电阻式由两个三极装置组合而成, 将ρSA和ρSB绘在同一坐标轴系统内, 即得出ρSA、ρSB曲线。如果两条曲线出现交点, 并且交点左侧ρSA>ρSB, 交点右侧ρSA<ρSB, 将这种性质的交点成为低阻正交点。而低阻正交点的出现正是反映了地下低阻体的存在, 在该交点处, 一般为破碎带富水构造。

根据勘测任务和地形条件, 依据参数选择的基本方法, 经过工区典型性试验, 高密度电阻率法设计测点间距10m, 联合剖面法间距10m, 地形影响较大的地区点距视情况调整。

3.3 资料解释

图2是场区WT51测线的高密度解释剖面图, 从剖面图可以看出, 在里程380m~440m下方, 深度100m~120m处, 有一低阻异常带, 但出现的深度较深, 结合原始资料、反演资料和现场踏勘分析, 推断该处应为假的低阻异常区域;在里程510m~550m下方, 深度约20m~40m处有一低阻区域, 综合推测该处应为低阻异常区域。图3是测线WT51联合剖面法数据曲线, 三角形符号的实线为ρSA, 菱形符号的虚线为ρSB;从联合剖面视电阻率曲线可以看到, 整条测线的视电阻率对数值分布大致在100~1000Ω·m之间。视电阻率联合剖面曲线在400m和550m出现了明显的低阻正交点。再通过上述高密度电法的资料分析, 初步推断400m处的异常点不太可靠, 550m处的异常点和高密度电法中的异常点较为吻合, 可建议在该处定孔。

图4是场区WT61测线的高密度解释剖面图, 在里程540m~780m下方, 深度约40m~60m处有一低阻区域, 推测该处应为低阻异常区域。图5是测线WT61联合剖面法数据曲线, 从联合剖面视电阻率曲线可以看到, 整条测线的视电阻率分布大致在1000~6000Ω·m之间。视电阻率联合剖面曲线在350m和540m出现了明显的低阻正交点。再通过上述高密度电法的资料分析, 初步推断350m处的异常点不太可靠, 判定540m处的异常点和高密度电法中的异常点较为吻合, 可建议在该处定孔。

根据钻孔验证, WT51测线在里程550m和WT61测线在里程540m处均打到岩溶地下水, 与物探成果基本吻合, 表明了两种方法联合的可行性和有效性。

4 结论和建议

本文提到的综合物探的方法, 通过实例利用两种方法联合处理, 较准确地查明了地下水源的发育情况。充分发挥了物探方法在岩溶石山中找水的优势和潜力, 综合多种合理的物探方法联合勘测, 极为有效。

对于联合剖面法, 一般对其要求较高, 可多试验几种不同的间距, 比较其效果。由于联合剖面法在地形起伏较大时会减弱其效果, 在实际工作时, 应根据当地的地质情况综合分析。

参考文献

[1]卢玉邦, 郎景波, 付志刚等.基岩山区寻找构造裂隙水技术的应用[J].黑龙江水利科技, 2004, (4) :55~56.

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[3]肖宏跃, 雷宛, 雷行健.高密度电阻率法中几种装置实测效果比较[J].工程勘察, 2007, (9) :65~69.

[4]李金铭.地电场与电法勘探[M].北京:地质出版社, 2005.

[5]吴占华.联合剖面法在山区找水中的应用[J].地下水, 2007, (5) :112~113.

[6]卞兆津, 叶明金, 刘斌辉.红层地区综合应用联合剖面法和激发极化法找水一例[J].物探与化探, 2008, (3) :306~307.

[7]刘春华, 李其光, 宋中华等.水文地质与电测找水技术[M].郑州:黄河水利出版社, 2008.

[8]李银真.高密度电阻率法物探技术及其应用研究[D].辽宁工程技术大学, 2007.

综合电法篇2

关键词：电法勘探方法；特点；应用

电法勘探作为一种找矿的物探方法，其是根据岩体的电磁性和电化学特性所发挥的导向性作用而进行的。根据电磁场的时间特性，可以将电法勘探方法划分为电阻率法和瞬变电磁法。不同的电法勘探方法以其观测方法不同，对于地质环境的适应性也会有所不同。因此，在开展地质勘探工作中，要提高工作效率，就要选择不同的勘探方法，也可以综合运用多种方法，以提高勘探工作质量。

一、电法勘探方法的特点

（一）电阻率法的特点

电法勘探的理论方法研究上，电阻率法的理论资料简单，应用技术相对成熟。在开展地质勘探中，电阻率法主要用于浅层的地质异常体分辨，随着勘探位置不断加深，其体积勘探的能力就会相应地弱化。但是，电阻率法同样不适宜用于地表勘探，特别是干燥气候区域的地质勘探，在进行勘探中会严重受到浅部高阻屏蔽的影响。由此可见，采用电阻率法进行勘探，会受到地形、地貌和勘探深度的影响。比较适合于低阻地质异常体的勘探，可以获得良好的勘探效果。

（二）瞬变电磁法的特点

瞬变电磁法（简称为“TEM”）分析地下资源的分布情况，是将回线中的电流采用的是间歇式发送方式发送到地下，利用电磁场的间歇接收电流，根据地下的地质体感应做出时空分布，并探测区域的地质构造和各种地下资源，同时还可以对探测区域的地质问题有所深入了解。瞬变电磁勘探又被称为“纯异常法”，采用这种方法进行地下资源探测时，可以对地下的导电介质具有强烈的反映性，可用于断层、隔水层以及裂缝的地质环境进行探测[1]。（下图为瞬变电磁勘探仪器）

瞬变电磁勘探仪器

瞬变电磁勘探是在电磁感应的作用下完成的，当电流被传送到地下，如果采用电阻率法会产生电极接触条件发生改变而影响到探测效果。采用瞬变电磁勘探，则其具有一定的灵活性而对这种现象具有规避作用。瞬变电磁勘探的优势还在于，物探仪器可以根据勘探区域的实际情况改变参数，并根据施工情况相应地调整参数，以使勘探效率有所提高，并不会降低勘探质量。此外，瞬变电磁勘探可以穿透高阻覆盖，这种高强的穿透力时期在勘探的过程中，并几乎不会受到地质环境影响，也不会因地形的变化而影响到勘探效果。瞬变电磁勘探方法以其体积小、高灵敏度的特点，一旦遇到低阻体就会及时做出反映。

二、电法勘探方法的应用

电法勘探方法在地质勘探中被广为应用，包括煤炭资源的勘察、水资源的勘察等等，都可以对于资源定位。首先是对于勘察资源所在区域进行圈定，并提供该地区的地质构造、地层情况，资源所在地层厚度以及埋藏深度等等。对于煤资源的勘察，还可以对隐伏煤层露头位置进行追蹤，甚至可以将正在燃烧或者燃后煤层进行圈定。也就是说，采用电法勘探已经不再局限于寻找煤资源，而是为煤炭的高效、安全生产服务。对于水资源的勘察亦是如此，首先是对水文地质状况进行分析，包括勘察区域的地质构造的断层情况和褶皱情况，对于该种构造的分布状况进行分析，追踪地质构造的布展方向，对于水文地质资料进行收集。其次，是将水资源地质区域的含水层探测出来，探明隔水层的层厚，所在地下深度，导水通道的布局以及延伸等等。当勘察区域的裂隙发育、岩层控水构造确定之后，就可以评价富水性。为了提高电法勘探的工作效率，在进行水文电法勘探的时候，可以对勘探的地质构造以精确定位，探测含水性的敏感度，以提高水资源勘探的可靠性[2]。

以对黄土高原的水资源勘探为例。黄土高原属于是风沙滩地，所勘探之地为裂隙发育粗粒砂岩，地质结构松散，水层厚且埋藏浅，虽然黄土高原为缺水地带，但是部分地段依然具有富水性。对该地区进行水资源勘探作业，出于该地区的地质结构复杂，且水资源稀缺，采用敏感度较高的瞬变电磁法配合直流电测深法。为了能够对富水区情况以控制，在测线方向上，将其确定为平行于勘探线，选用使用25×25米重叠的回线装置。多次采用叠加技术可以提高对地磁的抗干扰能力，对于TEM（瞬变电磁阀）的网度选择，根据地质勘测情况选择200×200 米，频率25 赫兹。通过采用瞬变电磁法对含水岩层电性进行测试，都表现出较高的低阻反应，由此而可以断定，含水层所在位置的土层赋存厚度相对较大，渗透系数较小。

结论：

综上所述，电法勘探被用于地质勘探中，主要被用于煤炭、水资源等等的勘察。近些年来，这种电法勘探中的电阻率法和瞬变电磁法已经被逐渐地扩展到更多的领域中。特别是瞬变电磁法，以其高敏感度和对应用环境的灵活性而被有限选用，使勘探工作效率有所提高。

参考文献：

[1]甘之翔，张艺.电法勘探方法发展与展望探析[J].地球，2013（01）：128-129.

