物探方法在資源勘查中的應(yīng)用

(安徽省煤田地質(zhì)局第一勘探隊，安徽 淮南 232052)

在資源勘查中,地球物理勘探發(fā)揮著重要作用，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展進步，物探技術(shù)在儀器設(shè)備、數(shù)據(jù)處理和解釋軟件功能等方面有著快速的進步和提高，成為資源勘查的必要手段，取得很好的經(jīng)濟效益。多種物探方法的合理綜合運用，可以節(jié)約勘探成本，提高了勘探效率，使勘探成果更加客觀真實可靠。

1 概述

礦產(chǎn)資源是地球演化過程中經(jīng)過地質(zhì)作用形成的，是天然產(chǎn)出于地表或地殼中的原生富集物，產(chǎn)出形式有固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài),是賦存于地殼內(nèi)部或表面的，呈固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)的地質(zhì)作用產(chǎn)物。它既包括在當(dāng)前的技術(shù)經(jīng)濟條件下可以開發(fā)利用的物質(zhì)，又包括在未來的條件下具有潛在價值的物質(zhì)。礦產(chǎn)資源與生物資源的區(qū)別是其再生的速度很慢或不能再生，因而珍惜和保護礦產(chǎn)資源更為重要[1]。

地質(zhì)勘探的分類有：物探化探勘查、地質(zhì)構(gòu)造勘查、鉆探勘查、航空磁力重力勘查；地質(zhì)勘探方法：主要有坑、槽探、鉆探、地球物理勘探等方法。

本文主要研究地球物理勘探的方法及其在礦產(chǎn)資源勘查中的應(yīng)用。物探方法在勘探方法中屬較新的技術(shù)，它是利用地質(zhì)體的物理特性異常，借助先進的勘探儀器和計算方法，查出異常特征進行勘探。物探方法技術(shù)在不斷進步，在勘探中發(fā)揮越來越大的作用。

2 地球物理勘探方法

地球物理勘探是以各種巖石和礦石的密度、磁性、電性、彈性、放射性等物理性質(zhì)的差異為研究基礎(chǔ)，用不同的物理方法和物探儀器，探測天然的或人工的地球物理場的變化，通過分析、研究獲得的物探資料，推斷、解釋地質(zhì)構(gòu)造和礦產(chǎn)分布情況。地球物理勘探方法主要有電法，磁法，重力法，地震法等勘探方法。

2.1 地震勘探

地震勘探是研究人工激發(fā)的彈性波在不同地層中的傳播規(guī)律，如波的速度、波的衰減和波的形狀，以及在界面的反射、折射來研究地層埋深、構(gòu)造形態(tài)和巖性等的一種物探方法。

地震波是在巖層中傳播的彈性波。當(dāng)用炸藥作為震源激發(fā)時，震源附近的巖石受到巨大激發(fā)力的作用產(chǎn)生破裂和塑性形變，而遠(yuǎn)離震源的巖石受到瞬間微小外力的作用可以近似看成完全彈性體。彈性體在外力作用下發(fā)生形變并產(chǎn)生一個反抗形變的彈力。當(dāng)外力取消時， 彈力使彈性體恢復(fù)原狀。這個過程使質(zhì)點產(chǎn)生隨時間變化的彈性位移(振動)，由于質(zhì)點間存在著彈性聯(lián)系，每個質(zhì)點把振動傳遞到周圍質(zhì)點，激發(fā)力引起的質(zhì)點彈性振動由震源向周圍介質(zhì)傳播，逐漸形成地震波。地震波分為體波和面波，體波在彈性介質(zhì)的內(nèi)部傳播，面波沿著彈性介質(zhì)的某些界面?zhèn)鞑?。地震波在傳播過程中遇到兩種地層分界面時，就會產(chǎn)生反射波。在地面上用儀器把各個地層分界面的反射波到達時間t記錄下來，利用地震波傳播速度v，便可以計算出地層分界面的埋藏深度經(jīng)過采集、處理、解釋，形成勘探報告，取得地質(zhì)勘探成果[2]。

2.2 電法勘探

電法勘探是以介質(zhì)的電性差異為基礎(chǔ)，通過觀測和分析天然及人工電磁場的空間和時間分布傳播來研究地質(zhì)構(gòu)造和尋找礦床的一種物探方法。

