一種煤層基底奧灰頂界面起伏形態(tài)探測(cè)的方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及地質(zhì)與地球物理領(lǐng)域，尤其涉及一種煤層基底奧灰頂界面起伏形態(tài)探 測(cè)的方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 煤炭資源的淺部資源開(kāi)采已進(jìn)入尾聲，目前已進(jìn)入深部開(kāi)采。一些地區(qū)煤田深部 奧陶系灰?guī)r的強(qiáng)富水性嚴(yán)重威脅著煤礦的安全生產(chǎn)，準(zhǔn)確探測(cè)煤田基底一奧陶紀(jì)灰?guī)r深 部復(fù)雜含水體及水文地質(zhì)條件對(duì)煤礦安全開(kāi)采具有極其重要的指導(dǎo)意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。 以往勘探中，主要采用三維地震的方法對(duì)煤層基底的起伏情況進(jìn)行預(yù)測(cè)，但是由于地震勘 探的費(fèi)用成本比較高，加上在一些特殊人為環(huán)境和地質(zhì)環(huán)境下，不利于地震勘探的施工作 業(yè)。雖然瞬變電磁方法在煤炭領(lǐng)域得到了較為廣泛的應(yīng)用，但是目前瞬變電磁主要是解決 煤礦采空區(qū)水文地質(zhì)的探測(cè)問(wèn)題，而對(duì)于煤層基底奧灰陶灰?guī)r的含水性和奧陶紀(jì)灰?guī)r頂界 面的起伏情況還不能預(yù)測(cè)，主要原因是：受巨厚新生界地層的低阻屏蔽作用的影響，其勘探 深度有限，很難對(duì)奧灰地層進(jìn)行有效的探測(cè)。
[0003] 隨著煤礦開(kāi)采深度的增大，更需要對(duì)煤礦奧陶紀(jì)灰?guī)r水文地質(zhì)體進(jìn)行地球物 理精細(xì)探測(cè)方法研宄?？煽卦匆纛l大地電磁法（controlled-sourceaudio-frequency magneto-telluric，簡(jiǎn)稱CSAMT)采用可以控制的人工場(chǎng)源，通過(guò)改變供電和接收信號(hào)頻率 來(lái)達(dá)到測(cè)深的目的。通過(guò)兩個(gè)接地的電極，通常稱為水平電偶極子，將交變電流供入大地， 有時(shí)也將交變電流通過(guò)不接地的水平線圈作為場(chǎng)源，通常稱為垂直磁偶極子。利用電流流 過(guò)地層時(shí)產(chǎn)生的電位差，接收不同供電頻率形成的一次場(chǎng)電位，測(cè)量由電偶極源傳送到地 下的電磁場(chǎng)分量，兩個(gè)電源電極的距離一般為l_2km。測(cè)量是在距離場(chǎng)源一般5-10km以外 的范圍進(jìn)行。此時(shí)場(chǎng)源可以近似看作平面波。由于該方法的探測(cè)深度較大（通常可達(dá)2km)， 并且兼有剖面和測(cè)深雙重性質(zhì)，因此，在煤田深部探測(cè)中發(fā)揮著重要作用。但是在用這種方 法解決煤田基底一奧陶紀(jì)灰?guī)r深部復(fù)雜含水體及水文地質(zhì)條件時(shí)，主要是把觀測(cè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn) 換成視電阻率斷面圖，在視電阻率斷面圖上，依靠視電阻率的變化情況來(lái)推斷煤田奧灰基 底的起伏情況。這種推斷在很大程度上是依靠解釋人員的工作經(jīng)驗(yàn)，人為性比較大，往往會(huì) 出現(xiàn)較大的偏差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明為了解決煤層基底--奧陶系灰?guī)r起伏形態(tài)的準(zhǔn)確探測(cè)問(wèn)題，提出一種煤 層基底奧灰頂界面起伏形態(tài)探測(cè)的方法和裝置。
[0005] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種煤層基底奧灰頂界面起伏形態(tài)探測(cè)的 方法，包括：
[0006] 獲得待測(cè)區(qū)域剖面的各個(gè)探測(cè)點(diǎn)隨探測(cè)頻率變化的電場(chǎng)分量值或者電場(chǎng)分量值 和磁場(chǎng)分量值；
[0007] 根據(jù)獲得的電場(chǎng)分量值或者電場(chǎng)分量值和磁場(chǎng)分量值獲得各個(gè)探測(cè)點(diǎn)隨探測(cè)頻 率變化的測(cè)深視電阻率值，并根據(jù)每個(gè)所述探測(cè)點(diǎn)測(cè)深視電阻率值確定對(duì)應(yīng)的隨探測(cè)頻率 變化的測(cè)深視電阻率曲線；
[0008] 確定所述測(cè)深視電阻率曲線上視電阻率最小值所對(duì)應(yīng)的特征點(diǎn)頻率；
[0009] 根據(jù)每個(gè)所述探測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的特征點(diǎn)頻率，確定待測(cè)區(qū)域煤層基底奧灰頂界面起伏 形態(tài)。
[0010] 進(jìn)一步地，根據(jù)獲得的電場(chǎng)分量值獲得各個(gè)探測(cè)點(diǎn)隨探測(cè)頻率變化的測(cè)深視電阻 率值，包括：
