礦產(chǎn)勘查中的物化探技術(shù)應用與地質(zhì)效果分析

周久林

（湖北省地質(zhì)礦業(yè)開發(fā)有限責任公司，湖北 武漢 432000）

物化探技術(shù)為綜合性礦產(chǎn)勘查技術(shù)，主要分為物探、化探技術(shù)兩大類，在實際勘查作業(yè)中通?；旌蠎谩Ｎ锘骄C合技術(shù)可詳細記錄特定范圍內(nèi)地質(zhì)物化數(shù)據(jù)，如巖層巖體微量元素、同位素或指定元素，以此準確得出地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征，判斷是否存在礦產(chǎn)資源，及礦產(chǎn)類型、分布、埋深范圍等，為礦產(chǎn)開采作業(yè)奠定基礎，且具有成本低、效率高等優(yōu)勢，因此物化探技術(shù)在礦產(chǎn)勘查領(lǐng)域中被廣泛應用。

一、礦產(chǎn)勘查中的物化探技術(shù)分析

（一）物探技術(shù)

物化探技術(shù)中的物探技術(shù)主要是根據(jù)地球物理效應明確地球物理場變化情況，繼而得出地質(zhì)構(gòu)造與巖層巖性。物探技術(shù)實現(xiàn)的依據(jù)在于不同巖層巖體的彈性、磁性、密度、放射性、導電性存在差異，采用物探技術(shù)后，可呈現(xiàn)出不同的物理場變化，效果直觀且高效。在礦產(chǎn)勘查作業(yè)中，常用以下幾種物探技術(shù)：

1.電磁法

電磁法以電磁波為場源，借助電磁波的反饋得出電磁場在特定范圍內(nèi)的分布情況，并根據(jù)電磁波勘查結(jié)果繪制淺層地質(zhì)局部圖，分析該區(qū)域內(nèi)是否存在異常數(shù)據(jù)。電磁法多應用于礦山斷裂破碎帶的勘查作業(yè)中，可準確得出地下50 米范圍內(nèi)地質(zhì)情況。電磁法具有數(shù)據(jù)獲取快、設備易攜帶、數(shù)據(jù)處理便捷等優(yōu)勢，可根據(jù)實際地質(zhì)環(huán)境判斷是否選擇該技術(shù)。

2.大地電磁勘探法

大地電磁勘探法可進一步分為磁法勘探與電法勘探，其中電法勘探手段的應用頻率較高，主要憑借礦石、巖石的電性差異了解地質(zhì)結(jié)構(gòu)及水文分布，分析區(qū)域范圍內(nèi)是否存在礦產(chǎn)或危險地帶。該技術(shù)可進一步細分為直流電阻率法、直流激發(fā)極化法、可控源變頻大地電磁法、瞬變電磁法等。（1）直流電阻率法。該方式以巖石電阻率的差異為依據(jù)展開礦產(chǎn)勘查，將電流場設置為勘查區(qū)域內(nèi)，通過觀測電流場分布規(guī)律了解巖層導電性，繼而判斷出特定區(qū)域的巖體構(gòu)成，該技術(shù)主要用以探尋煤礦、地下水、有益礦產(chǎn)，勘查結(jié)果可直接用于找礦作業(yè)。（2）直流激發(fā)極化法。該方式主要通過間歇式正負供電方式激發(fā)二次電位，通過觀察分析二次電位情況計算導出電阻率、充電率、極化率等數(shù)據(jù)，對勘查結(jié)果進行量化，具有勘查準確的優(yōu)勢，可勘查200 米以內(nèi)地質(zhì)情況，但該方式所使用的儀器設備較為笨重，因此直流激發(fā)極化法的應用存在一定局限。（3）可控源變頻大地電磁法。該方法可勘查人工電磁場、天然電磁場的變化情況，對礦產(chǎn)資源定位勘查的效果較好，可勘查1 千米以內(nèi)的地質(zhì)情況，且適用范圍廣，可在煤田、金屬礦、地下水的勘查作業(yè)中發(fā)揮出優(yōu)異效果?？煽卦醋冾l大地電磁法在實際應用時，若勘查深度為500 米以內(nèi)，則需布置人工電磁場，若勘查深度超出500 米，在通過觀測天然電磁場獲得地質(zhì)數(shù)據(jù)[1]。（4）瞬變電磁法。該技術(shù)應用時，需運用接地線源或不接地線源發(fā)射一次性脈沖磁場，借助脈沖磁場間歇，借助接地電極給予地下介質(zhì)一定刺激，以此產(chǎn)生二次感應渦流場，在此基礎上即可勘查出巖體介質(zhì)導電率[2]。瞬變電磁法的地質(zhì)勘查分析主要發(fā)生在測量斷電后，此時需記錄斷電后的二次感應場變化規(guī)律，通過分析該規(guī)律得出特定范圍內(nèi)的地質(zhì)特征。該技術(shù)最顯著的優(yōu)勢在于勘查效率優(yōu)異，二次場觀測可迅速定位高阻圍巖中的低阻地質(zhì)巖體，兼顧勘查效率與準確性，且可同時完成特定巖體或礦體的剖面測量。但瞬變電磁法的應用存在一定局限，若勘查區(qū)域內(nèi)存有大量金屬，或在鉛鋅礦區(qū)、石墨層區(qū)域，則會對礦產(chǎn)勘查結(jié)果造成干擾，繼而產(chǎn)生勘查誤差，因此在礦產(chǎn)勘查作業(yè)中，應結(jié)合實際地質(zhì)環(huán)境選擇勘查技術(shù)。