电法找水方法的应用篇3

1 裂隙水的分类及贵港地区水文地质概况

1.1 裂隙水的分类

受多期地质构造的影响,广西各地区的地层和岩石遭到不同程度的破坏,为地下水的赋存创造了有利条件。实践证明:基岩裂隙水的赋存、补给、径流、排泄条件受地层、岩性、地质构造、地貌和气候条件的控制,而在所有控制当中,地质构造起主要作用。因此,根据地层岩性、含水层位的产状和裂隙的成因,将基岩裂隙水划分成5类。

①沉积岩成岩层状裂隙水;②火成岩成岩裂隙-孔洞水;③风化裂隙水;④构造裂隙水;⑤碳酸岩孔洞—裂隙水。

1.2 贵港地区水文地质概况

广西贵港地区及周边地区处于南华准地台桂中—桂东台陷中的大瑶山隆起西南端南缘贵县向斜北翼,从地质力学观点划分为广西“山”字型构造前弧弧顶区,属孤峰岩溶平原地貌。根据地质时代、岩性特征、地下水类型、水文地质条件的不同,将本区划分为4个含水类型。

①洪积、冲积孔隙水;②白垩系火成集块岩、砂页岩、白云岩、灰岩裂隙水;③上侏罗系含煤地层裂隙水;④煤层基底裂隙水。

总之,贵港地区裂隙发育,为地下水的赋存创造了有利的条件。

1.3 以往找水方法

为了满足某些单位、地区的用水需要,以往我们采取了水文地质找水法,主要依据地貌现象寻找破碎构造带。该方法简单方便,但准确率不高。为了提高找到地下水的效率,近年来我们采用了电法找水。

2 应用电法找水的准确性

2.1 电法找水含义及理论依据

所谓电法就是用电场测量地下岩石的视电阻率,根据岩石视电阻率不同,可以划分出岩石界面的一种方法。水的电阻率很低,利用水与围岩的明显电性差异来寻找赋水位置的一种方法称电法找水。目前,电法找水有多种方法,其中最常用的是视电阻率法和视极化率法(也称激发极化法)。电法找水的理论依据是利用岩石的这种电性差异,当我们在地面用两电极向地下供电时,在两极间就形成了一个电场,在这个电场中我们用仪表测出某点的电位和电流强度,从而求出该点的视电阻率。如果在电场之间有水,那么会在水位上面显现低阻值。电法找水就是根据这样的手段进行的。

2.2 应用电法找水的准确性

电法找水的理论依据是科学的,因为电阻率反映出地下岩石的导电能力,所以我们得到的电阻率值恰恰反映了岩石的电性,因而我们能找到准确水位。找到水位后,可在水位上面应用测深法求出该水位的埋藏深度,同时根据多个测深点可以得到赋水构造的走向和倾向。因此,电法找水准确率高,是其他地质方法所无法比拟的。

3 电法找水在贵港地区的应用

广西电力工业勘察设计研究院在贵港应用电法找水已多年,效果显著,已为贵港市多家单位与变电站成功寻找出出水量为50 t/h以上的地下水,成功率可达90%以上。

采用视电阻率法中的对称四极装置对该地区进行勘测,勘测结果表明,该地区地层平均视电阻率为200～1 000Ω·m,高值达1 500Ω·m以上,而低值只有200Ω·m多,据此发现了一条大致北西向的低阻异常带,初步认为由含水构造带引起。

测深结果表明:地表浮土的电阻率在36～266Ω·m,裂隙发育带的电阻率在182～244Ω·m内变化,而基岩的电阻率在456Ω·m以上,因而可确定该构造带为含水构造带。同时,测深结果还表明,含水带在地面以下87 m处附近。钻探成井表明,出水深度为89 m,单口井出水量为50 t/h。

4 几点说明

通过上例我们发现,该方法简单方便,所测得的ρs能反映出含水带的走向及倾向。但是,该方法也有许多不足之处。如,当测量电极MN采取不同的极距时,将直接影响我们对含水构造带的观测;当MN过小时,观测困难;当MN过大时而含水构造带过窄时,容易漏掉异常,难以达到找水目的。

根据多次为地方找水所获得的直接经验判定,MN最佳极距为:

MN=1/3×AO～1/15×AO (AO为供电电极的1/2)

影响观测结果的还有另外一个因素,就是大地游散电流的影响。所谓大地游散电流就是工业接地电流。它的存在,使我们的观测有时无法进行。通过实践,我们发现采用不极化电极能够克服这一不良影响。

5 结语

目前,我国各地找水均采用电法找水,有的依据岩石的电阻率,有的依据岩石的极化率。近年来又兴起了半衰时法、声选频大地电场法等找水方法。总之,相比其他找水方法电法找水效益可行,效果极佳,而随着电法仪的不断更新,方法的不断改善,电法找水越来越准确,相信今后解决缺水地区的用水问题将不再是件困难的事情。

参考文献

[1]霍明远.地下水资源系统勘查技术与综合评价方法[M].北京:科学出版社,1992:135-205.

[2]王俊业.三叠系下统地层的电性特征及富水性分析[J].物探与化探,2000,24(4):307-309.

[3]钟新维,陈居和.找水新法[M].北京:水利出版社,1987.

综合电法篇4

关键词：金属矿勘查；电法勘探；应用

1电法勘探的发展现状、具体概念及优势所在

所谓电法勘探主要是指地质工作者根据地壳中各种岩石或矿体的不同电磁学性质和电化学特性，通过对人工或天然电场、电磁场以及电化学场的有效空间分布规律和时间特性的观测研究，来寻找不同类型的有用矿床和查明地质构造以及解决地质问题的地球物理勘探方法。目前电法勘探经过不断发展已经被广泛应用在寻找金属矿、非金属矿床、勘探地下水资源、应用于某些建筑工程地质以及深部地质问题等领域中。当前随着科学技术的飞速发展，科学家们已经根据不同的野外测区地质条件、工作效率、解决地质问题能力的不同等各个方面探索出各种不同的电法勘探技术，主要有电阻率法、瞬变电磁法以及CSAMT法等各种方法。各种电法勘探技术都有其特定的应用范围和优势，总得来说电法勘探具有成本低廉、绿色环保、设备轻巧、易于搬迁和施工灵活等优势，其获得的资料分辨率更高、探测更为精确，在金属矿勘查中有着广阔的应用前景。

2电法勘探在金属矿勘查中的具体应用

电法勘探极大的满足了金属矿山的勘探工作，在实际应用中要提前对矿区的地质构造、水文等进行研究，选择合适的电法勘探方法，保证电法勘探技术的正常应用。在实际的金属矿勘探过程中，主要采用以下几种方法来进行勘探：

