目前，國內(nèi)煤礦礦井物探方法中，探測采煤工作面地質(zhì)構(gòu)造的物探方法有：地震槽波、無線電波透視、探地雷達、瑞雷波及礦井地震全波形反演技術(shù)。
目前成都創(chuàng)新互聯(lián)已為上1000家的企業(yè)提供了網(wǎng)站建設(shè)、域名、網(wǎng)站空間、成都網(wǎng)站托管、企業(yè)網(wǎng)站設(shè)計、南鄭網(wǎng)站維護等服務(wù)，公司將堅持客戶導向、應(yīng)用為本的策略，正道將秉承"和諧、參與、激情"的文化，與客戶和合作伙伴齊心協(xié)力一起成長，共同發(fā)展。
地震槽波、無線電波透視、探地雷達、瑞雷波技術(shù)是常規(guī)的采煤工作面地質(zhì)構(gòu)造探測技術(shù)，其中，探測深度最大且探測精度較高的是地震槽波技術(shù)。
地震全波形反演技術(shù)是北京中礦大地研發(fā)的一種新的礦井物探技術(shù)，對采煤工作面的地質(zhì)構(gòu)造識別精度高于其它物探方法，被中國煤炭協(xié)會鑒定為國際領(lǐng)先水平。
地震全波形反演（FWI）是一種高精度、高分辨率的地下介質(zhì)物性參數(shù)反演方法。由于FWI利用了地震記錄中全部的運動學和動力學信息，因而具有精細刻畫復雜地質(zhì)構(gòu)造的能力，適合于對地層進行透明三維地質(zhì)成像。
基于地震全波形反演成果，結(jié)合鉆孔、巷道實測素描等多源數(shù)據(jù)融合分析，可以構(gòu)建綜采工作面精準靜態(tài)三維地質(zhì)模型，實現(xiàn)綜采工作面地質(zhì)透明化，為智能煤礦透明地質(zhì)保障系統(tǒng)提供技術(shù)支撐。
一、內(nèi)容概述
地質(zhì)信息系統(tǒng)（GIS），產(chǎn)生于20 世紀60 年代。它隨著人們對自然資源和環(huán)境的規(guī)劃管理工作的需要以及計算機制圖技術(shù)的應(yīng)用而誕生，是一種對大批量空間數(shù)據(jù)采集、存儲、管理、檢索、處理和綜合分析并以多種形式輸出結(jié)果的計算機系統(tǒng)。1965 年，W.L.Garrison首先提出了“地質(zhì)信息系統(tǒng)”這一術(shù)語，開創(chuàng)了這一新技術(shù)的發(fā)展史。此后，美國、加拿大、英國、澳大利亞等國均投入了大量人力、物力和財力，并逐步確立了他們在這一領(lǐng)域里的國際領(lǐng)先地位（黃潤秋，2001）。
二、應(yīng)用范圍及應(yīng)用實例
1.GIS技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害信息系統(tǒng)中的應(yīng)用
隨著人口的急劇增長，經(jīng)濟的迅速發(fā)展和自然資源的大量消耗，不僅生態(tài)環(huán)境惡化，而且導致自然災(zāi)害（包括地質(zhì)災(zāi)害）頻繁發(fā)生。美國、印度等國是世界上地質(zhì)災(zāi)害較為嚴重的國家，地質(zhì)災(zāi)害具有類型多、分布廣和成災(zāi)強度高的特點。這些地質(zhì)災(zāi)害大部分發(fā)生在承災(zāi)能力較低的地區(qū)，給當?shù)氐慕?jīng)濟和社會穩(wěn)定構(gòu)成了嚴重的威脅。地質(zhì)災(zāi)害是地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量低劣的表現(xiàn)，它的頻發(fā)不僅反映了自然地質(zhì)環(huán)境的脆弱性，而且反映了人類工程經(jīng)濟活動與地質(zhì)環(huán)境間矛盾的激化。要使人類工程經(jīng)濟活動與地質(zhì)環(huán)境之間保持較為協(xié)調(diào)的關(guān)系，就必須對地質(zhì)環(huán)境進行評價，以了解不同經(jīng)濟發(fā)展過程中區(qū)域地質(zhì)環(huán)境的基本態(tài)勢和變化趨勢，為環(huán)境管理和城市規(guī)劃等提供依據(jù)，但傳統(tǒng)技術(shù)手段已不能完全應(yīng)付迅速反應(yīng)的地質(zhì)災(zāi)害。地質(zhì)信息系統(tǒng)作為當前高科技發(fā)展的產(chǎn)物，集圖形、圖像與屬性數(shù)據(jù)管理、處理、分析、輸入輸出等功能為一體，應(yīng)是當前地質(zhì)環(huán)境評價與地質(zhì)災(zāi)害預測的強有力工具（趙金平等，2004）。
