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關鍵詞:煤層氣測井,測井參數選擇,含氣量估算
一:煤層氣測井的目的
煤礦瓦斯氣(煤層氣)是威脅礦井安全生產的主要因素。同時煤層氣作為一種潔凈,高效能源已被社會廣泛認識。科技論文。煤層氣的勘探開發已被政府和企業廣泛重視。煤層氣測井已經成為煤層氣勘探開發中的重要組成部分。
煤是一種固體礦產資源,形成于沉積巖系地層。煤層受地質構造,地層壓力,地層溫度的影響,形成的煤層氣可分為游離氣,溶解氣,和以分子狀態存在的吸附氣。游離氣,溶解氣在煤層氣中的含量很小,吸附氣占煤層氣的主要成份。是煤層氣勘探開發的主體。
煤層作為煤層氣的源巖,又是煤層氣的儲集層。煤層氣勘探測井的主要目的就是評價其儲集層煤層氣含量的多少。儲集層的評價參數主要是:源巖煤層的工業參數,儲集層的孔隙度,滲透率,和氣體吸附特性參數。以及煤層的埋深,厚度,溫度,壓力等其他參數。
二:煤層氣測井方法的選擇
1:煤層氣測井的主要地質任務
a: 劃分鉆井剖面巖性,確定煤層的深度,厚度和結構。
b: 測量鉆井的傾斜角和方位角,校正煤巖層的真厚。
c: 測量井溫,井壓,了解儲集層的溫度和壓力。
d: 進行煤質分析,確定煤層的含碳量,灰份,水份級揮發份。對儲集層進行含水性,滲透性分析,計算儲集層的含氣量。科技論文。
2:煤層氣測井方法的選擇
結合石油測井的規范和標準,中聯煤層氣有限責任公司提出了行業企業標準Q/CUCBM0401-2002 <煤層氣測井作業規程>。該規程中提出的煤層氣測井項目如下。
a: 雙側向視電阻率 (DLL)單位:Ω.M
b: 微球形聚焦電阻率 (MSFL)單位:Ω.M
c: 自然伽瑪 (GR)單位:API
d: 自然電位(SP)單位:mv
e:雙井徑 (CAL1,CAL2)單位:cm
f: 補償密度 (DEN)單位:g/㎝³
g: 補償聲波 (AC)單位:us/m
h: 補償中子 (CNL)單位:PU
i: 井溫(TEMP)單位:℃
j: 井斜傾角和方位角測量
三:煤質評價與含氣量的估算
1: 煤質評價
利用測井方法計算煤層煤質指標和儲集層含氣量到目前為止還沒有成熟的理論方法。目前在國內外煤層氣測井解釋中大多采用煤巖層體積密度與煤質指標的數理統計分析方法。建立測井煤層體積密度響應值與煤質指標的含碳量、灰份含量、水分含量統計關系。如圖1、圖2、分別是某地區煤層的含碳量、灰分和煤的體積密度交會圖。從圖上可以看出測井的體積密度和煤巖的成份具有較好的線性關系。科技論文。
應用此方法在對某井田數據經回歸得出如下關系式:
體積密度與固定碳含量的關系:
Vc=-76.3616*DEN+189.461
體積密度與灰分含量的關系:
Vsh=71.9*DEN+98.337
體積密度與揮發份含量的關系:
Vv=-103.062*DEN+167.503
體積密度與水分的關系:
Vw=1-Vc-Vsh-Vv
2:儲集層含氣量的估算
經對煤層氣研究發現,某井田的煤層含氣量和煤的體積密度具有線性關系。圖3是某井田煤的體積密度和煤層的含氣量的交會圖。
經回歸得出如下公式:
Hg=-45.3229*DEN+80.458
3:結論:
煤層氣測井方法的選擇,電阻率法只作為劃分地層巖性剖面的一種重要參數,密度測井是劃分煤層,評價煤質及計算煤層含氣量的最佳測井方法。
在用密度測井計算煤巖成份及煤層含氣量時,其回歸公式都是區域性的。隨地區、煤階、煤質及地質構造不同,煤層中氣體含量也不盡相同。因此,回歸公式應分地區回歸,以減少計算誤差。
參考文獻:
(1)周尚忠.煤層氣地球物理測井系列選擇.中國煤層氣,3(2):25-27
(2)潘和平.煤層氣儲層測井評價(J).中國煤田地質,2003,15(4):54-57
關鍵詞:巖土工程勘察,問題,措施
巖土工程勘察是地基設計的基礎,主要是為建(構)筑物基礎設計,地基處理和施工提供詳細的工程地質資料和技術參數。而巖土參數的合理提供關系到基礎設計安全性、經濟性和可行性。而由于對巖土工程勘察的重視度不夠,在實際的勘察工作中存在著各種各樣的問題,本文僅就野外勘探工作和巖土工程分析評價中的問題進行分析,并提出相應的措施,旨在糾正巖土勘察中的不規范行為,提高巖土工程勘察的質量,為地基處理和施工提供準確、詳細的工程地質資料和技術參數。
1.巖土工程勘察中常見問題
1.1野外勘探工作