（1）激发极化法：其工作原理是当电极排列向地面供入或者切断电源的瞬间在测量电极之间可以观测到随着时间的变化的附加电场。它以岩石、矿石之间的激发极化效应的差异作为基础来对金属矿床等进行勘察，其主要测量二次场，其优势在于不受地形起伏和岩石周围电性不一致的影响的特点，而且具有可测量参数多的优势。初期这种方法主要应用于勘查硫化金属矿床，后来随着科学技术的不断发展应用到了诸多领域，例如各种金属矿床和非金属矿床、工程地质等方面，目前已经得到了更加广泛的应用。

（2）瞬变电磁法：这种方法是指利用不接地或者接地线向地面或者矿山发送一次场，在一次场的间歇期间，测量由地质体产生的感应电磁场随着时间的变化，来根据二次场的衰减曲线特征判断地下不同深度的地质体的电性特征及规模，这种方法可以消除一次场所产生的各种由装置带来的噪音，体积小分辨率高，探测深度深以及受旁侧地质体影响小的优点。

（3）CSAMT法：這种方法可以在那些具有较强干扰的金属矿区进行作业，其抗干扰能力强，它通过利用改变频率而不改变几何尺寸来进行不同深度的电测，不仅提高了工作效率而且减轻了劳动强度，可以一次性完成七个点的电磁测深，方便简单，其通过接收频点和采用整条断面反演，有效的提高了分辨率，其对地形要求不高，适应性很强，而且勘探范围大，当某些地质体无法使用直流电法勘探时，可以采用此法。

除此之外，在利用电法勘探金属矿的时候还应该在仪器、信号处理以及方法等几个方面多加注意：

在使用仪器方面，勘探工作者要根据矿山的电磁干扰的频率范围和强度情况，设计各种滤波器来对各种干扰进行消除，尤其要注意控制来自地面的共模干扰，因此在利用电法勘探在金属矿山时应该在使用仪器前置精密隔离放大器以此来放大有效信号，抵抗干扰，根据金属矿山受干扰的具体情况如强干扰或者是中干扰乃至是弱干扰来灵活选择合适的放大器和滤波器。

在信号处理方面主要是要A/D转化后所产生的数字信号进行处理。金属矿山周围的电磁干扰具有随机性的特点，其干扰出现的时间、强度也具有随机性，因此可以通过长时间的持续观测来探求其干扰规律，找到其频率分布范围，总结出干扰的特点规律，以此来设计电法仪器的各种滤波器，同时还可以通过模拟信号处理和数字信号的有机结合来达到良好的效果。

在采用电法勘探对金属矿山进行勘查的过程中还应该注意根据矿山的具体特点来选择合适的方法。金属矿山地质勘探要求高、难度大，易于受到各种干扰，同时地下存在着大量的人工坑道，这些都会对电法的正常勘探带来不良干扰，可以通过开展多参数的测井、近矿激电法、井下电法、地面电法等多种方法来加强对金属矿山的勘查的准确率。

3電法勘探应用于金属矿勘查中的难点介绍及注意事项

实践证明，电法勘探在金属矿产的勘探中具有其天然优势，近年来我国不少地区综合利用电法勘探已经在不少矿山深部以及许多大中型金属矿山得以充分利用等取得了丰硕的成果，为我国金属矿产资源的充分开发做出了巨大的贡献，但是由于电法勘探受制于其自身的特点，一旦生产矿山附近地区存在工业设施，其电力线所产生的电磁干扰将会对电法勘探产生极大的干扰，严重影响了电法勘探的正常工作效率，其次不少生产矿山附近存在着的坑道也会对电法勘探的工作效率造成诸多的不便。但是同时也应该看到，虽然电法勘探在使用中会受到各种不良的干扰给其正常的工作带来影响，但是这些干扰和不良影响并非是不可以控制和消除的，只要我们在实际作业中采用正确的控制方法，从仪器、信号、数据处理等各个方面进行有效控制，那么一定会在金属矿的勘查中取得良好的效果。因此在电法勘探的实际应用中如何有效避免电磁干扰及大量坑道对电法勘探所带来的不良影响，这是正常电法勘探所必须要面对和有效解决的。

总结：综上所述，电法勘探在金属矿勘查中具有极大的优势，前景广阔，因此在实际使用电法对金属矿山进行勘探的过程中要注意做到发挥其优势，采用各种方法来避免其受到不良影响和干扰，努力在实际应用中取得良好效果。

参考文献

[1]严建民，翟彩兰，陈昌礼，王星明. 电法勘探在金属矿勘查中的应用实例[J]. 石油仪器，2012，05：802-803.

[2]柴铭涛. 金属矿地震数据采集与处理技术研究[D].中国地质大学（北京），2010.11（06）：762-763

[3]陈志坚，鄂阿强.金属矿产深部产出特征及勘查技术方法[J].科技传播，2011，12（03）：76-78.

超高密度电法的对比分析研究篇5

为适应物探发展的需要,上世纪八十年代提出高密度电阻率法,并且在众多实践中取得了良好的应用[1,2,3,4,5,6]。随着计算技术的发展,数据的采集方式由原始的单通道采集发展至多通道采集,类似于地震方法中的数据采集方式,通过多通道覆盖得到满通道数据,提高已布好电极的使用率。由于更丰富的数据量,使获得的结果更加真实可靠。这种方法称为超高密度电法。

超高密度电法勘探反演系统采用全自动、自由组合的数据采集方式,使得同样电极数的情况下,采集的数据量超过常规方法的40倍以上,无须顾忌各种不同的数据采集装置的优缺点。同时,其多通道的工作模式能够同时采集n-3组V/I数据,其中n表示测线电极数,所以不会因为采集数据过大而影响采集速度[7]。因为与常规高密度电阻率法相比拥有诸多的优势,所以超高密度电法越来越多地被应用于各类工程勘察中,并取得了良好的效果[8,9,10,11,12,13]。

与传统方法相比,该方法有诸多优点:首先,不受传统采集技术的限制,采用多通道采集技术,所有电极可同时进行数据采集,能充分利用已布置好的电极,提高电极利用率;其次,不受固有采集模式的限制,可以结合多种数据采集方式,例如AM=NB时为α排列、AM=MN=NB时为温纳排列、AB=MN时为偶极排列等,在超高密度电法进行数据采集时,多种排列均出现,故不受固有模式的限制;最后,在没有过多影响采集速度的条件下得到更丰富的地下介质数据,从而获得更加真实的反演结果。

1 超高密度电法基本原理、观测方式

1.1 基本原理

超高密度电法是常规电法的改进形式,其基本原理同样是以岩、矿石的电性差异为基础,通过观测与研究人工建立的稳定电场分布规律来解决各类水文、环境和工程地质问题。

在视电阻率测量过程中,通过供电电极向地下半空间输入供电电流I,同时由观测电极记录在介质中产生的电位差△U,并且通过以下公式计算地下介质的视电阻率ρs:

式中:ρs为地下介质的视电阻率(Ω·m);ΔU为电位差(V);I是供电电流(A);K为电极系数(与A、B、M、N的排列及间距有关;对于固定的电极排列K为常数)。

在地球物理勘测中,根据计算所得视电阻率值,通过正演计算和反演成图,最终得到地下半空间环境的视电阻率反演示意图,从而判断可能存在的地下介质异常。

1.2 采集方式

超高密度电法的数据采集实际上是一种加密的列阵方法。其工作原理基于垂向直流电测深、电剖面和电阻率层析成像。

现场测量时,只需将全部电极布置于一定间隔的测点上,然后用多芯电缆将其连接到所有电极上,如图1所示,采用64电极为例,将排列的64电极分为奇数组(1、3、…、61、63)和偶数组(2、4、…、62、64),然后在两组电极中各选取一个作为供电电极,配对方式采用电极的奇偶配对,供电电极为AB,其变化规律为1-2,1-4,…,1-62,1-64;3-2,3-4,…,3-62,3-64;……;63-2,63-4,…,63-62,63-64。在一次测量过程中同时测量其他电极所能组成的MN电位差,就可以得到最多61个电位(MN1,MN2,…,MN61)数据信息。而奇数组32个电极和偶数组32个电极互相配对作为供电电极,即有32×32=1024次供断电过程,若在保证所有电极接触良好的条件下,每次供电可最多同时采集61个电位差数据,故总的数据量大约最多为32×32×61个。常规高密度电法相同条件下仅仅能采集650个不同电压信号数据[14]。

