01采矿地球物理绪论

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1、采矿地球物理学概论采矿地球物理学概论六、学时分配表学时分配表学时分配表 六、学时分配表评价方式（包括作业、实验、考试等:（1）作业、实验占30的成绩；（2）考试，占70的成绩。 地球物理学地球物理学地球物理学地球物理学 是是是是一一一一门门门门以以以以地地地地球球球球为为为为研研研研究究究究对对对对象象象象的的的的应应应应用用用用物物物物理理理理学学学学。其其其其中中中中，对对对对固固固固体体体体地地地地球球球球的的的的研研研研究究究究，在在在在二二二二十十十十世世世世纪纪纪纪六六六六十十十十年年年年代代代代以以以以来来来来，获获获获得得得得极极极极大大大大发发发发展展展展。它它它它已已已已成

2、成成成为为为为地地地地学学学学的的的的重重重重要要要要组组组组成成成成部部部部分分分分，并并并并且且且且渗渗渗渗透透透透到到到到地学中的许多分支。地学中的许多分支。地学中的许多分支。地学中的许多分支。一、绪论一、绪论采采矿矿地地球球物物理理学学是是采采矿矿科科学学中中的的一一个个新新的的分分支支，是是利利用用岩岩体体中中自自然然的的或或人人工工激激发发的的物理场物理场监测岩体的动态变化监测岩体的动态变化揭露已有的地质构造揭露已有的地质构造采采矿矿地地球球物物理理学学的的最最大大特特点点是是在在更更深深层层次上认识地下岩层的特点及运动规律。次上认识地下岩层的特点及运动规律。采采矿矿地地球球物物理

3、理方方法法具具有有观观察察、测测量量成成本本低低、获获得得的的信信息息量量大大、研研究究测测量量具具有有非非破破坏坏性等优点，因此是主要采矿测量方法之一。性等优点，因此是主要采矿测量方法之一。在在在在二二二二十十十十一一一一世世世世纪纪纪纪，采采采采矿矿矿矿地地地地球球球球物物物物理理理理方方方方法法法法将将将将是是是是采采采采矿矿矿矿安安安安全全全全技技技技术术术术以以以以及及及及有有有有益益益益矿矿矿矿物物物物的的的的经经经经济济济济、高高高高效效效效开开开开采采采采方方方方面面面面应应应应用用用用的的的的最基本的测量工具。最基本的测量工具。最基本的测量工具。最基本的测量工具。1.地球科学

4、地球科学 地地地地球球球球科科科科学学学学以以以以整整整整体体体体的的的的地地地地球球球球作作作作为为为为研研研研究究究究对对对对象象象象，包包包包括括括括自自自自地地地地心心心心至至至至地地地地球球球球外外外外层层层层空空空空间间间间十十十十分分分分广广广广阔阔阔阔的的的的范范范范围围围围，是是是是由由由由固固固固体体体体地地地地圈圈圈圈、大大大大气气气气圈圈圈圈、水水水水圈圈圈圈和和和和生生生生物物物物圈圈圈圈（包包包包括括括括人人人人类类类类本本本本身身身身）组组组组成成成成的的的的一一一一个个个个开开开开放放放放的的的的复复复复杂杂杂杂巨巨巨巨系系系系统统统统，称称称称为为为为地地地地

5、球系统。球系统。球系统。球系统。 物物物物理理理理、化化化化学学学学和和和和生生生生物物物物三三三三大大大大基基基基本本本本过过过过程程程程之之之之间间间间的的的的相相相相互互互互作作作作用用用用，以以以以及及及及人人人人与与与与地地地地球球球球系系系系统统统统之之之之间间间间的的的的相相相相互互互互作作作作用用用用。因因因因此此此此，地地地地球球球球科科科科学学学学是是是是一一一一个个个个庞庞庞庞大大大大的的的的超超超超级级级级学学学学科科科科体体体体系系系系群群群群，传传传传统统统统上上上上划划划划分分分分出出出出众众众众多多多多的的的的一一一一级级级级和和和和二二二二级级级级学学学学科科

6、科科分分分分类类类类体体体体系系系系（表（表（表（表1-11-1）。）。）。）。表表表表1-11-1地球科学的学科分类体系地球科学的学科分类体系地球科学的学科分类体系地球科学的学科分类体系. .按圈层范围按圈层范围按圈层范围按圈层范围 .按学科交叉按学科交叉按学科交叉按学科交叉 .按服务目的按服务目的按服务目的按服务目的 大气大气大气大气科学科学科学科学 大气物理学大气物理学大气物理学大气物理学 地球地球地球地球物理物理物理物理学学学学 固体地球物理学固体地球物理学固体地球物理学固体地球物理学 环境地学环境地学环境地学环境地学经济地学经济地学经济地学经济地学工程地学工程地学工程地学工程地学水文

7、地学水文地学水文地学水文地学遥感地学遥感地学遥感地学遥感地学航空科学航空科学航空科学航空科学气象学气象学气象学气象学 地磁与高空物理学地磁与高空物理学地磁与高空物理学地磁与高空物理学 天气动力学等天气动力学等天气动力学等天气动力学等 地震学等地震学等地震学等地震学等 海洋海洋海洋海洋科学科学科学科学 物理海洋学物理海洋学物理海洋学物理海洋学 地球地球地球地球化学化学化学化学 元素地球化学元素地球化学元素地球化学元素地球化学 生物海洋学生物海洋学生物海洋学生物海洋学 同位素地球化学同位素地球化学同位素地球化学同位素地球化学 环境海洋学等环境海洋学等环境海洋学等环境海洋学等 生物地球化学等生物地球

