隱伏金屬礦勘查中物化探方法技術應用研究

袁桂琴，楊少平，孫 躍，石旭東，王英秀，李秀菊，陳麗娟

（中國地質科學院 地球物理地球化學勘查研究所，河北 廊坊 065000）

0 前言

礦產資源是人類經濟社會發(fā)展的重要物質基礎。我國礦產資源需求量大，已探明儲量保障能力不足，對外依存度高，礦產資源需求形勢十分嚴峻。在進入“十二五”期間后，全國掀起了新一輪礦產勘查的高潮，覆蓋區(qū)與已知礦區(qū)深部與外圍找礦，已成為當前金屬礦勘查的首要任務。經找礦實踐證明，盡管目前物探化探方法技術在深部礦產勘查還存在一些問題，但是通過不斷地改進與完善，物化探方法必將成為地質找礦方法中的關鍵技術手段，將會發(fā)揮越來越重要的作用。

1 我國新一輪金屬礦產物化探勘查形勢與任務

我國能源、礦產資源盡可能立足國內，這不僅是國家安全的需要，也是社會發(fā)展的需要。危機礦山周圍或深部找礦，更是社會穩(wěn)定的需要［1］。我國覆蓋區(qū)分布廣泛（植被和土壤覆蓋區(qū)、沙漠戈壁區(qū)等），新一輪地質調查和金屬礦產勘查，面臨的多是地質條件復雜的、隱伏的、難以識別的找礦對象，或地理條件十分惡劣、工作條件十分艱苦的西部地區(qū)［2］。我們寄希望于物化探方法技術能發(fā)揮其優(yōu)勢，起到支撐與先行的作用。

隨著金屬礦找礦難度的增加，傳統(tǒng)物化探勘查方法的應用受到一定的限制。究其原因，長期以來我國對深部找礦理論、實踐以及成礦預測研究，尤以深部隱伏礦體精確定位的方法研究和實用技術不多［3］。主要表現(xiàn)為：

（1）我國大陸地質構造復雜，成礦類型眾多，礦床產出環(huán)境多樣，給建立深部找礦模型帶來了較大困難。

（2）深部找礦經驗不足，未能充分發(fā)揮地球物理探測的能力和綜合效應。

（3）地質、物探、化探、鉆探等技術，在深部找礦中結合不夠緊密，缺少系統(tǒng)的整裝成果。

（4）缺少大探測深度的技術組合及數(shù)據(jù)處理、綜合解釋系統(tǒng)。

因此，隨著金屬礦產找礦深度的增加，借助于勘查技術的進步與發(fā)展，合理部署和科學運用方法技術優(yōu)化組合就顯得尤為重要［4～6］。

2 金屬礦產勘查物化探方法技術組合應用與找礦效果

在梳理出的近十年來三十二處金屬礦床勘查實例中，物探化探方法應用情況見下頁表1。從表1可以看出，方法技術應用較多的是磁法、激發(fā)極化法、測深類電磁法（如可控源音頻大地電磁法CSAMT、瞬變電磁法TEM）、重力法，以及水系沉積物測量、土壤測量、巖石地球化學測量等。在鐵礦勘查中首選的方法為磁法，包括航磁、地磁和井中磁測；而在銅礦、鉛鋅礦及其它多金屬礦勘查中，常采用綜合方法，如磁法、激發(fā)極化法、TEM、CSAMT等物探方法，以及土壤測量、水系沉積物測量等化探方法。尋找金礦、銻礦等則更多采用水系沉積物測量、土壤測量、巖石地球化學測量等化探方法。

表1 隱伏金屬礦勘查物探化探方法應用情況一覽表Tab.1 List of application of geophysical and geochemical methods for exploration of concealed deposits

表1 隱伏金屬礦勘查物探化探方法應用情況一覽表（續(xù)一）Tab.1 List of application of geophysical and geochemical methods for exploration of concealed deposits（continued 1）

表1 隱伏金屬礦勘查物探化探方法應用情況一覽表（續(xù)二）Tab.1 List of application of geophysical and geochemical methods for exploration of concealed deposits（continued 2）