2 超高密度电法对于模型的响应分析研究

一种典型的模型,如图2。

模型简述:模型为双层结构模型(如图2),地表为低阻、低极化覆盖层,深度为2m,电阻率ρ2=10Ω·m;覆盖层下方为一低阻、高极化正方体模型,边长为4m×4m,中心位置为(24m,6m),电阻率ρ1=5Ω·m;每行排列48根电极,数据层数为12层,模型背景电阻率ρ0=100Ω·m。

3 超高密度电法与常规高密度电法的对比

3.1 超高密度电法三极装置与常规三极装置对比分析

本节采用超高密度电法三极装置和常规三极AMN装置进行对比分析。

图3为模型的超高密度电法三极装置视电阻率反演示意图,图4为模型的三级AMN装置反演示意图。

对比图3、图4可以很清晰地看出,超高密度电法三极装置对于第二层正方形模块具有更明显的分辨能力。

3.2 超高密度电法四极装置与常规四极装置对比分析

本节使用超高密度电法中四极装置与常规高密度电法两种四极装置对比。

图5为模型超高密度电法四极装置数据采集方式视电阻率反演示意图,图6、图7分别为对比模型的偶极排列和施伦贝谢尔排列视电阻率反演示意图。

由图5可以看出,超高密度电法数据采集方式反演抗干扰能力较好;对比图5和图6、图7可知,不同采集装置采用所得到的视电阻率反演示意图因装置特点的不同也呈现出不同的探测效果。对于上层低阻覆盖层模型,各种装置虽有反映出来,但对其厚度不能准确给出;对于覆盖层下方低阻正方体模型,偶极排列虽能反映出很好的形态,但深度偏浅;施伦贝谢尔排列反映出的异常深度和形态均出入较大。而超高密度电法四极装置数据采集方式的视电阻率反演示意图能很好地反映模型的形态和位置,低阻覆盖层的厚度与模型吻合,正方体异常也能与模型对应,较好地反映出了地下的电性分布状况。

4 改进型的超高密度电法对于模型的响应分析

本节采用改进型的超高密度电法对模型的响应进行分析,采用三级装置和其他装置进行联合反演。

图8为AMN三极装置视电阻率反演示意图;图9为AMN三极装置与偶极偶极装置混合视电阻率反演示意图;图10为AMN三极装置与施伦贝谢尔装置混合视电阻率反演示意图;图11为AMN三极装置与偶极偶极、施伦贝谢尔装置混合视电阻率反演示意图。

在稍复杂模型异常条件下,由图8～图10可知,当在三极装置探测效果不理想的情况下,结合四极装置中单一排列进行联合反演,综合比较几种反演图,可提高解释的准确性,避免任意一种单一装置存在的缺陷;由图11可知,将多种排列的数据混合反演,效果要比单一排列更为准确。

结合以上所讨论的结果,可得出在物探反演解释时,选择较多不同装置的混合反演时,反演精度较高,有助于提高物探解释的准确性。改进型超高密度电法采用了不同装置采集的数据进行联合反演,能达到较准确的探测效果。

5 结论

通过实验对同一地电模型的模拟分析可以证明超高密度电法在目标体与围岩存在良好的电性差异时,在确定目标体的范围、深度以及不同岩性分界面方面具有比常规电法更高的探测精度。

除此之外,超高密度电法相比于常规的高密度电法还有诸多的优势。

首先,充分利用已布置好的电极,通过多通道数据采集得到满通道数据,增加数据量,提高电极利用率,最终提高实际工作效率。

其次,改进之后的超高密度电法可以将多种装置进行联合反演,相对于单一装置反演,可以有效避免数据畸变,提高地下介质地电信息的精确度,达到更好的探测效果。

但是在目前,与此方法配套的硬件软件均没有得到合理的开发,还不能大规模地应用于生产,尤其在软件方面,因为算法的限制,反演示意图并没有更好地模拟出真实的地下环境。以后的研究过程中需对此问题加以重视。

摘要：超高密度电法是建立在常规高密度电阻率法基础上的一种新型地球物理探测方法,其继承了高密度电法的诸多优势。首先在数据采集过程中使用多通道数据采集方式,充分利用已经布好的电极,除供电电极以外其他电极均可以进行数据采集,在此过程中缩短了因为进行单一数据采集而消耗的时间,并且增大了数据采集量,从而提高了工作效率;其次,改进型的超高密度电法可以进行多种装置采集所得到的数据联合反演,避免单一数据反演产生的结果畸变,从而提高了探测精度。本文首先介绍了此方法的基本原理、观测方式等;其次通过一个典型模型进行超高密度电法和常规高密度电法的对比分析,确认此方法在实验过程中明显提高了工作效率;此后,在进一步的分析过程中,使用改进型超高密度电法,将若干种装置采集得到的数据分别进行联合反演,还进行了多参数联合反演,取得了良好的应用效果。

直流电法探测煤层充水层效果分析篇6

1电法仪的组成及工作原理

1.1组成

电法仪由5.4 Ah, 10.8 V电池组 (9节1.8 Ah锂电池组成) , 逆变电路, 整流滤波电路, 极性变换发射输出, 单片机控制电路, 接收电路, 显示、存储、通信等电路组成。电法仪组成结构如图1所示。

电池输出的直流电压经逆变升压电路产生70 V或100 V的电压, 经整流滤波、极性变换输出, 通过AB供入大地;同时通过MN接收大地的感应信号, 经A/D转换器放大并转换成数字后送给单片机存入存储器。存储器中的数据通过RS232串行口与计算机进行数据交换;供电时间可选;供出的电流在显示器上显示。

1.2工作原理

矿井直流电法探测属全空间电法勘探。它以岩石的电性差异为基础, 在全空间条件下建场, 在地下巷道中进行电法测量工作。地下电流通过布置在巷道内的供电电极, 在巷道周围岩层中建立起全空间稳定电场, 该稳定电场特征取决于巷道周围岩石的电性特征及其赋存状态, 测量该电场的变化规律, 使用全空间电场理论处理和解释, 即可找到巷道周围岩石中引起电场变化的水文、地质构造等规律。

井下直流电法探测的方法技术很多, 巷道掘进面超前探测使用三点—三极探测法效果好;在工作面采用高分辨电测深法和电透法效果好。高分辨电测深法是研究某一深度方向地层电性变化规律, 从而获得该深度方向上地层中各种地质信息的一种物探方法。它是在同一点逐次增大供电电极距, 使勘探深度由小逐渐变大, 观测测量点附近沿深度方向由浅到深岩石电阻率的变化特征。它主要用于研究解决电性分层和水文地质问题。

该技术改变了传统的探测方法和解释方法, 包括:①不使用传统容易的对数坐标, 而使用难度较大的算术坐标, 进行高密度采集数据;②改变过去单点解释方法, 使用新的断面连续解释方法, 能大大提高解释的准确性;③确定相应方法判断解释潜在突水通道的物探标准。

