深部金屬礦勘查中常用的物探方法及應(yīng)用效果探究

李 奎，李建都，譙勉江，朱 普

針對我國目前的社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r而言，在許多方面都仍然必須依靠金屬及礦產(chǎn)資源的進(jìn)一步發(fā)展，來增強(qiáng)社會生產(chǎn)力量。在面對著日益嚴(yán)重的土壤及地表金屬資源過量開采與使用狀況下，開展更深層的金屬礦勘探工作是進(jìn)一步發(fā)展金屬礦產(chǎn)行業(yè)的最有效途徑。

1 物探方法的概述

1.1 物探方法的研究

傳統(tǒng)的物探技術(shù)也即為物理鉆探，內(nèi)容主要為有關(guān)環(huán)境、資源研究的信息。在現(xiàn)代科技日益發(fā)達(dá)的狀況下，物探技術(shù)也得到了很大的突破，并逐漸運(yùn)用到現(xiàn)代地質(zhì)勘查工程中。從市場經(jīng)濟(jì)視角上來看，現(xiàn)代物探技術(shù)正推動著我國經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展。在傳統(tǒng)地質(zhì)勘查工程中大多使用了鉆孔取土等技術(shù)，利用這種鉆探技術(shù)推動著各行業(yè)的發(fā)展。但由于采用這種鉆探技術(shù)往往是為了達(dá)到先進(jìn)地質(zhì)勘查工程技術(shù)的要求，而且這種技術(shù)都存在著一定的局限性，它還必須和各種鉆探技術(shù)配套應(yīng)用，才能大大提高傳統(tǒng)地質(zhì)勘查工程技術(shù)的品質(zhì)。而近年來，隨著國內(nèi)地質(zhì)勘查工程技術(shù)的蓬勃發(fā)展，我們對現(xiàn)代地質(zhì)勘查工程的需求也愈來愈大。工程地質(zhì)勘查工作是建設(shè)工程的重點(diǎn)環(huán)節(jié)，并直接關(guān)系其質(zhì)量，所以應(yīng)將調(diào)查工作與物探技術(shù)相結(jié)合，以進(jìn)一步提高地理勘查建設(shè)工程的效率。

1.2 物探勘查特點(diǎn)

由于我國地質(zhì)條件的相對復(fù)雜與多樣，從而引發(fā)如磁引力場、電荷等物理學(xué)場發(fā)生變化。因此利用重磁法、電法、引力等物探方式，就可以對國內(nèi)地質(zhì)工程中所產(chǎn)生的問題加以探索。該方式具備了快捷、精確、信息豐富等優(yōu)勢。在實(shí)際勘查過程中，物探方式勘查的精度高。但在通常情形下，工程建設(shè)單位也需要具備比較精確的物探方式在對地表位移、水深等方面進(jìn)行檢查時，也需要把偏差限制在厘米范圍內(nèi)。

2 深部金屬礦勘探中常規(guī)物探方法

地球物理勘查方法多種多樣，其中主要包括有地溫、重力探測、震害技術(shù)以及輻射性等等方式，就目前在我國的深部金屬礦勘來說，最常用的方法有重力探測、磁法和電法等的應(yīng)用方法，而震害技術(shù)作為我國深部金屬礦勘查中的關(guān)鍵技術(shù)，當(dāng)下還在研究階段。

2.1 重力勘探的方法

重力勘查也是常規(guī)物探方式當(dāng)中的一種，它是指基于地殼中不同巖體之間的密度差異，從而產(chǎn)生地表變形，并針對其變化規(guī)律進(jìn)行測量的一種探測方式。該方法是把牛頓萬有引力用作探測的基礎(chǔ)，有很大的準(zhǔn)確度，僅須對周圍巖塊的密度差加以檢測，即可根據(jù)精密儀器確定其重量的異常，如重力儀等精密儀器。目前，將重力勘探技術(shù)應(yīng)用在金屬礦勘探中，其勘探效益較好。而根據(jù)其他有關(guān)物探資料以及擬建工程區(qū)地貌，可以合理地對覆蓋層下的地質(zhì)結(jié)構(gòu)狀況以及礦山特性作出推測，從而為建設(shè)提出依據(jù)。但是，要提高勘探的準(zhǔn)確度和科學(xué)性，必須對地質(zhì)、氣候等狀況進(jìn)行全方位的考察。這種勘查技術(shù)在上個世界九十年代應(yīng)用得非常普遍，是當(dāng)時國內(nèi)勘查工作比較普遍的一項(xiàng)技術(shù)手段，這項(xiàng)技術(shù)不僅能夠直接用于探索高密度壩基巖性和超基性巖石等礦產(chǎn)資源之外。還可以和別的一些物探方式加以有效的組合，具有發(fā)現(xiàn)斷裂和基巖起伏的功能。在上個世紀(jì)九十年代，我國科學(xué)家首次明確提出了高精度重力勘探的理念，并同時開展了大量探索工作。就當(dāng)下次探測精確度較高的重力儀而言，其讀數(shù)分辨率可以達(dá)到0.001×10-5m/s2，而重復(fù)探測的精確度則低于0.005×10-5m/s2。

