煤炭电法勘探技术应用实例

1.电阻率法特点

电阻率法的特点是：①电阻率法理论上比较完善，资料解释相对简单，技术较成熟。②电阻率法为体积勘探，对浅层的地质异常体分辨能力强，但随勘探深度的加深，分辨能力急剧下降。③对高阻、低阻地质异常体均有良好反映。④电阻率法受浅部高阻屏蔽影响较大，不适于地表干燥的沙漠地区工作。⑤电阻率法通过扩大供电极距提高勘探深度，因此地形影响大，不适合地形复杂地区的勘探工作，同时劳动强度大，生产效率较低。

2.瞬变电磁法特点

瞬变电磁法的特点是：①观测断电后的纯二次场，克服了复杂的一次场补偿问题，同时受地形影响较小。②单脉冲激发就可得到多信息的整条瞬变电场衰减曲线，通过加大发射功率和多次叠加，可大幅度地提高信噪比，加大勘探深度。③采用不接地回线装置，适宜于各种较复杂地形环境下的野外工作，特别是直流电法无法施工的沙漠地区。④由于瞬变电磁法的探测深度仅取决于大地电阻率和仪器的采样时间，故可通过调节发送功率、仪器采样时间，方便地控制探测范围。⑤采用不同的装置形式，可以相应地提高横向、纵向分辨能力。⑥对发送回线的形状、方位和点位要求不严，测地工作简单，可通过流水作业达到很高的工作效率。⑦在高阻围岩地区不会产生地形起伏的假异常，在低阻围岩区，由于是多道观测，早期场的地形影响也较易分辨。

3.CSAMT法的特点

CSAMT法同直流电法勘探相比有以下特点：①使用可控制人工场源，它的信号强度比天然场要大得多，而且测量参数为电场与磁场的比值，减少了外来的随机干扰，因此可在较强干扰区的矿区及外围或在城市及城郊开展工作。②基于电磁波的趋肤深度原理，利用改变频率而非改变几何尺寸进行不同深度的电测深，大大提高了工作效率，减轻了劳动强度，一次发射，可同时完成7个点的电磁测深。③横向分辨率高，可灵敏地发现断层。除方法本身的原因外，通过增加接收频点和采用整条断面反演，可有效提高分辨能力。④地形相对影响小。如对原始数据作必要的数据处理，可使地形影响降至最低。⑤勘探深度范围大，可达1～2km（不同仪器系统的探测深度不同）。⑥高阻屏蔽作用小。CSAMT法使用的是交变电磁场，因而它可以穿过高阻层，特别是高阻薄层。有些无法用直流电法探测到的高阻薄层下的地质体，而用CSAMT法能得到很好反映。

尽管CSAMT法有上述优点，但该法依然有自身的缺点，主要表现在两个方面：①存在近场区问题：由于CSAMT法的仪器设备发送功率有限，为保持足够强度的观测信号，收发距相对趋肤深度不是很大时，电磁场进入过渡区或近区。然而，卡尼亚电阻率计算公式是根据远区（或称波区）条件导出的。在过渡区或近区，卡尼亚视电阻率ρω发生畸变，即使在均匀大地条件下，算出的也明显偏离大地的真电阻率，这称为非波区场效应或近场效应。为了克服这一现象，需要对原始数据进行近场校正。②存在静态效应：静态效应是由于地表浅层存在较大的电性差异而引起的一系列高阻或低阻密集带，需要通过空间滤波的方法进行静态改正。

4.EH－4电磁成像系统特点

EH－4电磁成像系统特点是：①EH－4电磁成像系统采用人工场源与天然场源共同作用的方式，人工场源弥补了天然场源的在某些频段的不足，使该系统在10Hz～100kHz的范围内获得连续的有效信号。人工场源对解决浅部地质问题尤为有用。②测量系统和发射装置都比较轻便，测量速度快。该系统效率高于直流电法。③该系统具有较高的分辨率，为探测某些小的地质构造和区分电阻率差异不大的地层提供了可能性。④该系统不受高阻盖层的影响，在玄武岩覆盖地区、基岩大面积出露地区，甚至在某些沙漠覆盖区，均能有效地探测地下深部地质信息。

段铁梁

作者简介：段铁梁，中国煤田地质总局，教授级工程师，矿产储量评估师。

自从《固体矿产资源/储量分类》(GB/T 17766—1999)、《固体矿产地质勘查规范总则》(GB/T 13908—2002)国家标准和《煤、泥炭地质勘查规范》(DZ/T 0215—2002 以下简称新规范)发布实施以来，对指导和规范煤炭资源勘查、开发和管理起到了积极的推动作用，但实际工作中对于早于发布实施的《煤田地球物理测井规范》(DZ/T 0080—93)和《煤炭煤层气地震勘探规范》(MT/T 897—2000)的执行和配套，尤其是在市场经济条件下仍存在一些问题。为了更好地理解和执行新规范及相关文件精神，笔者根据对新规范和有关物探规范的学习理解，结合近年对矿产资源/储量评审工作的实践，谈几点对有关物探规范实施中的认识和体会，与同仁们商榷。

1 关于煤田地球物理测井规范的实施

1.1 测井参数方法

煤田地球物理测井规范要求至少测量4种物性参数，应该特别指出物性参数是指针对岩石物理性质的参数，井径、井温、井液电阻率等不是物性参数。一般常用的物性参数是视电阻率、自然电位、自然伽马和散射伽马，也可根据需要将自然电位换成声波速度。目前数字测井中视电阻率可以换成三侧向电阻率。这些参数一般情况下可以满足对煤岩层的定性、定厚解释；但如果需要也可以再增加其他参数，例如，若要与地震配合或者研究岩石的力学特征，必须测量声波参数；若要研究地层的孔隙特征，可加测中子-中子等方法；而要解决煤矿三带的划分，则应进行声波成像测井。

如果不是同时测量多种参数的组合测井，各种方法中一般应先测量自然电位。

对于含水层的富水性解释，一般依据视电阻率、自然电位、自然伽马，这些方法主要是对岩性进行解释，从而推断地层的富水性；但是如果是专门水文测井这些参数是不够的，必须进行扩散法测井或者流量测井等专门的水文测井，以研究含水地层的某些水文地质特征和参数。

1.2 工程测井

(1)井斜测量是确定煤层空间位置的重要方法，大于100m的钻孔必须测井，否则测井本身的质量就不能保证；而且，必要的检查点和加密点也是影响质量的重要原因。井斜测量一般采用点测，且应该自上而下测量，以保证成果的真实性。

(2)井径测量是鉴别散射伽马曲线是否存在似煤异常的重要方法，尽管该方法不是物性参数，但应该尽可能进行测量。

(3)地温测量是确定开采技术条件的重要方法，一般应该在详查阶段对约总钻孔数量1/2的钻孔进行简易测温；钻孔的布置应选择深部、主要构造部位(如向斜轴部、断层附近等)；在初步确定为地温异常区时，应适当安排近稳态测温钻孔，以确定恒温带的深度和温度，求取时间校正关系曲线，从而计算地温梯度；若为地温正常区，可不进行近稳态测温，勘探阶段一般也可不安排地温测量，或在可能存在高温的区域适当安排少量钻孔进行简易测温。

1.3 采集质量控制

主要应该重视以下几方面：

(1)所有的数字测井均应做好监视记录，监视记录(或回放曲线)的要求应该按照模拟曲线的要求，煤层要保证有相应的幅度、曲线要检查是否有畸变和周波跳跃，从而进行现场解释和对测井质量进行验收。

(2)测井的电缆提升速度，也是应该注意的问题，一味追求测井速度和效率，难以保证测井质量。

(3)仪器的刻度和井场检查，是保证仪器工作性能和进行半定量解释的基础，按照规范要求进行必要的工作，这是测井必须进行的日常工作。

(4)光电玛轮的传送误差也应该引起注意，否则就会产生深度误差，影响测井成果的可靠性。

1.4 测井地质成果和应用

对于数字测井，一般可以在以下几方面获得应用(其中后三项是数字测井的优势)：

(1)岩性解释；

(2)煤层的定性、定厚；

(3)煤岩层对比；

(4)断层破碎带的解释；

(5)煤层炭灰水分析；

(6)岩层砂泥水分析；

(7)岩石力学性质计算。

应该指出，煤层炭灰水分析和岩层砂泥水分析目前仍然处于试验阶段，准确进行定量计算，达到实际应用仍需进一步研究和一定过程；但是岩石力学性质计算尽管也存在横波速度是按经验公式推断的问题，但因化验室测试值变化范围较大，测井确定的强度指数经过与测试结果进行相关分析，在煤层顶底板稳定性评价中已经获得实际应用，对于煤层顶底板变化较大和稳定性较差的地区，进行岩石力学性质计算是很有意义的。

1.5 地质报告的编写内容

1.5.1 煤岩层物性特征

阐述区内不同时代地层煤层和主要岩层物性特征，总结其规律。可以用表格或插图表示并配以文字说明。

1.5.2 仪器设备

本次与以往各阶段使用的仪器设备及相应的技术参数，仪器刻度及校验情况，井场刻度检查情况，可以列表或文字说明。

1.5.3 采用的参数方法

阐述本次与以往各阶段使用的参数方法，包括定性、定厚参数方法，以及其他测井方法(如扩散法、流量测井、井径、井温等)。

1.5.4 定性、定厚解释

煤层、断层、岩层定性解释原则，煤层定厚解释点选择原则，总层数(可采与不可采层)；如果以往各阶段解释原则与本次不同，应加以说明。

1.5.5 工作量及质量

本次与以往各阶段的工作量(包括孔数、实测米、条件米，扩散法、流量测井、井径、井温、井斜等其他测井或特殊测井的孔数和必须的说明性图件)，全孔测井质量和煤层质量(可分阶段说明)。除文字说明外，应附必要的表格。

