现场探测试验与应用研究

战略背景与目标任务~

一、基础地质与成矿理论创新研究
1.战略背景
经过60年的发展，我国已成为一个世界地质大国。主要表现在：地质科学的学科门类比较齐全，高等教育体系比较完备，有一支相当规模的科研队伍，依靠自己的力量基本上可以解决国家经济建设和社会发展中所面临的资源环境问题。中国的地壳结构复杂而独特，构造演化历史漫长而复杂，是研究地壳形成与演化的最理想场所，具备为世界地球科学发展做出重要贡献的优良条件。但中国目前还不是一个地质强国，主要表现在各学科的发展很不平衡，地质科技自主研发与创新能力不足，仅部分领域处于国际先进和领先水平。
2.战略目标
“十二五”期间：基本查明青藏高原大陆碰撞造山带、天山—兴蒙增生造山带和中央复合造山带的主要结构特征和演化，特别是制约成矿的地质背景。重塑中国典型克拉通早前寒武纪重大转折期地质演化过程及探讨转折期特殊环境对矿产资源形成的制约。在岩石、地层、构造和重要生物群落的起源与环境演化方面取得重要研究进展，解决一批制约找矿的重大地质问题，为实现找矿突破奠定基础。初步建立资源预测与评价方法及技术体系、典型矿床的三维矿化数字模型和成矿构造体系新模式。初步建立不同覆盖区深部找矿的勘查理论、方法和信息技术体系。
“十三五”期间：基本查明中国及亚洲大陆聚散过程及构造格架；总结我国主要碰撞造山带、增生造山带、复合型造山带的基本特征、形成演化以及成矿背景特征，建立中国大陆成矿理论体系，解决一批制约地质找矿的重大基础地质问题。深入开展地球科学前沿研究，推动地球系统科学理论体系建设，提升我国地质理论研究的国际水平。建立系统的资源预测与评价方法及技术体系、典型矿床的三维矿化数字模型和成矿构造体系新模式；建立不同覆盖区深部找矿的勘查理论、方法和信息技术体系。
3.战略任务
基础地质与成矿理论创新研究是基础性支撑工作，要围绕解决制约资源能源找矿突破的重要基础地质问题开展研究，为地质找矿工作提供基础地质和理论支撑。
以全国矿产资源潜力评价资料为基础，以铁、铜、铝、金等我国紧缺矿种为主攻矿种，收集多元地学信息，在重要资源潜力区开展大比例尺综合信息成矿预测。
围绕重要成矿域重大地质问题，在我国主要造山带开展综合性基础地质研究。
围绕重要成矿带及重大找矿工作，优先在成矿潜力大的兴蒙造山带、西南“三江”造山带、青藏高原、中央造山带和钦杭结合带开展综合性基础地质解剖研究。
针对重要、紧缺的矿产资源、油气资源以及环境问题，开展相关学科的系统研究。
为解决能源资源前景问题，开展前沿性科学研究。
为保障基础科研的高效继续，探讨产学研的结合新模式，形成基础科研的新机制。
二、地壳探测
1.战略背景
探测地球深部不仅是地球科学本身发展的趋势，更是人类为了寻找更多资源、减轻灾害、保护环境的迫切需要。自20世纪70年代以来，很多发达国家陆续启动了深部探测计划，通过“揭开”地表覆盖层，把视线延伸到地壳深部，获得了许多重大成果。发现了造山带山根，提出岩石圈拆沉模式和大陆深俯冲理论，极大地推动了地球科学的发展；美国在造山带下找到了大型油田，澳大利亚在覆盖层下发现奥林匹克坝超大型矿床，拓展了人类索取资源的空间。为缓解我国资源短缺、灾害频发和环境恶化的多重压力，《国务院关于加强地质工作的决定》（2006）明确提出“实施地壳探测工程”，提高地球认知、资源勘查和灾害预警水平。
20世纪80年代以来，我国虽然也开始一些深部地壳剖面研究，但总体来说，剖面数量和长度远远不及欧洲国家和美国、加拿大等水平，采集数据精度较低，综合研究水平不高。
2.战略目标
围绕资源与环境问题，探测深部地质结构与组成，探讨大陆形成演化动力学过程及其浅层资源、环境响应，揭示成矿、成藏过程及灾害发生机理，开拓油气与重要矿产资源深部“第二找矿空间”，解决深部地质和矿产资源的科技瓶颈问题。
“十二五”期间：解决关键探测技术与集成技术问题，初步建立固体地球层圈立体探测技术体系；形成典型矿集区、含油气盆地、重大地质灾害区的深部探测实验基地，解决8～10个急迫的重大科学问题；完成10口科学浅钻，5口科学深钻；建立深部探测数据管理、融合与共享系统。
