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煤矿地质测量 1.4 地球物理勘探技术1.4.1 概述 地球物理勘探方法利用物理方法来解决地质问题，即通过观察与观测各种物理现象，分析它们随地质构造或岩性变化的基本规律，从而到达解决地质问题的目的。所有的地球物理勘探方法简称物探方法，由于所研究的物理性质不同，物探方法种类多样，主要的方法包括： 地震勘探地震勘探是人工激发的弹性波在地层中的传播研究构造和岩性的一种物探方法。 电法勘探电法勘探是天然分布传播来研究地质构造和寻找矿床的一种物探方法。 重力勘探重力勘探是岩 (矿)石观测重力场变化来寻找和勘探矿床，研究地质构造的一种物探方法。 磁法勘探磁法勘探是岩 (矿)石观测变化来寻找和勘探矿床，研究地质构造的一种物探方法。 地球物理地球物理是利用钻井内岩石、矿层具有不同物性的特点来划分钻井地质剖面及解决其它地质问题的多种方法总称，简称测井。它主要包括电测井、核测井、声测井等方法。 几十年来，地球物理勘探方法得到飞速发展，方法和技术日臻完善，应用领域不断扩大，解决的问题日益增多。 目前，地球物理勘探方法在矿井和采区设计优化、综采工作面的合理布置、避免和减少地质风险、优选采煤方法、提高资源回收率、降低万吨掘进率等方面起到了重大作用查明褶曲；查清陷落柱、老窑及采空区的空间分布形态；解决煤层分叉与合并、煤层厚度变化、火成岩侵入、煤层顶底板水文地质条件及力学性质等一系列地质问题。 因此，钻探、巷探等基础地质手段1.4.2 地震勘探的基本原理 1.4.2.1 地震波的传播特征 地震波是在岩层中传播的弹性波。当用炸药作为震源激发时，震源附近的岩石受到巨大激发力的作用产生破裂和塑性形变，而远离震源的岩石受到瞬间微小外力的作用可以近似看成完全弹性体。弹性体在外力作用下发生形变并产生一个反抗形变的弹力。当外力取消时， 弹力使弹性体恢复原状。这个过程使质点产生随时间变化的弹性位移(振动)，由于质点间存在着弹性联系，每个质点把振动传递到周围质点。于是，激发力引起的质点弹性振动由震源向周围介质传播，逐渐形成地震波。 地震波分为体波和面波，体波在弹性介质的内部传播，面波沿着弹性介质的某些界面传播，见图2-1-23。 纵波(P波)——质点振动方向和波传播方向相同。 横波(S波)——质点振动方向和波传播方向相垂直。质点振动在水平平面中的横波分量称为水平横波(SH波)，质点振动在垂直平面中的横波分量称为垂直横波(SV波)。 瑞雷面波(R波)——质点在通过传播方向的铅垂面内沿椭圆轨迹逆转运动。 图2-1-23 地震波的传播示意图 a—纵波；b—水平横波；c—垂直横波；d—瑞雷面波 煤田地震勘探主要采用纵波勘探。 地震波在传播过程中遇到两种地层分界面时，就会产生反射波。在地面上用仪器把各个地层分界面的反射波到达时间记录下来，利用地震波传播速度，便可以计算出地层分界面的埋藏深度。图2-1-24是地震勘探示意图。 图2-1-24 地震勘探示意图 1.4.2.2 地震勘探的地震地质条件 决定一个地区能否开展及如何进行地震勘探工作的客观条件，统称为地震地质条件，它分为表层条件和深部条件两部分。表层地震地质条件是指地表附近的地质和地貌的特点，它主要影响地震勘探的施工效率、激发与接收条件。深部地震地质条件是指地震界面与地质界面的对应关系，以及地质构造的复杂程度。 1.4.3地震数据的采集 1震源 用于地震勘探的震源基本上分为两大类：炸药震源和非炸药震源。 1炸药震源 炸药是一种特殊的化合物或混合物，它能在外界的影响(如用电雷管起爆)下放出气体和高热，形成高压气团而急剧膨胀，在很短的瞬间将压缩作用施用于周围物体，即所谓的冲击波。在爆炸中心，物体将被粉碎和破坏，形成破坏带。在破坏带以外，物体只产生弹性形变，形成岩石的震动带，此时冲击波变成弹性波。 在陆地地震勘探时，多数情况下在注满水的浅井中爆炸激发地震波，无法钻井或钻井困难的地区多采用坑中爆炸。在水面地震勘探时，采用水中爆炸。 井中爆炸是地震勘探中最常用的一种激发方式，它的主要优点有两条：一是减小面波的强度，基本不产生声波；二是反射波能量强、频率高，可以减少药量。要确保这些优点的实现，需要选择良好的激发条件。首先要考虑的就是爆炸介质的岩性，若在松软的干燥沙层或淤泥中激发，地震波频率很低，且爆炸能量大部分被吸收；若在坚硬的岩石中激发，地震波频率很高，但是随着地震波在岩石中的传播，高频振动很快地被吸收。因此，激发最好选在潮湿的可塑性岩层，如胶泥、粘土等。其次要考虑的是激发井深，通常选择在潜水面以下2~3m。为了使能量集中向下传播及减小声波干扰，井中要注满水、泥浆或用土填塞。 虽然目前我国在陆上大部分地区仍主要采用炸药井中爆炸的激发方式，但是随着勘探规模的扩大和技术的发展，炸药震源逐渐暴露出以下问题： (1) 钻井和使用炸药的费用较大、