【正文】 出的，它最初主要用于解決各種工程地質(zhì)和水文地質(zhì)問題。在水文及工程地質(zhì)調(diào)查中多用于普查、探測基巖的起伏、構(gòu)造破碎帶及高阻巖脈等。復(fù)合對稱四極法A′B′小電極距反映淺部情況；AB大電極距反映深部情況。表2120 常用電剖面法裝置形式及參數(shù)方法名稱裝置圖示及K值計算公式電極距選擇說明聯(lián)合剖面法H為浮土厚度；C極置于無窮遠(yuǎn)；MN等于點(diǎn)距或2倍點(diǎn)距。相對于電測深而言，電剖面法更適用于探測產(chǎn)狀陡立的高、低阻體，如劃分不同巖性的接觸帶、追索斷層及構(gòu)造破碎帶等。2. 電剖面法電剖面法是用以研究地電斷面橫向電性變化的一類方法。曲線的變化規(guī)律反映了垂直深度方向上斷面的電性變化，利用曲線可確定各電性層的厚度和電阻率值?？梢宰C明，此時得到的視電阻率值趨于第二層真電阻率，即→（曲線3段）。隨著的繼續(xù)增大，介質(zhì)的影響愈加明顯，也愈來愈大（曲線2段）。根據(jù)視電阻率微分形式表達(dá)式可得當(dāng)增大供電電極距時，電流向下穿透深度開始增加，即勘探深度加深，高阻層開始影響電場的分布。首先設(shè)厚度為、電阻率為的第一電性層之下為電阻率為的基底巖層，且，層相對于層的厚度視為無限大。根據(jù)每個極距的觀測結(jié)果，可繪制出以為橫坐標(biāo)，為縱坐標(biāo)（采用雙對數(shù)坐標(biāo)系）的電測深曲線（1433b）。在電測深法中，最常采用的對稱四極裝置如圖2155a所示，圖中，AB為供電電極、MN為測量電極，它們對稱于觀測點(diǎn)O布置。表2119 電阻率法分類及應(yīng)用范圍場的性質(zhì)主要應(yīng)用范圍人工場電阻率法電剖面法追索斷層破碎帶、調(diào)查巖溶發(fā)育帶、探查地質(zhì)構(gòu)造電測深法基巖埋深、探測含水層厚度及埋深、探查地質(zhì)構(gòu)造充電法確定良導(dǎo)體的形態(tài)、巖溶發(fā)育及其影響范圍直流激發(fā)極化法探測地下孔隙、裂隙水分布范圍天然場自然電場法探測地下水運(yùn)動規(guī)律 垂向電測深法1．垂向電測深法原理電測深法是在同一測點(diǎn)上逐次增大供電電極距AB，使勘探深度由小逐漸加深，于是可觀測到測點(diǎn)處沿深度方向上由淺至深的視電阻率變化規(guī)律。3．電阻率法方法分類及應(yīng)用范圍根據(jù)電場性質(zhì)、觀測裝置形式及觀測方式，電阻率法分為多種方法。由此可知，視電阻率不僅與地質(zhì)體的電阻率及其分布狀態(tài)有關(guān)，而且還與電極排列形式及位置有關(guān)，所以在不同情況下，視電阻率有時接近一種巖石真電阻率，有時又接近另一種巖石的真電阻率。我們稱其為視電阻率，并用來表示。圖2153 勘探體積示意圖圖 圖2154 非均勻大地視電阻率測量示意圖在非均勻大地表面布極，供電電流在地下分布范圍內(nèi)涉及到不同電阻率的介質(zhì)，如圖2154所示，在勘探體積所涉及的范圍內(nèi)，包含了電阻率為、和幾種巖層，因而由公式（141）計算出的數(shù)值是、和綜合作用的結(jié)果，而不是某單層的電阻率值。在這個勘探體積范圍內(nèi)集中了電流的大部分，而在其外電流很少。其中K為電極裝置系數(shù)（或電極排列系數(shù)），是一個只與電極的空間位置有關(guān)的物理量。在MN處觀測電位差大小，由公式即可計算電阻率的大小。2．視電阻率的概念及其定性分析方法在測定均勻大地的電阻率時，通常采用四極裝置形式，即兩個供電電極A、B，兩個測量電極M、N。如將作為勘探深度，顯然，要清楚地反映深度為h的異常體，供電電極距AB必須大于h；（3）在AB連線之間，以中點(diǎn)的電流分布最深，電場最均勻，勘探深度最大。根據(jù)以上討論可以得出以下結(jié)論：（1）在地表由A、B供電時，大部分電流集中于AB附近。圖2152 兩個導(dǎo)性點(diǎn)電流源的電場電法勘探是根據(jù)在地表觀測場值的變化來了解地下地質(zhì)體分布的，地下不均勻體的存在和分布只有在地表引起電場明顯變化時才能觀測出來。 