3.地震層析成像法

地震層析成像法以醫(yī)院CT 斷層掃描與X 射線電磁波以技術(shù)基礎，用以確定區(qū)域范圍內(nèi)地下物性參數(shù)及相關(guān)分布情況，并根據(jù)技術(shù)反饋結(jié)果逐層剖析，最終得出地質(zhì)結(jié)構(gòu)圖像，直觀化展示出礦產(chǎn)勘查結(jié)果。CT 斷層掃描與X 射線電磁波的實現(xiàn)主要是因為彈性波阻抗在不同地層中呈現(xiàn)出不同特征，此時可根據(jù)彈性波反饋情況進行地震層析成像，以此準確得出勘查區(qū)域的地下空間信息。

（二）化探技術(shù)

物化探技術(shù)中的化探技術(shù)主要依托于球化學指標實現(xiàn)，通過觀測計算天然物質(zhì)資源化學指標，得出勘查區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征及礦產(chǎn)分布情況。不同天然物質(zhì)資源的化探勘查方式存在差異，主要可分為非金屬礦化探、金屬礦化探、海洋化探、地熱化探等，從礦產(chǎn)勘查角度來看，常用以下化探技術(shù)進行勘查：（1）巖石測量法。該技術(shù)的應用需建立在巖體樣品采集基礎上，針對所采集的巖體樣品進行地球化學特征、元素含量組成分析，以此判斷巖體化學指數(shù)，了解該巖體樣本所處區(qū)域的基本特征。（2）多目標化學調(diào)查法。該方式主要是運用1:25 萬的采樣密度及采樣網(wǎng)度，對勘查區(qū)域的沉積物樣本、生物樣本、土壤樣本進行化學測量，分析多目標樣本中是否含有微量元素，以此判斷該區(qū)域礦產(chǎn)組成，因此多目標化學調(diào)查法多應用在找礦作業(yè)中。（3）土壤測量法。該技術(shù)主要通過分析礦產(chǎn)勘查期間地表覆蓋物判斷該區(qū)域地質(zhì)組成，若出現(xiàn)數(shù)據(jù)異常元素，則可進一步勘查。土壤測量法以勘查區(qū)域土壤樣本為分析對象，以采樣密度為劃分依據(jù)，主要可分為土壤化探普查、土壤化探詳查，其中土壤化探普查以“件”為單位進行土壤采樣，比例尺為1:50000，且采樣密度處于10～18件/km2 范圍內(nèi)，可普遍探查出十幾種元素的含量數(shù)據(jù)；而土壤化探詳查以“點”為單位進行土壤采樣，比例尺為1:10000，采樣密度處于200～500點/km2 范圍內(nèi)，僅可探查出指定元素的含量組成，勘查結(jié)果更為詳細精準[3]。（4）水系沉積物測量法。該方式通過采集淤泥、細砂等沉積物進行礦產(chǎn)元素分析，以此為依據(jù)完成礦產(chǎn)勘查作業(yè)，為保障水系沉積物勘查效果，應關(guān)注礦產(chǎn)在沉積物中的多種形態(tài)，即次生礦物、原生礦物、粘土、鐵錳化合物共沉淀物等。

