天然电场选频仪在赞比亚钻井找水中的应用.pdf

江西煤炭科技 J I ANGXI COAL S CI ENCE TE CHNOLOGY 2 0 1 2年 第 3期 N O．3 2 01 2 天然电场选频仪在赞比亚钻井找水中的应用 李继钢 ． 江西省煤 田地质局一九五地质队 ， 江西 南 昌 3 3 0 0 0 1 摘要 介绍 了天然 电场选频仪在赞 比亚钻 井施 工中找水定井位 的方法 。 关键词 天然 电场选频仪 ； 地 层物性 ； 地质构造 中 图分类号 P 3 1 8 ． 6 文献标识码 B 文章编 号 1 0 0 6 2 5 7 2 2 O 1 2 O 3 0 0 6 7 0 3 Ap p l i c a t i o n o f Na t u r a l El e c t r i c Fi e l d F r e qu e n c y S e l e c t i o n I n s t r u m e n t i n Un d e r g r o u n d W a t e r De t e c t i o n i n Za m b i a Li J i g a n g 1 9 5 Ge o l o g i c a l Te a m o f J i a n g x i C o a l f i e l d Ge o l o g y B u r e a u ，Na n Ch a n g， J i a n g Xi 3 3 0 0 0 1 Ab s t r a c t Th e p a p e r h a s i n t r o du c e d wa t e r de t e c t i o n we l l l o c a t i o n me t h o d o f n a t u r a l e l e c t r i c f i e l d f r e q u e n c y s e l e c t i o n i n s t r u me n t i n d r i l l i n g c o n s t r u c t i o r l i n Za mb i a ． Ke y wo r d s n a t u r a l e l e c t r i c f i e l d f r e q u e n c y s e l e c t i o n i n s t r u me n t ； ‘ s t r a t u m p hy s i c a l p r o p e r t y；g e o l o g i c a l s t r u c t u r e 自 1 9 9 8 年江西省煤 田地质局 与江西 国际经济 技术合 作公 司首 次合 作 承揽 赞 比亚 教 育部 ADB水 井 标项 目开 始 ， 迄今 已有十几年 的历史 了， 在 此期 间为赞 比亚的学校 、 医院 、 村庄 、 集镇 等地施工水井 近千余 口， 为 当地 人 民群众 解 决了饮 水难的问题 ， 得到 了地 方政府及 相关部 门的认可 和肯定。 工程初期 ， 由于对 当地 的水 文地 质条 件不 太熟 悉 ， 在 找水定井 位上耗 费 了许 多 的时间 和精 力 。但 随着工 程 的 进展 ， 对该 国各地 的地层岩性 、 地质 构造 、 地形地貌 及水文 地 质条件有 了初 步的认识 ， 对使用 天然 电场选 频仪 的熟练 性 、 资料 分析的准确性及钻井 的成 功率也 有 了进 一步的提 高 。笔者 亲身经历 了该项工作 ， 对此有一些粗浅 的认识 。 1选 频仪 工 作 原 理 天然 交变电场选频法利用大 地 电磁场作 为工作场源 ， 测 量大地 电磁场在地 面产生 的 电场变 化特 点 来研究 地下 地 电断面的电性差 异 ， 即测量大 地 断面 的 电分 量 的变化 。 选频仪通过准确 可靠地 对 电场 电磁场 中电场分 量 中各 种不 同频 率的电位选择地进行测 量 ， 对 比一条剖 面上 电位 的关 系从 而发 现地 质构造 异常 点 ， 即地质 分 界面 、 断 层破 碎带 的位置 、 走 向等 ， 以达到探测 地质构 造 、 找矿 、 找水 即 断层破碎带水 、 裂 隙水 、 岩溶水 、 第 四系水 等地质 目的 。 