1.5.6 煤岩层对比

说明标志层、组合地层的典型物性曲线特征(附插图)，不同时代地层的典型物性曲线特征(附插图)，以及其他对比依据。

1.5.7 成果应用

详细说明测井的地质效果和测井解释的煤层、含水层、断层等在地质报告中的应用情况。

1.5.8 存在问题与建议

说明测井质量、应用等方面存在的问题，尤其是在钻孔中发生放射源掉落事故时，应详细说明放射源的种类、活度、半衰期、包装情况，以及事故孔的孔号、掉落深度和事故发生时间。

附图：本阶段所有钻孔的测井综合柱状图、煤层炭灰水和地层砂泥水解释成果图、扩散法曲线图、流量测井图、测井曲线对比图(可附30%钻孔)、地温成果图以及其他必要的图件。

以往阶段部分钻孔的测井综合柱状图、测井曲线对比图(可附少量钻孔)、地温成果图以及其他必要的图件。

2 关于煤炭煤层气地震勘探规范的实施

2.1 试验工作

由于各矿区地震地质条件变化较大，试验工作是地震勘探过程中必不可少的内容，是该区是否能够取得良好地质效果的关键。试验的内容主要包括：

(1)激发条件的选择。井深、药量、激发井组合方式。其中前两者比较重要。

(2)接受因素选择。观测系统(排列长度、叠加次数、偏移距、接受线炮线数量)、检波器道距和组合方式、地震数据采集的仪器因素等。

(3)波场调查。干扰波、环境噪音等。

实验应有明确结论。

2.2 资料采集

(1)仪器的年、月、日检。

(2)按试验结果确定的激发和采集因素进行施工，并进行必要的检查。

(3)测线或线束施工后的现场处理，是指导进一步生产的依据，也是提高采集质量的必要条件。现场处理后如果地质效果较差，应根据需要进行必要的补充试验，以保证取得较好的地质效果。

(4)测量工作。

(5)应确定保证质量的措施，并具体实施。

2.3 资料的处理与解释

(1)确定正确的处理流程和参数，选择合适的处理模块。处理后的时间剖面应有较好的信噪比，主要煤层反射波应有较好的连续性，以便在全区进行追踪对比。

(2)以时间剖面为主，配合各种切片进行解释，以获取各地质成果；在断层组合时，要充分了解施工区的地质情况，按照地质规律进行合理的组合。

2.4 主要地质成果

(1)煤层底板起伏形态，提交主要煤层的底板等高线图。

(2)煤系上覆底层和基底起伏形态。

(3)构造形态，断层、褶曲和陷落柱的解释或组合。

(4)主要煤层露头和采空区。

(5)煤层厚度变化趋势和煤层分布范围。

2.5 地质报告对地震资料的使用

煤层底板起伏形态、煤系上覆底层和基底起伏形态、断层、褶曲和陷落柱，可以结合钻孔资料直接予以利用，但根据地质任务和不同勘探阶段对断层控制的要求，对小断层进行合理取舍。应该指出，地震组合断层的可靠程度和地质上的断层查明程度不是一个概念，地震组合断层的可靠程度仅依据断点的级别，不考虑断层的延伸长度和落差，而地质则是综合分析的结果；如对于三维地震勘探组合的断层，断点数量很多，较大规模的断层即使是较可靠的也可能是查明断层；然而为地震勘探受工程网度的限制，可能一个可靠断层仅有2～3个断点，此时的可靠断层则不一定是查明断层。报告编制时应该进行综合分析和合理判断。由于地震勘探在煤层埋深较浅时效果较差，对于浅部的露头和采空区可靠程度较差，应用时应慎重。

煤层厚度的解释目前是地震勘探的研究课题，其解释精度(一般在0.5～1.0m之间)达不到地质勘探规范要求，不能用于资源量估算。但所确定的煤层厚度变化趋势可供地质人员参考；而无煤区边界尽管是视边界，但仍有一定的意义，可以结合钻探采用内插法确定无煤区范围，综合分析使用。

2.6 地质报告的编写内容

2.6.1 地震地质条件

阐述区内表、浅、深层地震地质条件。地震反射波的地质含义及对比。

2.6.2 数据采集

(1)试验结论(激发因素、观测系统、仪器因素)。

(2)工作量及其质量(含以往)。

2.6.3 数据处理

(1)数据处理流程及参数选择。

(2)处理剖面的数量、质量和分布(含以往)。

2.6.4 资料解释

各类地质成果的解释原则，断层的组合方法。

2.6.5 地质成果

(1)煤层底板起伏形态。

(2)煤系上覆底层和基底起伏形态。

(3)断层、褶曲和陷落柱，断层和陷落柱数量、分类和可靠性评价(含以往)。主要断层应附插图。

(4)主要煤层露头和采空区。煤层厚度变化趋势和煤层分布范围。

2.6.6 存在问题与建议

说明质量、应用等方面存在的问题。

附图：典型事件剖面、主要煤层底板等高线图、构造纲要图(含勘探前后变化)以及其他必要的图件。

参考文献

固体矿产资源/储量分类(GB/T 17766—1999).北京：中国标准出版社，1999.

固体矿产地质勘查规范总则(GB/T 13908—2002).北京：中国标准出版社，2002.

煤泥炭地质勘查规范(DZ/T 0215—2002).北京：地质出版社，2003.

煤田地球物理测井规范(DZ/T 0080—93).北京：地质出版社，1993.

煤炭煤层气地震勘探规范(MT/T 987—2000).北京：煤炭工业出版社，2000.

煤炭地质勘查是对煤矿床进行调查研究以获取地质信息的过程，是查明煤炭矿产资源、煤炭储量以及生产所需的其他基础地质信息的过程。这个过程不可能一次完成，需要分阶段并依次进行。它包括从煤矿床的预查直至开采完毕整个过程中的地质勘查工作，是由勘查对象的性质、特点和勘查生产实践需要决定的，也是由煤炭勘查的认识规律和经济规律决定的。勘查阶段划分的合理与否，将影响到煤炭勘查与矿山设计、矿山建设的效果。因此，它不仅是煤炭勘查实践中的实际问题，也是煤炭勘查中的一个重要理论问题和技术经济政策性问题。

根据煤炭地质勘查工作的特点和与煤矿设计、建设与开采的关系，一般可分为资源勘查、开发勘探和矿山闭坑治理三大阶段。在煤矿设计、建设前的地质勘查工作属于资源勘查阶段；而在煤矿设计、建设与开采过程中的地质勘探工作，属于安全生产保障勘探阶段，属于矿井地质工作的范畴，涉及闭坑阶段的地质勘查工作更注重环境建设与恢复治理。因此，煤炭勘探学实际上是煤炭经济地质学。

（一）综合勘查方法的形成

综合勘查的概念和方法体系是在新中国煤田地质勘查实践过程中逐渐形成并不断充实和完善的。

早在20世纪50年代初期，新中国煤炭地质勘查队伍创建之初，学习苏联煤田地质工作方法，在老煤矿区向外围新区发展中，裸露和半裸露地区多采用山地工程、地质填图、钻探和采样化验等手段进行煤炭地质勘查工作。为验证钻探质量并发挥钻孔一孔多用的作用，亦逐步开展电测井工作。

20世纪50年代末，中国东部地区在分析地质规律基础上，采用电法扫面、钻探验证的综合普查找煤方法，总结出一套地质－地球物理综合勘查经验，在皖北、鲁西、豫东、冀东、辽南等地找到了一系列大型隐伏煤田。

20世纪60～70年代，在全国范围内因地制宜的采用山地工程、地质填图、物探、钻探和采样化验相结合的综合地质勘查方法并逐渐开展和应用航片地质填图、遥感解译、数学地质等新技术和方法。

20世纪80年代，在安徽刘庄和山东唐口精查中采用高分辨率地震勘探和钻探相结合的综合勘查，提高了勘查精度并减少了2/3钻探工程量，大大节省了勘查投资，缩短了勘查周期。高分辨率地震勘探能查明落差大于10m的断层，在地震、地质条件好的地区甚至连落差为5～10m的断层亦有明显显示，在探测煤层厚度变化、分叉和尖灭方面亦取得了初步成果。

20世纪90年代以来，三维地震勘探技术得到推广运用，1995年煤矿采区三维地震技术取得了突破性进展，在探明井田内小型地质构造和煤层厚度等方面取得显著进展，大大提高了勘查精度。1996年以后，彭苏萍（1996）等利用三维地震勘探技术成功解决了影响煤矿安全生产的小断层、小陷落柱等地质问题，在中国东部能查清1000m深度内3m断层，精释精度大大提高。提高了地质勘查对煤矿安全生产的保障程度。目前，以高精度三维地震和快速精准钻探技术为核心，遥感、物探、钻探、测试技术相结合的煤炭资源综合勘查技术方法体系不断完善并趋于成熟。

我国煤炭资源赋存条件的复杂性和多样性，决定了煤炭地质工作中综合勘查的重要性。综合勘查又称为综合勘探（generalized exploration），有广义和狭义之分。