2.2 磁法勘探

這個辦法目前擁有相當(dāng)完善的理論體系，而且基礎(chǔ)建設(shè)也相當(dāng)完善，有著不錯的找礦效益，因?yàn)楹芏鄮r漿巖、巖漿活動所伴隨的熱液活躍帶都與金屬材料礦直接關(guān)聯(lián)，又或是金屬材料礦還與基性超基性巖、矽卡巖之間的熱接觸活躍帶關(guān)聯(lián)。因此這個辦法也可以應(yīng)用于探查有磁測前提的一系列蝕變巖、地層構(gòu)造、控礦構(gòu)造以及礦藏等。而對于更高精度的地磁探測，使用范圍也相當(dāng)廣闊，其工作精度通常都低于5nT；其數(shù)據(jù)分辨率約為0.1nT，以測定地磁性總量的異常居多，也可以將它用作絕對測定。航遙中心所研制的先進(jìn)航空用氦光泵磁力儀HC--2000型，其敏感度特別高，可以到達(dá)0.0024大豆的發(fā)酵精華度，要比上一個世紀(jì)五十年代以來所采用的勘探儀靈敏度高了上萬倍，而這些儀器設(shè)備對于我國深部金屬礦勘探和地質(zhì)研究中都具有至關(guān)重要的意義，例如：運(yùn)用了這些辦法，大冶鐵礦就在其深部和外圍取得了相當(dāng)滿意的找礦成效。

重磁法勘查主要是利用所提供數(shù)據(jù)，利用重磁異常對其進(jìn)行分析破壞程度，并對破壞的有關(guān)成分進(jìn)行量化分析。由于斷層二側(cè)所具有的磁性、密度都不同，從而形成了顯著的重磁異常。采用的重磁異常一般可包括二步，其一是定性解釋，亦即是以平面數(shù)據(jù)作出基礎(chǔ)，確定了斷層的走向距離、大致情況和平面情況；其二是定量解釋，亦就是以地剖面方式，對斷裂的斷距、走向、傾角等因素作出定性分析，并通過地質(zhì)資料對斷層的性質(zhì)、特征和年代進(jìn)行了說明，以便于進(jìn)一步為金屬礦勘探提供依據(jù)。

2.3 電法勘探

上個世紀(jì)八十年代，在深金屬礦勘探中的IP（激發(fā)電極法）、TEM（瞬變電磁法）及其CSAMT（可控制源音大地電磁閥）已經(jīng)得到了比較普遍的運(yùn)用，同時也取得了不錯的找礦成效，但目前由于全國礦業(yè)普查力度的持續(xù)提高，上述等等深金屬礦勘探手段仍然起著十分重要的作用。這種方式有很大的分辨率，深度可以超過2000m。主要利用地電法進(jìn)行勘查，重點(diǎn)是對電阻率及溫度系數(shù)變化規(guī)律、對觀察點(diǎn)深度進(jìn)行觀測，進(jìn)而對地層分布變化規(guī)律進(jìn)行分析，該技術(shù)大多應(yīng)用于勘測較厚的地層中。近年來，大多數(shù)金屬礦勘探都使用了比較靈活的高密度電阻率法進(jìn)行勘查，通過該方法不但可以對地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行劃分；同時也可以對地下管道進(jìn)行測量。關(guān)于巖石的分布規(guī)律，利用一般勘查方式是不易作出辨別的，然而電法勘查則利用高壓電極裝置，就可以辨別巖石的分布規(guī)律，甚至對巖石是否水平均可作出測量。此外，隨著電極裝置間距不同，還可以對深淺不同的地層進(jìn)行測量，同時利用其電阻率，對地層的分布狀況作出更全面的認(rèn)識。目前，在金屬實(shí)際勘查過程中，地電法勘探已經(jīng)獲得了很大的進(jìn)展，特別是在金屬地質(zhì)勘查技術(shù)方面。隨著現(xiàn)代科技的快速發(fā)展，在金屬礦勘探中電法勘探也起到了不可或缺的作用。