天然交变 电场选频 法测 量大 地 电磁场 产生 的 电分量 并进行选频 ， 由于大地 电磁 场 的场 源 频率 范 围较宽 ， 可通 过选择频率提高 抗干 扰能力 ， 探测 不 同 的深 度 ， 增 加解 释 的可靠性 。这种 电磁场 在距场 源 较远 的地 方可 视为 平面 电磁场波 ， 它垂直 于地面 ， 变化规律 服从麦 克斯 韦方程组 ， 探测深度 的理论公式为 h 5 0 3 ． 5 ／ p ／ f 式中 p为岩层视 电阻率 f l m ； f为频率 Hz ； h为探测深 度 m 。 根据公 式可知 ， 用高频率 f 5 反映浅部岩层物 性 ， 低频 率 f 0 反映深部岩层物 性 ， 这样通过选频 ， 每个测点 可得到 不同深度岩层 的电性 参数 。即在 同一 条测线 剖 面上各测 点上同一频率 电位的大小 的 比对 6条 曲线 图 ， 可反 映出 地质异常点的平面位置 其 深度不一定相 同 ， 不 同频率 曲 线的比对 可反映出垂 向上地层物性 的情况 。 用电分量 中电位差与电阻的关系可 以定性说明测得异 常是 高阻还是低阻 ， 这就是本方法曲线解释 的基本原理 。 2选 频 仪 工 作 方 法 2 ． 1 仪器 特 性 D X ～1 型天然 电场选频仪 ， 测程档 有 7 个 0 ． 1 、 0 ． 3 、 1 、 3 、 1 0 、 3 0 、 i 0 0 m v ， 可根据当地地层岩性的物性特点 ， 选择使 用恰 当的量程 。工 作 频率 档有 6个 ￡ ～ f 5 1 7 ． 4 、 8 0 、 1 4 3 、 2 3 0 、 3 2 0 、 5 8 0 H z ， 在每一个测点上都要变换频率测 一组数 值 6个 ， 以了解该点在垂直方向上的物性变化 见图 1 。 浅 部曼 ’1 2 3 4 5 6 7 8 澍 点 号 f l f 0 f - f ． f ． 深 挪’ 图 1 频 率档 与测点空间 2 ． 2 测量 方 法 测线布设一般垂直 于地层 的走 向， 点距 可根据需要 而 定 。 6 7 1 测量 电极 MN沿 测线 移动测 量法 在快 速 普查 扫 面时多用此方法 ， MN点距 可适 当大些 如 3 O ～5 0 m ， 以 寻找异常点 、 段为 目的， 而后 随之加密检测 。 2 测量 电极 MN垂直测线 移动测量法 以异 常带 、 点 附近布设垂直测线 即沿地 层走 向 ， 进一 步查 明异 常点 、 段在走 向上 的点 、 段 。 3 正交测 量法 在 同一个测 量点 ， 测量 电极 MN分别 沿测线 和垂 直测 线进 行测 量 ， MN 点距 可 加密 如 5 ～ 1 O m ， 将垂直测线测 出的 电位差除以沿测线测出的 电位差值 作 为图值 ， 确定井 位时多采用此方法。 4 基点 、 测点同时测量法 在测 区选一个 有代 表性 的 已知点 即现有水 源 作为基点 ， 首先对 其用正交 法进行 测 量 ， 测得已知数据作 为基数 参考 值 ， 再 对 区域 内的待 查 区进行测量 ， 测得 的相 同、 不 同频 率 的电阻值 与 已知点 的 基数进行 比对 ， 从 中找出规律 ， 从而达到确定井位之 目的 。 在赞 比亚 的钻 井 找水 中， 通 常 1 、 2 、 3种 方 法综 合 使 用 。 2 ． 3 资 料 解 释 根据实测数据 ， 进行分析整理 ， 先找 出电位差 值 低阻 值 较大 的点 ， 确定 主线剖面 ， 绘制主线测线 及各个 频率 的 电位差 △u s 剖面 图， 根 据剖 面图进行定 性和半定 量 的解 释 ， 其步骤如下 1 找出低 阻和高阻 带 在绘制 地 △ s 剖 面 图上划 分 出低 阻带 和高阻带。从低阻带 中选 出有价值 的低 阻体 ， 并根 据异 常特点判 断其分布范 围、 走向。 2 估算低阻体的埋深 利用公式估算出低阻体的大概 埋深 ， 再乘 以修正系数校正 。 