井下采集的第一手资料是反映岩石电性特征的视电阻率, 使用煤科总院西安分院研制的矿井电法专用软件进行处理、解释:①单独提取视电阻率中的含水信息——用于解释工作面巷道底板50 m深度内的含水、导水规律和潜在的突水通道;②单独提取视电阻率中的岩石电性分层信息——用于解释工作面底板隔水层厚度、含水层厚度、含水层原始导升高度;③超前探测——井下巷道侧帮、掘进面前方50～60 m的断层及含水、导水构造;④立体成图——对工作面底板下不同深度进行类似“CT”成像的断面、平面切片, 分离出电法含水异常区域, 得到视电阻率低阻异常断面图、平面图, 进行立体解释。

2应用效果及验证

2005年8月至今, 鹤煤六矿已多次使用直流电法仪探测矿井水情况, 取得了显著的效果。如:2006年11月14日在2808工作面使用YDZ (A) 型直流电法仪进行了探测。2808工作面向前推进60 m, 工作面运输巷向上15～30 m段内, 经综合分析应有2处积水, 为验证2处老巷积水情况, 采用对称四极测水法进行了探测 (图2) 。

该方法围绕中心点两侧各布置2个铜棒、2个钢桩, 启动仪器接收信号, 采集第1组数据;然后移动铜棒与钢桩, 铜棒向外移动1 m, 钢桩向外挪动4 m, 如此依次采集多组数据, 本次测试共取得15组数据, 共测试15站。测试长度约为120 m, 范围为2808工作面再向前推进60 m, 工作面运输巷向上15～30 m段。应用时间115 min, 工作状态正常。预测结果及评价:本次测试数据全部采用计算机处理, 通过对测试数据的处理, 绘制出2808运输巷向工作面方向40 m的积水情况综合曲线图, 图上反映出2个电阻率异常区, 由此得出结论:①1#异常区。工作面运输巷向工作面方向15 m处视电阻率450 Ωm左右, ρs较低, 其他围岩中视电阻率约1 000 Ωm, 故推测此处有积水。②2#异常区。工作面运输巷向工作面方向25 m处视电阻率300 Ωm左右, ρs较低, 其他围岩中视电阻率约1 000 Ωm, 故推测此处有积水。

钻探队通过探放水, 证明测试结果与实际吻合。另外, 对三水平胶带暗斜井122#测点前50 m使用直流电法仪进行超前探测, 结果反映掘进工作面前方有水, 经钻探队打钻证实为C3L8灰岩含水层水。在2115工作面等地区也进行了超前探测, 结果与实际吻合。实践证明, 直流电法仪在煤矿探测岩石含水层及老空、老巷积水方面起到了非常重要的作用, 为预防矿井水害提供了可靠的依据。

3应用注意事项

(1) 井下工作, 偶极方式施工时, 依次按不同角度对巷道周围或工作面内顶、底板岩石进行多个方向探测, 如探测方向与水平夹角分别为90, 45°探测就可得出顶、底板岩层纵深和平面各方向的赋水信息。超前探测装置施工时, 往往使发射装置和接受装置轴线分别对准巷道正前方及正前偏左、偏右、偏上、偏下等不同角度的多个方向采集数据, 以获得尽可能完整的岩层立体信息。

(2) 直流电法勘探技术具有分辨率高的优点, 但易受干扰。井下存在电缆、铁轨、胶带架、工字钢、矿车等众多金属干扰物, 金属干扰往往成为影响探测效果的重要因素。要尽量创造有利的探测环境, 保障探测效果。

(3) 直流电法仪勘探属全空间范畴, 需利用全空间软件对资料进行处理和解释。掘进工作面超前探测装置解释资料时, 可以借鉴传统的同点装置和偶极装置解释模型。此装置虽然实用、有效, 但也有不足之处, 即在理论上急需研究出超前探测的解释模型, 以提高解释准确度。

4结语

(1) 直流电法仪具有体积小, 分辨率高, 对低阻区敏感及施工快速, 应用轻便、快捷、方便等优点。

试论高密度电法勘探技术的应用篇7

1 高密度电法工作原理

高密度电法是工程物探有效方法之一, 由常规电法发展而来, 就其原理而言, 与常规电阻率法完全相同, 仍然以岩、土的电性差异为基础, 通过观测和研究人工建立的地下稳定电场的分布规律来解决矿产资源、环境和工程地质问题。当人工向地下加载直流电流时, 在地表利用相应仪器观测其电场分布, 研究在施加电场的作用下, 地层中传导电流的分布规律即视电阻率的分布规律, 根据不同部位电阻率的差异性来推断岩溶发育情况等。

高密度电阻率法的物理前提是地下介质间的导电性差异。和常规电阻率法一样, 它通过A、B电极向地下供电流I, 然后在M、N极间测量电位差ΔV, 从而可求得该点 (M、N之间) 的视电阻率值ρs=KΔV/I。根据实测的视电阻率剖面, 进行计算、分析, 便可获得地下地层中的电阻率分布情况, 从而可以划分地层, 判定异常等。

2 高密度电法的特点

高密度电阻率法是一种阵列勘探方法, 野外测量时只需将全部电极 (几十至上百根) 置于测点上, 然后利用程控电极转换开关和电测仪便可实现数据的快速和自动采集。当测量结果传送至电脑后, 对数据进行处理并给出关于地电断面分布的各种物理解释的结果。相对于常规电阻率法而言, 它具有以下特点:

(1) 电极布设是一次完成的, 这不仅减少了因电极设置而引起的故障和干扰, 而且为野外数据的快速和自动测量奠定了基础。

(2) 能有效地进行多种电极排列方式的扫描测量, 因而可以获得较丰富的关于地电断面结构特征的地质信息。

(3) 野外数据采集实现了自动化或半自动化, 不仅采集速度快 (大约每一测点需2~5s) , 而且避免了由于手工操作所出现的错误。

(4) 可以对资料进行预处理并显示剖面曲线形态, 脱机处理后还可以自动绘制和打印各种成果图件。

(5) 与传统的电阻率法相比, 成本低、效率高、信息丰富、解释方便、勘探能力显著提高。

3 结果讨论

在某工程中对温纳剖面法、施伦贝尔测深法进行了比较分析。勘察路线约1km, 针对勘察路段的岩溶发育规律, 为了达到应有的勘察深度拟选用温纳剖面法、施伦贝尔测深法两种测量方法, 具体的参数相同, 电极间距为4m, 最大电极数60根, 最大隔离系数为10, 最小隔离系数为1。测线长度为236m, 理论勘察深度为40m, 符合勘察要求。

图1为温纳剖面法成果反演图像, 反演误差为43.9%, 迭代次数为7次, 反演结果可信度较低。

图2为施伦贝尔测深法成果反演图像, 反演误差为122%, 迭代次数为6次, 反演结果可信度非常低。而且两种的方法所得数据在反演时收敛极限几乎为零, 即反演已经到了极限步骤, 无法继续反演。根据该地段的岩溶发育规律可知, 发育较大溶洞的可能性较小, 溶洞内多为粘土充填, 所以在推断时应选择低阻区为可能存在溶洞的区域。

从图1中可以看出低阻区分布比较集中, 区域较大, 发育如此大的溶洞可能性较低, 所以反演的结果不能采用。

而图2中的图像, 杂乱无章毫无规律可言, 甚至出现不正常的现象, 如对称出现的高阻区。可以说施伦贝尔测深法在该地段的勘察基本失效。

为了证明接地条件较差时反演结果不理想, 把电极布设在土壤中, 用温纳剖面法测得一段数据, 如图3所示。所用电极总数为24, 最大隔离系数为7, 反演误差为9.4%, 迭代次数为10次, 而且在反演过程还未达到收敛极限。可以看出, 在接地条件较好时, 数据反演的结果也具有较高的可信度。

结语

根据高密度电法在实际工程中应用可以得到如下结论:

(1) 高密度电法勘探具有成本低、效率高、解译方便等特点。

(2) 在接地条件较差时, 温纳剖面法的测量效果远大施伦贝尔测深法, 实际运用时宜选择剖面法。

(3) 接地条件较差时所测得的数据在反演时误差较大, 可信度偏低, 解译时不可迷信反演结果。

参考文献

[1]刘晓东, 张虎生, 黄笑春等.高密度电法在宜春市岩溶地质调查中的应用[J].中国地质灾害与防治学报, 2002, 13 (1) :72-75.

