金礦地球物理勘查方法探討

張文斌，岳娜娜

（中陜核工業(yè)集團(tuán)二一四大隊(duì)有限公司，陜西 西安 710061）

如今，在中國(guó)、加拿大以及俄羅斯等國(guó)家均有金礦床分布，據(jù)統(tǒng)計(jì)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的金礦存量約為全球金礦的58.33%。自2011年，全球?qū)鸬V資源的勘探、利用已達(dá)到歷史新高，大部分地區(qū)勘探出的黃金礦床也正進(jìn)行著開(kāi)采工作。然而在研究、開(kāi)發(fā)黃金礦床時(shí)也遇到了一系列問(wèn)題，如怎樣在已發(fā)現(xiàn)黃金礦山的地理位置上向較深區(qū)域開(kāi)采黃金，或如何延長(zhǎng)黃金礦山的開(kāi)采壽命等。目前，區(qū)域找礦作業(yè)已由地球表面深入到更深礦區(qū)，老礦區(qū)也被新礦區(qū)替代，由于傳統(tǒng)的地質(zhì)礦產(chǎn)填圖方法存在很多弊端，使得金礦開(kāi)采需求無(wú)法得到滿足。而地球物理技術(shù)因可探測(cè)到更深區(qū)域的礦體，且能借助探測(cè)和成礦關(guān)聯(lián)的巖體等地質(zhì)要素找到金礦床的位置，所以該技術(shù)在金礦資源開(kāi)采工作中得到了廣泛的應(yīng)用。

1 金礦床的分類

依據(jù)礦床成因可將金礦床細(xì)分為諸多類型。因?yàn)榻鹁哂休^強(qiáng)的穩(wěn)定性，所以其在任意地質(zhì)環(huán)境以及巖石構(gòu)造中都可成礦，而且成礦的礦床形態(tài)也極為豐富。依據(jù)成礦的深度、溫度，可將礦床分為中溫、淺層低溫等類型，結(jié)合礦體的形態(tài)可分為破碎帶蝕變型、細(xì)脈浸燃型等類型。以含金建造為依據(jù)可將金礦分為砂金礦、綠巖型金礦及卡林型金礦等。如下圖所示即是金礦成礦系統(tǒng)地質(zhì)要素示意圖[1]。

2 地球物理方法

2.1 磁法

磁法在地球物理勘查技術(shù)中較為常見(jiàn)，同時(shí)很早便應(yīng)用到區(qū)域找礦工作中。在磁測(cè)填圖法的作用下，工作人員可在短期內(nèi)掌握金礦床的地理位置，對(duì)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)也能全面了解。而在露頭相對(duì)較好的地域，他們可使用航空磁測(cè)技術(shù)掌握地質(zhì)結(jié)構(gòu)的詳細(xì)情況。針對(duì)弱磁條件區(qū)域，工作人員也可采用該方法，這樣便可找到金礦成礦的原因。如今,在地球物理方法技術(shù)中,磁法是成本最低且資源價(jià)格最高的勘查手段。在2017年，park借助航空磁測(cè)技術(shù)對(duì)澳洲某個(gè)礦區(qū)的磁鐵巖蝕變形態(tài)進(jìn)行了深入的研究,通過(guò)開(kāi)掘打鉆實(shí)踐后發(fā)現(xiàn)該種金屬礦床主要是由諸多富含金質(zhì)的磁帶相互疊加而形成,在強(qiáng)磁條件下,借助這種磁法可有效探測(cè)到石英脈與富含金礦的軟弱磁性特征相互關(guān)系。借助高分辨率磁測(cè)技術(shù)分析淺成熱液型磁鐵礦控礦斷裂構(gòu)造與含金量石英脈相互作用關(guān)系,從中可以發(fā)現(xiàn)磁鐵礦受到金屬礦化蝕變帶的影響,磁鐵礦處于強(qiáng)磁化狀態(tài)，與常規(guī)航磁相比，利用地質(zhì)填圖可準(zhǔn)確劃分地球地層，對(duì)巖漿巖的分布及其特征也能全面的了解[2]。