“十三五”期间：在10个关键地质单元全面实施深部探测，完成30口科学浅钻、10口科学深钻，解决我国主要造山带形成演化过程的重大学科问题；确定深层油气和“第二找矿空间”的主要层位，塔里木—华北陆块、青藏高原西部地区76种元素时空分布，10条地质走廊带的深穿透地球化学测量；完成首都圈、青藏高原东南缘应力应变综合监测网。
3.战略任务
针对地球深部探测，解决关键探测技术难点与核心技术集成，形成对固体地球深部层圈立体探测的技术体系；在不同自然景观、复杂矿集区、含油气盆地深层、重大地质灾害区等关键地带进行试验示范，形成若干深部探测实验基地；实现深部数据融合与共享，建立深部数据管理系统；积聚、培养优秀人才，形成若干技术体系的研究团队。
（1）开展大陆岩石圈结构探测
选择板块边界、造山带等我国大陆重要构造单元，探测其岩石圈、地壳和地表浅层不同层次精细结构，反演中国大陆形成演化的动力学过程。部署穿越我国主要造山带和地块的“三横四纵”超长断面探测网，揭示能源与重要矿产资源成藏成矿过程和地质灾害成灾机理的深部构造背景，创新大陆动力学理论体系。
（2）开展大陆地壳物质探测
发展地壳深部物质信息识别技术，探测中国大陆地壳千米深度的物质组成和时空分布；开展重要板块边界、地质走廊带的地壳物质联合探测试验与示范研究，建立深部物质探测技术体系；揭示化学元素时空分布与大地构造单元和成矿省的关系以及对资源总量的制约作用。
（3）开展重要矿集区立体探测与科学群钻
选择我国重点成矿区带，按照矿集区深部结构框架探测、矿集区浅部三维结构精细探测和科学浅钻三个层次开展探测工作，揭示重要矿集区地壳结构、壳幔相互作用和深部动力学过程对矿集区形成、演化的制约作用，加大资源勘查深度，提出深部找矿方向和找矿靶区。
（4）开展大陆科学钻探和超深钻
围绕重要含油气盆地的深部资源问题，实施30口万米深的科学超深井，揭示深层烃源岩、储集层、盖层和运移通道的分布及规模，揭示盆地上地幔精细结构及其对油气资源的制约，完善深层油气藏形成演化理论；在大型走滑断裂带、地震活动带和重大地质问题区，实施科学钻探，直接获取深部物质、结构信息，研究重大地质现象的本质及形成机理。
（5）开展全国地应力测量网与技术
部署跨越主要大地构造单元的超长地应力测量剖面，摸清东亚大陆动力学背景和我国现今地壳应力场；在关键地震带、地质灾害群发区、重大工程区和核心城市群部署地应力实时监测网，全面提高地质灾害预警预报能力。建立全国地应力观测站网，提高我国大陆内动力作用的监测能力，完善我国地质灾害监测体系。
（6）开展地壳探测数据平台及技术支撑基地建设
建设多源信息主体数据库，建立深部探测数据平台，解决多源数据的融合和集成；开展相关探测数据空间管理、数据综合解释建模、3D动态显示、海量探测数据存储和共享等专题研究；建设具有国际先进水平的地壳探测技术支撑系统及基地。
三、矿产资源勘查技术与装备研发
资源勘查技术是运用现代多种科技手段，实现多尺度、多平台、多方法找矿勘查的技术。全面提升我国地质勘查技术水平，发展从卫星到航空、从地面到深部、从野外到室内的适合不同景观区和地质条件的物探、化探、遥感、钻探和地质实验测试技术，并通过集成形成立体综合勘查技术体系。
1.战略背景
经过多年技术攻关，我国初步建立了星载对地观测技术、航空探测技术、地面探测技术、地下探测技术和地质分析测试技术等技术体系，使我国综合找矿能力大为增强。
我国地质勘查技术及装备主要依靠进口，当前突出的特点是“先进与落后并存”。具体表现在：一是在研发上落后，在拥有上先进；二是在探测仪器上先进，在数据解释软件落后；三是科研单位仪器装备先进，承担调查或勘查任务的单位仪器装备落后。地质勘查技术研发投入严重不足，人才匮乏。未能形成适合我国地质环境条件的、行之有效的勘查技术体系。仪器装备的有效载荷指标设置不能完全满足地质调查的需求，相关软件的商品化方面仍有较大差距。
2.战略目标