[2]田玉昆, 刘怀山, 张晶等.高密度电法寻找地下水在即墨地区的应用[J].工程地球物理学报, 2008, 5 (6) :670-674.

[3]祁明星, 白军会.高密度电法勘察地下防空洞的效果[J].石油仪器, 2008, 22 (6) :56-59.

[4]江玉乐, 张楠, 周清强, 等.高密度电法在岩溶路基勘察中的应用[J].物探化探计算技术, 2007, 29 (6) :511-516.

[5]董浩斌, 王传雷.高密度电法的发展与应用[J].地学前缘 (中国地质大学, 北京) , 2003, 10 (1) :171-176.

[6]郭秀军, 王兴泰.用高密度电阻率法进行空洞探测的几个问题[J].物探与化探, 2001, 25 (4) :306-315.

高密度电法技术探测煤矿采空区篇8

应用高密度电法对大同侏罗纪煤田采空区进行探测, 及时准确地查明了灾害区采空区类型和影响范围, 为地质灾害治理和灾害抢险提供了可靠的地质资料。笔者对大同侏罗纪煤田应用高密度电法技术及方法进行探讨, 以便应用该项技术, 更有效地探测出各类采空区, 更好地指导地质灾害治理和灾害抢险工作。

1 煤田概况及其地球物理特征

大同煤田为双纪煤田, 即侏罗纪和石炭二叠纪煤田, 其中侏罗纪煤田位于山西北部, 属华北断块内二级构造单元吕梁—太行断块中云岗块坳北部的云岗向斜, 为内陆盆地河、湖、沼泽相沉积环境, 煤炭储量丰富, 埋藏浅, 属低变质程度弱黏至不黏结煤, 是优质动力煤。

侏罗系大同组为含煤地层, 厚约234 m, 含21层11个可采煤组, 煤层总厚26 m。大同组地层以砂岩、粉砂岩、泥岩、煤为主, 随着沉积旋回变化, 岩石粒度也由粗到细有规律变化。其中砂岩成分以长石和石英为主, 粉砂岩成分以石英、泥质为主;煤系顶底部各有1个含砾粗砂岩—砾岩标志层, 岩石成分主要以硅质为主。

煤系地层还原性沉积环境有其特有的地球物理特征, 煤系地层中的砾岩、砂岩、粉砂岩、泥岩、煤的电阻率变化较大, 目前大同侏罗纪煤田已施工近3 000个钻孔, 且大部分进行了地球物理测井工作。从大量的钻孔视电阻率测井曲线统计分析认为, 煤系地层低变质程度弱黏至不黏煤的电阻率值相对不高, 但与围岩电阻率值相比呈相对高阻, 其视电阻率值为150～300 Ω·m;围岩视电阻率值为40～170 Ω·m, 并且随着岩石粒度加大、硅质成分增多, 其视电阻率值也随之变高。煤层的直接顶、底板为泥岩、粉砂岩、细砂岩, 与煤电阻率差异达4～5倍;间接顶、底板为细砂岩、中粗砂岩, 与煤电阻率差异达2～3倍;煤系地层标志层硅质砾岩—粗砂岩电阻率值亦低于煤电阻率值, 煤层也呈相对高阻特征。

2 高密度电法原理及工作方法

高密度电法勘探原理:由A, B两电极向大地供高压直流电, 通过M, N电极测量目标体的视电阻率, 由于不同的地质体对电流的传导效果不同, 因此可确定地质异常体。高密度电法的核心是常规电法实现了野外测量数据的快速、自动和智能化采集, 由于其采集密度增大、排列装置增多, 为传统电法带来了新的活力, 同时也为技术处理带来了新的课题。

高密度电法进行二维地电断面测量, 兼具剖面法与测深法的功能, 具有点距小、采样密度高的特点, 敷设一次导线后可进行数千个记录点的数据观测, 其信息量大、施工效率高[1]。

3 采空区类型及地球物理特征

不同的岩石具有不同的电性特征。从岩石电性特征上可以看出, 水的视电阻率值远小于煤层、岩层, 特别是采空区, 其视电阻率值远高于煤层, 电性差异明显, 而当采空区积水时, 由于有水的存在, 其视电阻值明显降低, 与煤层、岩层有明显的电性差异, 表现为低阻异常。

4 应用实例

4.1 大秦铁路云岗支线燕子山段小窑采空区探测

燕子山矿大秦铁路专用线于2003年12月23日凌晨发现因小窑采空造成路基下沉, 下沉范围达150 m, 下沉量达0.8 m, 并且下沉范围还不断向西发展, 使铁路运输中断, 附近居民住宅安全受到严重威胁。根据铁路下沉的范围及周围的施工条件, 采用高密度电法和瞬变电磁法对小窑采空范围进行探测。

高密度电法装置选用对称四级法, 两测站之测线首尾重复95 m, 每测站布置60个电极, 极距5 m。探测区域内, 3号层小范围采空, 4, 7号层未采空, 8号层局部采空, 11—12号合并层大范围采空。

从反演剖面图1可以看出, 260～300 m是低阻范围, 为8—12号多层采空, 多层采空造成地面大范围下沉; 310～460 m底部是低阻区, 为11—12号层采空, 单层采空区未造成地面大范围下沉。

4.2 四台矿410盘区小窑采空区探测

大同煤矿集团公司四台矿计划对410盘区的11号煤层进行开采, 由于410盘区内3号、8号煤层大多被小窑采空, 且无具体采掘资料, 故采用高密度电法对3号、8号煤层小窑采空积水进行探测, 为11号煤层安全开采提交可靠的地质资料。高密度电阻率测深在6测线采用了三极和四极2种装置, 试验发现三极装置效果较好, 从6测线3#—12#点 (7#点对应150 m) 高密度三极测深反演成果图2可以看出, 深度100 m以上无明显的低阻异常, 而此处3号煤层的埋深在80 m左右, 8号煤层的埋深在130 m左右, 综合分析认为, 3号煤层采空区无积水反映, 由于探测深度不够, 对8号煤层采空积水区没有反映。

4.3 燕子山矿315盘区小窑采空区探测

大同煤矿集团公司燕子山矿计划对315盘区14号煤进行开采, 在81501工作面大巷掘进过程中, 巷道北部上方有淋水出现, 水量较大, 推断是14号煤的上部煤层采空积水所致。由于315盘区内小窑众多, 上覆的2号、4号煤大多被小窑采空, 且无具体采掘资料, 故采用高密度电法对2号、4号煤层小窑采空积水进行探测, 为14号煤层安全开采提交可靠的地质资料。

高密度电阻率测深在23测线采用了三极和四极2种装置, 三极装置效果较好, 从23测线1#—11#点高密度三极测深反演成果图 (图3) 可以看出, 深度50～80 m、距离130～210 m (即5#—8#点) 处出现低阻异常, 推断为煤层采空积水区。从23测线12#—22#点高密度三极测深反演成果图 (图4) 可见, 深度50～80 m、距离200～300 m (即18#—22#点) 处出现低阻异常, 推断为煤层采空积水区, 这2处异常与瞬变电磁、激电测深吻合较好。

通过以上应用实例说明, 采用高密度电法结合瞬变电磁、激电测深等方法, 能够有效查明小窑采空区范围和类型, 指导煤矿安全生产[2]。

5 存在问题

1) 高密度电法由于采用大线布置方式, 难以适应复杂地形条件;

2) 目前高密度电法仪器由于公用发射和接收电缆, 无法进行大功率发射, 影响探测深度;

3) 高密度电法反演存在多解性, 需结合其他物探方法[3]。

6 结语

高密度电法通过对岩石视电阻率物性的探测, 能够反映地下几百米深的地质异常体, 使一些通过常规的地质手段很难甚至不能解决的地质问题得以准确地查明, 为煤矿安全生产、隐患解除以及市政工程提供准确的地质资料。随着科学技术的不断进步和物探技术的进一步发展, 该技术将会有非常广阔的应用前景。

摘要：应用高密度电法对大同侏罗纪煤田采空区进行了探测, 及时准确地查明了灾害区类型和影响范围, 并对高密度电法的技术和方法进行了探讨, 取得了较好的应用效果。

关键词：高密度电法,探测,煤矿采空区

参考文献

[1]李志聃.煤田电法勘探[M].徐州:中国矿业大学出版社, 1990.