巖土工程勘察一般時間短、任務重且突擊性強,若勘探前沒有綜合周密的計劃,等發現問題時野外勘察工作已基本完成,若重新補充勘探工作事必會事倍功半。這集中表現在以下幾方面。
(1)勘探點布設:基礎形式及結構形式不同,勘探深度不同。如:一般5~6層磚混結構住宅,勘探孔深15m基本可滿足要求,而5層框架結構商場由于柱網的柱荷載大,基礎面積大甚至可能采用樁基,則勘探孔深度15m一般不夠。地層工程地質性質不同,勘探深度不同。如:埋藏較淺且工程地質性質好的密實碎石土及基巖地區勘探孔深度較淺,而工程地質性質差的淤泥及松散雜填土地區勘探孔深度較深,這就要求在勘探前對勘探區域地層大致情況有所了解,做到有的放矢。地基復雜程度不同,勘探點密度不同。免費論文。遇復雜地基情況,應按規范要求加密勘探點,不能局限于經濟或時間等因素而堅持原勘探方案不變,否則難以查明場地工程地質情況,埋下工程隱患。這種情況在工勘市場競爭劇烈而盲目壓價的地區較嚴重。
(2)野外地層的劃分:野外地層的正確劃分是室內資料整理的關鍵因素,對較大型的工程,由于施工多采取多鉆機平行作業形式,技術人員較多,各勘探班組往往各行其是,最后資料匯總后難以統一,給室內整理帶來很大困難,為避免這種問題應將所有技術人員首先集中到一起共同勘探一到兩個鉆孔,統一編錄形式,并派專人現場負責勘探區域整體野外分層連線,發現異常及時處理,只有這樣才能更好地保證勘探質量。
(3)原位測試:原位測試應嚴格按規范進行,在施工中常會出現一些所謂“捷徑”:靜力觸探按規定應定深調零以減少零漂,有時圖省事不按要求調零,造成數據采集不準,尤其在氣溫與地溫相差較大冬天、夏天觸探指標相差更大。標準貫入試驗不按規定進行桿長和孔深校正,在縮徑和孔底有殘留時,不能及時發現標貫器沒落至應測試孔底位置,造成標貫數據嚴重失真。重型及超重型動力觸探按規定需連續貫入,并定深旋轉觸探桿(以減小側摩阻),但在施工時由于連續貫入比較緩慢,且起桿困難或局部地段錘擊不進而放棄連續貫入,使得對碎石土評價本來就缺乏相應手段的觸探指標數據不夠詳實,因而造成對碎石類土的評價困難。
1.2巖土工程分析評價
(1)地基均勻性評價
高層建筑地基均勻性評價按《高層建筑巖土工程勘察規程》JGJ72-2004之規定進行,但對一般建筑,GB50021-2001規定要求進行地基均勻性評價,但沒有給出相應的評價方法進行評價,許多單位參考高層建筑地基均勻性評價的方法進行評價,目前,許多專家認為這種評價方法不太合理,需要各地區定制相應的評價方法。
(2)地基承載力特征值的確定
我國幅員遼闊,土質條件各異,用查表法按GBJ7-89規范確定地基土承載力值在大多數地區可能適合或保守,也可能在某些地區會不安全,故GB5007-2002取消了按表格查取承載力的辦法,但大多地區仍在采用,因為很多地區的經驗不足,沒有能夠建立起自己的成熟經驗,基本上仍是各勘察單位各自為政,沿用89規范,更有甚者,故意利用所謂地區經驗,逃避責任,降低承
載力指標,造成工程浪費。
(3)地震效應問題
對丙類建筑可依據地層f值估算場地地層剪切波速,但對重要建筑必須進行波速測試。但有的勘察單位用一句“根據地區經驗”來確定覆蓋層厚度,判定場地類別,這將對工程的抗震造價有很大的影響。另外,地基處理后剪切波速、場地地基土類別及場地類別是否會發生變化呢,這在巖土工程評價中很少給予重視。對飽和粉土或砂土進行液化初判時,地下水位的選取應為設計基準期內年平均最高水位,也可按近期內年最高水位采用,但很多單位則采用勘探時量測的水位,這是不合理的。
(4)基礎方案的選擇
在基礎方案的選擇上,勘察人員應同設計人共同分析研究,從多個可行方案中選取既經濟又合理的方案。現大多勘察單位圖省事,既不與設計協商,也不多考慮工程造價,僅提供單一的基礎方案,設計方也不問原由,拿起就用,可能給工程造價造成很大的影響。另外,基礎方案的選擇應依據場地地層情況,并結合地區經驗兩方面綜合分析,忽視任何一方面均可能造成錯誤。免費論文。
2.巖土工程勘察中常見問題的原因分析
以上對巖土工程勘察中幾個常見問題進行了探討,究其原因,主要與以下幾個因素有關。
2.1勘察市場不規范
《建筑工程勘察質量管理辦法》第五條、第六條對勘察收費和承攬業務有明確規定。但勘察單位沒有嚴格執行國家收費標準,互相壓價,互相競爭,中標的勘察費很低,致使勘察工作粗糙,勘察手段選擇不合理和布孔不規范,巖土工程勘察在深度和廣度上還沒有真正達到規范的要求,所以難以滿足規范和設計要求。
