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地下的“透视眼”:地球物理勘探技术全知道!

发布时间:2025-07-09 10:29:06

地下的“透视眼”:地球物理勘探技术全知道!

数字地矿建设 2025年06月27日 14:19 内蒙古

  你知道吗?在煤矿、隧道、水库这些“看不见的工程”里,有一项神奇的技术,能够“看穿地层”、“识别断层”、“预测灾害”——这就是地球物理勘探

今天就带你走进地球物理勘探的世界,了解它是如何在不挖掘的情况下,“看清”地底世界的秘密。

什么是地球物理勘探?

地球物理勘探,就像是大地的“CT机”。它通过测量地下岩层对物理场的响应(比如:电场、磁场、重力场、热场、地震波等),反推出地下的构造、含水情况、断层位置、甚至是岩石的物理性质。简单来说:不动土,也能知道地下藏了什么。

地球物理勘探有哪些“招式”

不同的“地球物探”方法,就像是侦探的不同感官,有的擅长“听声音”,有的善于“感电流”,还有的靠“接收雷达波”。下面来一一介绍。

1、地震探测法(听地球说话)

地震探测法是煤矿深部结构探测中常用的地球物理方法,涵盖地震波的激发、采集、处理与解释过程。依据震源不同,可分为主动探测法和被动探测法。

主动探测法震源包括爆炸、机械装置、压力装置,其原理如图所示。在煤矿领域,依据地震波的穿透模式不同,主动地震探测法又可分为四种类型:地震折射法、反射法、面波法以及槽波法。

被动探测法的震源包括天然地震、微地震或不受控制的向地下输入能量的对象。在煤矿场景中,被动震源主要是掘进机或采煤机切割煤壁及围岩产生的振动,以及岩体内部断裂、错动变形向外辐射的弹性能


用途地震探测法用于判断煤层厚度、位置、断层分布,是目前最精准的结构勘探手段之一。


2、直流电法(看电流怎么走)

直流电探测法通过测量地下介质的电性特征,推断地下地质结构、矿产资源分布和水文地质等信息,依据测量方式的不同,可分为电阻率法、自然电场法、激发极化法等。

电阻率法是预防采煤工作面顶底板水害的重要技术手段,也可用于探测地质异常、评估煤岩体稳定性。通过布置高密度电极向地下供电,测量岩土体电阻率分布,推断地质结构和异常情况(如图3所示)。对测量数据进行反演处理,可得到地下电阻率的三维分布图像,识别采空区、断层、含水层等地质体。

自然电场法通过测量地下介质中自然电场的分布和变化,推断地下地质结构和矿产资源分布。在煤矿中,自然电场主要由煤层与周围岩层的电化学作用产生,可用于探测煤矿导水通道、地下水流动情况,预测煤矿突水等灾害。然而,煤矿井下自然电强度较弱,且易受电磁干扰,测量结果准确性欠佳,应用较少。

激发极化法基于地下岩石、矿石在人工电场下发生的物理和电化学效应差异开展电法勘探。在煤矿领域,常采用双频激发极化等方法,在地面或钻孔中布置电极,施加电流并测量电场响应。目前,该方法用于探测煤矿巷道前方采空区水害赋存位置,有时也用于查明采空区积水情况等。

用途:查找水体、塌陷区、断层,是防治突水的重要手段。


3、电磁探测法(电波也能“透视”)

电磁探测法利用电磁感应现象和电磁波传播特性探测地下目标或地质结构。按探测原理可分为电磁感应法、电磁波反射法和电磁波电磁透射法等。

瞬变电磁法依据电磁感应原理,通过发射线圈向地下发射脉冲磁场,接收线圈测量地下介质感应电流产生的二次磁场随时间的变化,进而推断地下地质结构。目前,该方法主要用于煤矿水害防治。不过,该方法可能受到电磁干扰,影响探测精度。

探地雷达法发射高频电磁波,接收因地下介质电性差异产生的反射波,以此确定地下目标的位置和形态。在煤矿中,可用于检测巷道断层、探测含水体、检测煤岩界面、监测煤层厚度及周围介质但该方法探测深度有限,一般在几十米以内,且受金属物体干扰较大,在煤矿井下,金属设备会影响探测结果。

无线电波透视法利用不同介质对无线电波的吸收和反射特性差异,通过发射和接收无线电波探测煤矿中的地质异常体(如图4所示)。在煤矿应用中,常用于探测工作面内地质构造异常体,如断层带、陷落柱、煤层变薄带等,为煤矿安全生产和高效生产提供保障。


地球物理勘探能干什么?


  • 看清煤层和岩层的“地图”提前知道哪里可以安全开采,哪里要避开。

  • 找出地质灾害隐患:像突水、塌陷、断层这些“埋伏”,都能提前感知。

  • 监测开采过程的动态变化地下岩体一有风吹草动,微震监测技术就能察觉。

  • 辅助数字岩石力学建模让地下三维结构模型更加精细真实,支撑智能化决策。



深不可测的地下世界

需要科学之眼



地球物理勘探让我们真正做到了——未见其形,已知其危。

不论是煤矿、地铁、隧道,还是水库、地质灾害监测,地球物理勘探技术都已成为不可或缺的“超级侦察兵”。