金屬礦床深部找礦的技術(shù)與方法

黃 鍵

（河北省煤田地質(zhì)局第二地質(zhì)隊(duì)，河北 邢臺(tái) 054001）

中國目前正處于能源需求日益增長的經(jīng)濟(jì)繁榮時(shí)代，將礦產(chǎn)資源作為重要金屬來源使用受到特別關(guān)注，特別是金屬研究。研究工作由于過去查明的資源開發(fā)回收不足而開始深入礦床的深部，造成礦產(chǎn)的大量浪費(fèi)和日益枯竭。近年來，隨著表層礦物的開采，中國的表層礦物逐漸減少，勘探難度加大。深部找礦已成為國內(nèi)外共識(shí)。深部找礦具有很大的不確定性和風(fēng)險(xiǎn)，但也具有巨大的商業(yè)利益。 為了有效規(guī)避未來深部找礦過程中的風(fēng)險(xiǎn)和不確定性，我們不僅應(yīng)依靠新概念，新戰(zhàn)略和新理論，而且還應(yīng)依靠新技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用。

1 金屬深部礦床

長期以來，地質(zhì)領(lǐng)域?qū)饘俚V床沒有明確的定義和統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。一般來說，深度大于500m的礦產(chǎn)資源通常稱為深部礦藏，其礦床稱為深部礦床。深部金屬礦床主要由巖漿熱液或巖漿活動(dòng)形成，通常存在于火山巖中。深金屬礦床的規(guī)模不確定，產(chǎn)量不確定，分布分散，給探礦和生產(chǎn)帶來一定困難。與一般金屬礦床勘探不同，深金屬礦床勘探難度更大。這是因?yàn)槁癫厣疃仍缴?，金屬礦床的復(fù)雜性越高，并且深部和地表之間的地質(zhì)條件不同，就必須調(diào)整采礦思路。金屬礦床的深部找礦成本高，一般將大型，高品位礦床作為勘探目標(biāo)。

2 深部找礦關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展趨勢

如何用好物探技術(shù)是深部找礦工作的關(guān)鍵，我國在地質(zhì)勘查技術(shù)及其儀器方面具有較低的創(chuàng)新能力，加之長期缺乏有效的機(jī)制來對(duì)地質(zhì)勘查裝備的更新?lián)Q代進(jìn)行規(guī)范，對(duì)人才培養(yǎng)的投入力量不足，導(dǎo)致我國該方面的技術(shù)水平與國外先進(jìn)水平存在一定的差距。在政府的主導(dǎo)下，跨學(xué)科、跨專業(yè)、跨部門的技術(shù)攻關(guān)是未來金屬深部找礦技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵，在勘查開發(fā)技術(shù)、找礦方法和成礦理論方面，必須不斷加強(qiáng)自主創(chuàng)新能力。深部找礦關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)該突出幾個(gè)特性，分別為實(shí)用性、帶動(dòng)性、通用性和重要性。所謂的使用性指的是該技術(shù)應(yīng)該能夠形成相應(yīng)的工藝、方法、系統(tǒng)和產(chǎn)品，對(duì)深部礦化的直接信息進(jìn)行獲得。帶動(dòng)性指的是該技術(shù)應(yīng)該能夠帶動(dòng)多項(xiàng)方法技術(shù)和專業(yè)的發(fā)展。通用性指的是金屬礦床深部找礦關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)該能夠在廣泛的領(lǐng)域進(jìn)行運(yùn)用。

如何充分利用物探技術(shù)是深度找礦的關(guān)鍵。地質(zhì)勘探技術(shù)和儀器的創(chuàng)新能力不強(qiáng)。另外，長期缺乏有效的地勘設(shè)備升級(jí)調(diào)控的機(jī)制，人員培訓(xùn)投入不足，技術(shù)水平與國外先進(jìn)水平存在一定差距。在政府的指導(dǎo)下，跨學(xué)科、跨專業(yè)、跨部門的技術(shù)研究是未來深部金屬找礦技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵，在勘查開發(fā)技術(shù)、找礦方法和和成礦理論方面，要不斷增強(qiáng)自主創(chuàng)新能力。

3 金屬礦床深部找礦的可行性

3.1 金屬深部礦床的簡介

深部礦床是指埋存于地表五百米以下的礦藏，這些礦藏的形成往往是由于巖漿活動(dòng)和巖漿熱液活動(dòng)。深部礦床由其形成的特殊條件決定了其規(guī)模的不確定性，也決定了其較大分散性和不夠獨(dú)立的特點(diǎn)，因此在找礦和采掘的過程中需要考慮的影響因素增多。