2.2 電法

在金礦勘查工作中，電法勘測(cè)技術(shù)應(yīng)用最為廣泛，借助該技術(shù)工作人員可實(shí)現(xiàn)對(duì)含硫化物金礦的探測(cè)，同時(shí)也能明確蝕變帶的分布情況。針對(duì)更深層的礦體和其周圍巖石之間存在顯著極化率和磁導(dǎo)性比率差異的情況,工作人員可考慮利用計(jì)算機(jī)或電法進(jìn)行勘探偵查更深層的礦體,這樣也能準(zhǔn)確探測(cè)出與硫化物、石英脈等其他成礦物質(zhì)有關(guān)的化學(xué)物質(zhì)，而區(qū)域找礦目標(biāo)也能得以實(shí)現(xiàn)。在地球物理勘查技術(shù)中,自然電位法是一種常見(jiàn)的勘查技術(shù)手段,其不僅在工業(yè)應(yīng)用范圍廣泛,采用這種方法勘查低溫?zé)嵋盒忘S金礦也可取得極佳的勘查效果。在2016年通過(guò)對(duì)秘魯?shù)V區(qū)的自然電位進(jìn)行測(cè)量并對(duì)其與高阻硫酸巖體的相互關(guān)系進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)負(fù)自然電位經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)異常情況，最大負(fù)自然電位可達(dá)-10.2V，而負(fù)自然電位的穩(wěn)定性與高硫化金礦體的規(guī)模間呈現(xiàn)出正相關(guān)特性，這也意味著隨著礦體規(guī)模的擴(kuò)大，電位效應(yīng)也會(huì)越發(fā)的明顯。直流金屬電阻量比率計(jì)算法通常會(huì)與激發(fā)極化法共同應(yīng)用于蝕變帶型金屬礦床的勘查作業(yè)中,電阻量比率出現(xiàn)的異常情況可準(zhǔn)確體現(xiàn)金屬礦床硅化蝕變程度，這樣工作人員也可找到金屬礦床的位置。曾經(jīng)有人借助井中電阻率方法探測(cè)到某一含金石英脈型礦體的劃分情況,結(jié)合該礦體的形狀與電阻率異常特點(diǎn)也總結(jié)出斷裂帶變質(zhì)巖劃分狀態(tài)原理。通常情況下,直流電阻率法廣泛應(yīng)用于淺層礦體的導(dǎo)礦結(jié)構(gòu)，同時(shí)也取得了極佳的應(yīng)用效果。至于激發(fā)極化法，其在金礦勘查作業(yè)中的勘查效果最為顯著，特別是對(duì)與金屬硫化物有關(guān)的金屬礦的探測(cè)。正常情況下，高級(jí)化率、低電阻率異常的區(qū)域便是成礦有利區(qū)，依據(jù)異常的幅度值工作人員可有效判定石英脈型金礦以及蝕變帶型金礦的成礦程度。不過(guò)如若硅化運(yùn)動(dòng)相對(duì)強(qiáng)烈，硅化物在充填期間會(huì)出現(xiàn)較大孔隙，所以也會(huì)出現(xiàn)高電阻率、低極化率情況。如今,針對(duì)極化效應(yīng)所產(chǎn)生的機(jī)理,地球物理學(xué)研究領(lǐng)域尚未統(tǒng)一觀點(diǎn),有的學(xué)者認(rèn)為,極化率和強(qiáng)蝕變帶之間呈現(xiàn)出正相關(guān)的特性。而在目前應(yīng)用激發(fā)極化方法的過(guò)程中,可將其區(qū)別為單極-偶極、偶極-偶極等排列式裝置,不過(guò)由于對(duì)稱四極裝置的檢測(cè)深度最大且信噪高,所以該裝置更加適合金屬礦尋找和勘探工作。至于電磁法,可將其區(qū)分為瞬變電磁法和大地電磁法。電磁法通常在高阻硅化物巖體與硫化物礦床的研究工作中會(huì)得到廣泛的應(yīng)用。瞬變電磁法適用于對(duì)含礦火山巖基底的勘查探測(cè)，該方法的勘查效果極為顯著。而大地電磁法通常會(huì)用在深部控礦構(gòu)造與成礦流體探測(cè)作業(yè)中。大地電磁法具有成本低、效率高等特點(diǎn)，所以在成礦相關(guān)巖體構(gòu)造的探究工作中會(huì)得到廣泛的應(yīng)用。