2.2權責不明確
《建筑工程勘察質量管理辦法》第十六條對觀測員、試驗員、記錄員、機長等現場作業人員應當接受專業培訓,方可上崗的規定。但目前勘察單位大量雇傭農民工,而這些人員又不懂勘察,又未經過專業培訓和教育,就承擔起開鉆機、取樣、測試、量測地下水位,甚至還做起了野外對土層鑒定與記錄等重要工作。這樣就難免會出現原位測試、地下水位量測等諸多野外作業的不規范,難以保證勘察質量。因此對從業人員的必須經專業培訓和教育,取得合格證后方可上崗操作。
2.3缺乏巖土工程專業人才
專業的技術人才是對巖土工程正確分析評價的關鍵。未經專業培訓和教育的人在搞勘察,就會導致地基評價力度不足,基礎設計參數偏于保守,造成工程的浪費。因此勘察工程項目的負責人,審核人,審定人,國家也應劃定門檻,讓真正懂行的人員擔當,這樣才能提高勘察隊伍的整體素質,提高工程勘察質量,使我們的工程建設真正建造在既經濟,又安全的基礎上,產生良好的經濟效益和社會效益。
2.4 巖土工程勘察技術落后
隨著經濟和技術的高速發展,傳統的勘察方法和傳統的勘察手段已經很難滿足設計的需要。存在著諸多急需解決的巖土工程勘察技術問題。這些問題主要有以下幾個方面:野外勘測中勘測點的合理布設問題、地質界面劃分問題、巖土參數和地基承載力的確定問題、對勘察專業的野外和室內原始資料的整理、分析、利用問題。存在上述問題的主要原因是巖土工程勘查人員沒有掌握先進的勘察技術,缺乏建筑、結構設計方面的知識,缺乏如何辨別真偽去偽存真,補充印證,歸納總結的能力,無法滿足工程建設的需要。
3、巖土工程勘察改進的幾點措施
3.1加強巖土工程勘察的體制化建設和人員培訓
目前,巖土工程勘察的地位和作用與國家和政府給予巖土工程的定位和期望仍有一定的差距。這固然與人們“重設計輕勘察”的思維定式有關,與我國勘察行業體制尚未健全有關,與勘察市場的惡性競爭有關。在當前的形勢下,如何完善市場準入制度,加強行業自律、約束機制,從根本上杜絕巖土勘察行業中的弊端,真正體現巖土工程師的價值,更好地應對進入WTO后與國際接軌的挑戰。
(1)嚴格執行建設程序、規范市場行為、推行全程化監理
科學的建設程序應當遵循“先勘察、后設計、再施工”的原則。不按原則辦事,必然會受到自然規律的懲罰。一方面必須仰仗政府主管部門按國家的法律、法規,對項目招投標和實施過程中的行為主體進行全面有效的監督管理,另一方面應積極推行工程監理全程化,采用事前、事中、事后控制相結合的方法,最大限度地避免不當行為的發生,保證勘察質量和投資效益最大化。
(2)嚴格市場準入、盡快實施注冊土木工程師制度,加強相關人員培訓
經過近年勘察設計資質換證,對勘察設計單位進行了一定的清理整頓,對規范市場起到了一定的作用。但應該清醒地看到,我國的勘察資質門檻很低,尤其是打破行業壁壘后不同行業間的銜接過渡尚未完成,以高級工程師的數量來衡量技術水平不能如實反映勘察企業的技術實力。建議盡快實施注冊土木工程師制度,通過采用企業資質和個人執業資質雙重控制來規
范勘察市場、促進勘察技術水平的提高。
(3)加強勘察設計單位的質量認證,健全質量管理
ISO9001∶2000質量管理體系確立了以過程模式作為標準的結構。勘察設計企業應通過有效應量管理體系的要求,運用過程方法,采用PDCA循環思進行巖土工程勘察的實施和管理,持續改進。提高勘察設計的能力,增加顧客的滿意程度。為加入WTO后的國際競爭提供支持,為勘察設計企業進入國際市場創造條件。
3.2采用先進的巖土工程勘察技術
在健全上述體制的基礎上,還應該注重使用先進的巖土工程勘察技術,提高巖土工程的勘察水平,具體可以采用以下技術:
(1)在巖土工程勘測中,為了避免勘探點布置的隨意性,可使用克里格法。免費論文。
(2)在巖土工程分析評價中,為提高精確度,可使用多道瞬態面波勘探技術和高密度點法。
(3)巖土工程勘測中,為了準確確定地基承載力特征值,可使用回歸分析
(4)巖土工程勘測資料的整理中,為了保證成果的正確性,應使用計算機進行處理。
4.結語
記者(以下簡稱記):非常感謝您能接受我們的采訪,我們剛采訪了張景廉先生,張先生向我們推薦您,說您很早就在做有關無機成氣的研究,一直堅持到現在。我們想請您深入談一下有關“石油無機成因論”的一些觀點。
