金屬礦地震方法研究新進(jìn)展

一直以來，非震方法（如電磁法、位場(chǎng)技術(shù)等）在近地表礦產(chǎn)勘查中發(fā)揮著重要的作用，但隨著可開發(fā)的探明儲(chǔ)量的礦產(chǎn)資源也越來越少，需要尋求更深的礦產(chǎn)勘查空間。當(dāng)前，礦產(chǎn)資源開發(fā)深度已經(jīng)達(dá)到三千多米，可想重力和磁法等非震方法已難以鎖定埋深大于上千米的目標(biāo)體。這樣的情況下，勘探深度可達(dá)數(shù)公里的地震反射技術(shù)，成為了當(dāng)今深部找礦領(lǐng)域具有研究潛力和應(yīng)用前景的技術(shù)方法。

1 發(fā)展篇

現(xiàn)實(shí)中，盡管金屬礦地震方法具有深部勘探的優(yōu)勢(shì)，但是其應(yīng)用和推廣卻受到較大的制約，這主要是由于大部分礦區(qū)地表?xiàng)l件復(fù)雜，巖性、構(gòu)造多變，地震地質(zhì)條件相對(duì)復(fù)雜；同時(shí)，金屬礦形態(tài)復(fù)雜，目標(biāo)波阻抗差小等，使得地震勘探難以獲得高質(zhì)量的數(shù)據(jù)；再者，金屬礦地震勘探技術(shù)的數(shù)據(jù)處理方法尚未形成一套體系，資料處理難度大，好的標(biāo)準(zhǔn)層也不易發(fā)現(xiàn)，波組特征復(fù)雜，地震相特征不明顯，解釋具有復(fù)雜性。

在以上因素的制約下，地震勘探方法直到20世紀(jì)70～80年代，才開始應(yīng)用到金屬礦產(chǎn)勘查中。近幾年，在加拿大、瑞典等國家十分重視金屬礦地震方法技術(shù)研究：瑞典克里斯蒂娜貝里礦區(qū)謝萊夫特礦區(qū)開展了地震反射成像、三維地震勘探研究；加拿大的新布倫瑞克省的礦區(qū)進(jìn)行了二維、三維與散射波地震勘探成像研究；芬蘭歐托昆普進(jìn)行了垂直地震剖面（VSP）和銅－鈷－鋅礦床的地震成像研究。

總體來看，高分辨率地震勘探，適用于線狀布設(shè)，圈定控礦構(gòu)造，非常規(guī)觀測(cè)系統(tǒng)，獲取三維信息；三維地震勘探適用于面狀布設(shè)，發(fā)現(xiàn)圈定礦體，建立三維模型，以及對(duì)陡立巖體的成像；VSP地震勘探適用于礦體精細(xì)成像，尤其是陡立礦體或無反射情況；散射波成像適用于確定礦體規(guī)模、方向、形狀，探測(cè)不均勻體。

目前，我國地震找礦面臨諸多挑戰(zhàn)，成礦地質(zhì)條件復(fù)雜，信噪比低，干擾噪聲強(qiáng)，反射波不連續(xù)，波場(chǎng)復(fù)雜等。

2 技術(shù)篇

近十多年來，地震方法用于硬巖勘探的實(shí)踐，引起了各國學(xué)者對(duì)金屬礦地震勘探方法技術(shù)的研究熱情。多國的研究較好地解決了礦產(chǎn)勘查中的礦體、地質(zhì)構(gòu)造、巖性填圖、侵入體和蝕變帶的圈定等問題，取得了較好的效果。

2.1 二維反射地震

首先從采集技術(shù)方面來看，二維地震勘探一般用于普查階段，解決深部構(gòu)造等問題。金屬礦二維反射地震勘探采用高分辨率地震勘探技術(shù)，多分布式地震采集系統(tǒng)，高頻垂直地震振動(dòng)器，震源以炸藥及沖擊震源為主，為了提高野外采集數(shù)據(jù)的信噪比，常采用震源組合和檢波器組合。

在布置測(cè)線前，利用重磁、地質(zhì)等資料，使得測(cè)線布置方位垂直主要構(gòu)造。觀測(cè)系統(tǒng)常采用非常規(guī)方式：測(cè)線多為曲線布設(shè)，并且把每條剖面上的所有的激發(fā)點(diǎn)記錄在兩條線上，在兩條剖面中間產(chǎn)生橫剖面數(shù)據(jù)。當(dāng)經(jīng)費(fèi)不足以及設(shè)備無法采集到三維地震信息時(shí)，可以通過采集橫剖面數(shù)據(jù)來獲得一個(gè)區(qū)域大量的三維信息。