圖1 金礦成礦系統(tǒng)地質(zhì)要素示意圖

2.3 重力

相較于磁法勘探技術(shù)而言,重力勘探技術(shù)的研究和應(yīng)用范圍雖然很限,但將重力、磁法勘探技術(shù)綜合運(yùn)用,其在各種金礦資源勘查和施工中也發(fā)揮著重要作用。通常情況下,重力勘探目的是為了圈定控制成礦地質(zhì)體和獲取與成礦相關(guān)的重力資料。所以目前在精確率高、比例較大的礦床勘察工作中重力勘察技術(shù)具有廣闊的市場(chǎng)和應(yīng)用前景。

2.4 地震

地震勘探技術(shù)是結(jié)合地震波在地層的傳播特性來(lái)分析區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造特征，并采用地震方法實(shí)現(xiàn)對(duì)巖石結(jié)構(gòu)與金礦分布情況的探測(cè)。雖然地震勘探技術(shù)的應(yīng)用仍在探索中階段，但利用高分辨率地震反射波手段探明含礦層并探測(cè)深部礦體形態(tài)是該技術(shù)的研究核心與方向。所以包括中國(guó)在內(nèi)的許多國(guó)家都開(kāi)始注重地震勘測(cè)技術(shù)的研究、實(shí)驗(yàn)，而在深部塊狀硫化物的反射特性與散射特點(diǎn)等領(lǐng)域也取得了很大的突破[3]。

2.5 放射性

在對(duì)含有放射性元素礦床進(jìn)行勘探工作中,放射性物理檢測(cè)技術(shù)已得到了廣泛應(yīng)用。大多數(shù)金礦在成礦時(shí),隨著這些元素的侵蝕、運(yùn)動(dòng)，其中金屬礦和圍巖的放射性元素含量也會(huì)因此而出現(xiàn)差異,如受到硅化情況的影響致使u、k析出，并且導(dǎo)致u含量大幅度降低,而k含量不斷增加。而且這種地質(zhì)構(gòu)造情況還可能影響黃金礦床產(chǎn)出，之所以出現(xiàn)放射性異常，也是受到成礦帶與斷裂帶的影響[4]。所以在開(kāi)展金屬礦找礦工作中，我國(guó)還可注重對(duì)蝕變帶與礦化帶間U、K放射性元素異常的分析[5-7]。

3 金礦勘探過(guò)程中地球物理勘查方法的運(yùn)用策略

3.1 合理運(yùn)用二維激電測(cè)深技術(shù)

在運(yùn)用二維激電測(cè)深技術(shù)的過(guò)程中，應(yīng)該制定出以下幾項(xiàng)實(shí)施措施：①以測(cè)量網(wǎng)度作為主要的對(duì)象，在勘查的過(guò)程中加以明確和分析。②通過(guò)加大對(duì)相關(guān)設(shè)備的運(yùn)用力度，能夠完成放樣、測(cè)量勘查線的任務(wù)。在這當(dāng)中，主要會(huì)運(yùn)用發(fā)射機(jī)、反演軟件、接收器等相關(guān)設(shè)施。③具體開(kāi)展勘查工作時(shí)，需要以地質(zhì)剖面、反演剖面當(dāng)作主要的對(duì)象，實(shí)現(xiàn)一定的對(duì)比，進(jìn)而使相關(guān)的巖石結(jié)構(gòu)參數(shù)更加清晰。在此過(guò)程當(dāng)中，應(yīng)該充分發(fā)揮出二維激電測(cè)深技術(shù)的良好作用。通過(guò)科學(xué)分析相應(yīng)的激電測(cè)深平面，在緊密結(jié)合具體的二維反演結(jié)果基礎(chǔ)上，如果高程切片發(fā)生充電率不同的情況，最終的呈現(xiàn)結(jié)果也有所差別。一般來(lái)說(shuō)，很多充電率異常的位置會(huì)表現(xiàn)突出，比如，碎屑巖與玄武巖，并且呈現(xiàn)出來(lái)的異常形態(tài)不一樣，在分布規(guī)律方面同樣存在很大的差異性。然而，以1400m位置的標(biāo)高作為起點(diǎn)，進(jìn)行勘察的過(guò)程當(dāng)中，由此形成很多的不良影響。所以，不難看出，通過(guò)在中深部的地方進(jìn)行金礦的開(kāi)采作業(yè)，能夠達(dá)到既定的開(kāi)采目標(biāo)。