GIS 技術(shù)的產(chǎn)生是計算機技術(shù)和信息化發(fā)展的共同產(chǎn)物。是管理和研究空間數(shù)據(jù)的技術(shù)系統(tǒng)?？梢匝杆俚孬@取滿足應(yīng)用需要的信息，能以地圖、圖形或數(shù)據(jù)的形式表示處理的結(jié)果（曹修定等，2007）。國外尤其是發(fā)達國家在GIS應(yīng)用與地質(zhì)災(zāi)害研究方面已做了很多工作。從20世紀60年代至今，GIS技術(shù)的應(yīng)用也從數(shù)據(jù)管理、多源數(shù)據(jù)集數(shù)字化輸入和繪圖輸出，到DEM或DTM模型的使用，到GIS結(jié)合災(zāi)害評價模型的擴展分析，到GIS與決策支持系統(tǒng)（DSS）的集成，到網(wǎng)絡(luò)GIS，逐步發(fā)展深入應(yīng)用（黃潤秋，2001）。
印度Roorkee大學地球科學系的R.P.Gupta和B.C.Joshi（1990）用GIS方法對喜馬拉雅山麓的Ramganga Catchment地區(qū)進行滑坡災(zāi)害危險性分帶。該項研究基于多源數(shù)據(jù)集，如航空像片、MSS磁帶數(shù)據(jù)、MSS圖像、假彩色合成圖像及各種野外數(shù)據(jù)，包括地質(zhì)、構(gòu)造、地形、土地利用及滑坡分布。以上數(shù)據(jù)需要進行數(shù)字、圖像等處理，然后解譯繪制出專題平面圖，包括地質(zhì)圖（巖性與構(gòu)造）、滑坡分布圖、土地利用圖等。這些圖件經(jīng)數(shù)字化及有關(guān)數(shù)據(jù)都存儲在GIS系統(tǒng)中，找出與滑坡災(zāi)害評價相關(guān)的因素，如滑坡活動與巖性的關(guān)系，滑坡活動與土地利用的關(guān)系，不同斜坡類型的滑坡分布情況，滑坡分布與主要斷裂帶的距離關(guān)系。經(jīng)過統(tǒng)計及經(jīng)驗分析，引入一個滑坡危險系數(shù)（LNRF）。LNRF值越大，表示該地滑坡災(zāi)害發(fā)生的危險性越高。并且對LNRF的3個危險級別分別賦予0、1、2三個權(quán)重?？紤]到滑坡的發(fā)生是多個因素綜合作用的結(jié)果，故調(diào)用GIS的疊加分類模型，將各因素的權(quán)重疊加，得到綜合圖件，圖上反映的是每個地區(qū)的權(quán)重總和。根據(jù)給定標準，即可在這張圖上勾繪出滑坡災(zāi)害危險性分區(qū)圖。
荷蘭ITC的C.J.Van Westen和哥倫比亞IGAC的J.B.Alzate Bonilla（1990）基于GIS對山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害進行分析。他們在數(shù)據(jù)采集、整理方面做了大量工作，建立了一套完整的數(shù)據(jù)庫。在此基礎(chǔ)上，開發(fā)出了分析評價模型，如斜坡穩(wěn)定性分析模型，其主要功能是計算斜坡穩(wěn)定的安全系數(shù)。另外，兩位學者還利用GIS所生成的數(shù)字高程模型（DEM），開發(fā)出了一部山區(qū)落石滾落速率計算模型，并據(jù)此繪出了研究區(qū)內(nèi)落石速率分區(qū)圖（黃潤秋，2001）。
美國科羅拉多州立大學Mario Mejia-Navarro和Ellen E.Wohl（1994）在哥倫比亞的麥德林地區(qū)，用GIS進行地質(zhì)災(zāi)害和風險評估（姜作勤，2008）。利用GIS對麥德林地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害進行了分析和研究，重點考慮了基巖和地表地質(zhì)條件、構(gòu)造地質(zhì)條件、氣候、地形、地貌單元及其形成作用、土地利用和水文條件等因素。根據(jù)各因素的組成成分和災(zāi)害之間的對應(yīng)關(guān)系，把每一種因素細分為不同范疇等級，借助于GIS軟件（GRASS）的空間信息存儲、緩沖區(qū)分析、DEM模型及疊加分析等功能，對有關(guān)滑坡、洪水和河岸侵蝕等災(zāi)害傾向地區(qū)進行了災(zāi)害分析，并對某一具體事件各構(gòu)成因素的脆弱性進行評價。
同樣是美國科羅拉多州立大學Mario Mejia-Navarro博士后等人（1996）將GIS技術(shù)與決策支持系統(tǒng)（DSS）結(jié)合，利用GIS（主要是地質(zhì)資源分析系統(tǒng)GRASS軟件）及工程數(shù)學模型建立了自然災(zāi)害及風險評估的決策支持系統(tǒng)并應(yīng)用在科羅拉多州的Glenwood Springs地區(qū)（姜作勤等，2001）。應(yīng)用GIS建立指標數(shù)據(jù)庫，并建立基于GIS的多個控制變量的權(quán)重關(guān)系式。對泥石流、洪水、地面沉降、由風引起的火災(zāi)等災(zāi)種進行了災(zāi)害敏感性分析、脆弱性分析及風險評估，輔助政府部門做出決策。