广义的综合勘查，是指在地质勘查中以煤为主，同时做好勘查区内各种与含煤岩系伴生或共生矿产资源的综合评价和勘查。《煤、泥炭地质勘查规范》（DZ/T0215—2002）明确指出，煤炭地质勘查必须坚持“以煤为主、综合勘查、综合评价”的原则，做到充分利用、合理保护矿产资源，做好与煤共伴生的其他矿产的勘查评价工作，尤其要做好煤层气和地下水（热水）资源的勘查研究工作。同时，综合勘查也是指在煤田地质勘查各阶段，针对具体地质和地球物理条件，因地制宜地综合运用各种勘查手段所进行的勘查研究工作。

狭义的综合勘查，是指各种勘查手段的综合运用，又称为综合勘查方法或综合勘查技术。煤炭地质综合勘探技术是集地质填图、钻探、物探、测试、测绘、遥感和计算机于一体的综合勘探技术体系，即根据勘查区地形、地质和物性条件，合理选择高分辨率地震、钻探和数字测井等相结合的综合勘查手段，合理布置各项工程，强调各种手段密切配合和各种地质信息综合研究的现代煤炭地质综合勘查技术，它主要包括以下几个方面：

1.地理、地质和地球物理条件分析

我国煤炭资源地域分布广泛、煤系赋存状况差异显著。晚古生代海陆交互相煤系形成于巨型聚煤坳陷，煤层稳定但后期改造显著，原型煤盆地破坏殆尽。中生代煤系形成于大、中型内陆盆地，煤质优良、后期构造变形相对较弱。新生代煤系多形成于小型山间盆地或断陷盆地，煤层厚度大但不稳定。西北地区气候干旱、煤系裸露或半裸露；西南地区地形起伏大、植被高度覆盖、交通极为不便；华北东北平原区为巨厚新生界覆盖。各勘查区地理、地质和地球物理条件的显著差异，构成综合勘查方法选择的基础依据。

2.合理选择勘查手段

物探、钻探等各种勘查技术手段各有其不同的原理、特点、适用条件和应用效果，在运用各种勘查技术手段时要取长补短、合理配置、综合运用。综合勘查方法体系的主要内容，是根据勘查区具体的地理、地质和地球物理条件选择适当的勘查技术手段组合，以取得最佳勘查效果。

我国黄淮海等地震地质条件比较好的地区一般采用地震、钻探、测井和化验测试等勘查手段。在地层出露较好的地区则应充分利用地质填图和遥感技术，开展大比例尺填图，如在贵州等地区效果非常好。

3.注意各种手段的密切配合和施工顺序

20世纪90年代完成的唐口和刘庄勘探（精查）等中日合作项目，均成立了由地质、物探等专业人员组成的项目组，组织协调地质勘查工作，并制定了严格的施工顺序：先施工地震、测井参数孔、开展地震试验，获得最佳的地震参数，在此基础上开展地震工作，根据地震资料调整钻孔位置，施工钻探基本工程；根据钻探、地震取得的地质成果综合分析研究，确定勘查区的煤岩层对比、构造方案；初步编制资源/储量估算图，分析地质任务的完成情况，根据分析结果确定、施工构造验证孔和其他加密工程。

4.强化各种地质资料的综合分析研究

一个勘查项目应用多种勘查手段所获得地质资料十分丰富，要取得真正意义上的综合勘查，强化各种手段获得的地质资料的综合研究十分必要。如唐口等项目，除综合钻探、地震等手段取得的地质资料进行构造分析研究以外，还运用地震资料研究煤层厚度和结构变化趋势、河流冲刷带、圈定煤层可采边界、上覆松散层含水层分布等，同时，深入分析煤质资料，研究煤质特征和分布规律，从而大大提高了研究程度。

（二）综合勘查方法的运用

《煤、泥炭地质勘查规范》（DZ/T0215—2002）规定了综合勘查方法运用的基本原则：煤炭地质勘查工作应根据地质目的、经济效果和地形、地质条件、物性条件的不同以及各种勘查手段的特长，因地制宜地配合、组合选用。

在中国西部地质工作研究程度较低的地区，宜先用遥感方法进行矿产资源综合调查，选择有利含煤区块进行地质填图、施工物探工程和钻探工程。在中国南方和西南暴露煤田和半隐伏煤田宜先开展地表地质工作，进行地质填图、施工坑探工程和钻探工程。在中国北方隐伏煤田以物探为主、钻探验证。

1）暴露煤田和半隐伏煤田应在充分利用地质填图（有条件时还应开展航天、航空遥感地质填图）辅以槽探、井探、浅钻和地面电法做好地面地质工作的基础上，再采用钻探、测井和其他手段完成各项地质任务。

2）凡地形、地质和物性条件适宜的地区，应以地面物探（主要是地震，也包括其他有效的地面物探方法）结合钻探为主要手段，配合地质填图、测井、采样测试及其他手段进行各阶段的地质工作。地震主测线的间距：预查阶段一般为2～4km；普查阶段一般为1～2km；详查阶段一般为0.5～1km；勘探阶段一般为250～500m，其中初期采区范围内为125～250m或实施三维地震勘查。

3）凡不适于使用地震勘查的地区和裸露、半裸露地区，应在槽探、井探、浅钻、地面物探和地质填图的基础上开展钻探工作。

磁探测法的实质是，煤层上覆岩石中一般含有大量的菱铁矿及黄铁矿结核，煤层自燃时，上覆岩石受到高温烘烤，其中铁质成分发生物理化学变化，形成磁性物质，并且保留有较强的磁性。烘烤后的上覆岩石的磁性随自燃温度升高而增强。早在60年代我国西北各省就用磁法结合电法勘探煤田火区，取得了一定成果。印度也利用此法确定Jharia煤田的自燃火灾区域范围，得到了十分满意的效果。俄罗斯、乌克兰也曾用此法确定煤田自燃火区范围。从这一方法的实质和目前应用的情况看，磁探测法主要用于煤田火区，而对于生产矿井自燃高温的探测应用较少，这主要是因为：①当自燃火源温度小于400℃时和烘烤时间短时，上覆岩石或煤层中就不能形成较高的磁性；且对于生产矿井而言，要处理的是煤自燃高温区域，自燃煤温较低和烘烤时间短，这样用磁法探测的效果并不理想；②对于生产矿井，井下高温区域周围铁性物质多,磁探测法则无法有效使用。③煤层顶底板和煤中分布的铁质结核不均匀，给磁测法探测自燃火区带来一定困难。

2.2 电阻率探测法〔2〕

正常情况下，埋藏于地下的煤层，沿走向（或其它方向）因其结构状态和含水性变化不大，电阻率基本保持不变。但当煤炭自然发火后，煤层的结构状态和含水性发生较大变化，从而引起煤层和周围岩石电阻率的变化。在自燃的初期，电阻率会下降；在自燃后期，由于煤较充分燃烧，其结构状态发生较大变化，水分基本蒸发掉，表现为较高的电阻率。因此，可根据观测结果比较未自燃区和自燃区的变化情况，判断自燃区域的位置，这就是电阻率法探测自燃发火区域位置的原理。由于煤在自燃的初期，煤电阻率的变化不明显，致使电阻率探测法的探测精度受限；加之井下杂散电流多，用于井下高温区域的探测比较困难，目前国内外多用于露天开采和煤层露头自燃火源的探测。

2.3 气体探测法

煤自燃在不同的温度，其产生的气体种类和浓度是不同的；故根据气体种类和浓度，依次判断煤的自燃温度，并据气体浓度梯度大致确定高温区域的范围。气体确定高温区域范围可在井下或地面进行。

2.3.1 井下气体探测法

通常称为气体分析法，是目前国内外广泛应用的煤炭自燃的预测预报方法。对某矿当煤质一定时，其煤自燃生成的气体组分与温度有一定规律，用仪器或束管监测系统检测煤自燃释放的气体，以确定煤的氧化温度和煤炭自燃区域的可能范围，但它无法知道煤炭自燃的位置和发展变化速度，并且易受井下通风因素的影响。

2.3.2 地面气体探测法

由于煤炭自燃火源区域与地面存在一定的压差和分子扩散，使自燃火源向地面有着气体流动，而在地表层中产生一些有代表性气体是从煤炭自燃点垂直方向放射的，据此在地面可布置测点测量，来判断火源点大致位置。这种方法对于煤层埋藏较深，气体不能扩散至地面，且气体向上运移发生物理化学变化时，就无法使用。

2.4 氡气探测法

氡气探测是一种放射性探测方法，它兼有物探和化探的特点。它的原理是煤层自燃后，随煤温升高，氡气浓度上升，在地面布置观测点，应用α卡法、210Po法等，收集并测量氡气浓度，依此判断火区位置。国内山西矿业学院用此法在地面探测煤矿地下火源，并在古交北沟矿、潞安矿务局石圪节矿进行了成功应用，从应用情况来看，这种方法目前只在地面使用，自燃温度一般超过200 ℃；且用氡气量值也无法判断自燃的燃烧程度及其温度。

2.5 煤炭自燃温度探测法

2.5.1 测温仪表与测温传感器联合测温法

这是目前国内外最为广泛应用的一种方法，兖州矿区东滩煤矿也采用此法测量煤温。据探测地点不同分为地面探测和井下探测。

（1）地面探测法〔3〕。在自燃火区的上部利用仪器探测热流量或利用布置在测温钻孔内的传感器测定温度，根据测取的温度场用温度反演法来确定自燃火区火源的位置。这种方法常用于火源埋藏深度浅、火源温度高，已燃烧较长时间的火区。波兰、俄罗斯曾应用此法探测煤层露头的自燃火区范围，探测深度在30～50 m。