[2]张胜, 韩许恒, 李秉强, 等.高密度电法在采空区勘测中的应用[J].灾害学, 2005, 20 (4) :64-66.

电法勘探在涞水县某普查区的应用篇9

关键词：激电中梯测量；激电中梯测量数据处理；解释推断；

普查区地处太行山北段，地形切割剧烈、沟谷纵横，多见悬崖峭壁，自然条件较差。20世纪70年代，519地质大队进入该区，先后投入了大量地质、物化探等工作，在东团堡、西岭子沟、黄花滩、红岭子、南埝峪、安妥岭等矿段发现矿脉200余条，并进行了评价，为南款金矿山建设提供了资源依据。2002年，天津华北地质勘查总院在该区开展以铅、锌、银、金为主攻矿种的详查工作，以地质填图、岩石地球化学测量、土壤地球化学测量、槽探和坑探等主要工作手段，发现多条矿脉。依据前人工作基础，利用电法勘探对本区进行地面电法勘探有望取得新突破。

一、地质概况

（一）、地质特征

普查区位于上黄旗—乌龙沟深断裂带与王安镇杂岩体北接触带交汇部位附近，岩枝向北突出的东西两侧接触带上，主要出露地层是蓟县系雾迷山组和长城系高于庄组，断裂构造发育，并有大量中酸性岩脉沿裂隙充填。

（二）、构造特征

本区的构造类型复杂，以断裂构造为主，褶皱构造为辅。其中，与矿化关系密切的是断裂构造。

断裂构造按性质，又可细分为脆性断裂构造、韧脆性剪切断裂构造、拆离滑脱断裂构造。

1、脆性断裂构造

北西向脆性断裂构造在本区中东部十分发育，表现为宽达几米至数十米的构造破碎带。走向340-320°，属正断层。其间可见脉岩及构造砾岩，该期断裂的活动伴随大量热液活动，沿构造线黄铁矿化、硅化均较强。

北东向脆性断裂构造在全区均有出露。走向50-60°，局部反倾，规模大小不一。

中西部盖层区的北东向断裂与区内金银铅锌等矿化关系密切，多被闪长玢岩、正长斑岩等中酸性岩脉充填。西部太古界阜平群的北东向断裂多被煌斑岩脉充填，与区内金银矿化关系一般。

近南北向脆性断裂构造：发育于流水西沟及黄花滩等区段，走向350-10°，多被闪长玢岩充填，是流水西沟及黄花滩等区段的主要控矿断裂构造之一。

2、韧脆性断裂构造

走向呈近东西向，成群成带密集出现，横贯全区。为区域近东西向韧性剪切带的经后期脆性断裂叠加该造形成，活动较早。总体走向NWW，南倾为主。破碎蚀变带东宽西窄，宽可达百余米。

3、拆离滑脱构造

在南埝峪-大北峪一带，有较完整的拆离构造带出露，沿太古界与中元古界不整合面发育，拆离带宽20-100余米，由蚀变构造岩和中酸性岩床组成，局部发现金矿体。

（三）、地球物理特征

根据普查区出露岩性，共采集标本59块，物性测量结果列于表1。由表可知，本区各类岩石极化率均较低，只有矿石的极化率较高。其他各类岩石电阻率ρ值都较高，但矿石ρ值相对较低，从各类岩矿石的电性参数分析，差异较明显，具备开展电法勘探工作的条件。

表1 岩（矿）石物性测量结果统计表

二、野外工作方法及数据资料整理

（一）、野外工作方法

1、测网布设：按设计要求在普查区开展激电中梯面积工作，采用1：10000比例尺，测线方向垂直构造线布设，网度100×20m，测线方位126°。点线号编排原则为南小北大、西小东大，线号增加10，实际距离增加100m，点号增加2，实际距离增加20m。

2、导航定位：采用北京产奇遇72型手持GPS进行导航定位，测点采集与电法测量工作同时进行。工作前将GPS在已知点上进行校对。GPS修正参数采用1954北京坐标系、1956黄海高程系。经校正GPS在控制点上最大偏差小于2m。

3、野外观测：使用重庆地质仪器厂产DJF5-1A型大功率激电发送机，DJS-8大功率激电接收机。激电测深采用DZD-6A多功能直流电法仪。开工前和收工前都对A、B供电导线进行漏电检查，对不极化电极进行极差测量和对仪器进行自检测量。测点定位与电法测量工作同时进行，采用单次观测法，手动记录方式存储于仪器内，遇有突变点进行重复观测。

（二）、数据资料处理

每日收工后将采集数据及时传入计算机并对数据进行初步整理。整理前对原始数据进行检查验收，计算出视电阻率ρs，公式为：

ρs=一次场/电流×K值，由计算机利用跨平台金维地学信息处理研究应用系统（GeoIPASV2.4物探专业版）软件辅助完成。数据的编辑、计算、绘图全部由计算机打印并装订成册，室内资料整理按规范要求实施。

视极化率ηs等值线平面图（图1）

300线视极化率ηs测深断面图（图2）

三、异常的解释推断

激电异常的解释推断是根据激电异常、岩石的物性资料以及地质和其他的物化探资料，推断引起异常的地质原因，然后再对其中具有找矿意义的异常做进一步解释，推断地质体的形态、产状、空间位置和分布范围等。

通过视极化率ηs等值线平面图分析可看出，普查区激电异常分布特征明显，主要位于测区北部，异常形态呈条带状，通过测深断面图可以看出，异常位置与面积测量结果相符，异常平缓上升，表明异常是受深部地质体影响。异常区地表出露白云岩和一条闪长玢岩脉，物性测量结果显示，此闪长玢岩脉并未有高极化率，推断该异常可能是由深部极化体引起。

四、结论

本次工作采用大比例尺进行激电中梯测量和激电测深，圈定出激电异常的形态、位置、范围、分布规律，初步推断了异常的性质。通过本次工作对异常引起的原因进行了推断，认为异常是深部极化体引起，实践证明了电法勘探是利用岩石电性差异来找寻金属矿体的有效手段。

参考文献：

[1] 李金铭.地电场与电法勘探[M].北京：地质出版社，2005：216—217.

[2] 张胜业，潘玉玲.应用地球物理学原理 [M]. 武汉：中国地质大学出版社，2004.

[3] 管志宁.地磁场与磁力勘探[M].北京：地质出版社，2005：68—258.

[4] 武文平，王伟.综合物探方法在红柳沟铜矿的应用. www.cnki.net.2009年.