“十二五”期间：星载对地观测技术：针对能源资源探测需求，发射高光谱遥感卫星，初步形成全波段、多类型遥感数据获取能力；研制能满足能源资源多种需求的可见近红外、短波红外、热红外星载多光谱、高光谱等有效载荷，建立我国面向能源资源勘探的室内遥感超级实验场，构建能源资源勘探遥感的仿真实验平台。
航空探测技术：研究航磁三轴梯度和矢量测量技术、航空重力测量技术研究、航空放射性和航空电磁方法技术研究；研发低空无人机载荷技术和数据传输技术；研制适于地质找矿和地质填图的机载高光谱传感器。
地面探测技术：研发1000～1500米内的深部资源电磁勘查技术、500～1000米深部矿体精确空间定位综合物探技术、第四系或戈壁盐碱覆盖区金属矿勘查综合物探技术、2000米覆盖区金属矿地震精细探测技术；研制具有自主知识产权的地球物理仪器传感器及适合深部地质找矿和西部快速地质调查的高精度重力仪、磁力仪和抗干扰电法仪等常规地球物理仪器，并实现产品化；开展表生地球化学特征研究，研发新的化探扫面技术，使1:25万化探扫面可扫面积从占国土面积的67%提高到87%；开展重要成矿带区域找矿潜力地球化学定量评价技术研究和示范、30米以内覆盖区深穿透性地球化学探测技术研究和示范，研发油气化探扫面技术及相关标准等。
地下探测技术：3000米以内新型全液压动力头岩心钻机及配套设备形成完整系列；完成2000米以内全液压车装水资源钻机系列及配套设备研制，开发高效的深孔钻进工艺方法；完成先进、实用、高效的浅层取样钻机系列，技术水平接近国际先进水平；开展井中高精度磁测、井中电法、井中CT、综合测井等综合地下物探方法技术研究，提高我国地下物探勘查技术水平。
地质分析测试技术：针对地质调查和矿产勘查的需求，建立以现代多元素分析测试技术为主要手段的重要金属、非金属矿石、矿物中主、次、痕量化学组分和同位素实验测试技术方法体系；开展油气实验测试技术方法研究；建立海洋区域地质调查分析测试技术方法体系；开展生态地球化学、生物地球化学与界面过程关键实验测试技术、重要有机污染物和金属有机化合物分析测试技术与方法研究；进行地质实验测试紧缺标准物质的研制和地质实验测试标准方法的制（修）订；实现实验室及现场小型分析测试仪器实用化、产品化，为地质调查提供高效的现场分析测试手段。
“十三五”期间：星载对地观测技术：建立高光谱卫星测控和地面运行系统；研制全波段的地面光谱测量设备；建立多个数据获取平台，配备多套全波段、多类型传感器；研发适于地质探测的雷达卫星，开展海域油气探测技术集成研究。
航空探测技术：实现航磁三轴梯度和矢量化测量系统、航空放射性测量系统、时间域航空电磁系统国产化，全面投入勘查生产；航空重力测量系统部分国产化；研发低空无人机遥感数据精准定位技术；研制机载高光谱数据快速处理技术。
地面勘查探测技术：开展特殊景观条件下（如戈壁沙漠、倒石堆、森林沼泽、永久冻土等）500～1000米电磁勘查技术的试验应用，500～1000米主要类型矿床综合勘查技术；开展2000米覆盖区金属矿多波列地震方法技术、油气远景区带三维物化探调查及评价技术研究，形成能够用于调查、勘查的技术。
研究新的化探扫面技术：使1:25万化探技术可扫面面积达国土面积90%以上，1:5万化探技术使西部重要成矿带可调查面积达到50%，完成油气化探推断解释及异常查证技术研究，开展8个成矿带区域找矿潜力地球化学定量评价技术研究和示范、中高温热液矿床深部资源地球化学定量预测及定位技术、100～300米覆盖区深穿透性地球化学探测技术、稀有金属元素矿床勘查方法技术和全国尾矿资源利用评价技术研究。
地下探测技术：开发4000米以内新型全液压动力头岩心钻机及配套设备，开发3000米全液压车装水资源钻机；自动化岩心钻机达到实用阶段；新型全液压钻机实现产业化，形成基本系列，普及率达到40%左右；通过开展深部和隐伏矿勘查、危机矿山接替资源勘查的地下物探应用研究与示范，进行方法技术推广，提高行业勘查技术水平。