（2） 井下探测法〔4〕。此种方法是把测温传感器预埋或通过钻孔布置在易自燃发火区域(采空区和煤层内)，根据传感器的温度变化来确定高温点的位置、发展变化速度，这种方法受外界干扰少，测定准确，煤温只要升高，传感器位置合适，就能有效探测。这是目前井下准确的探测方法。山东矿业学院已成功地开发了适于井下应用的MKT-Ⅰ，MKT-Ⅱ和MKT-Ⅲ（自动监控）电脑型测温仪，此仪器的最大特点是测定准确，和测定距离长度无关。东滩煤矿应用此法在井下进行了成功的探测。由于测温及时、准确，为高温点的消除起到了积极的作用。

（3） 测温仪表与测温传感器联合测温法的缺陷。尽管此种探测法测定准确、可靠，弥补了上述一些探测方法的不足，但它本身也存在一些问题值得研究：①传感器的布置是探测自燃高温区域的关键，数量、位置准确，就能有效控制自然区域高温点；但这些布置参数受煤体温度场传导速度的限制，由于煤的导温系数较小，要想测取煤体温度，控制自燃位置，就要布置一定数量的传感器；②测温钻孔：要测取煤体温度，就必须在煤体内布置测温传感器，因而就需要测温钻孔，增加了工作量。

2.5.2 红外探测法〔5，6〕

在国内外这一方法已较广泛用于地面煤堆自燃和井下煤炭自燃火源的探测。探测仪器有红外测温仪和红外热成像仪，应用最多的是红外测温仪。俄罗斯采用红外测温仪，美国采用红外测温仪和热成像仪探测煤壁和煤柱自燃温度；国内兖州、开滦、徐州等矿区采用红外测温仪测定井下煤壁温度。红外测温仪是测取点温，红外成像仪是扫描成像测取温度。在国内，红外热成像仪井下没见应用，而在煤田地质调查、地震预报、地下水探测、岩突、岩爆等方面得到了应用。隧道和巷道内由岩石的应力引起的表面0.2 ℃左右的温度变化就可被测到，从而可分析引起灾害的程度。

红外探测法的实质是自然界的任何物体只要处于绝对零度(0 K)之上，都会自行向外发射红外线。其发射能量如下式

E=εαT4 (1)

式中 ε——辐射系数，其值为0＜ε＜1，岩石和煤体一般为0.7～0.98，辐射系数受物体化学组 分、表面状态、内部结构、含水量、孔隙度等影响；

α——斯蒂芬-玻尔兹曼常数，5.67×10-12 cm2.K4；

T——物体的绝对温度，K。

从式(1)可看出，物体的温度越高，辐射能量就越大，红外测温仪器接受辐射量而转换的辐射温度就越高，因此就可利用红外测温仪器对温度的高分辨率来探测井下巷道自燃位置。

在通常情况下，自然界的红外辐射区域是362K(89℃)至207K(-66℃)，即波长在8～14 μm的大气窗口区域内。 红外技术是探测物体表面的红外辐射温度，它不同于物理温度，物体表面的红外辐射温度取决于物体表面物理温度及其物体的物质成分、含水量、表面粗糙度、颗粒大小、孔隙度、热惯量(比热、热传导率、比重)等诸多因素；这些因素的任一项微小变化，都会引起红外辐射温度的变化。因此，在排除干扰因素后，提取同种物质的温度变化异常信息是至关重要的。

红外热成像仪类似于摄像机,它将镜头视场内景物的红外辐射温度场(25°×20°的景物)，通过锗透镜聚焦到红外敏感原件上(单点扫描式、线阵或面阵排列),转换成电信号，经电路放大、模/数转换、记录并显示，当然还得有一套复杂的处理软件，其结果通常将其视为景物的温度图像，现以TVS-600热像仪为例，在热像仪距景物2 m时，摄得景物面积为：2×tan25.8°=0.97 m(水平方向), 2×tan19.5°=0.71 m(垂直方向)，在0.97 m×0.71 m内又有320×240个像点，每个像点的面积为2.8 mm×2.8 mm，就是说只要有7.84 mm2面积的热异常(大于0.15℃)就能被发现。而煤壁总有一些微裂隙，微气孔的热传导、热对流和热扩散，使表面局部产生温度变化，从而观测到红外辐射温度异常，故利用红外热成像仪准确探测自燃高温区域成为可能。关键在于如何通过温度异常来诊断自燃高温点。

另外，非致冷的面阵探测器(红外敏感元件)是当今红外科学发展的新贡献，它给行业使用带来了方便，就不需要如液氮等致冷液体、气体或压缩机(小型循环致冷)，同时减少了噪声、耗电量和重量。

人们对煤的认识有一个历史过程，因此对寻找煤也有个历史过程。我国是世界上用煤最早的国家。据历史记载，早在两千多年前的春秋战国时期，就已经发现和使用煤炭。秦汉时期，进一步把煤炭用以炼铁。在河南南阳等地仍可见到西汉时期的炼铁遗址。唐、宋、明时，煤炭开采已具相当规模，至今山东淄博和太行山一带还保留有唐、宋的开采遗迹。古代劳动人民不但创造物质财富，也创造精神财富，在生产实践中不断加深了对煤的认识。古人称煤为石涅、石墨、石炭。北魏郦道元在《水经注》记载有“石墨可书，又燃之难烬，亦谓之石炭”，直至明朝则称为“煤”。宋应星在《天工开物》一书中把煤分为三种：明煤、碎煤、末煤，指出“明煤产北、碎煤产南”，并比较系统地总结了找煤、采煤的实际经验。著名医学家李时珍在其著作《本草纲目》中对煤的药用价值有较为详细的阐述。古人还有以煤咏诗的。宋高宗时的太学生朱弁在山西写了一首脍炙人口的咏煤诗：“西山石为薪，黝黑惊射目。方炽绝可迩，将尽还自续。飞飞涌玄云，焰之吐红玉。稍稀雷池出，又似风薄竹。”把煤在燃烧过程中的情景描述的惟妙惟肖。

煤在新疆的发现和使用也有悠久的历史，据史料记载，汉朝时期在民丰地区已开采煤用于炼铁。魏晋南北朝时期（公元 200 ～ 589 年），晋释道安在《西域记》记载：“屈茨北二百里有山，夜则火光昼日，但烟。人取此山石炭冶此山铁，恒充三十六国用”。说距今 1400 ～1800 年前的南北朝时期，在库车北山二百里处（今库拜煤田），有人取煤冶铁，但见夜晚火光如白昼，浓烟滚滚，铸铁的铁器供西域三十六国用。在库车、拜城北部山区，发现有唐代（公元 618 ～ 917 年）用煤炼铁的作坊遗址。元朝时期，新疆冶铁遗址明显增多，分布地区更加广泛，到清朝时开采的煤矿已具规模化。

新中国成立后，党和政府重视新疆的矿业开发，抽调了大批勘探队伍到新疆进行各种矿产资源包括煤的勘查，1956 年组建了新疆第一支专业煤田地质勘查队伍，成立了乌鲁木齐矿务局等煤矿企业，从此新疆的煤田地质勘查和煤矿开发进入了新的历史阶段。

早期人们对煤的认识及发现使用比较浅显，主要从地表出露的煤使用开始，沿着煤层向地下开采，开采的方法也很简陋。随着找煤经验的不断积累，科学技术的进步，找煤的方法不断丰富，手段不断创新，找煤的准确性随之提高。

（一）煤的勘探方法

煤的勘探方法和其他矿产资源的勘探方法有许多相同的地方，也有它本身的一些特点。主要方法有遥感、地质填图、槽探、钻探、物探、化探、硐探、化验与测试以及相关的水文地质、工程地质等。

遥感找煤：是利用卫星和飞机等航空器拍摄的地球表面照片，通过分析研究圈定有利成煤地段的一种找矿方法。

地质填图：利用地形图或卫星照片、航空照片，采用测量仪器定位，把地层、构造和煤层露头等各种地质内容填绘到地形图上，这种图件称为地形地质图。然后进行成煤地质条件的综合分析研究，这是找煤的一种方法。

槽探：是在地质找矿勘探中用于揭露近地表煤层的一种常用手段。它是在地表松散覆盖层挖出一道深度不超过 3 米左右的沟槽，用于揭露并了解煤层、地层与构造的情况。

浅井：是从地表向下挖掘的浅型垂直坑道，目的是了解近地表附近的煤层情况。浅井的断面形状有圆形、方形与长方形等形态，深度在 5 ～ 20 米之间，一般不超过 30 米。

钻探：是地质勘探工作中的一种常用的手段，是应用钻机与钻探工具，借助于电动机或内燃机的带动，向地下钻进不同的钻孔，并将钻孔中的岩芯或煤芯取出，依此分析研究地下地层、构造、煤质等情况。目前煤田勘探常用的是回旋钻进、绳索取芯或提升钻具取芯，钻孔深度一般在 1000 米左右（图 5-2-1）。

硐探：是采用掘进巷道的方法进行探矿，一般采用平巷的方法，有时也采用上山下山斜巷进行。

地球物理勘探：简称为物探，是用物理学方法和原理来研究地质构造情况和解决找矿问题的方法。是依据地下的各种岩石或矿体都具有不同的物理性质，用不同的物理方法测出岩石和矿体物理性质差异的数据并加以分析，以此来推断出地下的地质构造和矿体分布情况，达到找矿的目的。物探有多种方法，用于煤田勘探的主要有磁法勘探、电法勘探、地震勘探和放射性勘探等。物探可以在地面进行，也可以在钻孔中和井下巷道中进行。