3 确定低阻体是否为含水体 低阻体是否含水是资料 解释的关键 ， 因此 ， 要根据区域 内的水文地质 条件 、 地层 及 地质构造特征 ， 认真分析研究 ， 并对 测区 内的已知水点 钻 孔 、 水 井 、 泉等 进 行试 测 比对 ， 找 出含 水体 与 电位差低 阻 异常体的关系 和规律 ， 最后确 定低阻体 是否 为含 水 体 ， 从 而确定井位 。 3 选 频 仪 应 用 实例 3 ． 1 花 岗岩地层 赞 比亚南部省 Ka f u e 地 区 Ha c h p i l a k a小学位 于 山区， 地势起伏较大 ， 基岩裸露 ， 以花 岗岩 为主 。据 当地人介绍 ， 一 家 日本打井公 司曾在此地连续钻井 3口 干井 ， 均未获 得成功 。为此 ， 需做详 尽 的地表踏 勘工作 ， 即对 区 域进行 水文地质调查 ， 包括 地层露头 、 构造裂 隙带 、 地下 水露头 点 含天然泉 、 人 工井 、 水 文 网发 育状况 、 区域 补迳 排条 件 、 地形地貌特 征等 。先初步圈定找水范围 ， 再使用 D X 一1 型 天然 电场选 频仪进行实地测 量 ， 从 大范围普查 到井 点的定 位 ， 寻找构造带 的异常点 即断层破碎带 、 侵 入岩 与围岩 的 接 触破碎带等 。 在 实际测 量 中 ， 仪器指针摇 摆不定 花 岗岩地 层 电磁 6 8 性较大 ， 不好 读数 ， 只有快速 读取 最小 值， 实 测后绘 制 主 测线剖面图 、 频率剖 面图。比对分 析认 为 ， 在 l 8号测点 电 阻率值最小 ， 且 1 8号点与 2 0号点比较相差 3倍 ， 不同频率 曲线 比较平面上变化点 低阻点 位置相 近 ， 垂向上变 化点 f 2低阻点 位 于 中下 部 ， 分 析判 断 1 8号 点位及 深度 中下 部为构造破碎带 在 同一 地层岩 性 中， 出现低阻 带应该 是 构造破碎带 ， 最终确定井位 见表 1 、 图 2 。 表 1 Ha c h p i l a k a小学井位主线实测记录表 垒 翌 竺 塑 塑 兰 翌 竺 塑 坠 塑 墨望 铡点 号 2 { 6 8 1 0 I 2 1 t 1 6 l 8 2 0 2 2 “ 图 2 Ha c h p i l a k a 小 学井位实测曲线 钻机到位施工 ， 结果在孔深约 4 0 I T I 处时 ， 钻探感觉 到 有明显 的巴车现象 ， 为 岩石不 完整 构造破 碎带 造成 的 ， 在孔深 约 4 2 ． 5 0 I T I 处时 ， 大量 的地下水 喷出井 口， 成井 水 量约 3 O r I 1 3 ／ h， 对此 ， 校方相当满意。 3 ． 2 石灰岩地层 赞比亚 中央省 Lu s a k a市西部 3 5 k m 处 的中赞 友谊农 场 ， 地势平坦 ， 地表为第四系松散层 ， 基 底为覆盖型 的石灰 岩 。首先对 区域进行水文地 质调查 ， 了解农场现有 水井 的 基本情况 如井 位分 布、 井深 、 水量 、 出水 点深 度 ， 综 合分 析 ， 岩溶裂隙发育在平面上具条带性 、 区块性 分布 ， 在 剖面 上其发育标 高多为地 下 一4 O m～ 一6 0 1T I 之间 ， 且 具有 连 通性 。初步圈定找水范 围， 而后使用 D x 一1 型天然 电场选 频仪进行实地 测量 ， 实 测后绘 制 主测线剖 面 图、 频 率剖 面 图 ， 比对分析认 为 ， 在 7号测点 电阻率值最小 ， 且 7号 点与 8号点比较相差 2 ． 5倍 ， 不 同频率 曲线 比较 平面上 变化点 低 阻点 位置相 近 ， 垂 向上 变化 点 f 3低 阻 点 位 于 中下 部 ， 分析判断 7号点位及深度 中下 部为岩溶裂 隙带 ， 在灰 岩地区， 出现低阻值应该是岩溶裂 隙带或溶洞 ， 最终 确定 井位 见表 2 、 图 3 。 表 2 中赞友谊农场 6 井位主线实测记录表 垒 竺 塑 坠 塑 塑 堑 测点峙l 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 I 2 图 3 中赞友谊农场 6 井位实测曲线 钻机到位施 工 ， 在钻 深 3 8 ． 6 0 I n处时 ， 钻 探掉 钻 1 ． 3 O m， 地下水即刻喷出井 口； 在 4 5 ． 