[0011] 將利用電場(chǎng)分量值計(jì)算出的卡尼亞視電阻率值A(chǔ)d?)作為測(cè)深視電阻率值，計(jì)算 公式如下：
[0012]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種煤層基底奧灰頂界面起伏形態(tài)探測(cè)的方法，其特征在于：包括： 獲得待測(cè)區(qū)域剖面的各個(gè)探測(cè)點(diǎn)隨探測(cè)頻率變化的電場(chǎng)分量值或者電場(chǎng)分量值和磁 場(chǎng)分量值； 根據(jù)獲得的電場(chǎng)分量值或者電場(chǎng)分量值和磁場(chǎng)分量值獲得各個(gè)探測(cè)點(diǎn)隨探測(cè)頻率變 化的測(cè)深視電阻率值，并根據(jù)每個(gè)所述探測(cè)點(diǎn)測(cè)深視電阻率值確定對(duì)應(yīng)的隨探測(cè)頻率變化 的測(cè)深視電阻率曲線； 確定所述測(cè)深視電阻率曲線上視電阻率最小值所對(duì)應(yīng)的特征點(diǎn)頻率； 根據(jù)每個(gè)所述探測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的特征點(diǎn)頻率，確定待測(cè)區(qū)域煤層基底奧灰頂界面起伏形 ??τ O
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：根據(jù)獲得的電場(chǎng)分量值獲得各個(gè)探測(cè)點(diǎn)隨 探測(cè)頻率變化的測(cè)深視電阻率值，包括： 將利用電場(chǎng)分量值計(jì)算出的卡尼亞視電阻率值A(chǔ)1(U)作為測(cè)深視電阻率值，計(jì)算公式 如下：
其中，Εχ(ω)表不電場(chǎng)分量值，I表不發(fā)射電流，1表不發(fā)射線的長(zhǎng)度，α表不觀測(cè)方 向與基準(zhǔn)觀測(cè)點(diǎn)方向之間的夾角，r表示場(chǎng)源到觀測(cè)點(diǎn)之間的距離； 或者，利用電場(chǎng)分量值計(jì)算測(cè)深視電阻率值，計(jì)算公式如下：
其中，AB為供電電極之間的距離，麗為接收電極之間的距離，Δ V為觀測(cè)的電場(chǎng)分量電 位差值，I表示發(fā)射電流，r表示場(chǎng)源到觀測(cè)點(diǎn)之間的距離。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：根據(jù)獲得的電場(chǎng)分量值和磁場(chǎng)分量值獲得 各個(gè)探測(cè)點(diǎn)隨探測(cè)頻率變化的測(cè)深視電阻率值，包括： 根據(jù)下式計(jì)算各個(gè)探測(cè)點(diǎn)測(cè)深視電阻率值：
其中4!￡(〇)，民（〇)分別表不電場(chǎng)分量值和磁場(chǎng)分量值，〇表不頻率，以(|表不自由空 間的磁導(dǎo)率。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：根據(jù)每個(gè)探測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的特征點(diǎn)頻率，確定待 測(cè)區(qū)域煤層基底奧灰頂界面起伏形態(tài)，包括： 根據(jù)每個(gè)所述特征點(diǎn)頻率確定對(duì)應(yīng)的單對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖中的特征參數(shù)曲線，將所述特征參 數(shù)曲線的起伏變化情況作為待測(cè)區(qū)域煤層基底奧灰頂界面起伏形態(tài)。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于：根據(jù)每個(gè)所述特征點(diǎn)頻率確定對(duì)應(yīng)的單對(duì) 數(shù)坐標(biāo)圖中的特征參數(shù)曲線，包括： 將每個(gè)所述特征點(diǎn)頻率轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的特征點(diǎn)周期； 將每個(gè)所述特征點(diǎn)周期數(shù)據(jù)開(kāi)平方，獲得特征參數(shù)；根據(jù)每個(gè)所述特征參數(shù)獲得單對(duì) 數(shù)坐標(biāo)圖中的特征參數(shù)曲線。
6. -種煤層基底奧灰頂界面起伏形態(tài)探測(cè)的裝置，其特征在于：包括： 采集模塊，用于獲得待測(cè)區(qū)域剖面的各個(gè)探測(cè)點(diǎn)隨探測(cè)頻率變化的電場(chǎng)分量值或者電 場(chǎng)分量值和磁場(chǎng)分量值； 計(jì)算模塊，用于根據(jù)獲得的電場(chǎng)分量值或者電場(chǎng)分量值和磁場(chǎng)分量值獲得各個(gè)探測(cè)點(diǎn) 隨探測(cè)頻率變化的測(cè)深視電阻率值，并根據(jù)每個(gè)所述探測(cè)點(diǎn)測(cè)深視電阻率值確定對(duì)應(yīng)的隨 探測(cè)頻率變化的測(cè)深視電阻率曲線； 確定模塊，用于確定所述測(cè)深視電阻率曲線上視電阻率最小值所對(duì)應(yīng)的特征點(diǎn)頻率； 將每個(gè)所述特征點(diǎn)頻率轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的特征點(diǎn)周期； 特征模塊，用于根據(jù)每個(gè)所述探測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的特征點(diǎn)周期參數(shù)曲線，確定待測(cè)區(qū)域煤層 基底奧灰頂界面起伏形態(tài)。