基于激電測(cè)深泡面特征的視角下，不同的剖面所呈現(xiàn)出來(lái)的反演充電率異常強(qiáng)度也不一樣。然而，對(duì)于反演充電率異常形式而言，涵蓋了下述兩種：依次處于含煤的碎屑巖、玄武巖組當(dāng)中。通常情況下，含煤碎屑巖呈現(xiàn)出來(lái)的范圍以中深部、近地表為主，在強(qiáng)度的變化方面處于15mv/v～44mv/v范圍以內(nèi)。通過(guò)比較與分析實(shí)地勘查的結(jié)果，參考有關(guān)資料，從中可以獲悉，受到含炭物質(zhì)、煤層分布很多巖石因素的影響，造成出現(xiàn)充電率異常的現(xiàn)場(chǎng)。因?yàn)槌潆娐十惓５牡胤揭灾袦\部、近地表為主，為此，含炭質(zhì)巖層、黃鐵礦化物質(zhì)等可能導(dǎo)致此結(jié)果[8]。

3.2 注重對(duì)地面進(jìn)行高精度磁測(cè)管理

當(dāng)?shù)貐^(qū)地面高精度磁測(cè)工作結(jié)束以后，需要將相關(guān)結(jié)果信息當(dāng)作主要的分析對(duì)象，有助于加以深入了解，從中不難看出，在金礦的周邊出現(xiàn)了強(qiáng)磁異常的現(xiàn)象。因而，致使此種狀況形成的因素以玄武巖、凝灰?guī)r為主。具體而言：第一，加大對(duì)相關(guān)軟件的應(yīng)用力度，可以發(fā)揮出三維成像處理的良好作用，讓最終的勘察結(jié)果更加顯著，其中涵蓋了磁異常、金礦點(diǎn)等不同的信息。第二，受到延拓的深度日益變大的影響，在強(qiáng)磁異常方面，體現(xiàn)出明顯的發(fā)散狀態(tài)。當(dāng)延拓的深度開(kāi)始變大之后，其中的極差數(shù)值同樣增大。然而，在當(dāng)延拓增大至地下的45m情況下，并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)相應(yīng)的異常改變狀況。如果延拓與地面相距很近時(shí)，在強(qiáng)磁異常方面，其最大數(shù)值、最小數(shù)值的差同樣開(kāi)始減小。由此說(shuō)明找礦位置與地面相距是很近的。進(jìn)行地面的高精度磁測(cè)結(jié)構(gòu)剖面特征科學(xué)分析的過(guò)程中，將相應(yīng)的勘查線作為起點(diǎn)，能夠獲悉，在地質(zhì)磁性體方面，針對(duì)理論、實(shí)測(cè)曲線而言，二者的擬合度發(fā)揮出一定的作用。為此，從中可以獲知，在相應(yīng)勘查線下端存在硫化物巖石，其厚度處于52m～85m的區(qū)間之內(nèi)，平板外形非常明顯，因而，可以明確海拔高度大約1500m的巖石存在一定的找礦價(jià)值[9]。

3.3 做好對(duì)最終勘查結(jié)果的比較與分析工作

通常情況下，參考勘查線鉆孔的最終結(jié)果可知，在一定深度的礦圍巖位置能夠找到凝質(zhì)玄武巖。在檢測(cè)以后，包含了強(qiáng)黃鐵礦化、強(qiáng)硅化的特點(diǎn)，和地球物理探礦技術(shù)進(jìn)行推測(cè)的地方相同。所以，此區(qū)域的巖性界面涵蓋了灰?guī)r、玄武巖以及玄武巖蝕變體等不同的部分。在這當(dāng)中，玄武巖蝕變體主要針對(duì)的為依靠硅化蝕變、褐鐵礦化的方式，讓玄武巖擁有很高的電阻率與極化率。一般來(lái)說(shuō)，在運(yùn)用地面高精度磁測(cè)、二維激電測(cè)深技術(shù)之后，可以確?？辈楣ぷ鞯木珳?zhǔn)性。經(jīng)過(guò)對(duì)平面與剖面特征的比較與分析以后，可以獲悉，在巖石結(jié)構(gòu)當(dāng)中包含的物質(zhì)和真實(shí)區(qū)域的地質(zhì)結(jié)構(gòu)相匹配。此項(xiàng)工作開(kāi)展的步驟為：其一，科學(xué)進(jìn)行深部地區(qū)的填圖處理管理，以便明確不同地質(zhì)的巖性情況；其二，參考巖性具體的分布狀況，能夠確保推測(cè)的準(zhǔn)確性。換言之，在科學(xué)掌握充電率、強(qiáng)磁變化的基礎(chǔ)上，可以讓硫化物金屬的空間分布情況更加顯著，以便達(dá)到體現(xiàn)出找礦價(jià)值的目的[10]。