8、化学等生物地球化学等生物地球化学等 续表续表续表续表1-11-1地球科学的学科分类体系地球科学的学科分类体系地球科学的学科分类体系地球科学的学科分类体系. .按圈层范围按圈层范围按圈层范围按圈层范围 .按学科交叉按学科交叉按学科交叉按学科交叉 .按服务目的按服务目的按服务目的按服务目的 地理地理地理地理科学科学科学科学 自然地理学自然地理学自然地理学自然地理学地生地生地生地生物学物学物学物学生态学生态学生态学生态学 城市地学城市地学城市地学城市地学农业地学农业地学农业地学农业地学旅游地学旅游地学旅游地学旅游地学军事地学军事地学军事地学军事地学火火火火 山山山山 学学学学天气预报天气预报天气预报

9、天气预报地震预报地震预报地震预报地震预报灾害学等灾害学等灾害学等灾害学等经济地理学经济地理学经济地理学经济地理学生物地理学生物地理学生物地理学生物地理学人文地理学人文地理学人文地理学人文地理学古生物学等古生物学等古生物学等古生物学等区域地理学等区域地理学等区域地理学等区域地理学等地质地质地质地质科学科学科学科学 地球物质成分学地球物质成分学地球物质成分学地球物质成分学动力地质学动力地质学动力地质学动力地质学历史地质学历史地质学历史地质学历史地质学区域地质学等区域地质学等区域地质学等区域地质学等 天文天文天文天文地学地学地学地学天文地球动力学天文地球动力学天文地球动力学天文地球动力学 行星地理学

10、行星地理学行星地理学行星地理学天文地质学等天文地质学等天文地质学等天文地质学等数学数学数学数学地学地学地学地学数学地质数学地质数学地质数学地质数字地球等数字地球等数字地球等数字地球等大气科学大气科学大气科学大气科学研究大气圈的组成、结构和气候过程，研究大气圈的组成、结构和气候过程，研究大气圈的组成、结构和气候过程，研究大气圈的组成、结构和气候过程， 海海海海洋洋洋洋科科科科学学学学研研研研究究究究水水水水圈圈圈圈海海海海洋洋洋洋部部部部分分分分的的的的物物物物理理理理、化化化化学学学学、生生生生物物物物现象的运动过程，现象的运动过程，现象的运动过程，现象的运动过程，地理科学地理科学地理科学地理

11、科学研究地球表层的地理环境，研究地球表层的地理环境，研究地球表层的地理环境，研究地球表层的地理环境， 地地地地质质质质科科科科学学学学研研研研究究究究地地地地球球球球的的的的物物物物质质质质成成成成分分分分、内内内内部部部部结结结结构构构构、外外外外部部部部特特特特征征征征、各各各各圈圈圈圈层层层层间间间间的的的的相相相相互互互互作作作作用用用用和和和和演演演演变变变变历历历历史史史史。其其其其中中中中，后后后后两两两两者者者者都都都都涉涉涉涉及及及及地地地地球球球球的的的的物物物物理理理理、化化化化学学学学、生生生生物物物物作作作作用用用用过过过过程程程程和和和和不不不不同同同同圈圈圈圈层之

12、间相互关系，具有更高的综合性。层之间相互关系，具有更高的综合性。层之间相互关系，具有更高的综合性。层之间相互关系，具有更高的综合性。2.地球物理学及其发展地球物理学及其发展 地地地地球球球球物物物物理理理理学学学学(Geophysics)(Geophysics)是是是是以以以以地地地地球球球球为为为为研研研研究究究究对对对对象象象象的的的的一一一一门门门门应应应应用用用用物物物物理理理理学学学学。它它它它是是是是天天天天文文文文学学学学、物物物物理理理理学学学学与与与与地地地地质质质质学学学学之之之之间间间间的边缘科学，在地球科学中占据重要地位。的边缘科学，在地球科学中占据重要地位。的边缘科学

13、，在地球科学中占据重要地位。的边缘科学，在地球科学中占据重要地位。 地地地地球球球球物物物物理理理理学学学学的的的的研研研研究究究究范范范范围围围围甚甚甚甚广广广广，包包包包括括括括从从从从地地地地球球球球最最最最深深深深部部部部的的的的地地地地核核核核到到到到大大大大气气气气圈圈圈圈的的的的边边边边界界界界。它它它它是是是是由由由由地地地地震震震震学学学学(Seismology)(Seismology)、地地地地 磁磁磁磁 学学学学 ( (GeomagneticsGeomagnetics) )、 地地地地 电电电电 学学学学 ( (GeoelectricityGeoelectricity)

14、)、重重重重力力力力学学学学(Gravity)(Gravity)、地地地地热热热热学学学学( (GeothermicityGeothermicity) )、大大大大地地地地测测测测量量量量学学学学(Geodesy)(Geodesy)、大大大大地地地地构构构构造造造造物物物物理理理理学学学学( (TectonophysicsTectonophysics) )、地球动力学地球动力学地球动力学地球动力学(Geodynamics)(Geodynamics)等基础科学组成。等基础科学组成。等基础科学组成。等基础科学组成。 地地地地球球球球物物物物理理理理学学学学用用用用物物物物理理理理学学学学的的的的原

15、原原原理理理理和和和和方方方方法法法法研研研研究究究究地地地地球球球球的的的的形形形形状状状状、内内内内部部部部构构构构造造造造、物物物物质质质质组组组组成成成成及及及及其其其其运运运运动动动动规规规规律律律律，探探探探讨讨讨讨地地地地球球球球起源、形成以及演化过程，起源、形成以及演化过程，起源、形成以及演化过程，起源、形成以及演化过程， 为为为为维维维维护护护护生生生生态态态态环环环环境境境境、预预预预测测测测和和和和减减减减轻轻轻轻地地地地球球球球自自自自然然然然灾灾灾灾害害害害、勘勘勘勘探探探探与与与与开开开开发发发发能能能能源源源源和和和和资资资资源源源源做做做做出出出出贡贡贡贡献献献