王先彬研究員(以下簡稱王):關于石油的非生物成因問題,已經爭論了一百多年了。到目前為止,可以這么說,人類所發掘的油氣多跟有機成因論有關。從人類開發利用能源資源的發展史來看,人類最原始的能源資源是木柴,這是人類的第一個能源時代。隨著科學技術發展和蒸汽機的出現,需要有更大的能量供給,于是人類就開始使用煤,這是人類的第二個能源時代。隨著內燃機的出現,需要液體燃料,人類又開始使用石油,從而進入了第三個能源時代。當然,一直到現在,人類的能源結構始終不是單一的。邊遠貧窮的農村、山區里邊照樣燒木柴。
按照現在的說法,以目前的石油勘探技術、理論、觀念,在本世紀后期,常規石油就走到頂了,沒了。但這個“沒了”,也不是個絕對的概念。為什么呢?因為有些地方按照原來的勘探技術還沒有去找,隨著勘探程度的增加,又有可能會發掘新的石油資源。但不管怎樣,似乎現在大家都認可,常規石油已經快走到盡頭了。那么下面怎么辦?石油完了以后,怎么辦?在這種背景下,既然常規有機成因說快走到頭了,那么無機成因說的觀點自然會引起人們的強烈關注。
要我來看,人對能源的問題,不是沒有出路的。隨著的科學技術發展、觀念的轉變,人類必然會找到未來所需要的能源資源。但是這個轉變,是個漫長而艱辛的過程。上世紀二、三十年代,西方學者認為中國是貧油的。為什么貧油?因為國外大量的石油出在中、新生代海相碳酸鹽巖地層中,但中國以古生代為主的海相地層,時代老、有機質含量低、熱演化程度高,難以形成巨型油藏。我國老一輩科學家們,從玉門開始,經過長期艱苦卓絕的努力,提出了“陸相生油理論”。指出,不僅海相地層可以生油,陸相地層也可以生油。大慶油田的發現,更表明陸相地層不僅能形成油田,還能形成大油田。經幾代人不懈努力奮斗,提出和發展的“中國陸相生油理論”,指引了中國石油工業勘探開發的前進方向。陸相石油理論打破了“中國貧油”的謬論,支撐了中國石油工業五十多年的飛躍發展。
回過頭來,我們再看看中國古生代海相油氣問題。如果說,中國海相地層難以形成大油田,哪么能否形成大氣田呢?
中國海相碳酸鹽巖的油氣資源前景,一直是人們普遍關注的熱點和難點問題。它直接影響著我國油氣勘探的戰略部署和勘探投入。迄今我國油氣資源開發主要集中在埋藏較淺的陸相地層中。后備資源嚴重不足。世界范圍內,諸多大油氣田均產于中、新生代的海相碳酸鹽巖中。但問題在于中、新生代時期,中國大陸經受了強烈的構造運動,形成了極為復雜的地質格局,對油氣的形成、演化和分布產生了巨大的影響。
天然氣的特殊物理化學性質、多種成因類型和來源,使得它與石油既有一定的聯系,但其生、運、聚、保又與石油存在巨大的差異。從天然氣的特殊性質的角度,研究海相碳酸鹽巖的成氣機制(而不是成油機制)和運移、聚集特征,或許會使我們對我國碳酸鹽巖有新的認識。中國高演化的海相碳酸鹽巖地區,應以尋找天然氣為主要勘探方向。普光和塔河大氣田的發現,為此提供了強有力的證據。由于觀念、理念的轉變,我們的天然氣產量提高了,占的比重越來越大,大家都在用啊!
我們再來談談非常規油氣資源。應該說“常規”和“非常規”是一個相對的概念。按現行理論、勘探開發技術和工藝,可大規模生產的就是常規。非常規油氣則是指,尚缺乏堅實的理論基礎,或缺乏成熟的勘探技術和工藝途徑,尚不能大規模生產,但又顯示了巨大資源前景的油氣資源。比如,深層天然氣、煤層氣、致密巖氣、水溶氣、天然氣水合物,以及非生物成因天然氣等。當前,被世人稱之為“頁巖氣革命”的頁巖氣勘探開發問題,也引起廣泛的關注和興趣。頁巖氣開采的確使美國能源結構發生了巨變。但是,能否在世界其他地區復制,尚存在很大疑問。中國頁巖氣賦存的地質條件與美國大相徑庭。現行資源潛力調查和評價精準度改善,開發工藝技術水平效率的提高,以及減少大量水資源消耗、相應的環境安全和開采成本等,均是需冷靜思考和認真研究、解決的關鍵科學技術問題。
人們常談到氫氣是清潔、高效、無污染的能源(氫氣燃燒釋放大量能量,僅產生水)。就此而言,氫氣可作為能源。但在自然界能否形成獨立的能源資源,卻又是另一回事。自然界氫氣含量極低,不可能聚集成為資源。如果認為自然界存在巨量的水就是氫氣資源,這在概念上是非常錯誤的。因為從水制氫必須消耗大量的其它能源,比如,太陽能、核能、電能、天然氣等能源。因此,確切地說氫氣不是能源資源,而僅僅是能量載體。現今,氫氣用做能源必然以消耗其它能源為代價,人類進入氫能源時代尚為時過早。“氫燃料電池”出現固然可減小城市大氣污染,但不能減少制氫所消耗的能源和可能污物排放問題。世界上從來就沒有免費午餐。
記:那您覺得氫動力汽車有可能成為一代產品嗎?
