深部矿井底板隐伏含水构造瞬变电磁探测应用

介绍了瞬变电磁法视电阻率计算和时-深转换基本原理;根据现场地质水文资料,并结合实际巷道工作面操作环境,应用PROTEM EM-47HP系统,对12051工作面底板开展隐伏含水构造探测,印证了该系统对低阻异常体敏感、定向性好、精度高的特点;利用BETEM后处理软件分析数据,经正-反演处理得到底板地层视电阻率断面图和顺层剖面图,初步确定了存在突水危险的隐伏含水构造异常区,为下一步钻孔查证提供了依据。     

基于裂纹扩展的含隐伏断层底板突水评价

 为研究承压水上开采时含隐伏断层底板的安全性,根据断裂力学理论建立导水断层活化扩展的理论模型。将煤层底板看做半平面无限体,把底板中含水层顶部以上的隐伏断层建模为有限宽度板条的倾斜边缘裂纹。根据采场底板的支承压力分布规律,将其简化为若干分段线性载荷加载至底板,纳入断层产状、断层在底板中埋深、工作面推进距离、含水层水压、断层面摩擦角等各种参数,推导得到底板内任意一点的应力公式。将其应用到隐伏断层面上各点,综合考虑各点法向应力、剪应力对裂纹活化的影响,计算得到采动条件下断层面上的有效切应力分布。该有效切应力剔除了裂纹面上摩擦效应对压剪裂纹扩展的影响,将其代入断裂力学相关公式,计算得到隐伏断层前缘的应力强度因子,最后通过定义突水安全指数建立了底板突水判据。以某矿带压开采工作面为例,根据相应水文和地质资料,计算得到在工作面推过隐伏断层的整个过程中断层活化突水危险性的变化规律,所得结论与工作面现场微震监测数据相符,即当工作面推进至采空区位于隐伏断层正上方区域时,断层面承受有效剪切最充分,剪切应力强度因子最大,突水安全指数达到峰值,这与现场微震监测结果中显示的在该推进阶段中,原有隐伏断层附近派生裂隙集中出现、突水危险性最高的结果相符合。     

大地电磁二维正演响应特征试算

采用基于有限差分的大地电磁二维正演程序,分别对单个低阻异常体、高低阻复合异常体和断层两侧高阻异常体模型进行了模拟计算,对比TE、TM视电阻率和相位特征以及TP振幅的响应规律进行模拟归纳并且总结出大地电磁二维正演的响应特征,为大地电磁方法的设计和数据解释提供参考与借鉴.通过计算结果表明:在二维大地电磁测深正演响应特征中,TE、TM视电阻率和相位以及TP幅值展现出不同的形态,其中TE模式可以更好地分辨纵向地质体异常,TM模式可以更好地分辨横向地质体异常.     

基于高密度电法的水利工程枢纽区隐伏断层探测

高密度电法是工程勘察中应用较为广泛的一种物探方法,由于其具有成本低、效率高、精度高等优点,因此其被广泛应用于水利水电工程、环境地质工程以及工程地质勘察等诸多领域.应用高密度电法对哈尔滨市某区水利工程枢纽区的基岩起伏及存在的隐伏断层和基岩风化带等地质结构进行探测,并在结合钻探资料和区域地质资料的基础上进行分析推断,并取得了理想的勘察效果.查明水利枢纽区存在的隐伏断层及基岩起伏,为坝区选址和工程施工提供了重要的地球物理依据.另一方面,物探结果也可用于指导以后的钻探孔位布置和调整,减少钻探工作量,节省大量的人力物力.     

激电测深在南方某矿床找铀矿中的应用

南方硬岩型铀矿找矿工作开展了多年,前人取得了丰硕的找矿成果,由于受仪器设备较落后及技术手段不足的局限性,前人所找矿体均为中浅部矿体,于是应用适当的物探方法查找深部隐伏铀矿体成为未来的主要找矿方向;南方硬岩型铀矿体大多受断裂构造、层间破碎带及硅化破碎带控制,矿化蚀变发育,铀矿体所处地电异常环境呈现出低阻高极化或高阻高极化电性特征。大功率激电测深通过测量各测点由浅至深的视电阻率和视极化率,综合分析视电阻率和视极化率断面图,查找深部有利铀成矿地电异常环境,为下一步找矿工作的部署提供重要的参考依据。     