16、献。图图图图1-11-1为为为为地地地地球球球球物物物物理理理理学学学学的形成和发展示意图。的形成和发展示意图。的形成和发展示意图。的形成和发展示意图。图图图图1-11-1地球物理学的形成和发展示意图地球物理学的形成和发展示意图地球物理学的形成和发展示意图地球物理学的形成和发展示意图 研研研研究究究究宏宏宏宏观观观观现现现现象象象象和和和和基基基基本本本本理理理理论论论论的的的的叫叫叫叫做做做做理理理理论论论论地地地地球球球球物物物物理理理理学学学学(Theoretical (Theoretical (Theoretical (Theoretical Geophysics)Geophysics

17、)Geophysics)Geophysics)或或或或“纯纯纯纯”地地地地球球球球物物物物理理理理学学学学(pure (pure (pure (pure Geophysics)Geophysics)Geophysics)Geophysics)，利利利利用用用用由由由由此此此此产产产产生生生生的的的的方方方方法法法法来来来来勘勘勘勘探探探探有有有有用用用用矿矿矿矿藏藏藏藏的的的的叫叫叫叫做做做做勘勘勘勘探探探探地地地地球球球球物物物物理理理理学学学学(Exploration (Exploration (Exploration (Exploration Geophysics)Geophysics)

18、Geophysics)Geophysics)或或或或 应应应应 用用用用 地地地地 球球球球 物物物物 理理理理 学学学学 (Applied (Applied (Applied (Applied Geophysics)Geophysics)Geophysics)Geophysics)，研研研研究究究究岩岩岩岩层层层层运运运运动动动动以以以以及及及及煤煤煤煤岩岩岩岩动动动动力力力力现现现现象象象象的的的的则则则则称称称称为为为为采采采采矿矿矿矿地地地地球球球球物物物物理理理理学学学学( ( ( (MiningGeophysicsMiningGeophysicsMiningGeophysicsMi

19、ningGeophysics) ) ) )。本本本本教教教教材所涉及的内容均属于固体地球物理学的范围。材所涉及的内容均属于固体地球物理学的范围。材所涉及的内容均属于固体地球物理学的范围。材所涉及的内容均属于固体地球物理学的范围。 人人人人类类类类观观观观察察察察和和和和研研研研究究究究地地地地球球球球物物物物理理理理现现现现象象象象已已已已经经经经有有有有几几几几千千千千年年年年的的的的历历历历史史史史，早早早早在在在在公公公公元元元元前前前前11771177年年年年的的的的商商商商朝朝朝朝，我我我我国国国国就就就就有有有有关关关关于于于于地地地地震震震震的的的的记记记记载载载载。实实实实际际

20、际际上上上上，现现现现代代代代物物物物理理理理学学学学是是是是从从从从研研研研究究究究地地地地球球球球物物物物理理理理问问问问题题题题开开开开始始始始的的的的。例例例例如如如如牛牛牛牛顿顿顿顿（NewtonNewton）通通通通过过过过研研研研究究究究地地地地球球球球和和和和月月月月球球球球的的的的运运运运动动动动发发发发现现现现了了了了万万万万有有有有引引引引力力力力定定定定律律律律，克克克克雷雷雷雷若若若若( (ClairautClairaut) )研研研研究究究究地地地地球球球球的的的的形形形形状状状状，拉拉拉拉普普普普拉拉拉拉斯斯斯斯(Laplace)(Laplace)研研研研究究究究

21、地地地地球球球球的的的的起起起起源源源源，高高高高斯斯斯斯( (GauseGause) )研研研研究究究究地地地地球球球球磁磁磁磁场场场场，开开开开尔尔尔尔芬芬芬芬(Kelvin)(Kelvin)研研研研究究究究地地地地球球球球的的的的弹弹弹弹性性性性、热热热热传传传传导和许多其他地球物理问题。导和许多其他地球物理问题。导和许多其他地球物理问题。导和许多其他地球物理问题。18l9世世纪纪，地地球球物物理理学学成成为为物物理理学学中中的的一一门门重重要要分分支支。到到了了20世世纪纪初初，它它就就自自成成体体系系。进进入入20世世纪纪30年年代代，由由于于成成功功地地把把地地球球物物理理学学方方

22、法法用用于于矿矿产产资资源源勘勘探探当当中中，使使它它得得以以迅迅猛猛发发展展。最最近近形形成成的的采采矿矿地地球球物物理理学学，发展更是迅速。发展更是迅速。 地地地地球球球球物物物物理理理理学学学学发发发发展展展展的的的的总总总总趋趋趋趋势势势势有有有有两两两两种种种种：一一一一是是是是多多多多学学学学科科科科的的的的综综综综合合合合，二二二二是是是是科科科科学学学学的的的的国国国国际际际际合合合合作作作作。从从从从2020世世世世纪纪纪纪5050年年年年代代代代末末末末期期期期起起起起，在在在在各各各各国国国国地地地地球球球球物物物物理理理理学学学学家家家家的的的的倡倡倡倡导导导导和和和和

23、努努努努力力力力下下下下，制制制制定定定定了了了了一一一一系系系系列列列列国国国国际际际际性性性性研研研研究究究究计计计计划划划划。6060年年年年代代代代初初初初，近近近近5050个个个个国国国国家家家家参参参参加加加加了了了了上上上上地地地地幔计划，主要研究内容包括：幔计划，主要研究内容包括：幔计划，主要研究内容包括：幔计划，主要研究内容包括：(1)(1)全球性的地壳断裂系统；全球性的地壳断裂系统；全球性的地壳断裂系统；全球性的地壳断裂系统；(2)(2)大陆边缘地带及岛弧的构造；大陆边缘地带及岛弧的构造；大陆边缘地带及岛弧的构造；大陆边缘地带及岛弧的构造；(3)(3)地幔的物质组成及地球化