（1）鐵礦特別是磁性鐵礦的勘查方法，從我國勘查幾十年經驗認為，一般采用以磁法為主，重力和電法作為輔助，這是最有效的一條成功經驗［7］。對于尋找隱伏鐵礦而言，地面高精度磁測可驗證航磁異常存在與否，圈定磁性體位置和范圍，推斷磁性體的埋深與產狀。通過對井中三分量磁測，可較精細了解井底及井旁是否存在盲礦體，還可判定鉆孔終孔是否合理。針對深部探測，采用CSAMT、TEM等電磁法，可大致推斷出礦體形態(tài)與邊界。合理運用多種物探方法，可為鉆探工程布設提供重要依據(jù)。大臺溝礦區(qū)經過幾十年找礦工作，基本采用上述技術思路而獲新的進展和突破。在方法組合運用上比較合理，結合該地區(qū)地質成礦環(huán)境和物性特征，選用高精度地磁測量、重力精測剖面測量、電磁法剖面測量、綜合物探測井等一套方法組合，取得了重大突破［8］（見下頁圖1）。

（2）用于銅礦勘查常用的物探方法，包括高精度磁力測量、大功率激發(fā)極化測量、TEM、CSAMT、井中TEM、高精度重力測量等。地球化學方法則是在1∶200 000區(qū)域地球化學基礎上，開展1∶50 000水系沉積物測量或大比例尺的土壤測量。在大平梁銅礦勘查中，運用激電方法尋找中淺部位礦化蝕變帶具有非常直接的效果，為礦區(qū)縮小找礦范圍發(fā)揮了積極的作用。礦區(qū)磁異常大多反映了熱液交代形成的矽卡巖分布，可圈定矽卡巖以及含礦矽卡巖體的范圍。根據(jù)TEM異常布置的鉆孔見到了隱伏的矽卡巖、磁鐵礦、黃銅礦等。在評價矽卡巖型多金屬礦床中，采用磁法和瞬變電磁測深方法組合，可以取得非常明顯的找礦效果［9、10］（見后面圖2）。

（3）對于鉛鋅礦床的勘查，物化探勘查方法如水系沉積物測量、磁法測量、激電中梯、CSAMT測深等，都是常用的方法。通常采用化探、磁法或激電中梯掃面，發(fā)現(xiàn)礦化帶，繼而運用激電測深、CSAMT測深等組合方法，研究礦（化）帶（體）埋深、形態(tài)和規(guī)模。激電中梯異常用于圈定礦化帶，CSAMT測深用于反演解釋礦化帶的埋深及空間賦存狀態(tài)。低電阻率、高充電率的異常特征與鉛鋅礦化或圍巖蝕變有關。在對核桃坪礦集區(qū)鉛鋅銅多金屬礦的勘查中，運用1∶50 000區(qū)域物化探（1∶50 000高精度磁測和1∶50 000土壤測量）發(fā)現(xiàn)并圈定了金廠河、核桃坪等一批物化探綜合異常。在重點礦段，運用1∶10 000物化探方法技術，對礦體進行了定位和定性預測［11］（見后面圖3）。磁法測量成果初步確定了磁性體的傾向、傾角、厚度和頂部埋深。直流激電（中梯、對稱四極、偶極等裝置）在矽卡巖型鉛鋅多金屬礦體上出現(xiàn)明顯的低阻、高極化異常。激電中梯測量結果表明，在推測的磁性體部位有一視充電率異常與之對應。對稱四極測深結果與推測的磁性體相吻合，由此推斷磁異常與強激電異常相吻合，實為同一礦體引起。土壤地球化學測量結果表明，中溫、高溫元素在地下中深部成暈、成礦，低溫元素在地表表現(xiàn)較為發(fā)育。巖石地球化學測量結果與磁異常相對應，主要元素Pb、Zn、Cu、Ag、Cd等彼此套合，且具有明顯的分帶性。根據(jù)化探與磁異常，可圈定出鉛鋅銅鐵多金屬礦［12］。磁法、激電、地球化學測量等多種方法的合理運用，對在該區(qū)尋找隱伏多金屬礦起到了重要作用，在物化探異常區(qū)布置的鉆探工程大多見礦。