電阻率法基本理論與方法1．兩個異性點(diǎn)電流源的電場在地表相距為2L的點(diǎn)電流源A和B分別以和向地下介質(zhì)供電，介質(zhì)中任意點(diǎn)的電位和電場強(qiáng)度可用一個點(diǎn)電流源的電場按疊加原理求出。表2118 常見巖石電阻率（單位：）分類巖石名稱天然巖石干燥巖石沉積巖粘土～30泥頁巖103104長石砂巖103104砂巖104105石灰?guī)r104107變質(zhì)巖角巖103107片麻巖104106石英巖106火成巖花崗巖10431012玄武巖104107橄欖巖103石英閃長巖104106綜上所述，電阻率是表征巖石和煤性質(zhì)的重要物理參數(shù)，巖石和煤的電阻率不同程度地依賴于它們的成分、結(jié)構(gòu)、所含水分等因素，隨著影響因素的改變而在較大范圍內(nèi)變化。103。煙煤電阻率的變化范圍為n180。隨著煤化程度的加深，褐煤中水分和溶于水的腐植酸離子含量將顯著減少，因而褐煤的離子導(dǎo)電性減弱，其電阻率明顯增高。10～n180。（3）煤的電阻率與煤化程度、煤巖成分、礦物雜質(zhì)含量以及水分等因素有關(guān)。然而，當(dāng)碳酸鹽巖石在外因作用下形成的裂隙或溶洞充水時，其電阻率將會明顯降低。這類巖石的顆粒極細(xì)，粒間幾乎沒有孔隙，故其電阻率通常很高，可達(dá)5180。（2）碳酸鹽巖石。當(dāng)砂巖或礫巖含有泥質(zhì)時，由于增添了泥質(zhì)的附加導(dǎo)電性，其電阻率也會降低。10Wm之間變化。礫巖由于顆粒粗、分選性差，故常具有比砂巖高的電阻率。分選性差、顆粒粗、膠結(jié)程度高的致密砂巖電阻率高；反之，分選性好、顆粒細(xì)、膠結(jié)程度低的疏松砂巖電阻率相對較低。砂巖電阻率在n～n180。碎屑巖由碎屑顆粒、膠結(jié)物、泥質(zhì)及含水孔隙組成，與碳酸鹽巖石相比，碎屑巖的孔隙度較大，孔隙結(jié)構(gòu)較簡單、規(guī)則。含煤地層主要由砂—泥質(zhì)巖石和碳酸鹽巖石組成，它們的電性特征分別討論如下：（1）砂—泥質(zhì)巖石。m變化到10+15W巖石是不同礦物的集合體，并且常常含有一定的孔隙水，因此，巖石的電阻率必然和它的礦物成分、含水性、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造及其相互作用等有關(guān)。目前，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(IP)、瞬變電磁法、可控源音頻大地電磁測深法（CSAMT）、EH4等。直流電法是以地殼中不同巖、礦石的電阻率差異為物質(zhì)基礎(chǔ)，通過觀測、研究人工建立的穩(wěn)定電流場在地下巖、礦石中的分布和變化規(guī)律以達(dá)到找礦、研究地質(zhì)構(gòu)造和尋找地下水的一種電法勘探的分支方法。如導(dǎo)電性、導(dǎo)磁性、介電性）和電化學(xué)特性的差異，通過對人工（或天然）電磁場（或電化學(xué)場）的空間分布規(guī)律及時間特性的觀測和研究，來勘查地質(zhì)構(gòu)造和尋找有用礦產(chǎn)的一類物探方法。結(jié)果還表明，利用平均頻率相位屬性識別裂隙發(fā)育帶的效果最為明顯，利用峰值頻率的效果次之，而利用波峰相位時間和時域平均能量的效果最弱。綜合各種地震屬性預(yù)測結(jié)果得到最終的預(yù)測成果圖，見圖2149。圖2148(a)為利用波峰相位時間屬性識別裂隙帶，圖2148(b)為利用時域平均能量屬性識別裂隙帶，圖2148(c)為利用峰值頻率屬性識別裂隙帶，圖2148(d)為利用平均頻率相位屬性識別裂隙帶。下面給出利用P波方位屬性技術(shù)預(yù)測裂隙發(fā)育帶(瓦斯富集帶)的應(yīng)用實例。根據(jù)國內(nèi)外油氣勘探的成功經(jīng)驗并結(jié)合煤層氣地震勘探的特點(diǎn)，中國礦業(yè)大學(xué)提出利用“兩個理論、三項技術(shù)”來指導(dǎo)煤層氣地震勘探。