地质分析测试技术：建立起较为完善的现代矿产资源调查实验测试、标准物质和标准方法及同位素分析体系；建立并完善野外与海洋现场实验测试技术；建立铀矿、煤炭、盐湖等资源调查、勘查实验测试技术体系；探索建立针对全球气候变化研究的有机标记化合物和同位素示踪技术方法体系；研究建立生物地球化学与界面过程关键实验测试技术体系。加强地质行业实验测试信息化和实验测试队伍的建设。
3.战略任务
通过理论和技术创新研发，实现探测仪器的功能和性能的突破。按照层次清晰、大小结合、功能多样的原则研发适用于不同找矿目标的探测仪器。星载探测仪器以高光谱遥感卫星为主，通过组群组网实现大面积快速对地观测。航空勘查技术注意遥感与物探技术同步发展，以仪器研发为主，实现探测仪器的多方法集成。地面和地下探测技术实现电磁技术和深部钻探技术同步发展。分析测试仪器注重快速分析仪器的研发和精准探测结合。从注重单项探测技术的研究出发，向加强以重大资源环境问题为导向的勘查技术集成创新转变，实现关键技术的突破和创新。形成高精度、可靠、快速、实用勘查技术与方法技术体系。研发满足不同需求和适用不同地质景观条件的勘查技术仪器装备。
四、国际合作
在立足国内，大力挖潜的同时，积极开展国际合作，提高我国地质科技与国际影响能力，加大境外资源潜力调查与投资环境、战略的研究力度，获取境外资源勘查开发可靠信息，搭建有效防范、规避境外矿产资源勘查开发投资风险的信息服务平台，参与全球资源配置，对于维护我国的资源安全、经济安全意义重大。
1.战略背景
近年来，国际合作与境外矿产勘查工作成效初显。国际合作网络体系初具规模，多层次交流平台和渠道不断完善，在国际组织中影响力逐步提高。科技合作成果显著，境外地质矿产调查与研究取得实质进展，初步建立了全球矿产资源信息系统，并对境外地质矿产调查勘查新模式与新机制开展了有益探索。
国际合作与境外矿产资源调查存在的问题主要表现在：①国内外地质矿产对比研究力度不够；②境外实地矿产资源调查评价工作投入不足；③缺乏有效的境外地质勘查开发信息与服务体系；④缺乏国际型地学人才和队伍；⑤缺乏实施境外勘查稳定的国际合作网络；⑥缺乏具有国际影响力、以我为主的国际大科学研究计划。
2.战略目标
扩大国际合作国家和地区范围，引进、消化和吸收国际先进地学理论与方法技术，建立国际合作科研基地，培养和推动我国中青年地学专家参加国际地学组织，倡导并主导国际地学研究计划。开展境外地矿技术与管理人员培训，在境外推广我国先进的调查技术与设备。
“十二五”期间：完成全球主要资源型国家矿业政策和法律法规研究，与我国周边、非洲和拉丁美洲等20个资源丰富国家建立合作关系。
重点在地质调查与矿产勘查开发技术、全球气候变化研究、地质灾害调查监测与防治、仪器研发方面开展国际合作。培养和推动我国中青年地学专家参加国际地学组织，倡导并主导国际地学计划1～3项。培训境外地矿技术与管理人员，并在境外推广我国先进的调查技术与设备。
“十三五”期间：继续跟踪并更新全球主要资源型国家矿业政策和投资法律法规变化情况；在全球与资源丰富的国家建立合作机制。
在资源与环境领域全面开展国际合作，积极培养我国中青年国际性复合地质人才，倡导并主导国际地学大计划。在境外国家推广我国先进的调查技术并培训境外地矿技术与管理人员。
3.战略任务
立足国内，以国家需求为导向，国际合作遵循双边与多边、“走出去”与“引进来”相结合的原则，与科技先进发达国家开展国际合作，引进先进理论和方法技术，并推广我国领先的方法技术和设备，培训境外地矿官员与技术人员。
资源与环境领域理论与技术方面的国际合作。与美国、欧洲等发达国家在行星地球基础研究，环境领域调查评估、监测和预防、治理，全球气候变化，能源资源调查、评价与开发、综合利用方法技术，地质灾害调查评价与监测治理等领域开展合作；培养中青年科学家并扶持参加国际地学组织并在其中发挥作用；建立稳定人才培训科研基地。
以我国先进的方法技术开展国际合作，扩大国际影响。在境外推广我国数字地质填图、地球化学填图等具有优势的调查技术；积极参与国际重大基础研究，举办国际地学会议，在岩溶研究、青藏高原研究、新构造运动等为题设立并主导国际地学大计划。培训境外地矿官员与技术人员工作。