24、学过程；地幔的物质组成及地球化学过程；地幔的物质组成及地球化学过程；地幔的物质组成及地球化学过程；(4)(4)地壳及地幔的结构及其横向不均匀性。地壳及地幔的结构及其横向不均匀性。地壳及地幔的结构及其横向不均匀性。地壳及地幔的结构及其横向不均匀性。 这这这这个个个个计计计计划划划划延延延延续续续续了了了了1010年年年年，于于于于l970l970年年年年结结结结束束束束，其其其其最最最最重重重重要要要要的的的的成成成成果果果果就就就就是是是是建建建建立立立立了了了了“ “板板板板块块块块大大大大地地地地构构构构造造造造假假假假说说说说” ”。这这这这个个个个假假假假说说说说的的的的出出出出现现现

25、现是是是是地地地地学学学学发发发发展展展展史史史史上上上上的的的的一一一一个个个个里里里里程程程程碑碑碑碑，其其其其重重重重要要要要性性性性及及及及影影影影响响响响可可可可与与与与近近近近代代代代科科科科学学学学的的的的任任任任何何何何重重重重大大大大发发发发现现现现相相相相媲美。媲美。媲美。媲美。 7070年年年年代代代代以以以以后后后后，国国国国际际际际间间间间围围围围绕绕绕绕着着着着地地地地球球球球动动动动力力力力学学学学、岩岩岩岩石圈结构等问题开展了一系列的多学科综合研究。石圈结构等问题开展了一系列的多学科综合研究。石圈结构等问题开展了一系列的多学科综合研究。石圈结构等问题开展了一系列

26、的多学科综合研究。 1974197919741979年年年年，国国国国际际际际地地地地球球球球动动动动力力力力学学学学计计计计划划划划作作作作为为为为上上上上地地地地幔幔幔幔计计计计划划划划的的的的延延延延续续续续，主主主主要要要要解解解解决决决决板板板板块块块块构构构构造造造造假假假假说说说说所所所所遗遗遗遗留留留留下下下下来来来来的的的的问问问问题题题题，特特特特别别别别是是是是板板板板块块块块运运运运动动动动的的的的驱驱驱驱动动动动力力力力问问问问题题题题。国国国国际际际际岩岩岩岩石石石石圈圈圈圈计计计计划划划划(19802000(19802000年年年年) )也也也也正正正正在在在在实

27、实实实施施施施中中中中，这这这这个个个个计计计计划划划划的的的的四四四四个个个个研研研研究究究究领领领领域是：域是：域是：域是：(1)(1)全球变化的地球科学；全球变化的地球科学；全球变化的地球科学；全球变化的地球科学；(2)(2)现代动力学和深部作用过程；现代动力学和深部作用过程；现代动力学和深部作用过程；现代动力学和深部作用过程；(3)(3)大陆岩石圈大陆岩石圈大陆岩石圈大陆岩石圈( (层层层层) )；(4)(4)大洋岩石圈大洋岩石圈大洋岩石圈大洋岩石圈( (层层层层) )；3.采矿地球物理学的基本任务采矿地球物理学的基本任务 采采采采矿矿矿矿地地地地球球球球物物物物理理理理学学学学是是是

28、是地地地地球球球球物物物物理理理理学学学学的的的的分分分分支支支支之之之之一一一一，是是是是用用用用地地地地球球球球物物物物理理理理的的的的方方方方法法法法来来来来解解解解决决决决采采采采矿矿矿矿现现现现场场场场的的的的实实实实际际际际问问问问题题题题，例例例例如如如如矿矿矿矿床床床床的的的的勘勘勘勘探探探探问问问问题题题题，矿矿矿矿山山山山动动动动力力力力现现现现象象象象，采采采采矿矿矿矿工工工工程程程程问问问问题，特别是井下的开采与地质问题。题，特别是井下的开采与地质问题。题，特别是井下的开采与地质问题。题，特别是井下的开采与地质问题。3.13.13.13.1 采矿地球物理方法采矿地球物理

29、方法采矿地球物理方法采矿地球物理方法: :岩体中弹性波传播过程的研究称之为岩体中弹性波传播过程的研究称之为岩体中弹性波传播过程的研究称之为岩体中弹性波传播过程的研究称之为振动法振动法振动法振动法，包括包括包括包括微震法、振动法微震法、振动法微震法、振动法微震法、振动法和和和和地音法地音法地音法地音法；岩体内重力变化的研究，称之为岩体内重力变化的研究，称之为岩体内重力变化的研究，称之为岩体内重力变化的研究，称之为重力法重力法重力法重力法；地电现象的研究，称之为地电现象的研究，称之为地电现象的研究，称之为地电现象的研究，称之为地电法地电法地电法地电法；还有还有还有还有热法，原子能法热法，原子能法热

30、法，原子能法热法，原子能法等。等。等。等。这些研究方法都需要特殊的测量仪器和理论指导。这些研究方法都需要特殊的测量仪器和理论指导。这些研究方法都需要特殊的测量仪器和理论指导。这些研究方法都需要特殊的测量仪器和理论指导。1)震动法震动法采矿作业打破了岩体内原有的应力平衡状态，其结采矿作业打破了岩体内原有的应力平衡状态，其结果造成了岩体内变形能的聚积。这些能量以突然的形果造成了岩体内变形能的聚积。这些能量以突然的形式动力释放，产生震动，并使变形增加。式动力释放，产生震动，并使变形增加。与大地地震相比，其震动频率高，影响范围小。震与大地地震相比，其震动频率高，影响范围小。震动能量为动能量为ll02l