二、物化探技術(shù)在礦產(chǎn)勘查中的地質(zhì)應用效果分析

（一）礦產(chǎn)勘查原理

在礦產(chǎn)勘查作業(yè)中，通?；旌蠎枚喾N物化探技術(shù)，完成勘查后需整合數(shù)據(jù)，將勘查數(shù)據(jù)中與礦產(chǎn)資源相關(guān)的信息標注于航磁異常圖上，以此得出礦產(chǎn)高磁異常帶。高磁異常帶中的異?，F(xiàn)象主要表現(xiàn)為橢圓形、圓形，礦區(qū)周圍正磁場較為穩(wěn)定，呈現(xiàn)出局部升高特征，而負磁場較為寬緩平靜，以此可得出礦產(chǎn)分布情況，并根據(jù)負磁場具體表現(xiàn)，分析該礦區(qū)巖石磁性，繼而判斷出該礦區(qū)的巖體組成。若礦區(qū)磁場正磁升高異常、負磁局部異常，則證明該礦區(qū)的礦產(chǎn)資源存在磁性，此時負磁局部異常與正磁升高異常的銜接處，為礦區(qū)礦產(chǎn)資源遷移活化的最佳位置，以此可判斷出礦產(chǎn)勘查目標。礦區(qū)礦床分布及礦石分布情況，可運用偶極測探裝置、對稱四級測探裝置、三級測探裝置等物化探技術(shù)裝置進行詳細勘查，其中對稱四級測探裝置的應用頻率最高[4]。在實際礦產(chǎn)勘查作業(yè)中，需確保勘查裝置全面覆蓋整個勘查區(qū)域，逐步測量礦床分布情況，為進一步明確礦產(chǎn)分布情況，應借助物化探技術(shù)，使測探裝置電極始終保持對稱分布狀態(tài)，適當增加SN 電極距離，不斷加深勘查深度，以此得出勘查區(qū)域范圍內(nèi)的礦產(chǎn)分布情況，為后續(xù)礦產(chǎn)資源開采作業(yè)提供依據(jù)。通過物化探技術(shù)得出礦產(chǎn)勘查數(shù)據(jù)后，可進一步計算出礦床埋深及分布情況，在此基礎上將數(shù)據(jù)反演成圖，以此得出最終礦產(chǎn)勘查結(jié)果，直觀化呈現(xiàn)出礦產(chǎn)分布信息。

（二）隱伏體判斷

將物化探技術(shù)應用到礦產(chǎn)勘查中，可得出勘查區(qū)域范圍中的隱伏體結(jié)構(gòu)，根據(jù)物化探剖面信息，采用激電中梯測量判斷各剖面中的視極化率強度，以此得出礦產(chǎn)及其他巖體的分布形態(tài)。視極化率異常代表著區(qū)域范圍內(nèi)存在隱伏礦體，為精準定位隱伏礦體，需以采礦區(qū)礦化現(xiàn)象為依據(jù)，運用物化探技術(shù)判斷出尚未集中局部礦化的高極化體的位置，以此得出隱伏礦體位置。采用物化探技術(shù)勘查隱伏體存在不確定性，為保障隱伏體勘查效果，應合理分析相關(guān)數(shù)據(jù)，嚴格控制物化探技術(shù)參數(shù)。在實際礦產(chǎn)勘查作業(yè)中，可將隱伏體勘查結(jié)果與礦床分布結(jié)果對應分析，以此判斷隱伏體的電極效應，及其電場排列方式。此外，在運用物化探技術(shù)測量隱伏體時，可隱狀體地下直流電，借助直流電為礦石資源“充電”，此時重點測量礦石資源的“放電”過程，以此可得出勘查范圍內(nèi)隱伏體的具體位置。相較于其他勘查技術(shù)，物化探技術(shù)的隱伏體勘查測量更為效率。