由于裂隙裂縫是瓦斯富集、存儲、運(yùn)移的場所，因此查明采區(qū)內(nèi)斷層的分布、裂隙裂縫的分布的變化，便能夠?qū)?gòu)造煤的分布、煤層頂?shù)装宓耐笟庑宰龀稣_評價。總之，裂隙裂縫的存在是煤層氣存在的必要條件，也是搞清構(gòu)造煤發(fā)育區(qū)、煤層氣富集帶的關(guān)鍵。但是，不能對構(gòu)造煤的分布和煤層頂?shù)装宓耐笟庑宰龀鲈u價。表2112 4煤層實際厚度與預(yù)測厚度對比表孔號實際揭露厚度(m)預(yù)測厚度(m)絕對誤差(m)D19D13D11D12D18D24D10188192圖2147 4煤層厚度預(yù)測結(jié)果 煤層氣地震勘探現(xiàn)行的煤田地震勘探技術(shù)主要是利用反射波的運(yùn)動學(xué)特征來解決構(gòu)造問題，而煤層氣地震勘探屬于巖性地震勘探的范疇。表2112為本區(qū)9個鉆孔處4煤層的預(yù)測厚度與實際揭露厚度對比結(jié)果。圖2146為D18井與D19井的聯(lián)井反演地震剖面，可以清楚地看出4煤層厚度與波阻抗的變化關(guān)系。在常規(guī)地震剖面上，4煤層對應(yīng)的T4波振幅主要是由煤層頂、底板的反射系數(shù)決定的，無法辨別煤層厚度的變化。利用上述信息，可以確定奧陶系頂部的含、隔水層的空間分布和厚度分布。圖2144是含、隔水層間隔圖，單位為m。沿層波阻抗切片能夠提供整個研究區(qū)域內(nèi)的含、隔水層巖性信息，隔水層的平均波阻抗明顯高于含水層的平均波阻抗，利用該信息能夠比較準(zhǔn)確地確定奧陶系灰?guī)r中的含、隔水層的空間分布。圖2141是水1—群2聯(lián)井反演地震剖面，從中可以看出奧陶系頂界面、隔水層和含水層的分層位置。在常規(guī)地震剖面上，無法對奧陶系內(nèi)部進(jìn)行分層，原因是信噪比低和反射系數(shù)小(相對煤層而言)。在臨沂礦業(yè)集團(tuán)新驛煤礦下組煤水文地質(zhì)補(bǔ)充勘探工作中，利用地震反演技術(shù)查明部分水文地質(zhì)條件，主要包括奧陶系頂部含、隔水層的空間分布和厚度分布。1. 確定奧陶系灰?guī)r頂部含、隔水層的空間分布和厚度分布傳統(tǒng)煤田地質(zhì)學(xué)認(rèn)為，奧陶系灰?guī)r巖溶地下水水壓高，易對下組煤頂、底含水層產(chǎn)生垂向頂托或側(cè)向補(bǔ)給，且補(bǔ)給水源充足，對采煤威脅最大。煤田地震反演工作起步較晚，處在疊后地震反演的研究和初步應(yīng)用階段。從圖2140中可以清楚地看到，薄煤區(qū)或無煤區(qū)基本是東西向展布的，具有河道沖刷的典型特征。針對T3波的這些變化，提取了3煤層反射波的屬性參數(shù)，包括振幅、相位和相干特征，得到七、八采區(qū)沿3煤層的振幅切片、相位切片和相干切片，見圖213圖2138和圖2139。圖2135為本區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)反射波時間剖面。在地震數(shù)據(jù)解釋過程中，主要根據(jù)鉆孔資料在3煤層中劃分出3個薄煤區(qū)()，初步認(rèn)定薄煤區(qū)或無煤區(qū)是古河道沖刷造成的，見圖2134。1. 解釋小斷層圖2133是淮南礦業(yè)集團(tuán)張集煤礦西三采區(qū)131煤層的(a)沿層相干切片與(b)底板等高線圖的對比，可以看出小斷層的相關(guān)屬性非常明顯。但是，利用地震屬性的變化來區(qū)分構(gòu)造、進(jìn)行煤層結(jié)構(gòu)和巖性解釋是可行的。煤層反射波中含有大量地質(zhì)信息，無論是煤層的構(gòu)造、結(jié)構(gòu)或巖性變化都會引起地震屬性的變化。將固定的三維數(shù)據(jù)體轉(zhuǎn)化為能反映一定地球物理特征的新三維數(shù)據(jù)體。常用的有品質(zhì)因素和二維分形參數(shù)。多道分時窗提取法是在多個地震道上用可變時窗提取各類屬性參數(shù)，除了要定義可變時窗的上界和下界外，還需要定義處理道數(shù)。單道分時窗提取法是在一個地震道上用“可變時窗”提取各類屬性參數(shù)，通過解釋出的反射同相軸來定義可變時窗的上界和下界。