2.4 地震反射法

此方式屬勘探時間跨度較長的方式，且具備勘探深度較大的優(yōu)點(diǎn)，通常情況下在勘探深度普遍在2000m以上時使用，因此對于深度普遍大于500m的金屬礦勘探時使用地震反射法也具有特殊優(yōu)點(diǎn)，在未來將具有相當(dāng)?shù)目萍歼M(jìn)展與技術(shù)突破空間。地震反射法是運(yùn)用人工地震反射波對地質(zhì)屬性進(jìn)行測定的主要手段，測定成果可正確表現(xiàn)出界面的深度和形狀，以便于對地層巖性作出判別，同時利用地震反射波的動力學(xué)特性開展地震地層學(xué)調(diào)查可對沉積環(huán)境進(jìn)行推斷，從而明確了各種金屬礦的儲量要求，所需儀器設(shè)備分為人工震源裝置、地震波接收設(shè)備和記錄終端三個部分。

3 物探方式在深部金屬礦勘查中的使用效果分析

3.1 重力勘探法在深部金屬礦勘查中的實(shí)際應(yīng)用

該礦點(diǎn)內(nèi)出露地層結(jié)構(gòu)基本上是以碳酸鈣生產(chǎn)地層組成，南傾，該區(qū)斷層結(jié)構(gòu)明顯發(fā)育，且與成礦密切相關(guān)，近EW方向斷層結(jié)構(gòu)對成礦影響最直觀，其所產(chǎn)生的斷裂帶為礦體能量儲存的重要空間。重量測定結(jié)果表明，礦點(diǎn)內(nèi)一共散布有十個重量非正常點(diǎn)，當(dāng)中五個非正常點(diǎn)與附近土壤地表下出露的礦體結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，高異常區(qū)域夾有鉛鋅礦物質(zhì)化白云石大理巖透鏡體的含碳質(zhì)粉砂巖，反之則未出現(xiàn)重力異常分布情況，表明產(chǎn)生重量非正常的成因主體是含有鉛鋅礦體的白云石大理巖。另外，布格重力異常反映了較高密度區(qū)域的散布情況，其值＜600微伽。其礦體密集程度范圍在3.22～3.54，表明了重力勘查法在礦點(diǎn)內(nèi)找到大量鉛鋅礦體的效果。

3.2 地震反射法在山地深部金屬礦床中的運(yùn)用應(yīng)用

地震反射法的作業(yè)區(qū)位在高山丘陵地帶，工程技術(shù)人員在勘查工作中利用數(shù)字地動儀和便攜式地震波進(jìn)行，系統(tǒng)先對預(yù)壓數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪和靜力校正數(shù)據(jù)處理，最后再按照數(shù)據(jù)處理結(jié)果制作數(shù)據(jù)圖件，再進(jìn)行地理解析后確定礦源，結(jié)果證明，在地下約一千五百七十m處出現(xiàn)礦藏，其檢測成果可直接用作采礦的參考數(shù)據(jù)。

3.3 瞬變電磁法在深部金屬礦床中的應(yīng)用

該區(qū)因?yàn)閷⒌乇淼难趸V體資源開發(fā)至盡，需對深部原生礦體資源開展勘查，但鑒于該區(qū)鉛鋅礦石儲備遠(yuǎn)超過硫化鉛鋅礦石，因而電性要求較優(yōu)越，因而采用了對測量地低電流變化較靈敏的瞬變電磁法，根據(jù)結(jié)果可以推斷電磁性奇異反應(yīng)主要是由金屬礦體引起，并估計原生礦體儲備在65×114t之間。在后期采礦中，在約1689處出現(xiàn)大塊狀Pb、Zn礦體，厚度在2m～5m，Pb品位為51.37%，Zn品位為3.64%。