矿井直流电法勘探技术应用与分析篇10

关键词：矿井直流电法勘探,超前探测,测深,相对低阻异常区,防治水

矿井直流电法勘探通过在井下巷道周围岩层中建立全空间的稳定人工电场, 测量该电场的变化规律, 求取岩层的视电阻率, 绘制视电阻率曲线图, 从而达到了解巷道周围岩层中的导水和含水构造的目的[1]。为了科学有效地进行水害防治, 超化煤矿应用矿用YDZ (A) 数字直流电法仪, 采用直流电法三极超前探、三极测深及四极测深技术进行了大量的勘探工作, 取得了良好效果。

1基本方法

1.1超前探测

超前探测主要为三极超前探测, 应用于掘进工作面, 探测巷道前方含水断层和富水区范围, 其探测距离不超过80 m。施工方法:布置供电极A1、A2、A3, 间距4 m, B为无穷远极, 放线直线距离不小于300 m, 接收极M、N间距2～6 m, M、N交替移动, 进行测量。理论上M、N电极间距2 m测量密度大, 探测准确率高, 但在实际应用当中发现M、N间距太小则容易受到环境干扰, 而M、N间距6 m则测点密度低, 因此现在普遍采用M、N间距4 m, 既提高了测量时的抗干扰性, 又兼顾了测点密度, 达到了最佳的探测效果 (图1) 。

1.2测深

测深法有三极测深和对称四极测深, 探测距离均不超过80 m, 主要用于巷道底板破碎带, 隐伏构造及顶、底板, 侧帮富水区的探测。①进行三极测深 (图2) 时, 接收极M、N固定不动, 间距8 m, B为无穷远极, 放线直线距离同样不小于300 m, A为发射极, 距接收极M或N 4 m, 按A1、A2、A3…间距4 m依次进行跑极, 进行视电阻率的观测。②对称四极测深 (图3) 是在巷道中以A、B为发射极, M、N为接收极, 在测量过程中, A、B分别以4 m为间距逐渐增大供电电极间距, M、N分别以1 m为间距逐渐增大接收电极间距, 对应的垂直勘探深度将不断增大。

需说明的是, 进行测深施工时, 根据探测顶板、底板或侧帮异常体的不同, 要相应地将电极打在巷底、巷顶或侧帮上。三极测深对地下地电异常体的电性响应最强, 其异常分辨率比对称装置高, 施工时基本可达到无盲区, 适用于较短巷道内施工。但由于是单点供电, 所以测量信号较弱, 探测深度相对较浅。四极测深的优点是采集到的信号强、信噪比高, 探测能力强;缺点是施工时存在较长的探测盲区。

2应用实例

2005年, 郑煤集团超化煤矿应用矿用YDZ (A) 数字直流电法仪进行老空积水边界、导水构造破碎带、富水区探测, 指导采面底板加固工作。

2.1复采工作面掘进期间超前探测老空积水边界

超化矿21052工作面全区位于原21051综采面采空区内, 根据工作面及四邻的水文地质条件分析, 21052工作面内不存在大面积的老空积水, 但不能排除局部存在少量老空积水的可能。超化矿防治水部门提出了对21052运输巷、回风巷先以直流电法超前探找出巷道前方的相对低阻异常区, 确定是否存在老空积水, 从而进行有针对性的钻探验证。如图4所示, 回风巷掘进面前方64 m范围内无相对低阻异常区, 经分析无须进行钻探, 可继续掘进。

如图5所示, 运输巷掘进面前方15～18 m、47～55 m段为相对低阻异常区, 但经分析, 前一处相对低阻异常区可能为底板抬升所致, 后一处相对低阻区可能为积水边界, 前方可能有老空积水, 随后进行了钻探, 钻进至后一处低阻区时放出约50 m3/h的老空积水。由于使用了勘探手段, 使21052工作面掘进期间钻探的工程量大大减少, 节省了钻探时间、人力和物力, 并缓解了采掘接替紧张的局面。

2.2岩巷掘进中超前探测导水构造破碎带、富水区

对岩巷或煤巷掘进工作面而言, 通过先施工直流电法超前探, 可发现前方发育的地质构造异常或底板富水区[2]。

在超化矿31胶带下山、31轨道下山的掘进中, 主要施工层位为L7-8灰岩, 其水压在3.0 MPa以上, 施工中有约10 m3/h的底板涌水, 随着掘进的深入, 底板水有增大的趋势, 且如果掘进中误揭断层, 则有可能会造成突水, 经研究决定先对31下山进行预注浆堵水, 再进行掘进。根据直流电法勘探结果, 对31下山施工前方的低阻区进行超前预注浆治理, 有效治理底板L7-8灰水, 并防止了断层突水。

超化矿23071A工作面掘进切巷时, 在下切口处向南进行了超前探测, 发现下切口南18～22 m段为一处相对低阻区 (图6) , 分析可能有导水构造存在, 经施工探巷证实, 此区域发育1条落差达50 m的导水断层, 据此工作面切巷向西迁50 m预留了40 m的安全煤柱, 工作面安全回采。

2.3在采面预注浆加固中的指导及验证作用

在超化矿, 对于底板承压水水压小于3 MPa的回采工作面, 如 21091东工作面, 利用直流电法勘探进行底板测深, 仅对勘探成果显示的相对低阻异常区进行钻探验证及注浆治理, 既有效地防治了底板突水, 又减少了底板注浆治理的钻孔工程量和费用。当回采工作面底板承压水水压大于3 MPa时, 在对底板进行全面预注浆加固的同时, 将勘探成果显示的低阻区作为重点治理对象, 极大地提高了防治水工作成效。如22101工作面, 工作面底板充水含水层主要有石炭系L7-8、L5-6、L1-3薄层灰岩岩溶裂隙含水层和奥陶系中统马家沟组 (O2m) 厚层灰岩岩溶裂隙含水层。底板直接充水含水层L7-8灰岩含水层通过断裂带与下伏C3t、L1-3灰岩, 甚至O2m灰岩发生水力联系时, 会对二1煤层开采造成较大影响。

22101工作面贯通后, 对此工作面实施了直流电法测深探查, 工作面西部100 m采用三极测深, 东部采用对称四极测深。勘探最小测深6 m, 最大测深45 m (图7、图8) 。

从图7可以看出, 巷道底板中深部低阻区较多, 且部分电阻率较低, 应为底板较为富水所致。从图8可以看出, 东段阻值较高, 低阻区主要分布在中段, 且中深部阻值小于40 Ω·m的区段较多, 可见中段底板富水性较强。

结合直流电法勘探结果, 对22101工作面进行底板注浆以改造L7-8、L5-6、L1-3灰岩含水层, 将勘探结果中显示的构造破碎带和岩溶裂隙等导水通道作为重点治理对象, 以期达到预防O2m灰岩水突水的最终目的。

注浆加固结束后, 重新以电法测深对22101工作面底板的富水性进行了探查, 通过比较发现, 视电阻率整体较原来提高了20～50 Ω·m, 特别是低阻异常区有明显的增大。22101工作面在底板带压条件下安全回采, 带来了可观的经济效益和社会效益。

3施工注意事项

(1) 在干扰信号较强时 (如:电车开动、胶带及刮板输送机运转、附近变压器工作等带来的电场干扰) , 需避开此时或此地进行测量。另外, 电极要安设牢固, 并尽量远离巷道中的铁轨、胶带架子、刮板机槽、工字钢等金属干扰物。

(2) 发射电流较小 (小于30 mA) 时, 应检查发射电极是否接地良好, 若巷底过于干燥, 则需在电极周围浇水。

(3) 发射电极应安设在比较潮湿的地方, 但是一定要注意电极不能被地面的水导通, 发射电极导通会使发射电极没有距离差别, 接收电极导通会使测量电压值偏小。

(4) 在施工前要注意检查电线是否绝缘, 避免线路漏电。

4资料分析解释

(1) 成果剖面采用的是视电阻率梯度比值处理结果, 数值的高低反映的是相对电性变化情况, 不代表地层介质的真实电阻率。

(2) 成果剖面上“低阻”数值的高低预示了前方介质含水性的强弱, 但这种关系并不是绝对的比例关系, 而是与整个工作区域的背景值有关, 分析时要引入“相对”的概念。