2 0 m 又见一层溶洞 ， 水量也 增大了， 结果 6 井成井水量 约 1 0 0 ／ h 。通过这种找水方 法 ， 前后进出农 场多次 ， 共钻 探成井 1 0口， 水井的 出水量均 大于 6 O I T l3 ／ h， 水量足以保障农场生产、 生活之需要。 一 一 、 一 ～ 一 ≥ ～ ， 江西煤炭科技 J I ANGXI COAL S CI ENCE TE CHNOL OGY 2 0 1 2年第 3期 N0． 3 2 01 2 宁东煤田炸药震源和可控震源的研究 邓 国成 ， 祝金峰 ， 李治欣 ， 刘润胜 河南省煤 田地质局物探测量 队， 河南 郑州 4 5 0 0 0 9 摘要 宁东煤 田某矿 区的三维地震勘探 ， 浅表层地震地质条件 复杂 ， 采用常规钻机成孔 比较困难 、 成本过高 。为完成地质 任 务， 提高地震勘探应用效果 ， 从改 善激发条件人手 ， 结 合生产实践 ， 对炸 药震 源和可控震源两种激发源作 了对 比试验 。通 过试验点和试验 线的资料 对比分析 ， 可控震源激发效果 优于炸药震源 。采用可控震源施工的勘探成果经后期巷道验证 ， 其 成果 吻合度 较高。 关键词 可控震源 ； 炸药震源 ； 煤 田； 对比 中图分类号 P 6 3 1 ． 4 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 6 2 5 7 2 2 0 1 2 0 3 --0 0 6 9 --0 3 Co mp a r a t i v e Ap p l i c a t i o n S t u d y o n Dy n a mi t e S o u r c e a n d Vi b r a t o r i n Ni n g d o n g Co a l f i e l d De n g Gu o c h e n g， Z h u J i n f e n g ， L i Z h i x i n ， L i u Ru n s h e n g Ge o p hy s i c a l Ex p l o r a t i o n a n d Su r v e y i n g Te a m ，He n a n Co a l f i e l d Ge o l o g y Bu r e a u，Zh e n g z h o u，He n a n 4 5 0 0 0 9 Ab s t r a c t 3 D s e i s mi c e x p l o r a t i o n o f a mi n i n g a r e a i n Ni n g d o n g Co a l f i e l d s h o ws t h a t s e i s mi c g e o l o g i c a l c o nd i t i o n i s c o mp l e x i n s h a l l o w s t r a t a，c o n v e n t i o n a l d r i l l i n g i s mo r e d i f f i c u l t a n d t h e c o s t i s t O O h i g h ．I n o r d e r t o c o mp l e t e t he g e o l o g i c a l t a s k s a n d i mp r o v e t h e a p p l i c a t i o n e f f i c i e nc y o f s e i s mi c e x p l o r a t i on，a c o mp a r a t i v e t e s t wa s ma d e b e t we e n d y n a mi t e s o u r c e a n d Vi b r a t o r f r o m s t a r t t o i mp r o v e e x c i t a t i o n c o n d i t i o n a n d c o mb i n e wi t h p r o d u c t i o n p r a c t i c e ．