五、地质调查技术标准研制修订与升级
1.战略背景
50多年来，经过几代地质工作者的艰苦努力和不断探索，地质勘查标准化取得了重要进展，具备了良好的工作基础。地质勘查技术标准已经形成了较为完整的专业体系，区域地质、海洋地质、矿产地质、水文、工程、环境地质、物化探、遥感、探矿工程、地质测绘、信息资料、地质实验测试等各专业都程度不同地制定了相应的通用标准、专业通用标准、专业门类标准和一系列操作规程。根据地质勘查工作需要，先后按阶段发布了一些急需的国家标准、地矿行业标准和中国地质调查局工作标准，为各类地质勘查工作内容和方法的统一、工作精度的保证、质量的衡量、成果的验收提供了标准依据。促进了地质勘查和水工环地质调查等地质新理论、新技术和新方法在实际工作中的应用。为全面提高地质调查工作程度，实现新的找矿重大突破，增强地质环境调查监测能力，服务国民经济和社会发展需求提供强有力的标准支撑。
虽然现有的各类标准基本上满足了当前地质勘查工作的急需，但与目前地质勘查工作、技术方法和经济社会发展的需要还有一定的距离。首先，在海洋地质调查、环境地质调查、遥感、资料管理、实验测试等专业领域还有一大批新标准需要研制，区调工作尚没有制定出完整的覆盖区和城市区的区域地质调查规范、矿产勘查缺少综合整理等操作层面的技术规程，信息化方面缺少通用类标准，对专业信息化工作缺乏指导作用等。其次，原有国2标、行标中的一批物化遥、测试技术方法标准随着新技术的发展，标准已不适应，工作内容和精度要求等需要调整。第三，现行标准之间存在重复交叉现象，许多标准需要整合、拆分和调整。第四，新技术标准还需要及时、全面的推广应用。
2.战略目标
“十二五”期间：研制基岩区、覆盖区和城市区区域地质调查标准，海洋区域地质调查、环境调查与监测和海洋能源资源调查标准，大比例尺矿产勘查和矿产综合利用标准，地下水水质、污染、动态评价、环境、灾害等调查标准，物探、化探、遥感、钻探方法技术应用标准，地质实验测试领域分析方法和管理标准，地质信息和资料管理标准等一批新标准；修订一批不适应当前技术发展需要，而在地质调查工作中需要使用的行业标准和国家标准；升级一批技术上成熟且有广泛应用基础的局标为行业标准或国家标准。推广一批对地质勘查工作有重大影响的技术标准，使地质勘查工作的规范化程度明显提高。
“十三五”期间：研制、修订和完善重点成矿区带、重要工程区、重要经济区区域地质调查标准和基础图件编图规范，海洋地质调查与监测、海洋矿产勘查、矿产勘查、矿产综合利用、勘查技术方法，地下水调查评价、浅层地热、灾害监测和防治，地质实验分析测试、地质信息技术和资料管理标准等；搞好标准升级、推广；开展地质勘查标准体系和相关管理标准研究，全面提升地质勘查工作的标准化程度。
3.战略任务
开展急需地质调查专业领域的技术标准研制。重点研制1:5万基岩区、覆盖区和城市区区域地质调查标准、不同岩类区区域地质调查方法指南，1:5万～1:25万海洋区域地质调查、滨海湿地综合地质调查标准、海洋地质图编图规范、海洋地球物理勘查技术规程，固体矿产资源储量计算技术要求、陆地石油天然气调查规范和矿产综合利用标准，地质灾害灾情统计标准，井中磁测等物探标准，航空遥感摄影技术、多光谱遥感数据处理等遥感标准，地下水污染调查评价样品分析、土壤有机污染物标准方法等地质实验测试标准等。
修订一批不适应当前技术发展且标龄超过年限的行标和国标。修订岩石分类和命名方案、地质数据建设指南、地质信息元数据标准，固体矿产勘查总则、固体矿产勘查规范，矿区水文地质工程地质勘查规范、大洋金属结构矿产勘查规程，水文、工程、环境灾害地质术语，时间域激发极化、重力测量技术、地面高精度磁测技术规程，土壤地球化学测量规范，遥感解译指南、遥感地质调查技术规定，1:25万地质图地理底图编绘规范等标准。
以多媒体教学片、标准汇编和单行本，培训班、网络版等多种形式推广新技术标准。主要包括区调、海洋地质、矿产、水工环、物化探、遥感等技术标准和方法。