MT法在石嘴山市地热资源勘查中的利用

通过对宁夏石嘴山市中华奇石山文化旅游区采集的大地电磁测深剖面的精细处理及二维反演,获得了研究区3 500m深度范围内的电性结构模型.阻抗张量分解结果表明区域主构造走向为NE50°,视电阻率和阻抗相位拟断面图显示二维反演获得的电性结构模型可靠,可以代表研究区该深度范围内的电性结构.大地电磁测深剖面的电性结构模型具有明显分层性,从上到下可分为低阻-高阻-低阻三层.结合区域地质资料和钻孔成果,推断研究区地层从上到下依次为第四系、新近系和古近系,其中第四系厚度约800m,新近系厚约1 400m,以下为古近系.经实钻勘探验证,研究区地热井井口水温达65℃,出水量达1 260m3/d,证实大地电磁测深法在沉积盆地地热勘查中应用效果良好.     

梯度源井地电位三维正演模拟与分析

利用梯度场源作为井地电位的激励电流源,采用异常电位法消除场源附近的奇异性,给出电导率连续变化的井地电位异常电位法三维有限元数值模拟的计算方法。利用编制的梯度场源井地电位三维数值模拟程序对低阻隐伏矿、高阻隐伏矿以及低高阻双层矿体3种地电模型进行模拟计算,得到梯度场源激励下的地表异常响应梯度差的极大极小值曲线和地表固定点的异常电位变化曲线。研究结果表明:梯度场源异常响应的2种曲线能准确判定低、高阻隐伏矿异常体的顶低埋深,亦能有效区分双层低高阻体的顶底部埋深。     

济阳坳陷低阻油层微观成因机理的宏观地质控制因素研究

由于低阻油层的电阻率低于或接近邻近水层的电阻率,给测井评价带来很大难度.根据济阳坳陷已发现的具有典型意义的低阻油层,在研究微观成因机理的基础上,分析了各种微观成因下的地质特征,并研究了低阻微观成因机理与宏观地质因素的匹配关系.研究结果表明,济阳坳陷低阻油层的形成和分布主要受沉积背景、沉积相带、成岩作用、成藏动力和地层水等地质因素的控制.高矿化度地层水成因的低阻油层主要受古咸水的沉积环境和断裂构造带的控制;高自由水饱和度成因的低阻油层受低幅度构造的控制;高束缚水饱和度成因的低阻油层主要受沉积和成岩作用的控制;在火山运动活跃的地带,火山碎屑和凝灰岩的富集有利于蒙皂石的富集,从而形成泥质附加导电成因的低阻油层.研究发现,将微观成因机理与宏观地质控制因素结合起来,可以更好地揭示低阻油层的成因规律.     

济阳坳陷低阻油层微观成因机理的宏观地质控制因素研究

由于低阻油层的电阻率低于或接近邻近水层的电阻率，给测井评价带来很大难度。根据济阳坳陷已发现的具有典型意义的低阻油层，在研究微观成因机理的基础上，分析了各种微观成因下的地质特征，并研究了低阻微观成因机理与宏观地质因素的匹配关系。研究结果表明，济阳坳陷低阻油层的形成和分布主要受沉积背景、沉积相带、成岩作用、成藏动力和地层水等地质因素的控制。高矿化度地层水成因的低阻油层主要受古咸水的沉积环境和断裂构造带的控制；高自由水饱和度成因的低阻油层受低幅度构造的控制；高束缚水饱和度成因的低阻油层主要受沉积和成岩作用的控制；在火山运动活跃的地带，火山碎屑和凝灰岩的富集有利于蒙皂石的富集，从而形成泥质附加导电成因的低阻油层。研究发现，将微观成因机理与宏观地质控制因素结合起来，可以更好地揭示低阻油层的成因规律。     

断层带煤体瓦斯地质特征与瓦斯突出的关联

针对煤与瓦斯突出煤层开采期间的突出与断层之间的关联问题,采用瓦斯地质方法,通过矿井开采实例研究了井田内断层封闭与开放的瓦斯地质特征,并根据断层附近瓦斯涌出规律判断断层与突出的关系.研究结果表明:断层的开放性与封闭性对煤与瓦斯突出具有控制作用.封闭性断层带附近瓦斯涌出异常增大,构造应力集中、常常封闭有高能瓦斯以及发育的构造煤,为煤与瓦斯突出创造条件;开放性断层带附近具有煤层瓦斯压力相对较低,煤层瓦斯含量较正常下降的特征,而在远离断层面的一侧,伴随有平行断层的条带状煤层应力集中区,其中具有煤层瓦斯压力大、煤层瓦斯含量高的特征.该成果对煤矿在煤层断层带开采瓦斯防治具有一定的理论价值和实用意义.     

