一种煤层基底奥灰顶界面起伏形态探测的方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及地质与地球物理领域，尤其涉及一种煤层基底奥灰顶界面起伏形态探 测的方法和装置。
【背景技术】
[0002] 煤炭资源的浅部资源开采已进入尾声，目前已进入深部开采。一些地区煤田深部 奥陶系灰岩的强富水性严重威胁着煤矿的安全生产，准确探测煤田基底一奥陶纪灰岩深 部复杂含水体及水文地质条件对煤矿安全开采具有极其重要的指导意义和实际应用价值。 以往勘探中，主要采用三维地震的方法对煤层基底的起伏情况进行预测，但是由于地震勘 探的费用成本比较高，加上在一些特殊人为环境和地质环境下，不利于地震勘探的施工作 业。虽然瞬变电磁方法在煤炭领域得到了较为广泛的应用，但是目前瞬变电磁主要是解决 煤矿采空区水文地质的探测问题，而对于煤层基底奥灰陶灰岩的含水性和奥陶纪灰岩顶界 面的起伏情况还不能预测，主要原因是：受巨厚新生界地层的低阻屏蔽作用的影响，其勘探 深度有限，很难对奥灰地层进行有效的探测。
[0003] 随着煤矿开采深度的增大，更需要对煤矿奥陶纪灰岩水文地质体进行地球物 理精细探测方法研宄。可控源音频大地电磁法（controlled-sourceaudio-frequency magneto-telluric，简称CSAMT)采用可以控制的人工场源，通过改变供电和接收信号频率 来达到测深的目的。通过两个接地的电极，通常称为水平电偶极子，将交变电流供入大地， 有时也将交变电流通过不接地的水平线圈作为场源，通常称为垂直磁偶极子。利用电流流 过地层时产生的电位差，接收不同供电频率形成的一次场电位，测量由电偶极源传送到地 下的电磁场分量，两个电源电极的距离一般为l_2km。测量是在距离场源一般5-10km以外 的范围进行。此时场源可以近似看作平面波。由于该方法的探测深度较大（通常可达2km)， 并且兼有剖面和测深双重性质，因此，在煤田深部探测中发挥着重要作用。但是在用这种方 法解决煤田基底一奥陶纪灰岩深部复杂含水体及水文地质条件时，主要是把观测数据转 换成视电阻率断面图，在视电阻率断面图上，依靠视电阻率的变化情况来推断煤田奥灰基 底的起伏情况。这种推断在很大程度上是依靠解释人员的工作经验，人为性比较大，往往会 出现较大的偏差。
【发明内容】
[0004] 本发明为了解决煤层基底--奥陶系灰岩起伏形态的准确探测问题，提出一种煤 层基底奥灰顶界面起伏形态探测的方法和装置。
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种煤层基底奥灰顶界面起伏形态探测的 方法，包括：
[0006] 获得待测区域剖面的各个探测点随探测频率变化的电场分量值或者电场分量值 和磁场分量值；
[0007] 根据获得的电场分量值或者电场分量值和磁场分量值获得各个探测点随探测频 率变化的测深视电阻率值，并根据每个所述探测点测深视电阻率值确定对应的随探测频率 变化的测深视电阻率曲线；
[0008] 确定所述测深视电阻率曲线上视电阻率最小值所对应的特征点频率；
[0009] 根据每个所述探测点对应的特征点频率，确定待测区域煤层基底奥灰顶界面起伏 形态。
[0010] 进一步地，根据获得的电场分量值获得各个探测点随探测频率变化的测深视电阻 率值，包括：
[0011] 将利用电场分量值计算出的卡尼亚视电阻率值Ad?)作为测深视电阻率值，计算 公式如下：
[0012]
【主权项】
1. 一种煤层基底奥灰顶界面起伏形态探测的方法，其特征在于：包括： 获得待测区域剖面的各个探测点随探测频率变化的电场分量值或者电场分量值和磁 场分量值； 根据获得的电场分量值或者电场分量值和磁场分量值获得各个探测点随探测频率变 化的测深视电阻率值，并根据每个所述探测点测深视电阻率值确定对应的随探测频率变化 的测深视电阻率曲线； 确定所述测深视电阻率曲线上视电阻率最小值所对应的特征点频率； 根据每个所述探测点对应的特征点频率，确定待测区域煤层基底奥灰顶界面起伏形 ??τ O
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于：根据获得的电场分量值获得各个探测点随 探测频率变化的测深视电阻率值，包括： 将利用电场分量值计算出的卡尼亚视电阻率值A1(U)作为测深视电阻率值，计算公式 如下：
其中，Εχ(ω)表不电场分量值，I表不发射电流，1表不发射线的长度，α表不观测方 向与基准观测点方向之间的夹角，r表示场源到观测点之间的距离； 或者，利用电场分量值计算测深视电阻率值，计算公式如下：