据报道，近期，依托“科学”号海洋科学综合考察船，中国科学院海洋研究所牵头完成的“‘科学’号深远海综合探测平台研发与应用”项目获得了2016年度海洋工程科学技术特等奖，该奖项是我国海洋工程领域的最高科学技术奖项，代表了我国海洋科技取得了重大科技突破。

报道称中国海洋科学综合考察船首次建立了宏观与微观、走航与定点、梯度与原位相结合的深远海环境探测技术体系，突破了10000米深海定点探测、6000米深海探测与采样、4500米深海精准探测与取样、1000米水体剖面走航探测、深海30米长沉积物取芯和20米长岩石取芯等关键技术。

目前已经实现了深海探测“下得去，看得清，采得上，测得准，功能全，用得起”的目标，显著提高了我国深远海探测与研究能力，奠定了我国在深海大洋研究的国际地位。

据悉截止目前，“科学”号海洋科学综合考察船已进行了10余次海洋科考任务，取得大量宝贵的多学科调查数据资料，成功开展了深海原位观测和现场实验，为我国深海探测与研究跻身国际前沿并向纵深发展打下坚实基础，为海洋科技取得了重大科技突破。

目前，淮南矿区煤巷掘进和岩巷快速掘进过程中受到断层、破碎带、瓦斯异常带等地质问题的影响较为严重，现场探测时针对各种地质条件，采用反射地震波和电磁法等技术有选择性地结合，分别进行了试验，并对顾桥－780南翼轨道大巷掘进进行了跟踪探测，取得了一定的成果。因探测数据较多，现按方法技术的组合加以说明。

（一）潘一矿煤巷探测———MSP法

淮南潘集第一煤矿1632（1）工作面采煤为11煤层，煤层厚度在1.5m左右，受断层等构造影响局部层厚变化较大，煤层变薄现象严重。其中上风巷处受F8断层（170°～200°∠32°～60°H＝6～10m）影响，造成风巷施工条件的变化。针对这一情况，现场探测实验以F8断层探测为基础，进行了井下探测试验，完成了上风巷两个测点处探测任务（图6－51）。

图6－51 1632（1）工作面探测地点

1.施工布置与数据采集

根据现场条件，结合F8断层位置，现场选择两处进行实际探测，一是1632（1）工作面上风巷控制点三0A处，二是风巷与切眼交接口三67测点处。现场数据采集主要完成反射地震波超前探测，使用自行研制的KDZ1114－6B30多通道矿用地震超前探测仪，于2008年12月2日进行。