By c o mp a r i n g a n d a n ml y z i n g t he d a t a o f t e s t i n g p o i n t a n d t e s t i n g l i n e，i t c a n b e c o n c l u d e d t h a t t h e e x c i t a t i o n e f f i c i e n c y o f v i b r a t o r i s be t t e r t h a n t h a t o f d y n a mi t e s o u r c e a n d t h e c o i n c i d e n c e d e g r e e o f e x p l o r a t i o n r e s u l t s i s h i g h e r ． Ke y wo r d s Vi b r a t o r ； d y n a mi t e s o u r c e ； c o a l f i e l d； c o n t r a s t 3 ． 3 构造破碎 带 赞比亚 北方省 I s o k a集镇 位 于 四周 环山、 构 造盆地 之 中 ， 但是 ， 在该地 的一 家 中资企业 筑路 单位 营地驻 扎在 盆 地边 缘 近于 山坡顶 处 上 ， 从 地形地 貌上 分析 ， 确 定井 位 比较 困难 ， 因此 ， 只有使 用 D x 一1型天然 电场选 频仪来 进 行 实地测量 ， 先进 行 大范 围大 间距 的快速 扫面 ， 而后缩 小 范围和间距 地测量 。实测后绘 制主测线剖 面 图、 频率 剖面 图 ， 比对分析认为 ， 在 1 2号测 点 电阻率值 最小 ， 且 1 2号点 与 1 4号点 比较相 差 3倍 ， 不 同频率 曲线 比较平 面上 变化 点 低 阻点 位置相 近 ， 垂 向上 变化点 f 2 低 阻点 位 于中下 部 ， 分析判断 l 2 号点位及深度 中下部为构 造裂隙带 在碎 屑岩类 区， 出现低阻值应该是构造 破碎带 或不同岩性 的接 触带 ， 最终确定井位 。 ． 钻机 到位施 工 ， 结果 在孑 L 深约 4 6 ． 3 0 m处 时 ， 钻探 感 觉有 巴车现象 ， 即遇 到 了构 造 破碎带 ， 大量 的地 下水 喷 出 井 口， 成井水量约 4 0 m。 ／ h， 可满 足该项 目部 的生产 、 生 活 之需要 见表 3 、 图 4 。 表 3 筑路营地 井位主线 实测记录表 △ s 1 ． 0 8】 ． 6 5 1 7 4 2 3 1 0 ． 8 3 0 4 1 1 ． 2 }1 ． s 8 t ． 3 o 0 ． 9 0 1 ． t 2 0 ， 3 ． o i 粕 } 2 n ； 、 髓雄蔷 、 ／ 一一 、 i ／ ／。 ＼、 一 ～～ I l 0 、 ＼ 、 、 一 ～～ 一，i ～一 一一 。 ～ ～⋯ ～一 ． 一 。 二 ； 一一 ～ ⋯一 一 一 一 一 ⋯⋯ 一 ， O 2 { 6 8 l O 1 2 1 4 1 6 l 8 2 o 2 7 2 4蔼点母 图 4筑 路 营 地 井 位 实 测 曲线 4 结 语 多年来 ， 在赞 比亚 的钻井施 工 经验证 实 ， 使用 选频 仪 找水 的方法是行之有效 的。在多种地 层条件下 ， 均能 找到 较 丰富的地下 水 资源 ， 创造 了一定 的经济 效益 和社 会 效 益 。当然 ， 任何一 种仪器 都有 一定 的局 限性 和适用条 件 ， 因此 ， 要注重实地踏勘 ， 查清当地水文 地质条件 ， 结合 仪器 实测 ， 综合分析 确定 。方 法使 用 的成功 与否 ， 与个 人 的专 业知识和工作经 验不无 关 系 ， 因此 要善 于总 结不断提 高 ， 方可熟能生巧 ， 运用 自如 。 作者简介 李继钢 1 9 5 8 一 ， 男 ， 重庆市人 ， 大专学历 ， 工程师 ， 现 在江西省煤 田地质局一九五地质 队从事水文 、 工程、 环境地质、 煤 田地质 与勘探工作 。 塑 皇 兰 丝 坐 收稿 日期 2 O l 2 一O 4 2 8 编辑 郭正义 6 9