要十分重視地震勘探前的實(shí)驗(yàn)工作，投入足夠的工作量，加強(qiáng)激發(fā)與接收實(shí)驗(yàn)，選取最佳的激發(fā)、接收參數(shù)與組合模式，拓寬子波頻帶。

從處理技術(shù)方面分析，國外近年金屬礦高分辨率地震勘探處理步驟，多在常規(guī)處理的基礎(chǔ)上，對(duì)一些關(guān)鍵步驟特別重視，如：疊前的信號(hào)增強(qiáng)技術(shù)、折射靜校正、橫傾角分析、動(dòng)校正（DMO）等。

對(duì)處理后疊加有重要影響的主要關(guān)鍵處理技術(shù)有以下幾方面：

疊前信號(hào)增強(qiáng)技術(shù)：設(shè)計(jì)各種疊前濾波處理方法，保護(hù)高頻信號(hào)，拓寬頻帶，增加資料的信噪比和分辨率，如：時(shí)變帶通濾波、中值濾波、反褶積，能量補(bǔ)償?shù)取?/p>

折射靜校正技術(shù)：在交互折射波靜校正中，處理好靜校正的關(guān)鍵在于初至波的準(zhǔn)確提取，因此，提取初至波要自動(dòng)檢查和調(diào)整，并人工提取。

動(dòng)校正技術(shù)：傾角反射在動(dòng)校正速度大的時(shí)候相干性好，亞平行反射在動(dòng)校正速度低的時(shí)候相干性較好。通常，應(yīng)用傾角時(shí)差校正能讓不同傾角的橫向反射層同時(shí)疊加。

橫傾角分析技術(shù)：橫向傾角是垂直于產(chǎn)生反射點(diǎn)散射和時(shí)間延遲的地震剖面的垂直剖面上的反射傾角的一部分，垂直于共深度點(diǎn)反射的中心點(diǎn)的強(qiáng)烈反射能得到橫向傾角反射成分的地震數(shù)據(jù)。橫向傾角校正對(duì)于疊加速度很敏感，首先要進(jìn)行常速疊加以獲得平緩傾角反射的最佳速度。橫向傾角是根據(jù)經(jīng)過橫向傾角校正和用已知的常疊加速度用肉眼觀察進(jìn)行振幅疊加后推測(cè)出來的。

在解釋技術(shù)方面，重視綜合資料的解釋技術(shù)，如綜合重磁、地表地質(zhì)、垂直地震剖面等資料對(duì)提高地下構(gòu)造與巖性認(rèn)識(shí)，圈定找礦遠(yuǎn)景區(qū)十分有益。此外，石油地震勘探中一些成熟的方法技術(shù)，可以經(jīng)過實(shí)驗(yàn)后適度調(diào)整直接應(yīng)用到金屬礦的地震勘探中來，如多金屬硫化物礦床反射地震波與油氣產(chǎn)生的振幅隨能量變化比較相似，可用已經(jīng)發(fā)展成熟的局部"亮點(diǎn)"勘探技術(shù)和疊前反演分析技術(shù)去分析。

2.2 三維反射地震

復(fù)雜構(gòu)造要用三維反射技術(shù)成像才能查明，實(shí)際工作中，沿平行線布置上千檢波器，然后對(duì)垂直排列的炮點(diǎn)經(jīng)行逐一放炮。國外三維金屬礦地震采集主要強(qiáng)調(diào)以下3點(diǎn)：加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)，對(duì)激發(fā)、接收等參數(shù)進(jìn)行反復(fù)實(shí)驗(yàn)，確定最佳組合；在礦體附近區(qū)域加密采集；采用寬頻接收。

三維地震勘探數(shù)據(jù)處理的關(guān)鍵處理步驟主要有：疊前濾波、折射靜校正、DMO、疊后濾波和偏移。

疊前濾波：頻率域地表一致性反褶積可保留與有用信號(hào)相關(guān)的最高頻率；地表一致性反褶積有助于提高分辨率；補(bǔ)償炮點(diǎn)和接收點(diǎn)在基巖裸露區(qū)和表層覆蓋區(qū)不同地表?xiàng)l件下對(duì)耦合的影響；帶通濾波、中值濾波和地表一致性反褶積后，橫波的能量可得到衰減。