7. 如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于：計(jì)算模塊包括第一計(jì)算單元： 用于將利用電場(chǎng)分量值計(jì)算出的卡尼亞視電阻率值/\(的作為測(cè)深視電阻率值，計(jì)算 公式如下：
其中，Εχ(ω)表不是電場(chǎng)分量值，I表不發(fā)射電流，1表不發(fā)射線的長(zhǎng)度，α表不觀測(cè) 方向與基準(zhǔn)觀測(cè)點(diǎn)方向之間的夾角，r表示場(chǎng)源到觀測(cè)點(diǎn)之間的距離； 或者 利用電場(chǎng)分量值計(jì)算測(cè)深視電阻率值p/u，計(jì)算公式如下：
其中，AB為供電電極之間的距離，麗為接收電極之間的距離，Δ V為測(cè)量電極之間的電 位差值，I表示發(fā)射電流，r表示場(chǎng)源到觀測(cè)點(diǎn)之間的距離。
8. 如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于：計(jì)算模塊包括第二計(jì)算單元，用于根據(jù)下式 計(jì)算各個(gè)探測(cè)點(diǎn)測(cè)深視電阻率值：
其中，Ex(ω)，Hy(ω)分別表不是電場(chǎng)分量值和磁場(chǎng)分量值，ω表不頻率，μ(l表不自由 空間的磁導(dǎo)率。
9. 如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于：特征模塊具體用于： 根據(jù)每個(gè)所述特征點(diǎn)頻率確定對(duì)應(yīng)的單對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖中的特征參數(shù)曲線，將所述特征參 數(shù)曲線的起伏變化情況作為待測(cè)區(qū)域煤層基底奧灰頂界面起伏形態(tài)。
10. 如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于：根據(jù)每個(gè)所述特征點(diǎn)頻率確定對(duì)應(yīng)的單對(duì) 數(shù)坐標(biāo)圖中的特征參數(shù)曲線，具體是指： 將每個(gè)所述特征點(diǎn)頻率轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的特征點(diǎn)周期； 將每個(gè)所述特征點(diǎn)周期數(shù)據(jù)開(kāi)平方，獲得特征參數(shù)；根據(jù)每個(gè)所述特征參數(shù)獲得單對(duì) 數(shù)坐標(biāo)圖中的特征參數(shù)曲線。
【專利摘要】一種煤層基底奧灰頂界面起伏形態(tài)探測(cè)的方法和裝置，涉及地質(zhì)與地球物理領(lǐng)域，解決了煤層基底奧陶系灰?guī)r起伏形態(tài)的準(zhǔn)確探測(cè)問(wèn)題，通過(guò)電磁測(cè)深曲線視電率最小值所對(duì)應(yīng)的特征參數(shù)，來(lái)預(yù)測(cè)煤層基底奧灰頂界面起伏構(gòu)造形態(tài)，包括：獲得待測(cè)區(qū)域剖面的各個(gè)探測(cè)點(diǎn)隨探測(cè)頻率變化的電場(chǎng)分量值或者電場(chǎng)分量值和磁場(chǎng)分量值；根據(jù)獲得的電場(chǎng)分量值或者電場(chǎng)分量值和磁場(chǎng)分量值獲得各個(gè)探測(cè)點(diǎn)隨探測(cè)頻率變化的測(cè)深視電阻率值，并根據(jù)每個(gè)所述探測(cè)點(diǎn)測(cè)深視電阻率值確定對(duì)應(yīng)的隨探測(cè)頻率變化的測(cè)深視電阻率曲線；確定所述測(cè)深視電阻率曲線上視電阻率最小值所對(duì)應(yīng)的特征點(diǎn)頻率；根據(jù)每個(gè)所述探測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的特征點(diǎn)頻率，確定待測(cè)區(qū)域煤層基底奧灰頂界面起伏形態(tài)。
【IPC分類】G01V3-38, G01V3-26
【公開(kāi)號(hào)】CN104749645
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510166548
【發(fā)明人】薛國(guó)強(qiáng), 鐘華森, 侯東洋
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所
【公開(kāi)日】2015年7月1日
【申請(qǐng)日】2015年4月9日