金礦地球物理勘查方法綜述

胡均杰

(山東省第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院， 山東 煙臺(tái) 264000)

0 引言

目前全球金礦床主要分布在澳洲、美國(guó)、俄羅斯、印度尼西亞、加拿大、南非以及中國(guó)等國(guó)家和地區(qū)。其中已探明的金礦儲(chǔ)量占全球金礦總量的58.33%。2011年，世界金礦資源開(kāi)采量達(dá)歷史高峰，絕大多數(shù)已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)的金礦床都處于開(kāi)采狀態(tài)。目前，金屬礦床開(kāi)發(fā)面臨的主要問(wèn)題是如何在已探明的金屬礦位置基礎(chǔ)上向更深區(qū)域開(kāi)采，或延長(zhǎng)已經(jīng)開(kāi)采的礦山壽命周期并探明新的金屬礦床。當(dāng)前，區(qū)域找礦工作已經(jīng)從傳統(tǒng)的地球表層發(fā)展到深部礦區(qū)，由老礦區(qū)轉(zhuǎn)向新礦區(qū)。傳統(tǒng)的地質(zhì)礦產(chǎn)填圖方式由于限制條件較多，已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)這一發(fā)展形勢(shì)。而地理物理勘查技術(shù)應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，其在金屬找礦中發(fā)揮了極大的意義和作用。由于地球物理技術(shù)可直接探測(cè)到深部礦體，也可通過(guò)探測(cè)與成礦有直接關(guān)系的巖體、蝕變帶以及構(gòu)造等地質(zhì)要素，從而實(shí)現(xiàn)找礦的目的。本文在前人研究基礎(chǔ)上，對(duì)地球物理技術(shù)在當(dāng)前金礦勘查中的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行了總結(jié)和分析，以期為我國(guó)金屬找礦工作提供理論借鑒和參考。

1 金礦床分類

隨著對(duì)礦床成因研究的不斷深入，對(duì)現(xiàn)有金礦床分類標(biāo)準(zhǔn)也進(jìn)行了詳細(xì)的劃分。由于金的穩(wěn)定性，在各種類型的巖石、地質(zhì)環(huán)境下均可成礦，并且其形成的金屬礦床呈現(xiàn)出多種形態(tài)。金屬礦床劃分依據(jù)主要包括：

(1)根據(jù)成礦溫度、深度，可劃分為高溫、中溫中深、淺層低溫等類型的礦床；

(2)根據(jù)礦體形態(tài)、礦化類型，可劃分為細(xì)脈浸燃型、石英脈型、破碎帶蝕變型等多種類型；

(3)根據(jù)含金建造為依據(jù)進(jìn)行劃分；

Robert對(duì)全球一百多個(gè)金屬礦床構(gòu)造特點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)和分析，并將其劃分為綠巖型金礦、中深成侵入型金礦、沉積巖母侵入型金礦、低硫化型淺成低溫?zé)嵋簤A性金礦、卡林型金礦、砂金礦以及塊狀硫化物、淺成侵入型金礦、高(中)硫化型淺成低溫?zé)嵋航鸬V等多類型[1]。

圖1 主要金礦成礦系統(tǒng)關(guān)鍵地質(zhì)要素示意圖

2 地球物理方法

2.1 磁法

磁法是地球物理方法中較為常見(jiàn)的礦產(chǎn)勘查技術(shù)，同時(shí)也是應(yīng)用較早的金屬礦床找礦技術(shù)。通過(guò)磁測(cè)填圖法能夠在短時(shí)間內(nèi)探明金屬礦床所在區(qū)域及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。在某些露頭較少的區(qū)域，可通過(guò)航空磁測(cè)技術(shù)在短時(shí)間內(nèi)掌握該區(qū)域的地質(zhì)結(jié)構(gòu)信息。并且，該方法在弱磁條件下也有較大的應(yīng)用，可幫助地質(zhì)勘測(cè)部門了解金屬礦成礦原因。目前，磁法是地球物理方法技術(shù)中成本最低、最為經(jīng)濟(jì)的勘察技術(shù)。2017年，Park通過(guò)航空磁測(cè)以及鉆孔磁化率等技術(shù)對(duì)澳洲西部某金礦區(qū)磁鐵礦蝕變形態(tài)進(jìn)行了研究，通過(guò)打鉆驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)其是多個(gè)含金礦帶疊加在一起形成的金屬礦床，通過(guò)磁法可在強(qiáng)磁環(huán)境下探測(cè)金礦和石英脈之間的關(guān)系，呈現(xiàn)出弱磁性的特點(diǎn)。2018年Hoschke通過(guò)高分辨率磁測(cè)技術(shù)對(duì)澳大利亞某淺成熱液型金礦控礦斷裂構(gòu)造和含金石英脈之間的關(guān)系進(jìn)行了總結(jié)和分析[2]。研究結(jié)果指出，金屬礦化蝕變帶下的磁鐵礦也呈現(xiàn)出強(qiáng)磁化的特點(diǎn)，相較于常規(guī)性的航磁，通過(guò)地質(zhì)填圖能夠較為精準(zhǔn)的進(jìn)行地層劃分，并確定巖漿巖分布情況。