31、l010J，里氏震级为，里氏震级为04.5级，振动级，振动频率为频率为150Hz，震动范围为儿百米到几百公里。，震动范围为儿百米到几百公里。 震动法记录采矿震动的能量，确定和分析震动的方震动法记录采矿震动的能量，确定和分析震动的方向向;对震中定位来评价和预测矿山动力现象。对震中定位来评价和预测矿山动力现象。具体的说，就是记录震动的地震图，确定震动发生具体的说，就是记录震动的地震图，确定震动发生的时间，震中的坐标，震动释放的能量，特别是震中的时间，震中的坐标，震动释放的能量，特别是震中的大小，地震力矩，震动发生的机理，震中的压力降的大小，地震力矩，震动发生的机理，震中的压力降等，等，以此为基础，

32、进行震动危险的预测预报，如预报震以此为基础，进行震动危险的预测预报，如预报震动能量大于给定值的平均周期，在时间动能量大于给定值的平均周期，在时间T内震动能量内震动能量小于或等于给定值的概率，该区域内震动的危险性及小于或等于给定值的概率，该区域内震动的危险性及其他参数。其他参数。2)声发射法声发射法岩石的声发射也称为地音，是岩石的变形和岩石的声发射也称为地音，是岩石的变形和破断，颗粒之间的相位错动，岩石间的摩擦滑破断，颗粒之间的相位错动，岩石间的摩擦滑动及其他引发的。地音与岩石的动力现象及弹动及其他引发的。地音与岩石的动力现象及弹性波的发射有关，是在应力作用下，岩体结构性波的发射有关，是在应力作

33、用下，岩体结构的非弹性变性，结构非稳定的结果。的非弹性变性，结构非稳定的结果。 采矿地音法是以脉冲的形式记录弱的、低能采矿地音法是以脉冲的形式记录弱的、低能量的岩体声发射弹性波。记录的振动频率从几十量的岩体声发射弹性波。记录的振动频率从几十到到2000Hz或更高，记录的能量低于或更高，记录的能量低于lxl0-2J，振动，振动范围从几米到范围从几米到200多米。多米。采矿地音法可用来确定岩体中的应力应变状采矿地音法可用来确定岩体中的应力应变状态，评价冲击矿压及煤和瓦斯突出的危险性，并态，评价冲击矿压及煤和瓦斯突出的危险性，并检测其采取的防治措施的效果检测其采取的防治措施的效果;评价边坡稳定性评价

34、边坡稳定性;确定采掘面周围的应力应变状态等。确定采掘面周围的应力应变状态等。3)电磁辐射法电磁辐射法岩石电磁辐射是指岩石受载破裂过程中向外辐射电岩石电磁辐射是指岩石受载破裂过程中向外辐射电磁能量的过程或现象。磁能量的过程或现象。岩石破裂电磁辐射的观测和研究是从地震工作者发岩石破裂电磁辐射的观测和研究是从地震工作者发现震前电磁异常后开始的。在近现震前电磁异常后开始的。在近25-30年内岩石破裂电年内岩石破裂电磁辐射效应的研究，无论是在理论研究方面，还是在应磁辐射效应的研究，无论是在理论研究方面，还是在应用研究方面，都取得了飞速发展，特别是在地震方面用用研究方面，都取得了飞速发展，特别是在地震方面

35、用于预报。于预报。从九十年代开始，中国矿业大学对载荷从九十年代开始，中国矿业大学对载荷作用下煤体的电磁辐射特性及规律进行了较作用下煤体的电磁辐射特性及规律进行了较为深入的定性和定量研究。研究表明，煤岩为深入的定性和定量研究。研究表明，煤岩电磁辐射是煤岩体受载变形破裂过程中向外电磁辐射是煤岩体受载变形破裂过程中向外辐射电磁能量的一种现象，与煤岩体的变形辐射电磁能量的一种现象，与煤岩体的变形破裂过程密切相关。破裂过程密切相关。电磁辐射可用来预测冲击矿压、煤与瓦斯突出电磁辐射可用来预测冲击矿压、煤与瓦斯突出等煤岩灾害动力现象。其主要参数是电磁辐射强度等煤岩灾害动力现象。其主要参数是电磁辐射强度和脉冲

36、数。电磁辐射强度主要反映了煤岩体的受载和脉冲数。电磁辐射强度主要反映了煤岩体的受载程度及变形破裂强度，脉冲数主要反映了煤岩体变程度及变形破裂强度，脉冲数主要反映了煤岩体变形及微破裂的频次。形及微破裂的频次。此外，电磁辐射还可用于检测煤岩动力灾害防治此外，电磁辐射还可用于检测煤岩动力灾害防治措施的效果措施的效果;评价边坡稳定性评价边坡稳定性;确定采掘面周围的应确定采掘面周围的应力应变，评价混凝土结构的稳定性等。力应变，评价混凝土结构的稳定性等。4)振动法振动法振动法解决采矿作业引起的地质动力现象问题，主振动法解决采矿作业引起的地质动力现象问题，主要是根据地震波的传播速度的变化，确定岩石结构破坏要

37、是根据地震波的传播速度的变化，确定岩石结构破坏过程发展的各阶段，如弹性阶段的高应力，对应比较大过程发展的各阶段，如弹性阶段的高应力，对应比较大的振动频率，表明了采掘面接近较大的震动冲击地压危的振动频率，表明了采掘面接近较大的震动冲击地压危险区，岩石破坏的最后阶段将可能发生高能量的震动甚险区，岩石破坏的最后阶段将可能发生高能量的震动甚至冲击地压。至冲击地压。振动法解决矿山压力问题，主要是根据不同类振动法解决矿山压力问题，主要是根据不同类型振动波的传播速度来确定岩体的物理力学参数，型振动波的传播速度来确定岩体的物理力学参数，例如线弹性模量，泊松系数，横向弹性模量，体例如线弹性模量，泊松系数，横向弹