美國地質(zhì)調(diào)查局（USGS）已把加強城市地質(zhì)災(zāi)害研究列為21世紀初的重要工作，借助GIS編制美國主要城市地區(qū)多種災(zāi)害的數(shù)字化圖件，這種做法與西歐國家的城市地質(zhì)工作的總趨勢一致。其中，美國科羅拉多州格倫伍德斯普林市的城市地質(zhì)災(zāi)害評價項目最具代表性。由于該市位于山區(qū)河谷地區(qū)，崩滑流地質(zhì)災(zāi)害制約著城市的發(fā)展，為此，城市規(guī)劃部門委托科羅拉多州立大學，開展了GIS地質(zhì)災(zāi)害易損性和風險評價編圖研究，最終按14種土地利用適宜性等級，對評價區(qū)進行了土地利用區(qū)劃，圈出了未來城市發(fā)展的適宜地段和高風險區(qū)，在此基礎(chǔ)上建立了城市整體化決策支持系統(tǒng)。
綜上所述，可以看出，國外尤其是發(fā)達國家將 GIS 應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害研究起步較早（表1），研究程度已遠遠超過我們，此方面的應(yīng)用也隨著GIS技術(shù)的自身發(fā)展而深入（黃潤秋，2001）。
2.GIS在地質(zhì)礦產(chǎn)勘查中的應(yīng)用
地質(zhì)信息系統(tǒng)與現(xiàn)代地球及其相關(guān)科學日益增長的需求相適應(yīng)，以處理地球上任何具有空間方位的海量信息為特征，具定量、定時、定位等優(yōu)點，近10年來已在地質(zhì)礦產(chǎn)勘查中得到廣泛應(yīng)用。一個區(qū)域各種地質(zhì)資料（圖形、圖像、文字、邏輯、數(shù)值）的GIS分析實際上代表該區(qū)域現(xiàn)階段較為客觀的總認識。目前，野外收集資料、數(shù)據(jù)建庫、GIS分析等尚存在規(guī)范化、標準化等問題，GIS本身解決諸多專業(yè)性較強地質(zhì)問題的能力亦不足。但GIS的進一步發(fā)展與完善必將使地質(zhì)礦產(chǎn)勘查進入一個數(shù)字化的新時期（周軍等，2002）。
GIS因解決地質(zhì)問題而產(chǎn)生，其雛形可以追溯到20 世紀60 年代。加拿大測量學家R.F.Tomlinson首先于1963年提出地質(zhì)信息系統(tǒng)這一術(shù)語，建成世界上第一個GIS即加拿大GIS（CGIS）一并應(yīng)用于資源管理與規(guī)劃。1970～1976年間美國聯(lián)邦地質(zhì)調(diào)查局建成50多個信息系統(tǒng)并進行綜合地質(zhì)研究，德國在1986 年建成DASCH系統(tǒng)，瑞典、日本等國也陸續(xù)建有自己的GIS。GIS的發(fā)展與計算機科學的高速發(fā)展并行，主要發(fā)生在過去的20年中，而近10年來發(fā)展更快（周軍等，2002）。
表1 國外GIS在地質(zhì)環(huán)境與地質(zhì)災(zāi)害研究中的應(yīng)用
GIS因解決地質(zhì)問題而產(chǎn)生，其雛形可以追溯到20 世紀60 年代。加拿大測量學家R.F.Tomlinson首先于1963年提出地質(zhì)信息系統(tǒng)這一術(shù)語，建成世界上第一個GIS即加拿大GIS（CGIS）一并應(yīng)用于資源管理與規(guī)劃。1970～1976年間美國聯(lián)邦地質(zhì)調(diào)查局建成50多個信息系統(tǒng)并進行綜合地質(zhì)研究，德國在1986 年建成DASCH系統(tǒng)，瑞典、日本等國也陸續(xù)建有自己的GIS。GIS的發(fā)展與計算機科學的高速發(fā)展并行，主要發(fā)生在過去的20年中，而近10年來發(fā)展更快（周軍等，2002）。
ArcInfo與ArcView GIS是當前最流行的兩個軟件包，為美國ESRI（Environmental Systems Research Institute，Inc.）的重要產(chǎn)品，被許多國家官方確定為國土資源、地質(zhì)、環(huán)境等管理、研究的主要地質(zhì)信息系統(tǒng)。ESRI始建于1969年，由Jack Dansermond和Laura Dangermond用自己平時積蓄的1100美元起步，經(jīng)過20世紀70年代的艱苦奮斗，1981年推出新型ArcInfo，1986年微機版的PC ArcInfo投入市場，1991 年又一力作ArcView GIS問世。1981年ESRI在其Redlands總部召開首次用戶會議，僅18人到場，而1998年的用戶大會有來自90個國家的8000多位代表。