磁法勘探是根据岩石和矿体具有不同的磁性并产生大小不同的磁场作为勘探的基础，通过对分布在地表的异常的研究，间接地得到地质构造和矿体的资料。煤田勘探中常用磁法探测煤层火烧区和烧变岩的范围及深度。

电法勘探是地球物理勘探的主要方法之一，它是根据岩石和矿体存在着电学性质的差别，利用天然的和人工建立的直流或交流电磁场并获得岩石和矿体的电性差异，间接地了解地质构造和矿体分布，以及解决水文地质、工程地质中的问题。煤田勘探中常用的有电阻率法、自然电场法、激发极化法、电磁感应法和大地电磁场法等。在地面常用的有电剖面法和电测深法，钻孔中常用的有视电阻率、自然电位、侧向电流法等。

地震勘探法是利用人工放炮或震源车制造的地震弹性波在地壳内的传播速度，研究不同的岩石和矿体地震反射波的传播速度，从而获得反射波的时间剖面，间接地探测地质构造和矿体分布。地震勘探是目前在煤田勘探中最常用的、也是最有效的物探方法之一。二维地震方法常用于较大范围的煤田勘探，可探测落差较大的断层和煤层起伏情况。三维地震常用于探测小范围的煤矿采区地质构造。三维地震能探测到落差大于 5 米的断层和落差大于 3 米的断点，同时可探明厚煤层的层数以及煤层产状和埋深。

放射性勘探是依据岩石中的伽马射线强度进行探矿，自然伽马和人工伽马是目前煤田勘探中地球物理测井的主要方法。

上述各种物理探矿方法用在地下探矿工程如钻井及巷道中，称作地球物理测井。相应有电测井、放射性测井、磁测井、声波测井、热测井等。

电测井主要用的是视电阻率法和自然电场法。视电阻率法的原理是根据钻孔所穿过的岩层具有不同电阻率，测出岩层视电阻率变化大小的曲线，将不同的岩层区分开来，达到区分不同岩层和矿体的目的。如含油岩层电阻率比较高，在曲线上出现高峰；煤层电阻率低，在曲线上反映为低峰。导电良好的金属硫化物矿体在曲线上也显得低一些。自然电场法是根据钻孔剖面中各种岩石电化学活动性能所造成不同性质的自然电场，可将沿钻孔剖面的各层岩石划分开来。渗透率差异较大的岩层很容易通过自然电场法划分出来。

放射性测井是在钻孔中利用岩层自然放射性、伽马射线与物质以及中子与物质的相互作用等一系列效应，研究岩层性质和检查井内技术情况的一整套方法。常用的方法有自然伽马、人工伽马、中子测井、能谱测井、同位素测井等。煤田勘探主要用的是自然伽马、人工伽马和中子测井。放射性测井的优点在于工作时不受温度、压力、化学性质等因素的影响，并可在有金属套管的钻孔内进行工作。

磁测井是通过在钻孔中测定具有不同磁性的岩体和矿体的磁化率或它们所产生的磁场，并对特征进行分析研究，从地质角度作出解释，以达到探矿的目的。磁测井对磁性矿体反映效果较好，常用于寻找铁矿盲矿体和划分铁矿品位。由于煤层不是磁性矿体，因此磁测井在煤田勘探中较少运用。

热测井是根据钻孔内温度随深度变化的特点，利用特定仪器在井内测定通过各种地质体时温度变化规律，从而研究地热梯度、地质构造、岩层特征等，达到找矿的目的。

综合勘探：是指对勘探方法与手段的综合运用，对勘查对象的综合评价。地质勘查保障体系是实现高产高效矿井的基础，能有效地查明高产高效井的必备的资源（数量与质量）基础，开采技术条件。要解决这些重大问题，必须进行综合勘探，选择合理的勘探类型，选择合理的勘探手段和方法。因为每一种勘探手段和方法都有其优势和局限性，只有针对不同的地质条件，选择合适的勘探手段和方法的综合运用才能达到最佳的勘探效果。比如钻探配合测井是最精确、最可行的勘探手段，但只能控制点上的情况。钻孔太少，钻孔之间控制程度不够，影响对钻孔之间地质情况的判断。只有通过多个点的控制，由点到线、由线到面，由地质工程师经过分析才能建立地质模型。但钻孔施工的过多，成本就会增加，又在经济上不合算。二维地震和三维地震在点上的控制精度远不如钻孔和测井，但其控制点密度可以很大，在面上和线上有较好的连续性，是单一钻探手段所不可比拟的。地震虽然有较好的连续性，但需要钻探资料进行标定。因此，只有把钻探和地震勘探手段紧密地结合起来，才能取得好的效果。如果煤层浅部有火烧区，则结合磁法勘探效果较好。如果地层倾角很陡，那么地震勘探就不适用了，那就要选择其他勘探手段加以配合。通常在地质勘查中，根据地质情况的不同、勘探阶段的不同可选择地质填图、槽探、电法、二维地震或三维地震、钻探、地球物理测井、抽水试验以及采样化验等方法。

由于成煤环境多种多样，成煤后受到的地质条件的变化因素千差万别，找煤的难度各不相同，所使用的找煤方法也相应不同，有的要用的多一些，有的要用的少一些。又加之地质工作是一个从简单到复杂、由表及里，研究程度由浅到深的过程，不同的勘查阶段所要解决的问题不一样，勘探程度不一样，所使用的找煤方法也有所不同。一般来说，地质情况复杂、勘探程度高时，所使用的找煤方法就多一些；而地质情况较简单，勘探程度低，所使用的找煤方法就少一些。

（二）煤的勘探阶段

煤田勘探是一个以煤为勘查对象的由面到点，由表及里，由浅到深，工程控制由稀到密，对全部地质体循序渐进的研究勘探过程。煤田的勘探过程准确地说，不只是找煤的问题，实际上是从找煤到评价的全部过程。既为了找到煤，又要评价煤的数量、煤的质量、煤的开采技术条件、煤的开采经济意义。煤田勘探过程是个大的系统工程，先从面上研究有利的成煤盆地预测选区开始，在此基础上随着研究工作的不断深入，选区的逐渐优选，逐步展开各种勘查活动。在煤田地质勘查工作中，通常划分为预查、普查、详查和勘探四个阶段。

煤田预查——预查的目的是为了找到具有工业利用价值的煤层，并初步查明煤层层数、厚度、埋深和分布范围。要找到煤层，首先要找到含煤地层，分析研究区域成煤规律，调查了解什么地方可能有含煤地层的赋存，然后再实际调查含煤地层的特征、时代以及含煤区域的分布范围和边界，估算预测的煤炭资源量。预查阶段是其他勘查阶段工作的基础。

煤田普查——在预查工作的基础上，对一个含煤区域或煤矿区进行概略的了解，初步查明普查区的含煤地层特征、构造特征和相关的水文地质条件，估计煤层的工业价值和确定对其进行勘探的必要性，估算煤层推断的内蕴经济资源量和预测的资源量，为编制煤炭工业远景规划提供依据。普查的范围可以是一个煤田，也可以是一个矿区或一个特定的勘查范围。

矿区详查——详查是在普查的基础上进行的。矿区一般是指在煤炭工业建设上构成独立体系的范围，它可以是一个单独的含煤构造单元，也可以是一个含煤构造单元的一部分。详查阶段要基本查明含煤地层时代、煤系厚度、含煤层数、煤层厚度、煤层结构及其变化；基本查明矿区的构造形态和影响井田划分的断裂构造；基本查明煤的质量和煤的种类，评价矿区的水文地质、工程地质、环境地质以及其他开采技术条件；估算煤层资源量，对煤矿开发的经济意义进行预可行性研究。详查的结果要能提出可供进行矿区开发总体设计的地质资料，以便初步确定矿区的开发规模、井田划分、开发方式、开发强度、接替关系及地面工业布置等。

井田勘探——也称为井田精查，是在矿区详查基础上划分的井田范围内进行勘查，对煤层厚度及其质量的变化，产状的变动、构造切割、煤层形态及开采技术条件进行精确的控制。要查明含煤地层时代、煤系地层厚度、含煤层数、煤层厚度、煤层的结构及其变化；查明矿区的构造形态和落差大于 30 米的断裂构造；查明煤的质量和煤的种类；详细评价矿区的水文地质、工程地质、环境地质以及其他开采技术条件；估算煤层探明的、控制的和推断的经济资源量，并且先期开采地段探明的、控制的资源量要达到一定比例；对煤矿开发的经济意义进行可行性评价。井田勘探的结果要能提出可供进行煤矿开采设计的地质资料。

上述煤田勘查阶段的划分是根据对煤田勘查过程的总体概括，在实际工作过程中并不是一成不变的，要根据不同煤田的实际情况合理掌握勘查阶段，有的勘查阶段可以从简或者省略。如在已知的煤系分布区，可以不进行预查，直接进行普查；在一个独立的、不能构成矿区的零星小块煤田，也不必再将矿区详查列为一个独立的工作阶段等。各个勘查阶段，一般都具有一些共同的工作步骤。工作开始之前要先分析研究已有的地质资料，制定勘查方案，即编制勘查设计。勘查设计经论证批准后，组织野外施工，取得各项原始地质资料。将获得的地质资料进行归纳、分析和整理，然后编写地质报告。