用带相位的滑动滤波法对CSAMT数据静态校正

CSAMT法在测量过程中,如果在地下近地表存在电性横向不均匀时,在双对数坐标系中视电阻率曲线会出现沿着视电阻率轴平行移动的现象称为静态效应．为了有效消除静态效应,提出了一种静态校正新方法——带相位的滑动滤波法,并具体阐述了带相位的滑动滤波法的算法思想．在新疆某地区CSAMT实际测量资料处理中,采用带相位的滑动滤波法对实测数据进行静态校正,基本都能够消除大部分静态效应的影响,取得了较好的效果．     

CSAMT法在新疆焉耆盆地铀矿勘查中的应用

根据新疆焉耆盆地铀矿勘查中的勘探深度要求和测区的电阻率及地形特征,采用了可控源音频大地电磁法(CSAMT)进行勘查.对野外采集的数据进行静态校正等处理后,以卡尼亚电阻率和阻抗相位断面图为辅助资料,利用1D和2D反演电阻率断面图进行了地质推断解释.最后根据对断裂构造、构造单元划分等的推断解释资料,制成了新疆焉耆盆地CSAMT测量综合成果图,为在新疆焉耆盆地进一步的铀矿勘查提供了重要依据.     

CSAMT静态效应校正方法研究与应用

CSAMT法在实际测量中,当地下近地表存在电性横向不均匀时,CSAMT曲线会发生畸变,即静态效应。这种现象如果在资料处理中得不到消除,就会造成资料解释的误差甚至错误。为了消除静态效应对CSAMT测量数据的影响,首先介绍了目前通常使用的几种静态校正方法;然后通过建立地表存在不均匀体时的地电模型,正演模拟合成了存在静态效应的电阻率及阻抗相位断面图,使用曲线平移法和TEM数据分别进行了静态校正,基本可以消除地表不均匀体的影响;最后,对新疆某地存在静态效应的CSAMT测量原始数据断面图应用TEM数据进行静态校正,效果较好。     

CSAMT法在永安甫弼矿区找煤的应用

福建永安甫弼矿区属中低山地貌,沟谷发育,植被茂密,槽探、钻探工作很难开展,且难以摸清矿区的构造和煤系地层的分布情况。通过对福建永安甫弼矿区可控源音频大地电磁法(简称CSAMT法)剖面测量成果资料的分析,观测效果较好,圈出二叠系下统童子岩组含煤地层的分布范围。本文介绍了加拿大进口V8电法工作站的野外工作方法和CSAMT法的解读方法。认为童子岩组含煤地层呈现明显低阻异常区;根据地质填图资料、CSAMT法二维反演剖面,和钻孔验证结果,解读矿区含煤地层的分布情况;高角度大断层曲线显锐角拆线形态,并向深部延伸。     

断层破碎带注浆加固稳定性综合测试

断层破碎带岩性复杂、节理发育,为维护破碎带影响范围内巷道围岩稳定性,降低突水风险,常对其进行超前注浆加固。以淮南潘二煤矿F1断层为例,提出采用钻孔光纤及电法测试技术,对巷道掘进过程中断层破碎带注浆加固稳定性进行动态监测和分析。根据巷道掘进速度,定期采集钻孔应变和电阻率数据,分析了应变及电阻率分布特征及演化规律,指出断层破碎带注浆加固后场源变化特征与正常岩层区段具有明显差异性,表明注浆加固将有效改善破碎区段岩层物性。根据光缆应变分布及电阻率分布特征,结合巷道围岩地质属性,认为断层破碎带注浆加固后稳定性得到有效提升,断层活化变形程度较小。     

胶东牟平发云夼金矿区地球物理综合找矿研究

发云夼金矿产于中生代胶莱盆地东北边缘,金矿体产于盆地边缘次级滑动断层带中,是一层间滑动角砾岩型金矿床.金矿区开展的伽玛能谱测量结果表明,该类型金矿化具有明显的K/U参数异常,反映了中低温矿化的特点,根据地表圈定的异常确定了发云夼金矿隐伏矿化的相对部位,在此基础上进行了CSAMT技术研究,确定了隐伏金矿体在地下的具体部位,展示了发云夼金矿良好的成矿前景.目前,牟平金矿已在相应的CSAMT异常部位探到金矿体.图3,参7.     