4 應(yīng)用實(shí)例

4.1 淺成熱液型金礦

澳大利亞的淺層低溫?zé)嵋盒徒鸬V區(qū)占地面積高達(dá)150km2，位于昆蘭市州的東北區(qū)域，其地表有83%的部位被導(dǎo)電沉積物所覆蓋。金屬礦主要產(chǎn)自覆蓋層下的火山熔巖的石英脈中，石英脈體總寬在3m左右，如今已被探明的礦體基本是沿著北西走向進(jìn)行分布的。在1980年后，淺層低溫?zé)嵋盒徒鸬V區(qū)便進(jìn)行了航空磁測(cè)與電阻率測(cè)量等調(diào)研工作，在1991年結(jié)合高電阻率、低磁性等異常特征發(fā)現(xiàn)覆蓋層之下10m～15m處存在的Cindy礦體。之后根據(jù)航磁、電阻率異常等因素進(jìn)行鉆孔試驗(yàn),從中找到了北部金礦。采用不同的地球物理學(xué)方法進(jìn)行勘探,所發(fā)揮的作用是不一樣的。在高精度電磁測(cè)量的作用下,可以圈定出火山巖熔巖和安山石之間的分布區(qū)域,同時(shí)也能清晰呈現(xiàn)斷裂帶等構(gòu)造。借助梯度電阻測(cè)量方法能圈定含礦石英脈的硅化區(qū)域帶,而借助于單極-偶極等方法則能詮釋其梯度的排列異常[11,12]。

4.2 斑巖型金礦

世界級(jí)的斑巖型金礦產(chǎn)區(qū)要數(shù)澳大利亞的卡迪亞金銅成礦系統(tǒng)，如今卡地亞采石場(chǎng)、卡迪亞山等均是著名礦區(qū)。自中奧陶紀(jì)至早志留紀(jì)便形成了鉀玄質(zhì)火山巖，又被稱為母巖，而在北北西-南南東構(gòu)造帶也出現(xiàn)了礦化現(xiàn)象，并在南北向的逆斷層破壞了礦體?？ǖ蟻喗疸~成礦系統(tǒng)的覆蓋層極多，包含了志留系沉積巖與新近沖積物等，至于金礦化與網(wǎng)狀脈、硫化銅礦物也有著極大的關(guān)聯(lián)。硫化物主要包括斑銅礦、黃銅礦，其中黃銅礦大多集中在銅礦之中。同時(shí)成礦系統(tǒng)與磁鐵礦的蝕變也有著極大的聯(lián)系，在卡迪亞金銅成礦系統(tǒng)采用地球物理法也能發(fā)現(xiàn)更多的礦產(chǎn)資源[13]。

5 結(jié)論和展望

通過(guò)上述內(nèi)容可看出，地球物理技術(shù)在金礦勘查工作中得到了廣泛的應(yīng)用，同時(shí)也取得了顯著效果。通過(guò)將蝕變帶、控礦構(gòu)造探測(cè)等間接找礦技術(shù)直接化，地球物理技術(shù)在礦床勘查作業(yè)中的應(yīng)用范圍也會(huì)擴(kuò)大。如今，航空地球物理技術(shù)已被應(yīng)用到植被少的無(wú)人區(qū)或地形惡劣的地區(qū)中，而地震屬性分析法在圈定含礦層中發(fā)揮著積極的作用，且具有極大的研究?jī)r(jià)值。隨著社會(huì)科技的不斷進(jìn)步，我國(guó)加大了對(duì)智能化、多功能探測(cè)儀器的研發(fā)力度，在此背景下，地球物理勘查技術(shù)的數(shù)據(jù)處理精度在逐漸提高，而地球物理勘查法在金礦勘查作業(yè)中也發(fā)揮著更為重要的作用[14]。