2.2 電法

電法是金屬礦勘查中應(yīng)用范圍最廣的勘測(cè)技術(shù)，通過(guò)電法勘探技術(shù)可對(duì)含硫化物金屬礦進(jìn)行有效的探測(cè)，并確定蝕變帶、控礦構(gòu)造分布范圍。在礦體與周圍巖石存在較為明顯的磁導(dǎo)率、自然電位、極化率以及電阻率差異情況下，通過(guò)電法勘探可對(duì)較深層次的礦體進(jìn)行有效勘察，并探測(cè)到與石英脈、石墨、硫化物等金屬礦成礦有關(guān)的物質(zhì)，從而達(dá)到找礦目的。

2.2.1 自然電位法

自然電位法是地球物理勘察技術(shù)中較為常見(jiàn)的勘測(cè)方法，其運(yùn)用范圍較廣，在低溫?zé)嵋盒徒饘俚V勘察中效果明顯。2016年Goldie測(cè)量了秘魯某礦區(qū)自然電位，并對(duì)該地區(qū)自然電位和高阻硫酸巖體關(guān)系進(jìn)行了分析和研究。研究發(fā)現(xiàn)，負(fù)自然電位異常情況較為常見(jiàn)，最大可達(dá)-10.2 V，自然電位強(qiáng)度和高硫化金礦體整體規(guī)模等呈正相關(guān)性，也就是礦體規(guī)模越大，則點(diǎn)位效應(yīng)越為顯著[3]。

2.2.2 直流電阻率法

直流電阻率法一般和激發(fā)極化法共同應(yīng)用于蝕變帶型金礦勘察工作中，通過(guò)電阻率異常特征能夠直觀體現(xiàn)金礦床硅化蝕變情況，從而達(dá)到找礦目的。2016年Spitzerand通過(guò)井中電阻率法對(duì)魁北克某含金石英脈型礦體分布情況進(jìn)行了探測(cè)，并根據(jù)礦體具體形態(tài)特征以及電阻率異常特征對(duì)斷裂帶變質(zhì)巖劃分情況進(jìn)行了總結(jié)[4]。直流電阻率法在淺部礦體導(dǎo)礦構(gòu)造中應(yīng)用廣泛，效果顯著。

2.2.3 激發(fā)極化法

激發(fā)極化法是目前金礦勘察中效果最為顯著的地球物理探測(cè)技術(shù)，尤其是在探測(cè)與金屬硫化物、石英脈有較大關(guān)聯(lián)性的金屬礦方面。一般而言，高極化率低電阻率異常區(qū)一般為成礦有利區(qū)，根據(jù)其幅度值來(lái)判定蝕變帶、石英脈型金礦成礦程度。但在硅化運(yùn)動(dòng)較為強(qiáng)烈的情形下，由于硅化物在充填過(guò)程值會(huì)形成一定的孔隙，因此呈現(xiàn)出高電阻率以及低極化率的特點(diǎn)。目前，地球物理學(xué)界對(duì)極化效應(yīng)產(chǎn)生機(jī)理仍未形成統(tǒng)一的觀點(diǎn)和認(rèn)識(shí)，Okada根據(jù)井中極化率認(rèn)為強(qiáng)蝕變帶與極化率、地溫梯度等之間呈正相關(guān)性[5]。在實(shí)際應(yīng)用中，激發(fā)極化法可以分為偶極-偶極、對(duì)稱四級(jí)、單極-偶極等多種排列裝置，對(duì)稱四級(jí)裝置探測(cè)深度更大、信噪比較高，因此更適用于金屬礦找礦工作。