CSAMT测量的静态效应研究

SAMT法在测量过程中的静态效应问题一直是电磁测深领域的难题,正确识别静态效应,及时对测量资料进行处理是保障勘探工作顺利进行的关键.为了掌握CSAMT测量中静态效应的特征,通过正演模拟的方式,从静态体的埋深和电阻率高低等方面研究了静态效应,讨论了不同极化模式、偶极长度、测点位置、测量频段对静态效应的影响.初步掌握了静态效应的规律,有助于实际勘探资料中静态效应的识别和采取有效的方法消除静态效应.     

可控源音频大地电磁法在潍日高速公路测区应用为例

精确探测地下不明采空区的分布情况,对生产和工程施工安全起着至关重要的作用。基于此,本文采用可控源音频大地电磁法（Controlled-Source Audiomagnetotellurics,简称CSAMT）对潍日高速公路下伏煤矿采空区的分布情况进行精确探测。首先,通过野外多次现场试验,确定最佳采集参数,以获取高品质原始数据;其次,对采集数据进行异常点剔除,并采用中值滤波空间法进行静态校正去噪;然后利用处理后的数据进行反演,得到高分辨率电阻率断面图。通过处理前后电阻率断面图的对比,结果表明处理后的采空区形状更加清晰、位置更加准确。最后,利用测区采空区解释反演结果进行钻孔布设,其反演预测结果与实际钻井基本吻合。     

Correlation between deep fluids, tremor and creep along the central San Andreas fault

The seismicity pattern along the San Andreas fault near Parkfield and Cholame, California, varies distinctly over a length of only fifty kilometres. Within the brittle crust, the presence of frictionally weak minerals, fault-weakening high fluid pressures and chemical weakening are considered possible causes of an anomalously weak fault northwest of Parkfield. Non-volcanic tremor from lower-crustal and upper-mantle depths is most pronounced about thirty kilometres southeast of Parkfield and is thought to be associated with high pore-fluid pressures at depth. Here we present geophysical evidence of fluids migrating into the creeping section of the San Andreas fault that seem to originate in the region of the uppermost mantle that also stimulates tremor, and evidence that along-strike variations in tremor activity and amplitude are related to strength variations in the lower crust and upper mantle. Interconnected fluids can explain a deep zone of anomalously low electrical resistivity that has been imaged by magnetotelluric data southwest of the Parkfield-Cholame segment. Near Cholame, where fluids seem to be trapped below a high-resistivity cap, tremor concentrates adjacent to the inferred fluids within a mechanically strong zone of high resistivity. By contrast, subvertical zones of low resistivity breach the entire crust near the drill hole of the San Andreas Fault Observatory at Depth, northwest of Parkfield, and imply pathways for deep fluids into the eastern fault block, coincident with a mechanically weak crust and the lower tremor amplitudes in the lower crust. Fluid influx to the fault system is consistent with hypotheses of fault-weakening high fluid pressures in the brittle crust.     

可控源音频大地电磁法在个旧西区深部地质结构探测中的应用

个旧西区具有与个旧东区相似的成矿地质条件,是近年来找矿工作的重点。为了研究个旧西区深部地质结构,采用可控源音频大地电磁法（CSAMT）,选择在个旧东区典型矿段（卡房）开展长600m,共12测点的过井试验剖面测量,探讨了在该地区使用CSAMT法的有效性,同时完成个旧西区长21km,共420测点的CSAMT剖面测量。基于地层岩石物性特征及过井剖面反演结果,成功划分出2km以深范围内地层组间界面以及岩体顶面接触结构,结果显示：（1）以316测点为界,南北电阻率迥异,北部为高阻,主要为花岗岩分布区,南部为低阻,主要为沉积岩分布区;（2）识别出F1,F2,F3共3条断裂,揭露了地下构造的形态特征;（3）桥顶山凸起顶部的3处岩凹与南侧岩舌下方的岩兜、者勒白凸起南缘与中部岩凹内的岩兜、贾沙河海拔750～0m处的个旧组地层捕虏体是成矿的有利部位,可优先布设相关验证工作;水塘寨下方深埋的花岗岩凸起和个旧组地层接触部位,显示良好的找矿远景,是寻求找矿突破的关键。可见,CSAMT法是该区深部地质信息探测的一种行之有效方法。