38、性模量，体积弹性模量、积弹性模量、LAME常数等。这些参数是用动态常数等。这些参数是用动态方式确定的，与实验室岩块试验的静态有很大差方式确定的，与实验室岩块试验的静态有很大差异，这些参数更符合实际。异，这些参数更符合实际。振动法解决地质问题，主要是根据地震波在振动法解决地质问题，主要是根据地震波在煤层中传播的通道性及传播速度的异常，能量煤层中传播的通道性及传播速度的异常，能量或阻尼系数的变化来进行。当煤层的连续性出或阻尼系数的变化来进行。当煤层的连续性出现问题时，这些地震波的传播通道将出现非正现问题时，这些地震波的传播通道将出现非正常的波图，或通道波组的振幅减小，甚至全部常的波图，或通道波组的

39、振幅减小，甚至全部消失等。消失等。5)重力法重力法重力法是根据地层中岩石介质质量分布的不均匀性重力法是根据地层中岩石介质质量分布的不均匀性来测量重力的异常变化。来测量重力的异常变化。测量仪器和测量方法的发展，促进了重力法的广泛测量仪器和测量方法的发展，促进了重力法的广泛应用，测量仪器的高精度性应用，测量仪器的高精度性(2Xl0-9m/s2)可使其广泛应可使其广泛应用于小构造、岩像变化的测量以及由于采矿作业引起密用于小构造、岩像变化的测量以及由于采矿作业引起密度分布的变化。度分布的变化。目前，重力法主要研究开采引起岩体体积的变化目前，重力法主要研究开采引起岩体体积的变化;岩岩体震动、冲击地压的预

40、测预报体震动、冲击地压的预测预报;小范围内煤层构造的变小范围内煤层构造的变化化;局部空洞的定位等方面。局部空洞的定位等方面。重力法所采用的参数主要是重力微小的异常变化和塔重力法所采用的参数主要是重力微小的异常变化和塔式重力式重力梯度。6)地质电法地质电法采矿地质电法是利用岩石中电特性的变化来解决地采矿地质电法是利用岩石中电特性的变化来解决地质、采矿技术、预测预报等方面的问题，其应用范围非质、采矿技术、预测预报等方面的问题，其应用范围非常广泛。常广泛。地质电法主要测量岩石介质在电流稳定性或亚稳定性地质电法主要测量岩石介质在电流稳定性或亚稳定性方面的电阻特性，或电磁波在岩体中传播的电阻，电介方面的

41、电阻特性，或电磁波在岩体中传播的电阻，电介常数和磁通量等参数。常数和磁通量等参数。主要解决的问题有认识顶底板岩层地质条件主要解决的问题有认识顶底板岩层地质条件;震动、震动、冲击矿压、水灾、火灾的危险性评价冲击矿压、水灾、火灾的危险性评价;支架与围岩相互支架与围岩相互作用的评价作用的评价;巷道应力状态的监测。巷道应力状态的监测。7)地热地热自自19世纪麦克斯韦尔证明光是世纪麦克斯韦尔证明光是种种电电磁波以磁波以来，人类对不同波长范围内的各类电磁波的性质来，人类对不同波长范围内的各类电磁波的性质及其应用性进行了卓有成效的研究，并建立了从及其应用性进行了卓有成效的研究，并建立了从射线到极远红外线的连

42、续波谱图。其中具有热效射线到极远红外线的连续波谱图。其中具有热效应的红外波长范围为：应的红外波长范围为：0.75m1000m。 3.23.23.23.2采矿地球物理方法优点：采矿地球物理方法优点：采矿地球物理方法优点：采矿地球物理方法优点： (1)(1)与与与与打打打打钻钻钻钻孔孔孔孔、掘掘掘掘巷巷巷巷道道道道探探探探测测测测来来来来说说说说，观观观观察察察察、测测测测量量量量成成成成本低；本低；本低；本低； (2)(2)采采采采矿矿矿矿中中中中的的的的许许许许多多多多现现现现象象象象和和和和过过过过程程程程只只只只能能能能用用用用采采采采矿矿矿矿地地地地球球球球物物物物理理理理方方方方法法法

43、法才才才才能能能能进进进进行行行行测测测测量量量量、记记记记录录录录和和和和分分分分析析析析。例例例例如如如如岩岩岩岩体体体体震震震震动动动动、冲冲冲冲击击击击矿矿矿矿压压压压、煤煤煤煤和和和和瓦瓦瓦瓦斯斯斯斯突突突突出出出出等等等等矿矿矿矿山山山山动动动动力力力力现现现现象象象象，而而而而采采采采用用用用其其其其他测量方法则不可能做到；他测量方法则不可能做到；他测量方法则不可能做到；他测量方法则不可能做到；(3)(3)获得的信息量大。获得的信息量大。获得的信息量大。获得的信息量大。(4)(4)研研研研究究究究测测测测量量量量具具具具有有有有非非非非破破破破坏坏坏坏性性性性。这这这这对对对对采

44、采采采面面面面的的的的安安安安全全全全性性性性及及及及巷道维护的稳定性等都具有重要意义；巷道维护的稳定性等都具有重要意义；巷道维护的稳定性等都具有重要意义；巷道维护的稳定性等都具有重要意义； 采采采采矿矿矿矿地地地地球球球球物物物物理理理理学学学学的的的的基基基基本本本本任任任任务务务务是是是是解解解解决决决决采采采采矿矿矿矿作作作作业业业业的的的的安安安安全全全全性性性性和和和和保保保保证证证证矿矿矿矿井井井井生生生生产产产产的的的的连连连连续续续续性性性性。主主主主要要要要解解解解决决决决关关关关于于于于开开开开采采采采引引引引起起起起的的的的地地地地质质质质动动动动力力力力现现现现象象象