圖1 大臺溝鐵礦鉆探驗證結果（據(jù)張紅濤，2010）Fig.1 Drilling verify results of Dataigou iron

圖2 大平梁銅礦11線綜合異常解釋推斷圖（據(jù)徐敏山，2010）Fig.2 11lines integrated anomaly interpretation map of Dapingliang copper

（4）鎢鉬礦的勘查采用的物化探方法組合，為高精度磁測、激電測深、TEM、土壤測量等。以1∶10 000高精度磁測、CSAMT、1∶10 000土壤測量、激電測井等方法對異常進行追蹤。在大寶山鎢鉬礦中部、深部找礦勘查中，采用的物化探方法組合為高精度磁測、激電測深、瞬變電磁法、土壤測量等。以1∶10 000高精度磁測、CSAMT、1∶10 000土壤測量、激電測井等方法對異常進行追蹤。CSAMT取得良好效果，其關鍵是數(shù)據(jù)在處理過程中，采用了阻抗相位改正、靜態(tài)位移改正、帶地形二維反演技術，結合物性、地質情況進行定性、半定量綜合解釋［13、14］（見后面圖4）。礦區(qū)1∶10 000土壤地球化學測量成果表明，Mo、W等多元素主要呈面狀強異常分布，符合斑巖型鉬鎢礦床的分布規(guī)律，主要元素異常含量高、濃集中心大而醒目。提出斑巖鎢鉬礦礦體以上鎢、下鉬為主的新認識，已被勘查驗證結果所證實。

（5）老礦區(qū)深部尋找錫多金屬礦床，采用TEM、電磁測深法等電磁類方法，查明深部地質構造?；椒椒ń涍^多尺度水系沉積物、土壤，以及巖石地球化學測量，并結合地質勘測、工程驗證等手段，在尋找和評價銅金等多金屬礦方面有其優(yōu)越性。

3 金屬礦勘查物化探方法技術優(yōu)化組合研究

上面列舉的是物探化探方法技術組合成功應用的幾個典型實例，說明現(xiàn)有的物探化探方法通過合理優(yōu)化組合，可以取得令人滿意的勘查效果。但是，隨著找礦深度的增加或者是在地質條件復雜的覆蓋區(qū)找礦，物探化探方法的應用在很大程度上受到限制。就目前現(xiàn)有的方法如何發(fā)揮出優(yōu)勢，作者認為應從以下幾個方面引起重視。

3.1 加強物探化探方法適應性的研究，有針對性地選好用好方法

通過金屬礦勘查物化探方法應用效果分析認為，物化探方法應用取得好的勘查效果，其前提條件除研究礦床地質背景、地球物理特征、地球化學特征外，方法技術的選擇與合理優(yōu)化組合運用是必要條件，包括針對不同的目標任務，確定相應的工作部署、工作比例尺、觀測系統(tǒng)與精度、測量儀器，以及技術參數(shù)、數(shù)據(jù)處理與解釋方法、綜合推斷方法等的選擇與組合。

近年來，國外一系列先進儀器尤其是多功能電法勘探儀器相繼在我國得到廣泛應用，如美國的GDP32系列，德國的GMS06系統(tǒng)，加拿大鳳凰公司的V5、V6、V8系列等。許多基層勘查單位擁有了先進的勘查設備，但對這些儀器的使用上存在許多問題，影響了勘查效果，例如對微弱信號的采集、抗干擾技術與數(shù)據(jù)處理技術的運用方面還有待提高。對不具備方法應用前提的，使用先進的儀器也不會取得好的效果。

圖3 核桃坪礦集區(qū)金廠河礦段“0”線地、物、化綜合剖面圖（據(jù)官德任，2010）Fig.3 Comprehensive profile of geology，geophysical，geochemical for 0line of Hetaoping，Jinchanghe

圖4 大寶山鎢鉬礦54線CSAMT解釋剖面圖（粗紅線為鎢鉬礦體，據(jù)伍卓鶴，2010）Fig.4 CSAMT explain profile of 54lines of Tungsten Molybdenum ore of Dabaoshan