3.2 金屬礦床深部找礦的辨識(shí)依據(jù)

（1）深度。不同的金屬礦山有不同的地質(zhì)條件，由于采礦過程中地質(zhì)因素的多種影響，產(chǎn)生的礦床結(jié)構(gòu)形態(tài)也非常復(fù)雜，深度因礦床而異。比如說有些超基性巖石鉻鐵礦的成礦深度在地表下大約三到五千米。這樣的深度在勘查和開采利用上都有一定程度的困難。

（2）巖漿地質(zhì)。礦藏也可以通過巖漿地質(zhì)調(diào)查識(shí)別，在巖漿侵入的過程中，可以通過巖漿的物質(zhì)和成礦過程所形成的現(xiàn)象進(jìn)行研究，進(jìn)而掌握和礦體相關(guān)的深部巖體的特征，從而為勘探和開采工作提供依據(jù)。金屬礦山的深度必須通過巖石熱侵入檢測來達(dá)到，熱工活動(dòng)中心可以在不同的趨勢下解釋礦山深度，完成土壤框架檢測。

4 金屬礦藏勘測的現(xiàn)狀分析

當(dāng)前金屬礦床深部找礦工作的開展正在逐步深入，礦床的勘測受到很多方面的影響，比如地質(zhì)條件、技術(shù)手段、勘測儀器、勘測經(jīng)驗(yàn)等等都會(huì)對(duì)具體的勘測產(chǎn)生一定程度的影響。受到傳統(tǒng)勘測礦藏經(jīng)驗(yàn)和方法的影響，遇到需要進(jìn)行深部找礦勘測的情況下，往往會(huì)直接轉(zhuǎn)移而不會(huì)進(jìn)行深一步的勘測，但是受到資源利用日益短缺的嚴(yán)重局面影響，深部找礦工作必須進(jìn)入工作日程。深部找礦的技術(shù)和設(shè)備等都需要不斷提高和改進(jìn)。

5 深部地質(zhì)鉆探找礦技術(shù)

5.1 巖心定向技術(shù)

受控向鉆探技術(shù)是一種比較先進(jìn)與特殊的鉆探技術(shù)，在鉆探的過程中可以使鉆孔軌跡按照預(yù)定方向進(jìn)行鉆探，這項(xiàng)技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)在一個(gè)主孔內(nèi)鉆進(jìn)多個(gè)分支孔的羽狀鉆孔，這個(gè)技術(shù)已經(jīng)在我國很多領(lǐng)域應(yīng)用，同樣標(biāo)志著我國的高精度受控定向鉆探施工進(jìn)入國際市場，但是這門技術(shù)唯一缺陷就是不能對(duì)定向造斜段進(jìn)行連續(xù)取芯。

5.2 液動(dòng)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)技術(shù)

在20世紀(jì)60年代，對(duì)勘探技術(shù)行研究，經(jīng)過十幾年的研究開發(fā)和創(chuàng)新，已經(jīng)在不同領(lǐng)域上應(yīng)用多種規(guī)格的液動(dòng)沖擊器，在普通鉆探的條件下，泥漿在鉆探過程中的固相含量比較高，而且泥漿固相控制系統(tǒng)受到傳統(tǒng)泥漿的影響，這樣很容易導(dǎo)致液動(dòng)潛孔錘內(nèi)零件出現(xiàn)卡死的現(xiàn)象，這樣不僅影響工作效率，而且大幅度低設(shè)備的使用壽命。

5.2 強(qiáng)化鉆探技術(shù)管理工作

在鉆探施工之前應(yīng)該做好相關(guān)組織設(shè)計(jì)工作，對(duì)施工技術(shù)進(jìn)行總結(jié)和相關(guān)資料的整理和歸納，同時(shí)應(yīng)該對(duì)地質(zhì)巖心鉆探流程進(jìn)行規(guī)范。規(guī)范鉆機(jī)施工制度，同時(shí)對(duì)機(jī)臺(tái)的現(xiàn)場管理進(jìn)行強(qiáng)化，一定要做到文明生產(chǎn)，安全施工，從而有效的提高施工效率，防治和減少鉆探工程施工三大事故的發(fā)生，在保證工作質(zhì)量的前提下，提高經(jīng)濟(jì)收益，保證鉆探生產(chǎn)順利進(jìn)行。