電法勘探是根據(jù)地殼中各類巖石或礦體的電磁學(xué)性質(zhì)和電化學(xué)特性的差異，通過對人工電磁場的空間分布規(guī)律及時間特性的觀測和研究，來勘查地質(zhì)構(gòu)造和尋找有用礦產(chǎn)的一類物探方法。電法勘探方法較多，按電磁場的時間特性可分為直流電法、交流電法、過渡過程法。用于煤礦的電法勘探方法主要有電阻率法、充電法、激發(fā)極化法、瞬變電磁法、可控源音頻大地電磁測深法等。

2.3 重力和磁法勘探

重力勘探是以地殼中巖石間的密度差異為基礎(chǔ)，通過觀測與分析重力場的變化來尋找和勘探礦床，研究地質(zhì)構(gòu)造的一種物探方法。在區(qū)域地質(zhì)調(diào)查、礦產(chǎn)普查和勘探的各個階段都可應(yīng)用重力勘探,要根據(jù)具體的地質(zhì)任務(wù)設(shè)計相應(yīng)的野外工作方法。

磁法勘探是以巖石間的磁性差異為基礎(chǔ)，通過觀測和分析地磁場的變化規(guī)律，來尋找和勘探礦床，研究地質(zhì)構(gòu)造的一種物探方法。磁法勘探是物探方法中最古老的一種。近幾十年來，地球物理勘探方法得到飛速發(fā)展，方法和技術(shù)日臻完善，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大，解決的問題日益增多，已成為煤炭地質(zhì)勘探中一個不可缺少的組成部分。在煤炭資源勘探工作中，已由鉆探為主物探為輔，發(fā)展為物探為主，鉆探驗證為輔。使得資源勘查工作在精度、效率及經(jīng)濟性等各方面都有很大提高。

3 物探方法的應(yīng)用

物探勘探方法應(yīng)用于礦產(chǎn)資源勘探的每個階段，包括資源勘探的予查、普查、詳查、采區(qū)勘探等。在目前提出的整裝勘探中，物理地球勘探發(fā)揮著更為重要的作用。物探工作的前提：在確定物探任務(wù)時，除地質(zhì)研究的需要外，還必須具備物探工作前提，才能達到預(yù)期的目的。物探工作前提主要有下列幾方面：物性差異∶被調(diào)查研究的地質(zhì)體與周圍地質(zhì)體之間，要有某種物理性質(zhì)上的差異；被調(diào)查的地質(zhì)體要具有一定的規(guī)模和合適的深度，用現(xiàn)有的技術(shù)方法能發(fā)現(xiàn)它所引起的異常，若規(guī)模很小、埋藏又深的礦體，則不能發(fā)現(xiàn)其異常，有時雖地質(zhì)體埋藏較深，但規(guī)模很大，也可能發(fā)現(xiàn)異常。故找礦效果應(yīng)根據(jù)具體情況而定；能區(qū)分異常，即從各種干擾因素的異常中，區(qū)分所調(diào)查的地質(zhì)體的異常[3]。

球物理勘探方法更多地應(yīng)用于煤礦生產(chǎn)階段，在礦井和采區(qū)設(shè)計優(yōu)化、綜采工作面的合理布置、避免和減少地質(zhì)風(fēng)險、優(yōu)選采煤方法、提高資源回收率、降低萬噸掘進率、生產(chǎn)安全等方面起到了重大作用。主要地質(zhì)任務(wù)為：查明小斷層小褶曲；查清陷落柱、老窯及采空區(qū)的空間分布形態(tài)；解決煤層分叉與合并、煤層厚度變化、火成巖侵入、煤層頂?shù)装逅牡刭|(zhì)條件及力學(xué)性質(zhì)等一系列地質(zhì)問題。

下面以某煤田地震勘探工程為例，研究物探方法的應(yīng)用及效果。

某煤田地震勘探邊界由礦方提供的16個控制點圈定，總控制面積是16.25km2。表層地震地質(zhì)條件：地表平坦，高差不大于2m。但區(qū)內(nèi)村莊較多且占地面積較大，溝渠縱橫，故本區(qū)表層地震地質(zhì)條件一般。淺層地震地質(zhì)條件：本區(qū)潛水面一般為 4～5m。激發(fā)層位以粘土、砂質(zhì)粘土為主，激發(fā)條件較好；但局部地段有流沙層，尤其是在運糧河兩岸潛水面顯著下降，激發(fā)效果變差；淺層地震地質(zhì)條件總體良好。深層地震地質(zhì)條件：該區(qū)可采煤層比較多，主采煤層厚度穩(wěn)定，煤層與圍巖的密度和速度差異較大，能形成良好的反射波，深層地震地質(zhì)條件較好。