（1）三0A测点处

受F8断层影响，上风巷在三0A测点处进行改向，因此可以直接对F8断层进行探测实验。现场在距离前方封闭墙25m左右两侧帮各布置一个三分量传感器，29m处布置一个三分量传感器，共布置3个传感器，开设9通道进行数据采集。其中三分量接收时X分量指向前方，Y分量指向底板，Z指向巷帮。

激发采用锤击方式，炮点间距为0.8m，共完成54次激发。现场测试布置如图6－52所示。

图6－52 三0A测点处现场布置示意图

（2）三67测点处

该处为1632（1）工作面切眼位置，受F8断层影响，风巷距离F8断层较近，因此可以有效探测其构造位置进行实验，获得有效的探测技术参数。现场距离封闭墙24m处左右两侧帮各布置一个三分量传感器，28m处布置一个三分量传感器，共布置3个传感器，开设9通道进行数据采集。三分量接收中X分量指向前方，Y分量指向底板，Z指向巷帮。

地震波激发采用锤击方式，炮点间距为0.8m，共激发30次。现场测试布置如图6－53所示。

2.超前探测结果分析

（1）三0A测点探测结果

根据MSP数据处理流程进行相应的处理，最终获得测试前方的地震偏移结果剖面。图6－54为现场采集三分量数据，数据质量较好。图6－55为煤层激发地震波谱特征，其主频范围在80～200Hz。速度分析时根据直达波特征及煤层顶底板岩性综合分析，选取偏移速度为2.1m/ms，并进行均速偏移。图6－56为三0A测点处探测的深度偏移剖面图，其中用不同的颜色表达出反射波振幅的大小，颜色越深代表该处反射波能量越强，即存在异常界面的可能性大。

图6－53 三67测点处现场布置示意图

图6－54 三0A测点处采集波形记录

图6－55 三0A测点处煤层波波谱特征

图6－56 三0A测点处MSP法探测深度偏移结果

从剖面中可以看出，在巷道探测前方共存在两处明显反射异常带，分别命名为R1和R2，其中R1距离巷道封堵墙前方5m，R2界面位于巷道封堵墙前方12m处。综合现有地质资料对上述异常段作如下推断解释：

R1异常界面处可能是F8断层构造分支在巷道探测方向的位置；R2异常界面为F8断层构造在巷道探测方法的位置反应。

（2）三67测点结果

图6－57为现场采集三分量波形记录，数据质量相对较好。图6－58为煤层激发地震波谱特征，其主频范围在90～300Hz，较三0A测点处地震波频率稍高。图6－59为三67点处MSP深度偏移剖面图，用不同的颜色表达出反射波振幅的大小，颜色越高代表该处反射波能量越强，即存在异常界面的可能性也越大。这里同样选取2.1m/ms作为地震波偏移速度并进行均速偏移。从剖面结果可以看出，在巷道迎头测试方向前方共存在3组明显的反射波组异常带，分别命名为R3，R4和R5，其中R3界面位于迎头位置，R4界面位于迎头前方10m处，R5界面位于迎头前方30m。综合现有地质资料对上述异常段推断解释：R3与R4异常界面为F8断层影响带出露的范围，其宽度达10m左右；R5异常界面为前方所存在的其他断层构造位置。

图6－57 三67测点处采集波形记录

图6－58 三67测点处煤层波波谱特征

图6－59 三67测点处MSP探测深度偏移结果图

3.探测结论与认识

通过本次对煤层巷道揭露及隐伏断层构造的探测试验，结果表明：

1）利用反射地震波法（MSP）进行超前探测具有一定的优势，巷道揭露的断层位置及其特征在反射偏移剖面中具有良好的反应，但受断层走向控制，三0A测点和三67测点处的探测效果较不同。总的来说，断层构造的走向与巷道走向线夹角较大者（通常大于40°为宜）易于分辨，效果显著。

2）三67测点处超前探测发现在距迎头30m处仍存在异常界面，推断为F8断层分支断层或其他构造位置。

3）煤层巷道掘进超前探测是一项难度较大，实际生产急需的应用技术。与岩巷地质条件相比，煤层巷道探测条件相对较差，利用锤击方式激发，地震波的有效能量分布较近，超前工作面的控制距离在60m以内。

4）煤层巷道探测过程中，对地震波的速度分析相对简单，通常结合直达波波速及煤层顶底板岩性综合选取，并进行匀速偏移，本次采用2.1m/ms速度进行。对于未知区探测时偏移速度选取必须结合实际地质条件进行有效验证与修正。