6 目前金屬礦床深部找礦過程中存在的問題

6.1 勘查技術(shù)與勘查設(shè)備落后

通常情況下，地質(zhì)勘查技術(shù)一直都是被當(dāng)成是整個(gè)地質(zhì)研究中的首要研究對(duì)象，同時(shí)還在地質(zhì)勘查工作中承擔(dān)著倍增器的作用，而且它還是實(shí)現(xiàn)今后向地球更深處進(jìn)行探索的關(guān)鍵因素之一。河北省內(nèi)礦山種類很多且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，找礦的難度很大，在進(jìn)行深部找礦的過程中，只是運(yùn)用一些較為成熟的地質(zhì)理論是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還需要借助一些更加先進(jìn)的物探化技術(shù)和遙感技術(shù)，在一些特殊條件下還可能需要使用到鉆探技術(shù)。與西方一些發(fā)達(dá)國家相比，我國的地質(zhì)勘測技術(shù)發(fā)展時(shí)間尚短，雖然經(jīng)過幾年的快速發(fā)展，但仍然與他們存在著很大的差距。這些差距一方面體現(xiàn)在理論方法較為落后，另一個(gè)方面則表現(xiàn)為我國的勘查技術(shù)與勘查設(shè)備同發(fā)達(dá)國家相比仍然差距很大。因此，為了盡量的減少這個(gè)差距，盡可能的提高找礦效率，我國一方面在不斷的嘗試學(xué)習(xí)發(fā)達(dá)國家的先進(jìn)技術(shù)，引用更加先進(jìn)的勘查設(shè)備，另一方面還在不斷的加大對(duì)地質(zhì)勘查研究投入以及地質(zhì)人才的教育培養(yǎng)。隨著一部分先進(jìn)的地質(zhì)技術(shù)和地質(zhì)設(shè)備的引入和使用，我國在勘探工作中所面臨的很多難以解決的問題正在逐步得到有效解決。

6.2 政策上的支持

地質(zhì)找礦因?yàn)檫^程復(fù)雜、所耗時(shí)間長且所需工具很多，因此需要大量的資金作為支持，這樣就需要政府等相關(guān)部門為礦產(chǎn)勘查工作提供更多的資金支持。除此之外，還應(yīng)該予更加先進(jìn)的科技技術(shù)來進(jìn)一步提高深部找礦水平及資源的潛力；我國還要努力研發(fā)出具有我國特色的勘查設(shè)備，并盡可能的開發(fā)出數(shù)據(jù)處理工具，不斷提高我國的礦產(chǎn)勘查水平和競爭力。

7 金屬礦床深部找礦中常用的方法

隨著工程技術(shù)水平的提高和地下工程深度土壤研究的深入，金屬礦山的搜索越來越多樣化，常用的研究方法主要分為地球物理和地球化學(xué)的發(fā)現(xiàn)。

7.1 地球物理學(xué)

（1）瞬態(tài)電磁測量技術(shù)。瞬態(tài)電磁測量技術(shù)的核心是高溫失效理論，最重要的測量手段是高溫條件下的超磁學(xué)。各種研究和應(yīng)用表明，科學(xué)合理地應(yīng)用高溫蒸發(fā)器，大大提高了瞬態(tài)電磁測量的深度和精度，并快速獲得礦區(qū)磁場剖面曲線圖。應(yīng)用于金屬礦物的最低開采、穩(wěn)定工藝、測量數(shù)據(jù)的高精度和高水平分辨率，是目前金屬礦床深部找礦中比較高效的技術(shù)，具有良好的發(fā)展前景。

（2）航空物探技術(shù)。該技術(shù)在金屬礦物深部的應(yīng)用，促進(jìn)了科學(xué)界發(fā)展和融入綜合空中目標(biāo)站，礦山地球物理特征的許多參數(shù)只能用一種測量方法來掌握，包括電、磁學(xué)、放射能等。該技術(shù)應(yīng)用的主要功能是快速準(zhǔn)確地推導(dǎo)礦山巖石構(gòu)造等目標(biāo)體的特征。主要?jiǎng)恿κ呛け么判源盆F，它在我國金屬礦山的深處起著決定性作用。