（三）煤资源储量类别

要评价煤的数量，就要运用上述各种勘探手段和方法，将找到的煤进行综合评价，不仅要将勘查区内煤有多少数量，也就是通常所说的煤的资源储量估算出来，而且还要划分出储量的类别。

依据煤田、矿区、井田勘查所求得的资源量的多少，可以将煤田、矿区类型分大、中、小等类型。

对于煤田：

大型——资源储量大于 50 亿吨

中型——资源储量 10 亿～ 50 亿吨

小型——资源储量小于 10 亿吨

对于矿区：

大型——资源储量大于 5 亿吨

中型——资源储量 2 亿～ 5 亿吨

小型——资源储量小于 2 亿吨

对于井田：

大型——资源储量大于 1 亿吨

中型——资源储量 1 亿～ 0.5 亿吨

小型——资源储量小于 0.5 亿吨

依据探求的资源量经济意义、可行性研究程度、工程控制程度将估算的资源储量划分为不同的类别。用表 5-2-1 综合表示：

表 5-2-1 煤矿产资源 / 储量分类表

注：表中所用编码（111-334），第一位数表示经济意义：1= 经济的，2M= 边际经济的，2S= 次边际经济的，3= 内蕴经济的，？ = 经济意义未定的；第 2 位数表示可行性评价阶段：1= 可行性研究，2= 预可行性研究，3= 概略研究；第 3 位数表示地质可靠程度：1= 探明的，2= 控制的，3= 推断的，4= 预测的。b= 未扣除设计、采矿损失的可采储量。

表中主要指标的含义是：

经济的：其数量和质量是依据符合市场价格确定的生产指标计算的。在可行性研究或预可行性研究当时的市场条件下开采，技术上可行，经济上合理，环境等其他条件允许，即每年开采矿产品的平均价值能足以满足投资回报的要求。或在政府补贴和其他扶持措施条件下，开发是可能的。

边际经济的：在可行性研究或预可行性研究当时，其开采是不经济的，但接近于盈亏边界，只有在将来由于技术、经济、环境等条件的改善或政府给予其他扶持的条件下才变成经济的。

次边际经济的：在可行性研究或预可行性研究当时，开采是不经济的或技术上不可行，需大幅度提高矿产品价格或技术进步，使成本降低后方能变成经济的。

内蕴经济的：仅通过概略研究做了相应的投资机会评价，未做预可行性研究或可行性研究。由于不确定因素多，无法区分其是经济的、边际经济的，还是次边际经济的。

经济意义未定的：仅指预查后预测的资源量，属于潜在矿产资源，无法确定其经济意义。

概略研究：是指对矿床开发经济意义的概略评价。所采用的矿石品位、矿体厚度、埋藏深度等指标通常是我国矿山几十年的经验数据，采矿成本是根据同类矿山生产的。其目的是为了由此确定投资机会。由于概略研究一般缺乏准确参数和评价所必需的详细资料，所估算的资源量只具内蕴经济意义。

预可行性研究：是指对矿床开发经济意义的初步评价。其结果可以为该矿床是否进行勘探或可行性研究提供决策依据。进行这类研究，通常应有详查或勘探后采用参考工业指标求得的矿产资源 / 储量数，实验室规模的加工选冶实验资料，以及通过价目表或类似矿山开采对比所获数据估算的成本。预可行性研究内容与可行性相同，但详细程度次之。当投资者为选择拟建项目而进行预可行性研究时，应选择适合当时市场价格的指标及各项参数，且论证项目尽可能齐全。

可行性研究：是指对矿床开发经济意义的详细评价，其结果可以详细评价拟建项目的技术经济可靠性，可作为投资决策的依据。所采用的成本数据是当时的市场价格，并充分考虑了地质、工程、环境、法律和政府的经济政策等各种因素的影响，具有很强的时效性。

预测的：是指对具有矿化潜力较大地区经过预查得出的结果。在有足够的数据并能与地质特征相似的已知矿床类比时，才能估算出预测的资源量。

推断的：是指对普查区按照普查的精度大致查明矿产的地质特征以及矿体（矿点）的展布特征、品位、质量，也包括那些由地质可靠程度较高的基础储量或资源量外推的部分。由于信息有限，不确定因素多，矿体（矿化）的连续性是推断的，矿产资源数量的估算所依据的数据有限，可信度低。

控制的：是指对矿区的一定范围依照详查的精度基本查明了矿床的主要地质特征、矿体的形态、产状、规模、矿石质量、品位及开采技术条件。矿体的连续性基本确定，矿产资源数量估算所依据的数据较多，可信度较高。

探明的：是指在矿区的勘探范围依照勘探的精度详细查明了矿床的地质特征、矿体的形态、产状、规模、矿石质量、品位及开采技术条件，矿体的连续性已经确定，矿产资源数量估算所依据的数据较多，可信度高。

张瑜麟 程广国

(河南省有色金属地质矿产局)

随着社会和经济的快速发展及我国进入小康社会和向发达国家的迈进以及全球对资源需求强度的大幅攀升，提高全国的资源保障程度，确保国民经济科学、稳定的持续发展，已成为当务之急。但是，随着地质工作的不断深入和工作程度的不断提高，地表露头矿越来越少，找矿有利区域越来越小，随着矿业效益的日益显现，找矿的外部环境和不利的制约因素越来越多，找矿综合难度越来越大，矿产勘查在迅速向深部和隐伏区扩展的同时，面临着诸多的政策矛盾，深部找矿或地质找矿重大成果的取得变得更为艰难。因此，对地质找矿工作的科学规划、合理部署、整装勘查、攻深找盲已成为实现地质找矿重大突破不得不面对的重大课题。要实现地质找矿重大突破，对地质工作的科学规划是前提，合理的工作部署是基础，而整装勘查是条件，攻深找盲是方向，实现地质找矿的重大突破是根本目的。

一、科学规划是实现地质找矿重大突破的前提

科学规划工作是各项工作取得预期成果的基本前提条件，实现地质找矿的重大突破，更离不开对该项工作的详细规划，更需要加强对该项工作的超前规划，因此，要结合我省的成矿地质环境条件，首先，明确在什么地区开展深部地质勘查工作才能取得地质找矿的重大突破其次，要明确找什么矿种第三，要明确如何找第四，要预测可能的矿床规模或资源量第五，要估算其潜在经济价值和投入费用及投入产出比第六，要明确具体的保障措施。因此，要在全省范围内，集中一批优秀的地质和相关专业的专家，对全省的地质资料进行全面的综合研究和分析，从而完成规划的各项工作内容。

二、合理的工作部署是实现地质找矿重大突破的基础

地质找矿重大突破的工作规划制定完成后，其中的工作部署是否科学、经济、有效、适用是实现地质找矿重大突破的基础。因此，我们首先要坚持以地质工作和地质理论的研究成果为基础，积极进行资料收集研究和二次开发，不断借鉴前人的工作成果和经验教训，在求同中深化找矿工作，在求异中开拓深部地质找矿工作新思路要重视地质工作野外资料的采集分析和研究工作，从而以地质和科研工作的成果为其他地质工作的部署奠定良好的基础。其次，要进一步将物化探工作作为深部找矿的强有力手段。先进的物、化探技术方法是确定深部含矿性及矿体定位的关键要素，要依靠高精度、高分辨率、大深度的物探技术和各种深穿透地球化学技术来不断满足深部找矿勘查的需要，要在充分发挥好传统的物、化探方法的基础上，不断开展瞬变电磁测量、金属矿地震、可控大地电磁法、多频激电法、高密度电法、地下及井中物探、(微)重力勘探等方法的试验和完善工作，利用有效的方法组合，获得深部地质体的各种有用信息，通过对各种信息的对比和筛选及过滤去噪，实现对有用矿化信息的提取，进而确定深部目标体的空间位置、形态和矿化强度，为下部工程验证提供依据。要注重地质与物化探成果的有机结合，要以地质成果指导物化探工作的部署和成果的合理解释，同时，对物化探资料的解释要在科学的前提下，勇于创新，敢于突破与坚持，为地质验证工作提出新的见解。第三，要对物化探和地质预测成果敢于进行有效的工程验证工作，客观地面对验证失败的各种风险，允许在验证中不断修改认识的不足和差距，逐步完善和靠近客观的地质体，最终达到对目标体较为全面真实的了解和控制。

三、整装勘查是实现地质找矿重大突破的必要条件

所谓整装勘查即以成矿地质环境为前提，以一个(较为)完整或封闭的成矿地质构造为边界，以矿(集区)田为勘查单元，进行统一部署和综合勘查及综合评价工作。因此，勘查工作(成矿)区域的整合和确定将成为整装勘查的基础和实现地质找矿重大突破的必要条件。为此，首先要在全省范围内深入开展成矿预测工作，优选有利的成矿区带和可供勘查的有利矿种其次要对优选的区带进行充分的调研和综合分析，界定工作区域的边界，了解矿权的设置和现状，确定其进行整装勘查的方向及其可能性第三要进一步理顺矿权关系和多方的利益，充分调动各方的工作积极性第四要统一部署各项整装勘查工作，在对区内各有关地质资料进行深入综合分析的基础上，有针对性地开展地质勘查工作第五要将整装勘查与深部找矿、攻深找盲、危急矿山勘查和省两权项目部署相结合将整装勘查与矿山勘查生产和资源整合相结合将整装勘查与矿权管理和矿业结构调整相结合。从而为整装勘查创造良好的基础和前提条件。