化探方法如構造疊加暈找礦方法［15～16］，適用于礦區(qū)基巖出露較好的地區(qū)，以及在已知礦體深部尋找盲礦體或第二個礦體富集帶。對于覆蓋區(qū)，酶提取法、地電化學法、金屬活動態(tài)測量法等，則能反映深部異常特征。因此，選擇經濟合理（有效）的勘探方法組合，應建立在對勘查區(qū)應用條件充分研究的基礎上，針對不同礦種、不同景觀條件、不同勘查階段，采用不同的方法技術。深入研究和拓展適宜的物化探技術組合，這對于提高深部礦探測的命中率和工作效率十分重要。

3.2 加強物探化探方法組合應用效果的綜合研究

由于控礦介質與結構和深層礦藏千差萬別，所以應針對不同探測目標，開展地、物、化、遙等區(qū)域綜合信息研究，集成各種勘查方法的效應，綜合分析各類異常，建立地質～地球物理～地球化學模型及預測準則，取得最逼近實際的認識，以提高找礦成效。區(qū)域綜合研究程度的高低，意味著能否正確把握找礦方向，能否準確篩選找礦靶區(qū)靶位，事關區(qū)域礦產預查評價工作的全局。它對于提高區(qū)域礦產預測能力，縮短找礦周期，實現(xiàn)找礦突破，具有至關重要的戰(zhàn)略性礦產勘查意義。面對不同方法獲得的大量找礦信息，需要建立多學科互補、協(xié)同機制，在不同學科間交流、互補、印證，以提高地質解釋的確定性。

3.3 加快高精度、多參數(shù)、大探測深度勘查技術研發(fā)與推廣

解決深部找礦問題，突破的關鍵在于新技術、新方法的研發(fā)和合理運用，主要包括三個技術難題：①加大探測深度；②提高探測精度；③增強抗強干擾能力。經過十二年地質大調查的實施，我國地質裝備水平有了很大提高。但不同單位，使用這些先進設備的水平卻參差不齊，在資料處理、綜合解釋方面也存在許多差異，沒有真正發(fā)揮出高精尖設備的優(yōu)勢，因此，亟待提高全國地勘單位新方法、新技術整體應用水平。另一方面，要加快研發(fā)1 500m深度范圍內綜合地球物理立體填圖技術，為深部礦產勘查提供技術手段。

針對深部找礦面臨的技術難題，我國研究人員已提出原則性的研發(fā)思路和技術體系。

（1）圍繞實現(xiàn)勘查技術（地、物、化、遙等）的集成與突破，即以信息技術為核心，利用地理信息系統(tǒng)（GIS）、模擬技術、三維位場數(shù)據(jù)處理等多學科技術的融合和集成，獲得綜合找礦信息。

（2）突出技術的實用性和效益性，避免一味追求技術的先進性。

（3）樹立大地質、大資源、大科學的理念，加強深部地質研究，增強深部地質演變過程與成礦作用控制的認識，為實現(xiàn)“找大礦、找富礦”提供理論依據(jù)。

4 結語

在應用勘查方法技術時，除必須深入、系統(tǒng)研究勘查區(qū)的地質、成礦背景外，還要密切結合勘查區(qū)的地球物理特征及地球化學特征，科學合理地選擇方法，用對用好物化探方法，充分研究和發(fā)揮各方法技術的優(yōu)勢。單一方法對異常做出合理的解釋有其局限性，作者在本文提出的物化探方法技術的“優(yōu)化組合”，從多方面研究異常源的性質，提高了地質解釋的準確性，為鉆探等工程驗證提供準確信息。這是今后金屬礦物探化探勘查的有效工作途徑，也是找礦成敗或影響找礦周期的重要因素。對于深部找礦，迫切需要發(fā)展大探測深度的物化探方法技術、綜合地球物理三維立體填圖技術、抗干擾技術、弱信號采集與處理技術等。這些應是今后深部礦產勘查技術中不可或缺的重要組成部份，也是物探化探勘查技術發(fā)展的主流方向。

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