王:氫動力是可以的,問題是怎么制氫。城市里面開出幾輛氫動力汽車很時髦,看起來也挺好的。但這種情況下,你就得消耗別的地方的能源資源,消耗別的地方的環境質量,來得到你所謂的城市發展、清潔。
記:我覺得您有很強的懷疑精神,您的學問做得有點老子說的“恍兮惚兮”的感覺,不確定性非常大。
王:人類認知自然過程本來就是從無知到有知,由不確定趨向于較確定。
記:從科學原理、科學實驗上講,您對石油無機成油論是持贊成態度呢還是否定態度?
王:早在20世紀70年代初期,我就開始關注、思考“非生物成因烷烴理論”,相繼開展了有關非生物成因天然氣的野外考察、實驗室分析測試和理論研究,積累了較豐富的基礎資料,至今已40多年了。
記:對非生物成因油氣這一重大科學問題,您是如何開展科學研究工作的呢?
王:根據對“原始非生物成因烷烴理論”的基本認識和理解,以及由此而拓展的相關地球科學問題開展了大量的研究工作。比如,太陽系形成演化和地球原始(前生命)有機質的特征、豐度和演化;地球深部甲烷等烴類的熱力學穩定性;地幔流體(氣體)的化學組成和氧化-還原特征;地球內部高溫、高壓和不同氧逸度條件下C-H-O流體體系的組成與演化;地幔脫氣作用與地殼烷烴的賦存狀態、運移和聚集特征等諸多科學問題。
記:您這項研究至少可以證明有一部分天然氣是無機成因的?
王:是的。世界眾多地區的觀察結果(包括我們的結果)表明,非生物成因烷烴氣體廣泛存在于眾多地質環境中,但能否形成有商業價值的天然氣藏,是廣泛關注和引發爭論的焦點。我們同大慶油田的郭占謙教授自上世紀90年代開始,并持續至今的合作研究成果,表明非生物成因烷烴能夠聚集形成商業天然氣藏。可以說,中國松遼盆地非生物成因天然氣藏的發現和確證,為研究和尋找非生物成因天然氣資源,提供了一個典型實例。
記:天然氣的無機成因說我看學術界好像基本上達成共識了。
王:非生物成因石油和天然氣能否成為油氣資源,這是世界學術界和油氣勘探部門爭論逾百年的科學難題。要達成“共識”,尚為時過早,也許會永遠如此。不過雖爭論不休,但也不斷取得了諸多重要進展,對此理論的關注已波及諸多學科領域。
記:您覺得什么原因導致在勘探開發這個實踐中,對非生物成因油氣學說重視不夠?
王:事實上對有機成因論的不斷深入研究亦重視不夠。如,我們前面所談及的非常規天然氣(深層天然氣、煤層氣、致密巖氣、水溶氣、天然氣水合物等)。
記:您在中科院蘭州地質所工作,這個所原來的主要研究方向是什么?
王:早年主要研究陸相生油理論及其在勘探實踐中的應用,上個世紀60年代至今主要研究天然氣成因理論及其在勘探實踐中的應用。
記:那你們跟油田聯系應該非常緊密了?
王:是的。通過與油田合作,承擔他們的科研和勘探任務,我們與諸多油田建立了長期密切的合作關系。
記:我看過您的簡歷,您當過這個所的所長,在您當所長期間,在您力所能及的范圍之內,對改變科學研究方向、目的和風氣能起多大作用?
王:可以說是無能為力。因為涉及傳統觀念和理論的強有力約束,也涉及科研任務、科研經費、甚至科研人員升職、工資、就業等社會環境因素的制約。
就非生物成因氣研究而言,探索性太強、爭論太大,讓學生介入的風險自然就很大,因此,我基本不讓他們參與其中。僅讓他們知道我在干什么,或參與野外考察采樣,做些實驗分析等。
我的學生進來后,我首先要考慮的是他們自身的興趣和愛好,特別是畢業后的就業問題。在這種背景下,幫助他們選擇和確定研究方向和選題,通常是給他們半年左右的時間查閱國內外文獻,根據選題寫出綜合評述報告和研究方案。要求他們不要羅列文獻,而是要有自己的觀點,凝練出學位論文要解決的科學問題。這樣一來他們對自己如何完成學位論文已心中有數,他們所了解和掌握的相關知識已遠勝于我。在完成學位論文中,他們既有興趣又有信心,我也樂得輕松、省事。
記:那您的學生當中有人接受您的無機成因氣的理論嗎?