(1) 提取同相軸屬性同相軸屬性是與某個界面有關(guān)的地震屬性，具體提取方法包括瞬時提取法、單道分時窗提取法和多道分時窗提取法。地震屬性的類型很多，要根據(jù)解決的地質(zhì)問題來選擇相應(yīng)的地震屬性。 地震屬性技術(shù)地震屬性的分類沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，不同的學(xué)者分別提出過不同的屬性分類。地震屬性技術(shù)和地震反演技術(shù)是巖性地震勘探的重要手段。構(gòu)造地震勘探主要利用地震波的運(yùn)動學(xué)特征，即利用地震波的旅行時和波速，計算出地層分界面上各點(diǎn)的埋藏深度，從而確定出地層的構(gòu)造形態(tài)。目前，主要的成熟勘探手段是地震勘探，也僅限于解決構(gòu)造問題。如何提高地質(zhì)成果的勘探精度，在深部實現(xiàn)安全開采是我國煤炭行業(yè)今后的主要奮斗目標(biāo)。通過對地質(zhì)資料的分析，發(fā)現(xiàn)新生界地層中的斷層既有正斷層，也有逆斷層，表現(xiàn)為新構(gòu)造運(yùn)動形跡，同時也表現(xiàn)出老構(gòu)造的繼續(xù)或復(fù)活現(xiàn)象。圖2129 陷落柱在地震剖面上的顯示圖2130 陷落柱的平面位置實例2——探明新構(gòu)造淮南礦業(yè)集團(tuán)顧北煤礦和顧橋煤礦進(jìn)行的三維地震勘探中，陸續(xù)在新生界地層中發(fā)現(xiàn)了斷距較大的斷層，這是過去地質(zhì)勘探未曾見到的地質(zhì)現(xiàn)象，如圖2131和圖2132所示。4. 應(yīng)用實例實例1——探明陷落柱2002年，淮南礦業(yè)集團(tuán)謝橋礦東二采區(qū)進(jìn)行三維地震勘探，在資料解釋時，發(fā)現(xiàn)該區(qū)內(nèi)有兩個地質(zhì)異常體，即1號、2號隱伏構(gòu)造體，見圖2129和圖2130。(4) 無法修改原構(gòu)造解釋方案在掘進(jìn)和回采過程中，可以發(fā)現(xiàn)許多小于5m的斷層，但是無法自動修改原構(gòu)造解釋方案(即無法自動修改煤層底板等高線圖)。然而，在煤礦生產(chǎn)階段可以獲得大量的井巷和回采工作面的地質(zhì)資料，利用它們可以大幅度提高構(gòu)造解釋精度。對構(gòu)造等時圖直接進(jìn)行時深轉(zhuǎn)換即可得到構(gòu)深度造圖。(2) 無法實時獲得沿巷道方向的地震剖面三維地震勘探為煤礦采區(qū)的合理布置、主巷道開拓提供了依據(jù)，但是煤礦需要的沿巷道方向(即任意方向)的地震剖面在勘探階段是無法實時獲得的。在地震地質(zhì)條件較好的地區(qū)，三維地震勘探可以解決的主要地質(zhì)問題是：(1) 查明落差大于等于5m的斷層，提供落差小于5m的斷點(diǎn)，平面擺動誤差小于30m；(2) 查明幅度大于等于5m的褶曲，%；(3) 查明新生界(第四系)厚度；(4) 探明直徑大于20m的陷落柱、無煤帶、煤層分叉合并及煤層厚度變化(誤差小于1m)。2. 解決的主要地質(zhì)問題目前，煤田三維地震勘探技術(shù)已經(jīng)成為詳細(xì)查明小斷層、小褶曲、陷落柱、采空區(qū)、沖刷帶等重要地質(zhì)資料的主要手段。 圖2127 三維地震數(shù)據(jù)體 圖2128 垂直剖面和地震切片垂直剖面分為三種，垂直于構(gòu)造走向的剖面稱為主測線剖面，通常表示為Inline方向；與主測線剖面相垂直的為聯(lián)絡(luò)測線剖面，通常表示為Crossline方向；實現(xiàn)地震資料與地質(zhì)資料直接對比而連結(jié)部分鉆孔的測線稱為聯(lián)井測線，對應(yīng)的剖面為聯(lián)井剖面。通過面積測量技術(shù)獲得反映地質(zhì)體時空變化的三維數(shù)據(jù)體，見圖2127。 三維地震勘探1. 三維地震勘探的特點(diǎn)由于地下的地質(zhì)構(gòu)造本身是三維的，而二維地震勘探技術(shù)先天不足，具有不可克服的