（三）對比實驗論證

為進一步驗證物化探技術(shù)在地質(zhì)勘查作業(yè)的應用效果，本次研究通過對比實驗加以論證。在對比實驗中，將傳統(tǒng)礦產(chǎn)勘查技術(shù)作為對照組，將其與物化探技術(shù)進行對比，以此得出物化探技術(shù)在礦產(chǎn)勘查作業(yè)中的實際應用效果。為提高對比實驗結(jié)果準確性，對比實驗環(huán)境嚴格控制，設定統(tǒng)一參數(shù)，將礦產(chǎn)勘查結(jié)果準確度作為衡量應用效果的關(guān)鍵指標。傳統(tǒng)礦產(chǎn)勘查方式與物化探技術(shù)方式應用過程嚴格控制，其中物化探技術(shù)的對比實驗過程主要通過激化效應完成，對地面作放電處理，觀察并記錄電極變化情況，并根據(jù)對比實驗數(shù)據(jù)計算機化率，公式如下：

式（1）中，η-極化率；t-測量時間；T-供電時間；△v（T，t）-直流電供電時間、測電時間；△v2（T，t）-斷電后二次場電位差。將對比實驗激化率與極化率分布圖進行對比，以此得出對比實驗中，物化探技術(shù)的礦石種類勘查結(jié)果，進一步結(jié)合磁化法判斷礦產(chǎn)資源埋深，采用對比驗證的方式計算出物化探技術(shù)的礦產(chǎn)勘查有效性。在進行物化探技術(shù)對比實驗的同時，采用傳統(tǒng)礦產(chǎn)方式進行同步勘查，將兩種技術(shù)所得結(jié)果進行對比，即可得出物化探技術(shù)在礦產(chǎn)勘查中的實際應用效果。

在本次對比實驗中，為消除實驗誤差干擾，共開展了12 次對比實驗，最終得出了傳統(tǒng)勘查技術(shù)與物化探技術(shù)的勘查準確度。物化探技術(shù)在12次對比實驗中的精準度較為穩(wěn)定，精準度90%以上，而傳統(tǒng)勘查技術(shù)隨著實驗次數(shù)的增加，精準度逐漸下降，最終穩(wěn)定在70%左右，由此可見，物化探技術(shù)在礦產(chǎn)勘查作業(yè)中的應用效果優(yōu)異，具有較強應用價值。

三、物化探技術(shù)在礦產(chǎn)勘查中的應用實例探討

某銅礦礦區(qū)開發(fā)潛力巨大，預測銅礦含量至少3000 萬噸，本礦區(qū)東西、南北長度分別為4.8km、5.2km，本次以該銅礦為研究對象，分析物化探技術(shù)在礦產(chǎn)勘查作業(yè)中的實際應用效果。該礦區(qū)結(jié)合實際情況后最終選定物探技術(shù)中的地震層析成像法、電磁法，兩種方式聯(lián)合使用，對礦區(qū)地下200 米進行礦產(chǎn)勘查，選擇化探技術(shù)中的土壤測量法、巖石測量法、水系沉積物測量法，對礦區(qū)內(nèi)巖石元素含量展開實質(zhì)性分析，搭建地球化學模型，計算各樣本內(nèi)指定含量，在此基礎上進行土壤測量，以1:10000 為測量比例尺，用以詳細勘查范圍區(qū)域內(nèi)的銅礦資源，同時借助水系淤泥、細砂明確銅礦資源的具體情況。在該銅礦礦區(qū)勘查中，采用物探技術(shù)及化探技術(shù)形成技術(shù)組合，以此保障礦產(chǎn)勘查結(jié)果質(zhì)量。在本次銅礦勘查作業(yè)中，借助物化探技術(shù)不僅完成了銅礦普查目的，還完成礦區(qū)內(nèi)隱伏礦篩選定位，并進一步細化了銅礦儲量，對盲礦段、盲礦帶分析后發(fā)現(xiàn)銅礦資源遠超原預測值，除此之外，在勘查過程中明確了礦區(qū)水文結(jié)構(gòu)，為銅礦開采防排水作業(yè)提供了信息依據(jù)。

結(jié)束語：綜上所述，礦產(chǎn)資源類型多樣，物化特征復雜，在礦產(chǎn)勘查作業(yè)中，應結(jié)合實際環(huán)境條件選擇適宜的物化探技術(shù)，設計行之有效的技術(shù)組合，以此確保物化探技術(shù)可在地質(zhì)勘查作業(yè)中發(fā)揮出其原有效果。物化探技術(shù)勘查結(jié)果為礦產(chǎn)開采作業(yè)的依據(jù)，因此在物化探技術(shù)應用期間，必須詳細分析勘查數(shù)據(jù)，考慮多種因素，不斷降低勘查誤差，以此確保勘查結(jié)果有效性。