ESRI的發(fā)展史反映了GIS從無到有、從弱到強、迅速成長壯大的發(fā)展歷程，也從一個側(cè)面顯示出GIS巨大的市場潛力和難以估量的應(yīng)用價值。
據(jù)悉，1995年市場上有報價的GIS 軟件已達上千種，但主要占據(jù)市場的不過10 余種。除上述提到的ArcInfo與ArcView GIS外，國外的GIS代表作還有MapInfo、ErMapper、Idrisi Endas、Erdas、Genamap、Spans、Tigris等。
GIS已在地質(zhì)礦產(chǎn)勘查中得到廣泛應(yīng)用，并取得許多矚目成果。美國、加拿大、澳大利亞早在1985～1989年就將其應(yīng)用于地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查和填圖。目前，澳大利亞開始利用筆記本電腦以數(shù)字形式采集野外地質(zhì)數(shù)據(jù)，建立有關(guān)數(shù)據(jù)庫，借助ArcInfo與ArcViewGIS編制第二代地質(zhì)圖件。
三、資料來源
曹修定，阮俊等.2007.GIS技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害信息系統(tǒng)中的應(yīng)用.中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學報，18（3）：112～115
黃潤秋.2001.面向21世紀地質(zhì)環(huán)境管理及地質(zhì)災(zāi)害評價的信息技術(shù).國土資源科技管理，18：30～34
姜作勤.2008.國內(nèi)外區(qū)域地質(zhì)調(diào)查全過程信息化的現(xiàn)狀與特點.地質(zhì)通報，27（7）：956～964
姜作勤，張明華.2001.野外地質(zhì)數(shù)據(jù)采集信息化所涉及的主要技術(shù)及其進展.中國地質(zhì)，28（2）：36～42
趙金平，焦述強.2004.基于GIS的地質(zhì)環(huán)境評價在國外的研究現(xiàn)狀.南通工學院學報（自然科學版），3（2）：46～50
周軍，梁云.2002.地理信息系統(tǒng)及其在地質(zhì)礦產(chǎn)勘查中的應(yīng)用.西安工程學院學報，24（2）：47～50
目前，智能煤礦三維地質(zhì)模型主要有礦井三維地質(zhì)模型
構(gòu)建礦井三維地質(zhì)模型比較好的物探方法是地面三維地震。利用地面三維地震成果及地面鉆孔資料構(gòu)建大尺度的礦井三維地質(zhì)模型，這種地質(zhì)模型誤差較大，主要用于宏觀了解礦井地層、煤層及構(gòu)造空間分布。
透明地質(zhì)保障系統(tǒng)需要高精度三維地質(zhì)模型，首先，需要在綜采工作面回采前構(gòu)建高精度靜態(tài)三維地質(zhì)模型，其后，在綜采工作面回采期間，利用人工或自動探測與測量方法對回采剖面精準探測，實現(xiàn)三維地質(zhì)模型的動態(tài)更新，構(gòu)建精準動態(tài)三維地質(zhì)模型，以滿足智能綜采系統(tǒng)對三維地質(zhì)模型精度的要求。
構(gòu)建高精度靜態(tài)三維地質(zhì)模型的物探方法目前領(lǐng)先的是礦井地震全波形反演技術(shù)。國內(nèi)可以做礦井地震三維全波形反演的公司只有北京中礦大地地球探測工程技術(shù)有限公司。
地震全波形反演（FWI）是一種高精度、高分辨率的地下介質(zhì)物性參數(shù)反演方法。由于FWI利用了地震記錄中全部的運動學和動力學信息，因而具有精細刻畫復雜地質(zhì)構(gòu)造的能力，適合于對地層進行透明三維地質(zhì)成像。
基于地震全波形反演成果，結(jié)合鉆孔、巷道實測素描等多源數(shù)據(jù)融合分析，可以構(gòu)建綜采工作面精準靜態(tài)三維地質(zhì)模型，實現(xiàn)綜采工作面地質(zhì)透明化，為智能煤礦透明地質(zhì)保障系統(tǒng)提供技術(shù)支撐。
重慶分公司
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