四、攻深找盲是实现地质找矿重大突破的必然方向

攻深找盲就是要在要在已知矿体的深部或覆盖区寻找全隐伏的矿体。按照《国土资源部关于促进深部找矿工作指导意见》，到2020年我国的深部找矿工作要发现一批具有宏观影响的深部矿床，显著增加已有矿山持续资源储量开展主要成矿区带500～2000m深部资源潜力评价，重要固体矿产工业矿体勘查深部推进到1500m创新具有中国特色的深部成矿和找矿理论，建立和完善我国深部成矿技术方法体系建立促进深部找矿工作的勘查开采技术和经济政策体系。而目前在我省深部找矿工作部署中，煤的勘查深度已达到1500m左右，铝土矿的勘查深度将加深到700m左右，其他固体矿产的勘查深度将逐步推进到1500m左右。

随着全国和我省工业化进程的推进和加速，不断快速发展的经济形势对矿产资源的需求愈来愈多，铜、铁等大宗资源和重要稀缺资源的保障度进一步降低，而提高资源的保障度，需要地质找矿工作取得突破性的地质成果，因而，迫切需要地质勘查工作的强力支撑。60年来，随着地质勘查工作程度的提高，大量地表矿的发现和评价，使得深部找矿成为解决当今的解决资源瓶颈的一种重要途径，深部找矿工作成为当今地勘工作发展和取得突破性成果的必然选择。

五、在我省进行深部找矿的必要性和可行性

(一)加强我省深部找矿的必要性

我省是矿业大省，矿业及相关加工业在国民经济中占有较大的比重，优势矿产煤炭、石油、铝土矿、金矿、钼矿和铁矿的产值占河南省全部矿产采选产值的94%。但是这些矿产除钼矿外，资源形势均不容乐观。煤炭保有资源储量排全国第九位，但产量却长期维持全国第二位，储采比不足全国平均水平的1/4金矿保有资源储量排全国第七位，产量十几年保持全国第二位石油保有资源储量排全国第十位，产量在全国处于第五位。高强度开发造成的大量矿山后备资源不足，将直接影响到经济又好又快地发展。我省在坚持“省内和省外”两种资源综合利用的方针下，虽然可以在短时期内缓和全省的资源紧张局面，但要从根本上解决全省资源的这种局面，必须立足本省，开展深部找矿勘查工作，因此，开展省内深部找矿勘查工作是一项十分必要、事关全省经济发展和人民生活水平提高的重要工作。

(二)加强我省深部找矿的可行性

1.全球和我国深部找矿的发展趋势

在全世界地质科研领域中，大规模成矿作用及其大型矿集区预测是当今矿产资源研究的重大科学前沿。开展具我国特色的大规模成矿作用及大型矿集区预测研究，建立我国大陆成矿理论体系和大陆动力学成矿模式，查明成矿信息由深部向表层的传输机理并研制经济有效的找矿战略方法，既是瞄准国际前沿的重大科学问题，也是我国成矿预测、特别是预测深部矿和隐伏矿的基础。

近20年来，探索成矿新理论和发展新技术新方法一直是地质学家们的追求目标。目前，总体来说，该领域有四大重大发展趋势:

首先，用板块构造理论解释大陆成矿作用遇到了困难，大陆动力学与成矿关系的研究成为热点。

自20世纪70年代以来，一些学者根据板块构造与成矿的关系，提出了一系列新的成矿模式和理论，带动了找矿勘查和远景预测的发展。然而，板块构造理论在解释大陆成矿方面遇到了一系列重大难题和挑战，该理论提供了解释大陆古板块演化过程中成矿问题的宏观理论框架，但对解释板块碰撞后陆内演化阶段的成矿作用，以及主要板块运动过程与中尺度成矿关系等关键大陆成矿问题则尚无现成的答案。在这种背景下，大陆动力学与成矿关系的研究也就成了当今地学研究的前沿。

其次，超大型矿床研究持续升温，大型矿集区成为成矿找矿探索新目标。

由于超大型矿床潜在的巨大经济效益，20世纪80年代末以来，研究超大型矿床已成为深受国际地学界关注的重大科学领域。目前，有关超大型矿床的研究表现为两大趋势，一方面是把超大型矿床的研究纳入全球背景之中，从理性高度探求制约超大型矿床形成的重大基础问题，探求未知地区形成超大型矿床的可能性。另一方面，由于除少数超大型矿床具有独特特征外，大多数大型—超大型矿床是大型矿集区内矿床组合中的一员。因此，地质学家们正不约而同地把目光集中到对过去长期被忽视的中尺度成矿单元大型矿集区的研究，开始思考一些问题，比如，矿集区内超大型矿、大型矿和中小型矿是否有统一的形成机制?为什么成矿作用在时间和空间分布上呈现出明显的不均一性，大规模成矿或大爆发成矿的环境和过程是什么，等等。

第三，成矿模式研究呈现出由定性向定量化、由矿床个体模型向区域时空四维模型演化的趋势。

成矿模式是迄今成矿学中研究时间颇长，但仍然最具生命力的科学问题之一。目前，成矿模式的研究已不仅仅限于对典型矿床的精细刻化，而是在向区域化和多参量化方向发展。基于区域构造演化和矿床成矿系列研究，建立区带级尺度和矿集区尺度的成矿模式已成为新的研究热点以地质、地球化学、地球物理、遥感地质的多元信息为依据，建立不同尺度的找矿模型也受到广泛关注。

第四，找矿学研究进展显著，新思维、新技术和新方法不断涌现。

2.国外深部找矿的实例提供了可借鉴的良好的经验

当今世界上有关国家深部找矿、勘探的实践，据不完全统计，金属矿产资源开采超过1000m深度的已有80多座，金矿床的矿化深度平均为1600m。国外在已有矿床区(带)的深部已不断找到和发现了一系列大型、超大型矿床和大、中型金属矿产资源。如:

目前世界上开采最深的矿床是南非的西兰德(Western Deep Level)金矿，其勘查与开采深度已达4800m，不久将会达到5000m。巴布顿金矿开采深度为3800m。

加拿大萨德伯里(Sudbury)铜、镍矿床，围绕萨德伯里杂岩体有30多个铜、镍矿床，其中有多个大、中型矿床，现已开采到2000m。目前探测最深的矿体在维克多(Viector)，已达2430m，鹰桥公司(Falconbridge)和因科(Inco)公司最深金属矿的钻井已打到3050m。

2004年在西麦克雷迪(McCreedy)和莱尼氏克·富特沃尔(Levackfootwall)矿区在1180m深处发现了特富的矿床。

国内外地质、地球化学、地球物理学、矿床学家分别从不同侧面研究了区域成矿特征，形成了系统的指导深部找矿的理论与方法，大深度物探探测技术、地球化学深穿透技术、深部钻探技术等也为深部找矿提供了有效手段。

当前我省矿产资源勘查面临的挑战是:在工作程度较高的已知成矿区带中寻找隐伏大矿、巨矿和发现新的矿产地。

我省矿产资源勘查程度较高，但是以往的地质找矿主要部署于基岩裸露的山区，勘查深度为300～500m，绝大多数发现的为露头矿。深部有没有找矿潜力一直是研究的热点。近年来我省小秦岭、熊耳山以及伏牛山地区资源危机金属矿山的深部探矿已经取得了重要的找矿进展，两权价款项目在煤炭、铝土矿深部找矿方面也获得了丰硕的找矿成果，深部矿产勘查工作揭示了我省在寻找深部矿、隐伏矿还有巨大的找矿潜力。因此，在我省开展深部找矿勘查工作是完全可行的。

六、我省深部找矿勘查工作的规划和部署

根据我省矿产资源的形势，在进行充分地质科研的基础上，对我省深部找矿勘查工作提出如下部署原则及重点勘查矿种、重点勘查区。

(1)部署原则。深部找矿要坚持统筹规划、突出重点、分步实施的原则。具体部署上要充分考虑到成矿单元、矿区、主要控矿地质要素、异常的完整性，遵循矿产资源赋存的地质规律，科学、合理地设立勘查项目。

(2)重点勘查矿种及重点工作区。深部找矿包括已查明矿产地(含生产或者闭坑矿山)深部与外围找矿，隐伏矿找矿，掩埋矿找矿。重点勘查在全省经济发展中具有重要地位、国民经济发展急需的、后备资源不足、并且有较大资源潜力的矿种。已查明矿产地的主体是生产矿山深部找矿，主要集中于小秦岭、熊耳山、栾川地区、桐柏地区，矿床类型为热液型金、银、铅锌、钼矿，深部找矿方向主要为已查明矿体垂向下延部分盲矿体主攻隐伏矿和掩埋矿，而隐伏矿主要为未出露的热液型或沉积矿产，主要分布于基岩裸露区，而被上部基岩覆盖的矿产掩埋矿产主要为新生界盆地地层掩盖的矿产，我省主要为豫东、豫北、豫南地区新生界之下的煤炭、铁矿、铝土矿等。

(3)重点勘查地区。依据我省主要矿种成矿区带的分布规律，考虑到矿业开发现状等因素，深部找矿工作主要部署在以下区域:

煤矿区深部、外围及近外围煤炭(煤层气)勘查区

新生界掩埋区煤炭(煤层气)、铁矿、铝土矿勘查区

小秦岭深部金钼多金属矿勘查区

熊耳山-外方山深部金钼多金属矿勘查区:重点勘查沙沟-蒿坪沟-铁炉坪-范庄银铅锌矿成矿集中区、小池沟-陆院沟-青岗坪金矿成矿集中区、嵩县西北部爆破角砾岩-斑岩-蚀变岩型金钼矿成矿集中区、嵩县东北部钾长石石英脉型钼矿集中区、汝阳-嵩县-栾川地区斑岩型钼矿成矿集中区。

桐柏地区深部金银多金属矿勘查区:主要集中在桐柏银矿、大河铜矿深部及外围。

安-林地区深部铁矿勘查区

大别山地区深部钼多金属矿勘查区

舞钢-新蔡新生界掩埋区深部铁矿勘查区

陕-渑-新铝土矿区深部及外围铝土矿勘查区:主要有陕县王古洞—樊家山—支建—白浪中深部找矿区、曹窑-郁山铝(粘)土矿找矿区、张窑院—下冶铝(粘)土矿找矿区等。

郏-汝-宝铝土矿区深部及外围铝土矿勘查区:主要有平顶山石龙区中深部找矿区、汝州市寄料深部找矿区、汝州市车沟—唐沟深部找矿区禹州方山中深部找矿区、禹州市神后—鸿畅中深部找矿区等。

郑州铝土矿区深部及外围铝土矿勘查区:巩义市钟岭—竹林沟深部找矿区、巩义市茶店深部找矿区、巩义市水头深部找矿区等。

大中型危机矿山深部、外围及近外围勘查区。

七、我省加强深部找矿部署中需注意的问题

(1)部分大宗支柱性矿产，如石油、富铁、铬、锰、铜、钾盐，必须充分利用国外资源鼓励我省地质勘查单位走出去，利用国外资源。

(2)我省优势矿产，如钼及某些非金属矿产，应根据国际需求进行勘查，按计划进行开采和选冶，提高定价的话语权，避免优势矿产低价、贱卖，造成勘查越多价格越低、企业开采越多越赔钱。对钼矿等优势矿种应合理勘查开发。

(3)加强危机矿山的接续资源勘查工作。

危机矿山是指保有服务期限低于警戒线的矿山。换句话说，这些企业在目前或今后一段时期内难以维持正常生产经营。“饥饿”源于矿山保有储量不足。一座矿山的繁荣往往影响着一座城市的兴衰。矿山的不景气，地方经济也因此萎靡不振。矿山经济逐年滑坡，下岗、待岗人员队伍越来越庞大，社会稳定问题日益突出。事实上，随着我国经济的持续快速增长，全国45种主要矿产中一半以上的资源储量消耗速度大于增长速度，专家预测，2010年前后，我国大中型矿山将进入关闭的高峰期。

实际上，危机矿山还有很大的潜力可挖。矿山保有储量不足不等于矿山资源枯竭。专家认为，矿山资源不足，往往是地质勘查力度不够。目前，我国的勘探深度平均在500m以内，500m标高以下大多属于勘查工作的空白区。

“深部和外围是突破口”，一般来说，浅部资源危机，深部有潜力矿区资源危机，外围有潜力。解决危机矿山的关键在于加大资源接替勘查工作的有效投入，适当扩大具有资源潜力的矿区范围，积极探索新的找矿领域，寻找新的接替资源，以具有资源潜力的空间换取矿山结构转产再生和转移求生空间。

与新建矿山相比，危机矿山找矿一旦有所突破，则见效更快、效益更好，能更有效地延长矿山的服务年限。

“危机矿山接替资源找矿工作还能够大量节约国家的投入成本”，据有关专家测算是:新建矿山从勘探到开发，需要约10年的时间，投资成本巨大。同样，关闭一座老矿山还涉及复杂的社会问题:例如不仅需要解决采矿工人再就业，还有大量专用机械的闲置带来的浪费。这些问题将对地方财政收入和社会稳定带来负面影响。而据国土资源部2004年对我国18个矿种、565座大中型矿山的资源潜力调查显示，其中192座具有挖潜潜力。因此，危机矿山接替资源找矿工作，是切合实际的正确战略选择。

深挖危机矿山的潜力，不仅体现了可持续发展的要求，还具有创新意义。中国地质科学院地质力学研究所研究员吕古贤认为，目前，我国矿山的实际情况并未得到全面的整合与客观的评价。找矿项目的实施，具有“投石问路”的探索意义。此外，找矿项目实现了矿山企业“探采合一”的尝试，促进了科技和管理的进步。

八、加强深部找矿的关键技术方法

(一)地质方面

除了常规地质工作方法之外，应当在新的成矿理论、新的成矿模式指导下对已有矿山的勘查成果资料进行重新认识，注重和加强资料的二次开发。

(1)通过我省对多个大型斑岩型钼矿的勘查(南泥湖、东沟、汤家坪、鱼池岭等)可以发现有些地质规律需要重新认识。如以前认为萤石为低温成矿、钼矿为高温成矿，两者不会共生，但实际上在我省多个钼矿中都可见到两者共生，尤其是鱼池岭矿原就是一个萤石矿山。在南召地区也有不少萤石中发现有钼矿化，这些地方有没有大型钼矿的存在?

(2)传统的斑岩型矿床都认为是在斑岩体内矿石呈浸染状，整个斑岩体矿化，但实际上我省发现的斑岩型钼矿大多都对成矿围岩无选择，构造对成矿具有控制作用，矿石均呈细脉状分布于围岩或斑岩。这些认识将有助于对以后的勘查工作的突破。

(3)学习、应用与进一步探索成矿地质规律，应用成矿系列概念注意矿集区找矿、缺位找矿。

(4)注意借鉴勘查与开发过程中获得的新认识，包括这几年危机矿山勘查工作中的新认识。如:

矽卡岩铁铜矿随岩体接触带可形成多阶梯式矿体，向下有较大延深(如大冶铁矿等)

石英脉型钨矿脉可延深1km(如盘古山钨矿)

石英脉型金矿、破碎带蚀变岩型金矿延深亦可超过千米(如台上金矿、金青项金矿)。

超大型斑岩体(金、铜)矿，围岩中，如夹有灰岩，一般都有矽卡岩铜矿形成，外围有铅、锌、银(金)矿床(如玉龙、驱龙、美国宾海姆)

绿岩带中的铜、金矿一般延深大于延长(红透山铜矿等)

隆起的变质核杂岩周边层间滑动带一般易于成矿。

(二)物探技术

深部找矿工作中，在进行了充分的地质研究工作的基础上，实用的物探技术是取得深部找矿工作成果的重要关键技术之一，常用的成熟物探技术主要有:

(1)高精度磁测。①大比例尺直升机航空磁测。②地面高精度磁测及其三维定量反演技术。

(2)电(磁)法。①可控源音频大地电磁测深(CSAMT)探测深度可达1000～3000m。②瞬变电磁法(TEM)探测深度可达1000m左右。③电阻率和激电工作，探测深度可达100～300m。④大地电磁测深(EH-4)探测深度可达1000～3000m。⑤负电阻率法(CR)探测深度可达700～800m。⑥测井，三分量磁测、电测井，探测范围可达2～10m。⑦有色贵金属矿区的特殊地震方法，探测深度可达300～1000m。

(3)煤田物探。地震探测深度可达800～2000m、电测深探测深度可达300～1000m。

(4)新方法试验。金属矿地震、地井(井井)TEM、井中磁测δT、井中三分量磁测和地面磁测联合反演、井中激电解释软件开发。

(三)化探技术

应注重于重要成矿区带区域化探资料开发与利用及1∶5万化探方法技术研究，覆盖区深穿透地球化学方法技术完善与标准建立。应用机动浅钻的地球化学勘查方法技术研究等方面。

(四)勘探技术

500～1000m常规钻探技术。

1000～1500m主要钻探技术。

坑内钻目前最大设计深度为700～800m。尤其是坑内钻将是未来危机矿山和深部找矿中常用的钻探方法。

九、加强深部找矿的政策保障

(一)规范和加强对矿业权的管理

应充分利用矿业权核查的成果，合理规划设置矿业权，充分考虑现有矿山与深部勘查的利益关系，为矿业权整合和整装勘查提供必要勘查前提条件。

受前几年矿业突飞猛进的发展，我省矿业权设置较多，重要成矿区带及大型矿山周围及深部大都设置了探矿权或采矿权，这些矿权的设置为我省开展区带深部找矿带来一定的难度，处理好这些关系将是关系到深部找矿点上突破的关键。如果没有矿业权的支持，深部找矿将是一句空话。因此，政府应加强矿业权的管理，制定合理科学的矿业权设置规划。应注意问题是:

(1)开展矿业权核查，摸清我省矿业权的家底和分布现状。

(2)结合我省深部找矿规划科学合理地设置矿业权。深部找矿规划区内将采矿权整合，面积小、开采规模小的矿山应在规定的期限内整合或到期后注销。

(3)在大型矿山深部禁止设置探矿权。

(二)尽快制定和完善相应的深部找矿激励政策

(1)本着政府组织，政策引导，多方合作，权人自愿，勘查单位实施。成果处置优惠优先给矿业权人的原则来组织和进行深部找矿勘查工作。

(2)应鼓励权人投资开展规模地质勘查，一些在深部找矿规划区内的探矿权政府可考虑返还探矿权价款，收回探矿权，等到探矿权有勘查成果时考虑给原矿业权人一部分利益(或股权)。

(3)可以考虑政府出资、权人出权、勘查单位出力共同组建股份公司，开展深部勘查，完全按市场化操作。