王:當然有,而且也取得了優秀的研究成果。比如,太陽星云條件和地球深部高溫高壓條件下的費-托反應研究、地幔氣體地球化學研究和火山地熱區溫泉氣體地球化學研究等。這些成果為研究非生物氣提供了有力的地球化學證據,也為拓展氣體地球化學研究領域做了有益的貢獻。多數是他們不反對,但不一定贊成,畢竟我是老師嘛。因為風險太大,可能干了一輩子白干了,沒有人認可你。
論文摘?要 簡述在煤炭資源的開發過程中所采用的幾種地質勘探方法,采用綜合的地質勘探方式可以有效的探查煤礦礦區的地質情況,為煤炭的后續開發提供依據。
煤炭是中國的第一能源,煤炭生產在中國國民經濟中具有舉足輕重的地位。中國東部許多老礦區的開采深度均在-800m以下,一些新建礦井的覆蓋層厚度便達600m,開采深度為-1000m左右。因此,中國東部煤礦已經進入深部開采階段。深部開采礦井均為高產高效礦井,對煤田地質工作提出了更高的要求,包括查明煤層中落差5m左右的斷層、幅度5m左右的褶曲、陷落柱和采空區的空間分布形態,同時查明與水文地質條件與瓦斯突出條件密切相關的煤層頂、底板巖性。
目前,煤礦深部開采中的地質勘探技術是以地球物理方法為先導,其它基礎地質手段加以配合,依托計算機技術實現地質工作的動態管理是煤礦深部開采地質勘探的特點。其工作模式可分為三個層面:1)井田范圍主要可采煤層開采地質條件評價;2)采區地質條件勘查;3)綜采工作面地質條件超前探測。
而從現今的發展方向來看,煤礦深部開采地質勘探技術的發展方向是將地球物理方法、基礎地質勘探手段與地理信息系統技術進行有機結合。利用三維地震、瞬變電磁、礦井物探、地面鉆探和井巷工程等多元數據,查明采區內斷層分布、煤層埋藏深度與厚度、巖溶裂隙發育帶的分布和隔水層厚度等。利用地理信息系統作為平臺建立礦井多元信息集成系統,把三維地震、瞬變電磁、礦井物探、構造地質、水文地質等多元信息進行復合、綜合分析后建立預測與評價模型,實現地質資料的信息化、數字化和可視化,為開采地質條件的快速評價、生產地質工作的動態管理、突發性地質災害應變對策的制定提供技術支撐。
煤礦由于受礦井地質條件差、斷層發育、煤厚變化大等地質因素的影響,造成生產接續緊張,單靠一種勘探手段很難摸清煤層賦存狀況及構造發育規律,采用綜合勘探方法,多種勘探手段結合并用,地面采用三維物探手段,井下先期施工多用途探巷,配合鉆探及井下物探等手段,針對影響生產的地質因素開展各項專題研究,不斷進行資料的動態綜合分析,取得了較好的地質效果,為礦井的安全高效生產提供了有利的地質保障。
合理選擇勘探目的層,充分利用井下巷道,以大流量、大降深的井下放水試驗為主,鉆探與物探相結合,多種方法相互驗證、相互補充的綜合水文地質勘探方法,是查清類似礦井水文地質條件,解放受水害威脅的下組煤的有效技術途徑。
1 傳統水文地質勘探
1.1 方法
受巖溶承壓水威脅的礦井,底板突水是各類因素綜合作用的結果,突水機理主要包括:1)巖溶裂隙水網絡的發育情況,是發生底板突水的物質基礎;2)隔水層的厚度及巖性特征,是突水的制約因素;3)采礦活動造成底板的破壞,是底板突水的誘導因素;4)斷裂構造及原生構造裂隙的發育程度,是導致底板突水的關鍵因素;5)水壓與礦壓的偶合作用也是導致底板突水的重要因素。因此,水文地質條件的探查范圍包括了巖溶裂隙水網絡發育規律、隔水層的厚度及巖性變化、斷裂構造及底板裂隙的發育規律及發育程度、含水層水位變化規律等。
1.2 傳統方法的局限性
而任何一種單一的勘探方法,只能大致探明某一種突水因素,如:采用傳統的地面鉆探、抽水及注水試驗,只能探明某一點的巖溶發育及富水情況,對于整個開采范圍的富水規律難以有效的探明。另外,礦井突水是一個十分復雜的問題,不可能用一個統一的規律進行描述,也就是說,隨著空間的變化,水文地質條件發生變化,各類突水因素在突水過程中的作用相互交替變化,如:斷層導水型突水,構造的突水機理起到了主導作用,而底板破壞型突水,采礦動壓是突水的關鍵因素。因此,要防止底板突水,就必須對各類突水因素進行全面探查,有針對性的實施綜合治理,才能有效的防止水害事故的發生。對水文地質條件的探查,采用單一的探查方法顯然是不夠的。
2 采用綜合方式進行地質勘探
2.1 采區地面地震勘探
采區設計前,通過采用地面地震勘探手段,查明采區構造形態和斷層發育規律,查明煤層賦存狀況及底板起伏形態,對影響開采的含水層富水性進行評價,并提出水害防治措施,為采區設計提供可靠的地質資料。