3.4 多種物探方法的綜合利用

磁法、引力、電法等深部金屬礦勘探中的常規(guī)地球物理學(xué)勘探方式各有特點(diǎn)，以適應(yīng)各自功能較突出的勘探領(lǐng)域，而在特定的地質(zhì)條件下，這些方式也能夠進(jìn)行配置與綜合應(yīng)用，以便于達(dá)到功能的最優(yōu)化。某河區(qū)經(jīng)研究后，在磁勘查地球化學(xué)和引力數(shù)據(jù)以及有關(guān)勘探支線礦巖條件的基礎(chǔ)上，已發(fā)現(xiàn)地磁異常狀況，具有大規(guī)模多金屬硫代物礦床的發(fā)展前景。利用四級測探明確了電磁力奇異體規(guī)模和空間特征的分布特點(diǎn)，并明確了磁力體含礦性。再利用綜合了多種測量結(jié)果后，圈定出礦區(qū)段和埋藏深度等數(shù)據(jù)。經(jīng)鉆孔檢驗(yàn)，終于找到較厚的銅鐵礦體，由此完成了對隱伏金屬礦床勘探工作的重大突破。

4 深部金屬礦勘查中的物探方法的發(fā)展

由于深部金屬礦體找礦與勘查工作的發(fā)展，使用常規(guī)的各種物探方法找到深地底隱伏斷層的金屬礦體已顯得日益艱難。于是，為做好金屬危機(jī)礦和深部隱伏斷層的金屬礦體的查找，人類又開始關(guān)注起新的物探方法的研究與運(yùn)用，從而更加適應(yīng)深金屬礦勘查工作的新需求。在近年來，高溫超導(dǎo)技術(shù)與地下物探科技等各種科學(xué)技術(shù)手段也在逐步地被運(yùn)用于礦業(yè)的普查勘查工作中，以便結(jié)合其他物探方式完成對礦體的定位。其中，利用高溫超導(dǎo)技術(shù)與瞬變現(xiàn)象等電磁檢測技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用，就能夠有效增加探測的深度，從而完成對深層金屬礦的勘查工作。而地下物探技術(shù)還能夠利用發(fā)出的無線電波，反應(yīng)出深地底礦層的構(gòu)造與延伸狀況。所以，對國內(nèi)外許多的金屬礦的勘查單位而言，通過不斷開展對最新的金屬勘查科學(xué)技術(shù)的研究，以及運(yùn)用各種物探方式進(jìn)行工作，將可以為深部金屬礦的勘查工作做出更大的貢獻(xiàn)。

經(jīng)過對地下水物探綜合工作站深入研究，建立了一個全新的包括地下水無線電波千里眼與聲波透視關(guān)系層析成像技術(shù)的地下水物探綜合工作體系。軟件系統(tǒng)具備良好的軟件用戶界面、可視化功能，將地下水無線電波透視、井中聲音透視資料信息處理、層析圖像和資源解析流程大大縮短，有效提升了資源信息處理與綜合解析的速率。這項(xiàng)研究成果，對于促進(jìn)我國地下水物探的發(fā)展具有積極意義，也將為今后拓展更多地下水物探方法奠定良好的技術(shù)基礎(chǔ)。

通過井中物探方法的關(guān)鍵技術(shù)研究，在國內(nèi)外率先進(jìn)行了地一井三分量TEM的勘探方法關(guān)鍵技術(shù)試驗(yàn)與研究，并編寫了地一井三分量TEM的三維正演仿真系統(tǒng)和純異常矢量交會編程模板；發(fā)展了井一地電阻率、激電月相三維人機(jī)交互逆演軟件。上述結(jié)果，對于井-地三分量方法TEM和井-地電法提出了較優(yōu)秀的求解技術(shù)手段。

已研制成功的井中精密質(zhì)子供體磁性儀，為在國家中、低、弱磁礦區(qū)進(jìn)行的井內(nèi)磁測礦產(chǎn)普查工作提出了重要應(yīng)用設(shè)備，并彌補(bǔ)了我國在這一應(yīng)用領(lǐng)域上的技術(shù)空白。正在研制的擁有自主知識產(chǎn)權(quán)、高度技術(shù)含量的精密井內(nèi)三分量磁力儀，將通過進(jìn)行精密井內(nèi)三分量磁測應(yīng)用示范研制，建立一種全新的精密井內(nèi)磁測工作方式，將使我國井內(nèi)的三分量磁測技術(shù)達(dá)到世界領(lǐng)先水準(zhǔn)。并進(jìn)而商品化予以應(yīng)用，裝備于我國地質(zhì)勘探部隊(duì)，為我國的礦業(yè)勘探提出了高效的科技保障。