（3）地下地球物理學(xué)。該技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)是物理和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合有效地消除了傳統(tǒng)的地下隱蔽搜索技術(shù)的局限性。主要的檢測方法是使用適當(dāng)?shù)膬x器和設(shè)備來研究隱藏物體和介質(zhì)的密度、電磁、彈性、磁性和電化學(xué)性質(zhì)的物理差異。然后通過分析電磁場、磁場和柔性波場的物理分布，確定地下隱藏物體的范圍、特征和分布位置。

7.2 化探技術(shù)

地球化學(xué)研究通常分為兩類:通過元素動(dòng)態(tài)提取技術(shù)和地下水化學(xué)測量技術(shù)，確定不同類型的金屬礦產(chǎn)資源。

（1）元素活動(dòng)態(tài)提取技術(shù)。該技術(shù)應(yīng)用于金屬礦山深井的主要原因是，通過金屬礦產(chǎn)中主要金屬元素在土壤介質(zhì)中的動(dòng)態(tài)含量來預(yù)測出深部礦床的各項(xiàng)信息。多項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，在地質(zhì)和礦產(chǎn)資源中，金屬礦山處于顆粒分散的狀態(tài)，其活動(dòng)性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于大顆粒同物質(zhì)的活動(dòng)性?？梢院芎玫奈交蛘甙谄渌d體之上，對(duì)這些載體分析研究，就能提取出金屬元素。

（2）地下水化學(xué)測量技術(shù)。地下水測量和預(yù)警機(jī)制是了解金屬礦山深水特征參數(shù)的主要過程，但河床一般地質(zhì)結(jié)構(gòu)不均勻，不同地區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)存在很大差異，導(dǎo)致地下水流動(dòng)特征存在巨大的空間差異。合理應(yīng)用地下水化學(xué)測量技術(shù)，系統(tǒng)地收集地下水的特征數(shù)據(jù)，更準(zhǔn)確地確定金屬礦山礦產(chǎn)資源的類型。

8 深部找礦關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略

8.1 思想正在發(fā)展

大力推廣研究開發(fā)技術(shù)，重點(diǎn)是政府，結(jié)合礦物學(xué)理論，開展跨學(xué)科跨部門的聯(lián)合研究。根據(jù)礦業(yè)公司的實(shí)際發(fā)展情況制定新的發(fā)展戰(zhàn)略和扶持政策，引進(jìn)地質(zhì)研究技術(shù)和設(shè)備，提高工作質(zhì)量，在技術(shù)創(chuàng)新的基礎(chǔ)上培養(yǎng)復(fù)合型人才。

8.2 一體化原則

一般來說，深部找礦是一個(gè)具有風(fēng)險(xiǎn)性的項(xiàng)目，不僅需要大量人力，而且需要投入的資金也很大，為了降低投資的風(fēng)險(xiǎn)，首先必須合理應(yīng)用物化探等技術(shù)勘查，需要解決的問題有兩點(diǎn)。第一，信息傳輸薄弱，只有通過有效的手段和措施，才能減少和抑制干擾因素，加強(qiáng)有用的信息；第二個(gè)問題是準(zhǔn)確識(shí)別礦化異常，在深部找礦中，結(jié)合地質(zhì)條件，從地面探測推導(dǎo)出異常信息。再開展實(shí)施鉆探工程驗(yàn)證，查明控制地層構(gòu)造、礦產(chǎn)產(chǎn)狀與儲(chǔ)量等。從而有效的的避免深部找礦及開采的投資風(fēng)險(xiǎn)，減少損失。

9 結(jié)束語

總而言之，針對(duì)金屬礦床深部找礦技術(shù)與方法，對(duì)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行全面的發(fā)展和推廣應(yīng)用，最后實(shí)現(xiàn)找礦技術(shù)的發(fā)展目標(biāo)。同時(shí)，找礦技術(shù)的突破也是一種檢驗(yàn)關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用，應(yīng)該對(duì)化探、遙感、地震、電、磁等技術(shù)方法進(jìn)行綜合應(yīng)用，不僅提高工作效率，還能保證工作質(zhì)量，在金屬礦床深部找礦的過程中，針對(duì)不同的地質(zhì)條件、地貌景觀和礦床類型等，應(yīng)該結(jié)合多種勘查技術(shù)和勘查方式，對(duì)每個(gè)區(qū)域進(jìn)行有效找礦。不斷提高聲部找礦技術(shù)的實(shí)踐性，縮小我國金屬礦床深部找礦技術(shù)與世界先進(jìn)水平之間的差距。