同時本階段的主要工作也是進一步查明采區范圍內的小構造,包括落差5m左右的斷層、陷落柱和采空區的空間分布形態,根據采區銜接的要求,應提前布置實施。現已成熟的探測技術包括三維地震勘探、瞬變電磁法、礦井直流電法和鉆探。地面物探方法較礦井物探方法施工簡單,探測效率也高,但受到地表條件的限制。因此,在地表條件允許的前提下,三維高分辨率地震勘探技術是首選方法。
2.2 微動測深勘查
微動是一種在時間域和空間域都極不規則的震動現象。根據波動理論,微動記錄既包含有體波也包含有面波。由于在大多數情況下,微動的震源是在地表面或海底面,在微動中的面波成分相對于體波成分來說占絕對優勢,微動測深勘查方法就是利用這一占絕對優勢的面波來反演地下地質結構的方法。同時,依據觀測形式的不同微動測深探查主要分為一下幾種形式:1)單點勘查。單點勘查方式觀測臺陣,一般由兩個不同半徑的同心圓(內接正三角形)組成,在圓心和圓周上內接正三角形頂點處各設置一套微動觀測儀。這種觀測方式勘查深度與臺陣的大小成正比。根據勘查深度的要求,可采用由3個或3個以上不同半徑的同心圓組成觀測臺陣;2)測線勘查。轉貼于 在煤田勘查這種大面積勘探中,單點勘查已經不能滿足生產要求。可采用測線(剖面)觀測系統,獲得S波速度剖面成果圖。在測區內按一定間距布置這樣的測線,可實現二維微動測深勘探,并反演測區三維S波速度結構,結合鉆孔及其它地質資料,可進一步解釋速度異常區域的地質意義;3)平面探查。在礦區或者要求更精細的勘探,在儀器數量足夠多的情況下可采用平面觀測,并反演測區三維S波速度體,從而圈出速度異常體或者面。
2.3 井下鉆探及綜合物探
在放水試驗對主要含水層的富水性達到宏觀控制(礦井、采區)的基礎上,對富水區的每一工作面,針對不同的條件,采用各種物探手段,探明局部導水構造、隔水層變薄帶及局部富水帶,再用少量的鉆探手段進一步驗證,有針對性的重點布置注漿改造、疏水降壓等治水工程。
1)井下直流電法透視:從大的范疇來說,井下直流電法透視仍屬于礦井直流電法。其目的是探測采煤工作面內部的導水構造、底板含水層的集中富水帶。許多礦區的研究和試驗證明,井下直流電法透視是探測水文地質異常區最為有效的物探方法之一。2)TEM探測:瞬變電磁法(簡稱TEM),它是利用大功率的發射裝置向鋪設在地面的矩形線圈(或稱發射框)發送雙極性大電流,在電流開啟和關斷時,由于電磁感應作用產生電壓脈沖,電壓脈沖的衰減產生感應磁場(即一次磁場)。一次磁場隨著時間的推移,在地下介質中產生渦流。地下渦流的變化又生產二次磁場,由于不同地質體其電性特征存在差異,其二次場的衰減亦存在差異。因此,通過研究二次場的衰減規律,可達到推測、分析地下地質異常體的目的。TEM探測可以探測不同高程的相對富水區,以便有針對性的采取防治水措施。3)彈性波CT:即地震層析成相技術,可以推測主要構造的發育情況,但由于該項技術起步比較晚,還有待于進一步完善提高。4)瑞利波:利用瑞利波探測技術可以對掘進巷道前方的地質異常體,特別是斷裂構造進行超前探查,預防突遇斷層出水。該項技術對于探測前方構造效果較好。
另外,通過坑透、槽波、脈沖干擾試驗等手段,也可以探測地質及水文地質異常區。綜上所述,對于受底板巖溶水害威脅的礦區,對水文地質條件的探查,應以各種規模的放水試驗為主要探查手段,以此為基礎,采用多種物探及鉆探手段,對局部的水文地質異常區進一步查明,達到相互補充、相互驗證,充分體現多種勘探方法的綜合效應,可取得十分顯著的技術效果。
3 結論
煤礦開采地質勘探技術的發展方向是將地球物理方法、基礎地質勘探手段與地理信息系統技術進行有機結合。利用三維地震、瞬變電磁、礦井物探、地面鉆探和井巷工程等多元數據,查明采區內斷層分布、煤層埋藏深度與厚度、巖溶裂隙發育帶的分布和隔水層厚度等。利用地理信息系統作為平臺建立礦井多元信息集成系統,把三維地震、瞬變電磁、礦井物探、構造地質、水文地質等多元信息進行復合、綜合分析后建立預測與評價模型,實現地質資料的信息化、數字化和可視化,為開采地質條件的快速評價、生產地質工作的動態管理、突發性地質災害應變對策的制定提供技術支撐。
參考文獻
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關鍵詞:有色金屬 找礦方法 地質
一、前言
實現加強有色金屬礦山地質找礦的突破,不僅是為了發展我們國家的國民經濟,也是鞏固我國在有色金屬礦山地質找礦方面的國際地位的迫切需求。為了使我國地質勘探方面的實力能夠得到快速有成效的增強,國務院在2006年出臺了《關于加強地質工作的決定》。在國家政策的指導下,地質工作者們的責任更加重大,要達到的要求也更高。加強有色金屬礦山地質找礦是整個地質找礦工作改革發展的重要一環,但是隨著有色金屬勘查工作方面的程度不斷加深,露出地表的和近地表的有色金屬礦產愈越來越少。這就需要我們把找礦的目標從已經大體查明的第一深度空間轉變到更深的第二深度空間。