45、象和和和和瓦瓦瓦瓦斯斯斯斯动动动动力力力力现现现现象象象象（震震震震动动动动、冲冲冲冲击击击击矿矿矿矿压压压压、突突突突出出出出）以以以以及及及及对对对对煤煤煤煤层层层层及及及及周周周周围围围围岩岩岩岩层层层层物物物物理理理理力力力力学学学学参参参参数数数数认认认认识识识识的的的的矿矿矿矿山山山山压压压压力力力力问问问问题题题题，关关关关于于于于煤煤煤煤层层层层连连连连续续续续性性性性的的的的地地地地质质质质问问问问题题题题，如如如如冲冲冲冲刷刷刷刷、侵蚀、尖灭、断层等。侵蚀、尖灭、断层等。侵蚀、尖灭、断层等。侵蚀、尖灭、断层等。3.33.33.33.3 矿山压力问题矿山压力问题矿山压力问题矿

46、山压力问题 采采采采用用用用采采采采矿矿矿矿地地地地球球球球物物物物理理理理方方方方法法法法可可可可连连连连续续续续或或或或即即即即刻刻刻刻记记记记录录录录采采采采矿矿矿矿作作作作业业业业引引引引发发发发的的的的振振振振动动动动现现现现象象象象，以以以以此此此此可可可可连连连连续续续续评评评评价价价价、并并并并在在在在一一一一定定定定程程程程度度度度上上上上预预预预测测测测研研研研究究究究区区区区域域域域的的的的震震震震动动动动性性性性及及及及危危危危险险险险性性性性，如如如如冲冲冲冲击击击击矿矿矿矿压压压压、煤煤煤煤和瓦斯突出等，并可以评价灾害防治措施的有效性。和瓦斯突出等，并可以评价灾害防

47、治措施的有效性。和瓦斯突出等，并可以评价灾害防治措施的有效性。和瓦斯突出等，并可以评价灾害防治措施的有效性。 还还还还可可可可以以以以提提提提前前前前认认认认识识识识岩岩岩岩体体体体的的的的结结结结构构构构及及及及物物物物理理理理力力力力学学学学特特特特性性性性，如如如如弹弹弹弹性性性性模模模模量量量量、泊泊泊泊松松松松比比比比等等等等。这这这这是是是是矿矿矿矿山山山山压压压压力力力力研研研研究究究究中中中中最最最最基基基基本本本本的的的的参数，而其只要测量弹性波的传播速度即可获得。参数，而其只要测量弹性波的传播速度即可获得。参数，而其只要测量弹性波的传播速度即可获得。参数，而其只要测量弹性波

48、的传播速度即可获得。 同同同同时时时时，采采采采用用用用采采采采矿矿矿矿地地地地球球球球物物物物理理理理方方方方法法法法可可可可提提提提前前前前消消消消除除除除采采采采掘掘掘掘面面面面前前前前方冲击矿压的危险地段和不安全地段。方冲击矿压的危险地段和不安全地段。方冲击矿压的危险地段和不安全地段。方冲击矿压的危险地段和不安全地段。 (1)(1)对对对对于于于于采采采采矿矿矿矿活活活活动动动动引引引引发发发发的的的的地地地地质质质质动动动动力力力力现现现现象象象象的的的的研研研研究：究：究：究： 地地地地质质质质动动动动力力力力现现现现象象象象的的的的连连连连续续续续记记记记录录录录、评评评评价价价

49、价、分分分分析析析析和和和和诊诊诊诊断断断断采用微震法和地音法；采用微震法和地音法；采用微震法和地音法；采用微震法和地音法； 提提提提前前前前认认认认识识识识潜潜潜潜在在在在的的的的危危危危险险险险区区区区域域域域，如如如如应应应应力力力力升升升升高高高高的的的的地地地地点点点点采用振动法，地质电法，重力法和热法；采用振动法，地质电法，重力法和热法；采用振动法，地质电法，重力法和热法；采用振动法，地质电法，重力法和热法； 评评评评价价价价灾灾灾灾害害害害防防防防治治治治措措措措施施施施的的的的效效效效果果果果采采采采用用用用振振振振动动动动法法法法，地地地地音法和地质电法。音法和地质电法。音法

50、和地质电法。音法和地质电法。(2)(2)岩岩岩岩石石石石物物物物理理理理力力力力学学学学参参参参数数数数的的的的确确确确定定定定，可可可可采采采采用用用用振振振振动动动动法就可以完成。法就可以完成。法就可以完成。法就可以完成。 其其其其基基基基础础础础是是是是测测测测量量量量两两两两种种种种不不不不同同同同类类类类型型型型的的的的地地地地震震震震波波波波（纵纵纵纵波波波波和和和和横横横横波波波波）在在在在介介介介质质质质中中中中的的的的传传传传播播播播速速速速度度度度。这这这这种种种种方方方方式式式式得得得得到到到到的的的的参参参参数数数数称称称称之之之之为为为为动动动动态态态态参参参参数数数

51、数，与与与与实实实实验验验验室室室室获获获获得得得得的的的的静静静静态态态态参参参参数数数数有明显的区别动态参数更接近于岩体的实际特性。有明显的区别动态参数更接近于岩体的实际特性。有明显的区别动态参数更接近于岩体的实际特性。有明显的区别动态参数更接近于岩体的实际特性。3.43.43.43.4地质问题地质问题地质问题地质问题 采采采采矿矿矿矿地地地地球球球球物物物物理理理理方方方方法法法法可可可可以以以以对对对对煤煤煤煤层层层层的的的的构构构构造造造造区区区区进进进进行行行行探探探探测测测测和和和和定定定定位位位位，如如如如煤煤煤煤层层层层中中中中特特特特别别别别容容容容易易易易出出出出现现现现