折射靜校正：在結(jié)晶巖地區(qū)，準(zhǔn)確求取風(fēng)化層折射靜校正值對(duì)地震成像至關(guān)重要。為了計(jì)算折射靜校正值，可使用自動(dòng)拾取初至方法，然后對(duì)需要修正的地方進(jìn)行手動(dòng)檢查和修改。

動(dòng)校正（DMO）：在結(jié)晶巖地區(qū)，不同巖性的巖石之間結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，比如陡傾地層、斷裂、變形、蝕變、褶皺等。在這樣的地質(zhì)條件下，反射體常受控于傾斜構(gòu)造，三維克?；舴駾MO校正允許有不同傾向的反射體采用不同的背景速度同時(shí)進(jìn)行疊加，留礦體小構(gòu)造散射，加強(qiáng)陡傾反射信號(hào)的連續(xù)性。

疊后濾波和偏移：使用相關(guān)濾波器在頻率域?qū)ΟB后資料進(jìn)行反褶積運(yùn)算可以抑制隨機(jī)噪聲。為了使散射波歸位，要采用不同的算法進(jìn)行疊后偏移，進(jìn)行比較，選擇散射收斂最好的算法。疊前偏移適合大礦體強(qiáng)反射，利于保留散射，疊后偏移對(duì)小構(gòu)造常規(guī)成像效果更好。因此，疊前偏移和疊后偏移要根據(jù)需求具體選擇使用方式。

近幾年，國外三維地震勘探解釋技術(shù)比較重視綜合地質(zhì)、其他地球物理方法信息，建立三維地質(zhì)地球物理模型，強(qiáng)調(diào)綜合解釋，特別是鉆孔與巖性資料對(duì)容礦構(gòu)造解釋尤為重要；偏移剖面與未偏移剖面相結(jié)合進(jìn)行解釋；進(jìn)行多波綜合解釋。

2.3 垂直地震剖面地震勘探

二維和三維地震技術(shù)能有效地使深部構(gòu)造成圖，但卻對(duì)于角度大的陡峭傾斜構(gòu)造效果不佳，也不能確定層速度，垂直地震剖面（VSP）地震勘探技術(shù)則可以解決這些問題。

國外多采用變偏移距 VSP（Walk－Away）、3DVSP等VSP觀測(cè)系統(tǒng)，儀器向更深、耐壓、耐溫、適合各種井型的方向發(fā)展。在設(shè)定采集參數(shù)前，多采用照明技術(shù)對(duì)最佳觀測(cè)位置進(jìn)行評(píng)價(jià)選擇。

其關(guān)鍵技術(shù)主要有：PS－SS波分離成像技術(shù)及3D－VSP偏移技術(shù)。

一般和地表三維地震勘探數(shù)據(jù)聯(lián)合解釋，提高解釋精度，同時(shí)開展絕對(duì)振幅疊加成像，成像結(jié)果與透鏡體位置對(duì)應(yīng)很好。

3 應(yīng)用篇

在實(shí)際應(yīng)用中，由于多數(shù)有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的礦床都存在于硬巖環(huán)境中，波阻抗差小，為了提高到最大信噪比，在采集和資料處理過程中需要特別注意細(xì)節(jié)：確保震源、檢波器在基巖上耦合較好；在勘探前進(jìn)行各種測(cè)試，選擇最好的參數(shù)；硬巖環(huán)境中構(gòu)造比較復(fù)雜，陡峭體多，需較高的分辨率和多次疊加提高信噪比解決問題；常常需要提前進(jìn)行模擬仿真，用來確定適宜的檢波器位置；富集礦床規(guī)模并不大，地震反射剖面長(zhǎng)作為散射出現(xiàn)而不是反射，需加強(qiáng)追蹤散射；疊加偏移是一個(gè)復(fù)雜的處理技術(shù)，既難又花費(fèi)精力，必須謹(jǐn)慎使用；通常是在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行礦石波速和密度測(cè)定，查明遠(yuǎn)景勘探區(qū)圍巖密度是否可能產(chǎn)生反射，以此判斷勘探是否可行。