2.2.4 電磁法

電磁法可分為大地電磁法(MT)、瞬變電磁法(TEM)、可控源音頻大地電磁場(chǎng)(CSAMT)等，主要運(yùn)用于硫化物礦床、高阻硅化巖體及深部構(gòu)造巖體的研究中。大地電磁法(MT)一般用于深部控礦構(gòu)造以及成礦流體探測(cè)工作中，其優(yōu)點(diǎn)在于效率高、成本低，因此在無(wú)植被覆蓋的無(wú)人區(qū)以及與成礦有關(guān)的巖體構(gòu)造中有較大程度的應(yīng)用。瞬變電磁法(TEM)主要應(yīng)用于含礦火山巖基底勘察中，相較于大地電磁法效果更為顯著?？煽卦匆纛l大地電磁測(cè)深(CASMT)主要優(yōu)點(diǎn)在于成本低，分辨能力強(qiáng)，因此在與金礦成礦有關(guān)的高阻蝕變帶、控礦構(gòu)造中應(yīng)用較多，能夠精準(zhǔn)體現(xiàn)出地質(zhì)形態(tài)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

2.3 重力

重力勘探法應(yīng)用范圍雖然不及磁法，但重磁結(jié)合勘探技術(shù)在金屬礦勘察中發(fā)揮了極大作用。重力勘探主要作用是圈定控礦地質(zhì)體，劃分區(qū)域地質(zhì)并獲得成礦有關(guān)的重力信息。因此，在大比例尺、高精度金屬礦床勘探工作中重力勘測(cè)技術(shù)應(yīng)用前景廣泛。

2.4 地震

地震勘探主要是通過(guò)研究地震波在地層中的傳播特征來(lái)分析該地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造特征，通過(guò)地震方法來(lái)探測(cè)巖石結(jié)構(gòu)特征以及金屬礦產(chǎn)分布情況的技術(shù)仍處于探索階段。但通過(guò)高分辨率地震反射波法來(lái)查明含礦層，探測(cè)深部礦體形態(tài)特征是地震勘探技術(shù)研究的心方向。因此，中國(guó)、美國(guó)、南非、加拿大、瑞士等國(guó)家加大了地震勘測(cè)技術(shù)的研究，并進(jìn)行了大的實(shí)驗(yàn)，在塊狀硫化物礦床物理特性、深部塊狀硫化物反射特性以及散射特點(diǎn)方面取得了突出成績(jī)，為地震勘探找礦創(chuàng)造了必要的基礎(chǔ)條件。因此，隨著層析理論以及信息技術(shù)的不斷發(fā)展，地震勘探已經(jīng)成為深部找礦以及計(jì)算礦產(chǎn)儲(chǔ)量的主要技術(shù)。

2.5 放射性

放射性物探主要運(yùn)用在某些含有放射性元素礦床中，對(duì)絕大部分金礦而言，其在成礦過(guò)程中伴隨著元素的運(yùn)移、富集、蝕變，在成礦過(guò)程中金屬礦與圍巖中的放射性核素含量存在較大差異，例如：由于硅化等原因?qū)е耈、K析出，從而U含量有所降低，而K含量有所提高。同時(shí)，金礦床的產(chǎn)出與地質(zhì)構(gòu)造也有較大關(guān)系，而成礦帶、斷裂帶也是造成放射性異常的重要部位。因此，可以通過(guò)研究構(gòu)造帶、蝕變帶以及礦化帶間的U、K等放射性元素異常來(lái)達(dá)到找礦的目的。

3 結(jié)論與展望

通過(guò)對(duì)上述金礦勘察中地球物理方法技術(shù)應(yīng)用分析可看出，當(dāng)前地球物理技術(shù)在金礦勘查中的效用范圍越來(lái)越廣泛，通過(guò)對(duì)控礦巖體、蝕變帶、控礦構(gòu)造探測(cè)等間接找礦技術(shù)發(fā)展為直接找礦，使地球物理技術(shù)在金屬礦床勘察中的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。航空地球物理技術(shù)多運(yùn)用于植被較少的無(wú)人區(qū)或地形條件惡劣地區(qū)；地震屬性分析對(duì)圈定含礦層有著極大意義，有一定的研究?jī)r(jià)值；大比例尺、高精度重力勘探技術(shù)在高品位礦床開(kāi)發(fā)中有較大發(fā)展?jié)摿Α?/p>

隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的迅速發(fā)展，高精度、多功能、智能化探測(cè)儀器的研發(fā)，地球物理勘查數(shù)據(jù)處理和解釋精度的不斷提高，地球物理勘查方法在金礦勘查中將會(huì)發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。