52、的的的的断断断断层层层层、侵侵侵侵蚀蚀蚀蚀、煤煤煤煤层层层层分分分分叉叉叉叉等等等等。在在在在集集集集中中中中化化化化生生生生产产产产的的的的今今今今天天天天，这这这这对对对对保保保保证证证证煤煤煤煤层层层层开开开开采采采采的的的的节奏性和连续性，具有重大的意义。节奏性和连续性，具有重大的意义。节奏性和连续性，具有重大的意义。节奏性和连续性，具有重大的意义。对于提前确定工作面前方煤层的构造问题，主对于提前确定工作面前方煤层的构造问题，主对于提前确定工作面前方煤层的构造问题，主对于提前确定工作面前方煤层的构造问题，主要采用振动法来完成。震动法可根据煤层中地震波要采用振动法来完成。震动法可根据煤层

53、中地震波要采用振动法来完成。震动法可根据煤层中地震波要采用振动法来完成。震动法可根据煤层中地震波传播的连续性、振幅的变化，或者利用煤层非连续传播的连续性、振幅的变化，或者利用煤层非连续传播的连续性、振幅的变化，或者利用煤层非连续传播的连续性、振幅的变化，或者利用煤层非连续表面（断层面、侵蚀面）出现的反射波信息等来确表面（断层面、侵蚀面）出现的反射波信息等来确表面（断层面、侵蚀面）出现的反射波信息等来确表面（断层面、侵蚀面）出现的反射波信息等来确定工作面煤层的构造问题。还可采用其他方法，如定工作面煤层的构造问题。还可采用其他方法，如定工作面煤层的构造问题。还可采用其他方法，如定工作面煤层的构造问

54、题。还可采用其他方法，如电磁波法对其进行研究。目前进行的雷达法研究就电磁波法对其进行研究。目前进行的雷达法研究就电磁波法对其进行研究。目前进行的雷达法研究就电磁波法对其进行研究。目前进行的雷达法研究就属于这类。另外，采用重力法也可获得一些地质方属于这类。另外，采用重力法也可获得一些地质方属于这类。另外，采用重力法也可获得一些地质方属于这类。另外，采用重力法也可获得一些地质方面的信息。面的信息。面的信息。面的信息。 3.53.53.53.5 其他问题其他问题其他问题其他问题 (1)(1)采采采采掘掘掘掘面面面面区区区区域域域域内内内内水水水水的的的的诊诊诊诊断断断断，其其其其灾灾灾灾害害害害危危

55、危危险险险险性性性性评评评评价，主要采用地质电法。价，主要采用地质电法。价，主要采用地质电法。价，主要采用地质电法。 (2)(2)壁壁壁壁状状状状况况况况的的的的评评评评价价价价，主主主主要要要要采采采采用用用用地地地地质质质质电电电电法法法法、振振振振动动动动法法法法、重重重重力力力力法法法法和和和和雷雷雷雷达达达达法法法法。这这这这些些些些方方方方法法法法有有有有时时时时也也也也用用用用来来来来确确确确定定定定支支支支架架架架后方的空洞。后方的空洞。后方的空洞。后方的空洞。 (3)(3)放放放放炮炮炮炮作作作作业业业业等等等等振振振振动动动动效效效效果果果果的的的的评评评评价价价价，以以以

56、以及及及及震震震震动动动动对对对对井下和地表建筑物影响的评价，可采用地震几何法。井下和地表建筑物影响的评价，可采用地震几何法。井下和地表建筑物影响的评价，可采用地震几何法。井下和地表建筑物影响的评价，可采用地震几何法。4.4.采矿地球物理学应用前景采矿地球物理学应用前景 采采采采矿矿矿矿地地地地球球球球物物物物理理理理学学学学中中中中所所所所采采采采用用用用的的的的方方方方法法法法，如如如如微微微微震震震震法法法法、地地地地音音音音法法法法、振振振振动法等观测记录的信息多，分析处理的信息量也大。动法等观测记录的信息多，分析处理的信息量也大。动法等观测记录的信息多，分析处理的信息量也大。动法等观

57、测记录的信息多，分析处理的信息量也大。 电电电电子子子子计计计计算算算算机机机机的的的的飞飞飞飞速速速速发发发发展展展展，正正正正好好好好促促促促进进进进了了了了地地地地球球球球物物物物理理理理方方方方法法法法的的的的大大大大力力力力发发发发展展展展。高高高高速速速速、大大大大容容容容量量量量计计计计算算算算机机机机的的的的应应应应用用用用，不不不不仅仅仅仅可可可可以以以以大大大大量量量量存存存存储储储储数数数数据据据据，进进进进行行行行信信信信号号号号的的的的转转转转换换换换和和和和数数数数据据据据的的的的传传传传输输输输，而而而而且且且且可可可可以以以以进进进进行行行行复复复复杂杂杂杂的的

58、的的分分分分析析析析和和和和处处处处理理理理，并并并并且且且且以以以以此此此此为为为为基基基基础础础础可可可可建建建建立立立立一一一一些些些些新新新新的的的的地地地地球球球球物物物物理理理理模模模模型型型型，进进进进一一一一步步步步解解解解决决决决一一一一些采矿、地质、安全等方面的复杂问题。些采矿、地质、安全等方面的复杂问题。些采矿、地质、安全等方面的复杂问题。些采矿、地质、安全等方面的复杂问题。 可可可可以以以以预预预预计计计计，二二二二十十十十一一一一世世世世纪纪纪纪采采采采矿矿矿矿中中中中应应应应用用用用的的的的测测测测量量量量、观观观观测测测测方方方方法法法法主主主主要要要要将是地球物理方法。将是地球物理方法。将是地球物理方法。将是地球物理方法。