總體來看，高分辨率地震勘探，適用于線狀布設(shè)，圈定控礦構(gòu)造，非常規(guī)觀測(cè)系統(tǒng)，獲取三維信息；三維地震勘探，適用于面狀布設(shè)，發(fā)現(xiàn)圈定礦體，建立三維模型，對(duì)陡立巖體成像，尤其是陡立礦體或無反射情況；散射波成像，適用于確定礦體規(guī)模、方向、形狀，尤其是探測(cè)不均勻礦體，在尋找不同礦床類型時(shí)，要根據(jù)礦床的地質(zhì)特征進(jìn)行具體分析。

3.1 金礦

由于貴金屬的含量比較低，所以這些礦體無法通過地震方法直接確定。但他們周圍常伴有蝕變暈，或常出現(xiàn)在逆沖斷層巖脈或者剪切破碎帶，這些構(gòu)造可以通過VSP和高分辨率的廣角二維和三維地震發(fā)射技術(shù)來確定。

3.2 鎳－銅－鉑巖漿礦床

地震發(fā)射技術(shù)非常適合內(nèi)部層狀結(jié)構(gòu)或分層火成雜巖的探測(cè)，而且他們的圍巖由于超鎂鐵巖和鎂鐵巖后期的分異而導(dǎo)致很大的阻抗差異，這表明在底部的超鎂鐵巖和鎂鐵巖可以反映出大多數(shù)圍巖特征，鎂綠巖也一樣。大型硫化物礦體的圍巖可通過二維和三維研究所得的繞射圖直接檢測(cè)到。由此推論，應(yīng)用三維地震勘探技術(shù)可以勘探鎳－銅－鉑礦床及其圍巖或大型的超鎂鐵質(zhì)/鎂鐵質(zhì)雜巖。

3.3 火山塊狀硫化物礦床

火山塊狀硫化物礦床通常向下趨于扁平，是由于海底熱流在海洋島弧和弧后環(huán)境下活動(dòng)而形成的。此類礦床是典型的電 基巖和酸性火山巖沉積作用而成的，并且特別強(qiáng)調(diào)高度變化的支脈或細(xì)脈，其常常被拉長(zhǎng)和小于中間體（小于2km）。雖然是開采銅鉛鋅，但通常還是顯示為以黃鐵礦為主。他們的反射波通常顯示為縱波、橫波以及混合波。二維、三維和VSP研究可以對(duì)這樣的礦床進(jìn)行成像。

3.4 斑巖銅礦床

斑巖型銅礦進(jìn)行調(diào)查研究，可以確定該類礦床的區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造。如果黃鐵礦含有足夠豐富的黃鐵礦暈，可以作為勘探潛在的銅礦床的標(biāo)志。

3.5 不整合型鈾礦床

不整合型鈾礦床是由于各種鈾氧化礦物組成的扁透鏡礦體，或者在前寒武紀(jì)盆地不整合沉積而成。可以用高分辨率的地震反射方法來圈定這些小的板塊狀礦區(qū)，而且可以根據(jù)談們的低阻抗和體積大等特性來確定他們的暈。吃外，與這些礦床相關(guān)的斷層可以使用二維和三維地震反射技術(shù)進(jìn)行小偏移距的成像。

4 建議篇

近年來，我國金屬礦地震技術(shù)取得了一些新進(jìn)展，但是總體來說，尚處于應(yīng)用初期。

隨著我國深部找礦的不斷推進(jìn)，地震方法具有超深的探測(cè)能力，將具有廣闊的發(fā)展前景。

對(duì)我國地震找礦的發(fā)展，建議加強(qiáng)復(fù)雜地表?xiàng)l件下地震勘探技術(shù)的研發(fā)，包括地震信息接收技術(shù)，采用靈活的觀測(cè)系統(tǒng)，弱信號(hào)的提取及信噪比提高處理技術(shù)等。

建議開發(fā)更好的地震數(shù)據(jù)成像方法，綜合利用各種地震波信息；擴(kuò)大地震找礦方法的應(yīng)用范圍，總結(jié)其應(yīng)用條件：變質(zhì)暈、磁鐵礦－赤鐵礦系統(tǒng)、斷層帶特性與流體通道的地震波特性研究；加強(qiáng)地震勘探與其它地球物理、地質(zhì)信息的綜合解釋技術(shù)；加強(qiáng)三維與vsP金屬礦地震勘探技術(shù)的研究；重視散射波信息的成像技術(shù)。

建議以典型礦集區(qū)為例，開展地震找礦試點(diǎn)工作，建立金屬礦地震找礦方法的示范基地。