其中，AB为供电电极之间的距离，丽为接收电极之间的距离，Δ V为观测的电场分量电 位差值，I表示发射电流，r表示场源到观测点之间的距离。
3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于：根据获得的电场分量值和磁场分量值获得 各个探测点随探测频率变化的测深视电阻率值，包括： 根据下式计算各个探测点测深视电阻率值：
其中4!￡(〇)，民（〇)分别表不电场分量值和磁场分量值，〇表不频率，以(|表不自由空 间的磁导率。
4. 如权利要求1所述的方法，其特征在于：根据每个探测点对应的特征点频率，确定待 测区域煤层基底奥灰顶界面起伏形态，包括： 根据每个所述特征点频率确定对应的单对数坐标图中的特征参数曲线，将所述特征参 数曲线的起伏变化情况作为待测区域煤层基底奥灰顶界面起伏形态。
5. 如权利要求4所述的方法，其特征在于：根据每个所述特征点频率确定对应的单对 数坐标图中的特征参数曲线，包括： 将每个所述特征点频率转换成对应的特征点周期； 将每个所述特征点周期数据开平方，获得特征参数；根据每个所述特征参数获得单对 数坐标图中的特征参数曲线。
6. -种煤层基底奥灰顶界面起伏形态探测的装置，其特征在于：包括： 采集模块，用于获得待测区域剖面的各个探测点随探测频率变化的电场分量值或者电 场分量值和磁场分量值； 计算模块，用于根据获得的电场分量值或者电场分量值和磁场分量值获得各个探测点 随探测频率变化的测深视电阻率值，并根据每个所述探测点测深视电阻率值确定对应的随 探测频率变化的测深视电阻率曲线； 确定模块，用于确定所述测深视电阻率曲线上视电阻率最小值所对应的特征点频率； 将每个所述特征点频率转换成对应的特征点周期； 特征模块，用于根据每个所述探测点对应的特征点周期参数曲线，确定待测区域煤层 基底奥灰顶界面起伏形态。
7. 如权利要求6所述的装置，其特征在于：计算模块包括第一计算单元： 用于将利用电场分量值计算出的卡尼亚视电阻率值/\(的作为测深视电阻率值，计算 公式如下：
其中，Εχ(ω)表不是电场分量值，I表不发射电流，1表不发射线的长度，α表不观测 方向与基准观测点方向之间的夹角，r表示场源到观测点之间的距离； 或者 利用电场分量值计算测深视电阻率值p/u，计算公式如下：
其中，AB为供电电极之间的距离，丽为接收电极之间的距离，Δ V为测量电极之间的电 位差值，I表示发射电流，r表示场源到观测点之间的距离。
8. 如权利要求6所述的装置，其特征在于：计算模块包括第二计算单元，用于根据下式 计算各个探测点测深视电阻率值：
其中，Ex(ω)，Hy(ω)分别表不是电场分量值和磁场分量值，ω表不频率，μ(l表不自由 空间的磁导率。
9. 如权利要求6所述的装置，其特征在于：特征模块具体用于： 根据每个所述特征点频率确定对应的单对数坐标图中的特征参数曲线，将所述特征参 数曲线的起伏变化情况作为待测区域煤层基底奥灰顶界面起伏形态。
10. 如权利要求9所述的装置，其特征在于：根据每个所述特征点频率确定对应的单对 数坐标图中的特征参数曲线，具体是指： 将每个所述特征点频率转换成对应的特征点周期； 将每个所述特征点周期数据开平方，获得特征参数；根据每个所述特征参数获得单对 数坐标图中的特征参数曲线。
【专利摘要】一种煤层基底奥灰顶界面起伏形态探测的方法和装置，涉及地质与地球物理领域，解决了煤层基底奥陶系灰岩起伏形态的准确探测问题，通过电磁测深曲线视电率最小值所对应的特征参数，来预测煤层基底奥灰顶界面起伏构造形态，包括：获得待测区域剖面的各个探测点随探测频率变化的电场分量值或者电场分量值和磁场分量值；根据获得的电场分量值或者电场分量值和磁场分量值获得各个探测点随探测频率变化的测深视电阻率值，并根据每个所述探测点测深视电阻率值确定对应的随探测频率变化的测深视电阻率曲线；确定所述测深视电阻率曲线上视电阻率最小值所对应的特征点频率；根据每个所述探测点对应的特征点频率，确定待测区域煤层基底奥灰顶界面起伏形态。
【IPC分类】G01V3-38, G01V3-26
【公开号】CN104749645
【申请号】CN201510166548
【发明人】薛国强, 钟华森, 侯东洋
【申请人】中国科学院地质与地球物理研究所
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年4月9日