施工生產(chǎn)采用規(guī)則束狀8線8炮觀測系統(tǒng)，768道，接收道距20m，迭加次數(shù)：32次，CDP網(wǎng)格：10m×10m，最大炮檢距：999.3m。儀器因素 ：IMAGE數(shù)字儀，采樣率： 1ms ，采樣長度：3.0s，高切濾波器：400Hz，低切濾波：0Hz，檢波器組合形式：60Hz檢波器組合，震源：單井激發(fā)TNT高速成型炸藥。原始資料質(zhì)量優(yōu)良，做到了取全、取準(zhǔn)第一手資料，為全面完成地質(zhì)任務(wù)奠定了良好的基礎(chǔ)。

資料處理流程及參數(shù)選擇合理，重視了一次靜校、速度分析、反褶積、DMO迭加和一步法偏移等主要環(huán)節(jié)。處理的時間剖面主要目的層反射波齊全，能量強，波形突出，連續(xù)性好，相位特征明顯，構(gòu)造異常顯示清晰，Ⅰ＋Ⅱ類剖面達到98.75%，如圖1。解釋充分利用了資料地質(zhì)信息豐富，工作站顯示對比手法多樣，較好地發(fā)揮了人機交互解釋系統(tǒng)的優(yōu)勢，進行反復(fù)細(xì)致的對比、解釋、檢查，使最終成果更加符合實際地質(zhì)情況。

圖1 處理后的時間剖面圖

圖2 主要煤層形態(tài)鳥瞰圖

地震勘探經(jīng)過采集、處理、解釋等階段的認(rèn)真細(xì)致工作，控制了第四系界厚度的變化情況，查明了各主要煤層的起伏形態(tài)，如圖 2。對斷層的展布狀況和分布規(guī)律作了深入的研究，查明了5米以上的斷層；并對落差3～5米的斷點進行了解釋組合。三維勘探共解釋斷層399條，新發(fā)現(xiàn)斷層391條，修改斷層8條。其中0＜H＜5m斷層284條，5≤H＜10m斷層77條，10≤H＜20m斷層33條，20≤H斷層5條。通過地震勘探，取得了豐富的地質(zhì)成果，為礦井更加合理布置采煤工作面提供了可靠的地質(zhì)依據(jù)，同時取得了明顯的經(jīng)濟技術(shù)效益。

4 結(jié)論

地球物理勘探通過觀測由地下探測對象與周圍介質(zhì)物理性質(zhì)的差異所引起的物理場變化，來研究探測對象的形態(tài)和性質(zhì)。從本質(zhì)上講都是間接方法，都是通過少數(shù)觀測點獲得的數(shù)據(jù)去推測探測對象的狀況。由地球物理場的本質(zhì)和觀測誤差的決定了地球物理勘探存在多解性。每種物探方法一般能反映地質(zhì)體某方面的物理性質(zhì)，每種物探方法的數(shù)據(jù)觀測采集受到地形、地質(zhì)條件等因素的影響，這些都使得物探多解性更加嚴(yán)重。為了減少物探結(jié)果多解性的影響，除了提高觀測精度、資料精細(xì)處理等技術(shù)手段外，更需要綜合采用多種物探方法。

礦產(chǎn)資源地質(zhì)體是統(tǒng)一的整體，密度、電性、彈性、磁性等物理性質(zhì)是這一整體在不同方面的反映，各種物性參數(shù)間有一定聯(lián)系，利用這種聯(lián)系進行綜合解釋，能縮小單一物探方法的多解性。同時，不同物探方法解決地質(zhì)問題的能力和探測范圍也是不同的，需要采用不同物探方法組合應(yīng)用，提高解決某個地質(zhì)問題的能力。對于物探結(jié)果有時還需要采用鉆探、巷探等基礎(chǔ)地質(zhì)手段進行驗證和標(biāo)定。因此,多種勘探方法綜合運用,將有利于達到預(yù)期的勘探目標(biāo)。

隨著物探技術(shù)方法的進一步豐富完善，在礦產(chǎn)資源勘探中，地球物理勘探方法將發(fā)揮著越來越重要的作用，產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟和社會效益。

[1]李舟波,孟令順,梅忠武.資源綜合地球物理勘查[M].北京:地質(zhì)出版社,2004.

[2]陳家良,邵震杰,秦勇.能源地質(zhì)學(xué)[M].徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社,1999.

[3]崔若飛.地震資料礦井構(gòu)造解釋方法及其應(yīng)用[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,1997.