進(jìn)行深金屬礦勘探的方法的應(yīng)用數(shù)據(jù)分析，必須根據(jù)深部金屬礦勘探物理儀器設(shè)備的測試步驟實(shí)施，以便降低采礦物理性質(zhì)勘查難度，或減少對影響環(huán)境各種因素，如地質(zhì)、覆蓋層等的直接影響。通過運(yùn)用深層金屬礦物理性質(zhì)勘查技術(shù)，并加強(qiáng)對有關(guān)物理參數(shù)的調(diào)查與數(shù)據(jù)分析，才能得到與礦藏的成因有關(guān)聯(lián)的從數(shù)米至數(shù)百米的合理測量范圍。針對于深層的隱伏或斷裂礦，過深鉆井成本將明顯上升，鉆井命中率降低。但同樣對深部金屬礦勘查物理探測的開發(fā)，也能夠防止人體內(nèi)接觸，從一定程度上減少了探測的危險性。

大多數(shù)的深層金屬礦勘查測量手段都采用單鉆孔、十字孔、測量孔。在實(shí)踐中的使用過程中，深層金屬礦勘查物理科技的主要優(yōu)點(diǎn)就是測試探頭位置接近目標(biāo)體，能夠降低對地形的環(huán)境影響，同時大大提高了有效測試的深度，物理分辨率和準(zhǔn)確度，對深井水和隱伏的斷裂礦產(chǎn)，尤其是在周邊和底部已知礦產(chǎn)進(jìn)行探查有著巨大的使用前景。另外，還需要將注重綜合研究的不同深層金屬礦勘探方法應(yīng)用，以充分發(fā)揮各自優(yōu)點(diǎn)，揚(yáng)長避短，如地磁測井方法與井間電磁法的融合，注重對地下礦業(yè)物理數(shù)據(jù)與地底航空技術(shù)物探數(shù)據(jù)的比較和解讀，綜合研究礦業(yè)物理勘探，并建立了綜合地質(zhì)模型，以增加該礦藏的發(fā)掘量和鉆井成功率，從而減少了開采風(fēng)險，推動了礦業(yè)勘查的發(fā)展，為指導(dǎo)生產(chǎn)、施工提供重要的信息。在深層金屬礦勘查過程中，合理制定了地質(zhì)學(xué)調(diào)查研究規(guī)范準(zhǔn)則，用最有限的資料發(fā)掘隱藏的地理信息，以提高地質(zhì)勘查，節(jié)省勘探成本。

關(guān)于深部金屬材料礦探測的方法和技術(shù)，由于礦物勘查業(yè)的蓬勃發(fā)展，在深部金屬材料礦探測中又產(chǎn)生了部分有機(jī)地結(jié)合的方法和技術(shù)。但不同于通常的方式，這種方法與技術(shù)各有其各自的優(yōu)點(diǎn)，并在特定情形下還可以綜合應(yīng)用，同時針對于深部金屬材料礦探測的特點(diǎn)和復(fù)雜性，對于探測豐富的礦產(chǎn)資源仍存在一定可行性，但在特定情形的地方，可以根據(jù)引力、磁性、電力和礦物化學(xué)等原因綜合運(yùn)用各種探測方式，包括利用高溫超導(dǎo)技術(shù)的瞬變電磁法研究還可以進(jìn)一步提高深部金屬材料礦探測深入，為礦體的定位創(chuàng)造了全新的手段。另外近年來常見的地震法，也被廣泛運(yùn)用到了深部金屬礦勘查中，通過運(yùn)用反射波的散射波基本原理開展測量，并獲得了不錯的勘查成果，深部金屬礦勘查技術(shù)和方法的應(yīng)用，在較大程度上推動了勘查科技的進(jìn)一步發(fā)展與創(chuàng)新，對推動深部金屬礦勘查工作發(fā)揮著積極的影響。

5 結(jié)語

深部金屬礦勘查是當(dāng)前金屬礦產(chǎn)資源開采利用過程中的主要發(fā)展方向之一，強(qiáng)化相應(yīng)勘查技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。了解深層金屬礦勘查中常見物探方式，分析不同常規(guī)物探方式在深層金屬礦勘查中的運(yùn)用，從而推進(jìn)我國深部金屬礦勘查工作的發(fā)展和進(jìn)步，從而促進(jìn)金屬礦場資源的開發(fā)和利用，推進(jìn)我國工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，帶動社會的整體發(fā)展和進(jìn)步。