二、需要改進的方法
1、創新理論,更新觀念
鑒于前言所提到的,為了緩解有色金屬礦產的資源危機,那么就要加強深部的有色金屬礦產勘探力度。深部找礦在現有的各項技術條件下是可以實施的,而且其理論和觀念與我國的可持續發展理念相符。
鑒于深部找礦是一個比較新的課題,發現并勘探到深部的資源對于我們來說還是個非常大的挑戰。這就要求我們在實際工作中不斷學習,不斷總結,不斷創新。對已發現的深部礦床的區域地質背景、成礦條件(物質來源、構造條件)、成礦作用、礦體特征加以研究,不斷完善資料、提高認識、總結,形成成礦模式,為以后深部找礦工作提供科學依據。認真地學習國內國外深部找礦的相關理論和借鑒先進的找礦技術,只有不斷提高認識、不斷創新理論,才能在深部找礦中取得突破。
2、理論與實踐相結合
在找礦工作中僅僅有了新的觀念和理論還是不夠的,還需要能夠靈活運用。對于礦床學乃至所有的科學領域,無論是理論還是實踐都是很重要的。對于做有色金屬礦產勘探開發的地質工作者來說,理論與實踐的結合是做好工作所必不可少的。而在現今的實際工作和科研中,最常見的一個不好現象就是只重理論而忽視實踐的重要性。一些典型的行為表現在:對于全面闡釋有色金屬勘探過程中的實際現象、全面研究有色金屬礦產特征的成果很少;很重視論文的發表,而忽略實際生產工作中的應用情況和實踐檢驗中是否合理的情況。而與此相反的是,有些前線工作者擁有豐富的經驗,但是卻不注意隨時更新自身的知識儲備,不注意補充最新的理論知識,這都不利于找礦工作的發展。
有鑒于以上的種種現象,本文提出了以下一些改進措施:①堅持生產學習科研相結合,實踐證明,這在大多數科學領域都是非常有效的方法,在我們有色金屬礦產勘探領域,也有著十分明顯的效果;②對于個人評價,應該結合理論成果和實踐成果,對有色金屬勘探研究領域取得的成果應該分成兩種:一種是理論上的創新,一種是實際工作中有重要的發現,兩者不應該只取其一,應該齊頭并進,都考慮到個人評價當中;③對于新進單位的年輕人,應該先全面培養其綜合科研能力,可以先接觸一下深入研究的綜合性的科研項目,全面打好地質方面的基礎能力,為未來培養長久人才;④對于前線工作者,可以定期或者不定期的組織各種培訓課程,或者多提供一些去高校進修的機會,這樣可以使第一線的找礦工作者不僅擁有豐富的經驗,還能提高他們的學術水平,豐富最新的理論知識,將他們培養成更高一級的地質人才。
3、勘查技術的創新
隨著科學技術的發展,各種勘探技術也不斷創新,如地球物理勘探技術等。傳統的地球物理勘探是以重磁電法、激發極化法等作為主要的工作方法,而隨著科學技術水平的不斷提高,傳統地球物理勘探方法也有了很大的發展,各種地球物理勘探的新方法和技術推陳出新。主要包括三維地震技術、地面高精度重力勘查技術、地面高精度磁測技術、地面瞬變電磁法勘查技術、可控源音頻大地電磁法、頻譜激電法、井中聲波透視法技術、地下電磁波法等[1,2]。
同樣,計算機技術的迅猛發展也促進了數學地質方法的發展;遙感技術也是勘探的重要手段之一,新型傳感器的出現、工作頻率向全波段的延伸、圖像處理技術的不斷提高,使得遙感技術在找礦中的作用不斷增大。
以上只是其中的幾個例子,種種勘查技術的不斷發展與創新,帶來的是有色金屬地質找礦工作取得的成果越來越大,找礦效率越來越高。所以我們要不斷尋找更新、更完善的勘查技術,使之為我們的深部地質找礦服務。
4、加大資金投入
兵馬未動,糧草先行。充足的資金對于任何一項科學研究都是必不可少的,何況是地質勘探這么一個高投入高風險的行業。只有有了充足的資金,才能吸納最杰出的地質人才,才能使用更先進的勘探設備,得到最全面的地質資料,得到更好的勘探效果。
但是這里的加大資金投入并不是盲目的、浪費的,而是要用在刀刃上的。必須提前做好完善的預算,保證專款專用,確保每一分錢都用得恰到好處。對于必需大量資金投入的地方絕不吝嗇,對于可以節省開支的地方也絕不浪費,這樣才能使資金的投入和取得的成果成正比。
5、建立和健全鼓勵創新的地質人才開發機制和管理體制
對任何行業來說,人才都是核心,地質找礦工作也是如此,培養和鼓勵優秀的地質人才,也是不可忽視的一個措施。比如可以改善一線工作者的工作條件,提高野外出工的工資補貼;可以建立更完善的工資分配或者獎勵制度,使收入分配更合理,按所取得的成果大小和貢獻比例來分配;還應該加強地質人才的專業能力和業務能力培養,培育創新型的新時代地質工作者。只有充分培養和利用各層次的人才,才能更好地促進找礦事業的發展。