（二）潘一东矿岩巷探测———震电两种方法综合

潘一东矿副井－848m井底车场东等候室掘进前方将遇到F32断层。为了控制其位置，现场于2009年8月21日在副井－848m井底车场巷道迎头D测点前18.8m处，分别采用MSP法和MTEM法进行了超前探测实验，对掘进工作面前方地质界面及其含水特征进行判别，为巷道安全掘进提供有效的技术参数。

1.巷道MSP法

图6－60为MSP法现场探测布置图，现场采用锤击方式进行地震波激发，其中侧帮炮间距为1m，共激发14炮，另在掘进工作面激发4炮。

图6－60 MSP法现场布置示意图

图6－61为采集获得的波形记录及其波谱特征，该岩巷激发地震波主要频率范围在150～400Hz，有利于对地质界面的分辨。图6－62为直达波波速拾取及对巷道前方反射波提取后的波形。结合直达波速度及探测段砂泥岩层条件，数据偏移处理时地震波速度选取为2.6m/ms，图6－63分别为X和Y分量的地震波偏移结果剖面，图中亮色条带位置即是前方存在反射能量位置，也就是存在异常界面的位置。

从中可以看出，X、Y分量结果反应在迎头前方21.5～28.0m段存在强能量反射区，即R1界面；同时Y分量结果反应在迎头前方50.0～60.0m段也存在强能量反射区，即R2界面。

2.巷道瞬变电磁法超前探测

图6－64为瞬变电磁法现场测试布置示意图，利用掘进工作面共获得10组测深数据。对于低阻异常区分析具有两种可能：一种是含水异常区，另一种是低阻岩性变化。

图6－61 采集波形记录及频谱特征

图6－62 波速拾取及反射波提取波形

图6－63 偏移结果

图6－64 MTEM法现场探测布置

图6－65为TEM法超前探测的3个方向，即顺层、顶板和底板方向，其中迎头顺层方向直接表示巷道掘进前方岩层视电阻率信息。可以看出，在迎头前方21～26m段为视电阻率发生变化区，该区间电阻率值由5Ω·m变到2Ω·m，即R1界面，且在迎头前方55～60m段也存在视电阻率变化区。该区间视电阻率值由1.5Ω·m变到1Ω·m，即R2界面。

图6-65 MTEM法超前探测顶板、顺层及底板3个方向视电阻率剖面

3.探测结论与认识

综合地震和瞬变电磁法两种超前探测结果及现有的地质资料分析，其结论为：

1）探测当日迎头（D测点前18.8m）前方存在两组异常界面，分别为R1和R2。其中R1界面位于测点 D测点前方40.3～46.8m，推断为F32断层位置；R2界面位于测点 D测点前方68.8～78.8m，推断为岩性变化界面或其他构造异常；

2）单从视电阻率值分析，当日迎头（D测点前18.8m）向前25～60m 段视电阻率值变化较大，且局部存在低阻异常，但总体含水可能性较小。

4.结果验证

目前，该巷道已安全穿过F32断层，其中所揭露的断层位置在测点 D前方43m，与探测结果 R1界面相吻合，且断层不含水。R2界面位置岩层较为破碎。

（三）探测方法技术分析

通过反射地震波法、直流电阻率法和瞬变电磁法等多种方法进行巷道不良地质构造超前探测是未来的应用方向，其中利用地震反射波超前成像技术可以获得巷道前方有效的地质异常界面位置，直流电阻率法和瞬变电磁法可对前方含水异常体进行有效判别。表6－2列举了具体的方法技术特点。

表6－2 综合超前探测方法特点

综合物探方法的有效利用能够相互补充，辅助判定，充分发挥反射地震波法的探测距离远，电磁方法的对灾害性水源灵敏等技术优势，克服单一方法的多解性，能对掘进空间影响安全生产的各种地质异常体进行全面有效探测，其优势明显。现场探测时可根据探测要求选取一到两种方法组合，其中解决简单地质构造及其异常时可采用反射地震波法和瞬变电磁法两种组合，解决复杂地质构造及其异常时可采用反射地震波法和电磁法3种组合，以获得有效的探测效果。

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