論地下物探在有色金屬礦山尋找隱伏礦體的應用

張海東，夏 麗，陳旭日

（江蘇省有色金屬華東地質勘查局，江蘇 南京 210007）

就我國有色金屬礦產資源分布情況而言，隱伏礦體的儲存量遠遠大于裸露礦體的儲存量。因此，選擇隱伏礦體，對我國社會經濟持續(xù)健康的發(fā)展有非常重要的意義，但隱伏礦體通常深埋地下，找礦難度遠遠大于裸露礦體的尋找難度。采用地下物探技術，可有效降低隱伏礦體的找礦難度，而且技術比較先進，技術水平含量比較高，可快速從復雜的地質條件中找到隱伏礦體?；诖?，開展地下物探在有色金屬礦山尋找隱伏礦體的應用就顯得尤為必要。

1 尋找隱伏礦體的必要性

隱伏礦體通常深埋地下，儲量比較大，尋找隱伏礦體的必要性主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

其一是尋找隱伏礦體，有助于發(fā)展更大的有色金屬資源儲量，增加能源的可開采量，為我國社會經濟發(fā)展和基礎設施的完善提供更多的能源支持。

其二是通過尋找隱伏礦體，可進一步擴大有色金屬采礦的規(guī)模。那些裸露在地表上的礦床，都會受到礦床環(huán)境的影響和限制，勘探和開挖的深度通常在500m之內。而隱伏礦體多位于地下，受到侵蝕比較輕，其存儲量遠遠大于裸露礦體，受到環(huán)境的影響比較小。尋找隱伏礦體，可進一步擴大開挖面積，促使礦體的開挖工作更加簡單。

其三是社會的進步，經濟的發(fā)展，人民生活水平的提升，對礦產資源的需求量與日俱增。需要尋找到更多的新礦體，才能滿足持續(xù)發(fā)展的需求。近年來，我國在尋找隱伏礦體方面取得了良好成績，如個舊錫礦、廣東凡口鉛鋅礦等隱伏礦體的發(fā)現(xiàn)，無不標志著我國隱伏礦體資源潛力豐富。

2 地下物探的原理和特點

2.1 原理

地下物探的基本原理是研究地球物理場或者是某些物理現(xiàn)象，如：地磁場、地電場、放射性場等，而不是對巖石特性、礦產的種類等進行研究。地下物探和地質學方法在應用原理上有本質的區(qū)別。地下物探主要是通過對場的研究來掌握和了解整個掩蓋區(qū)域的地質結構以及產狀。因此，在尋找隱伏礦體時主要用到物理學方法或者地區(qū)物理學方法，將地電學、地磁學等應用到隱伏礦體找礦中可大幅度提上找礦的效率和精度。地下物探包括多種探測方法，包括各種坑道物探和測井方法坑道無線電波透視法、坑道地質雷達測量、坑道重力測量、電測井、放射性測井、聲波測井、重力測井、井中磁測、井中無線電波透視法等。這些物探方法的確定可以對地下資源進行檢測和發(fā)展，地下物探多應用于煤田、金屬與非金屬勘探和水文地質、工程地質。在有色金屬礦山尋找隱伏礦體工作中，地下物探更是起到了關鍵性的作用，通過對地下礦體測試的分析，可以確定異常體的性質和特點，進而發(fā)現(xiàn)隱伏礦體的位置和深度并設計一系列的開挖工作。

2.2 特點

和其他尋找隱伏礦體的方法相比，地下物探具有非常顯著的特點，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

第一，需要通過兩個轉化才能完成隱伏礦體尋找，需要先將地質問題轉化地球物理探礦問題，再使用地下物探技術，得到一些數(shù)據之后，再進行分析、研究確定地質體，明確地質體和物理現(xiàn)象之間的關系，將物探的結果轉化為地質上的語言和圖示，進而推斷出隱伏礦體的埋藏情況以及成礦地質問題。

第二，地下物探具有多解性，在使用地下物探尋找隱伏礦體，通常會得到很多異常數(shù)據，此種數(shù)據通常多樣的，這是因為相同地質體可能擁有不同的物理場，不同的地質體也可能擁有相同的物理場。這就使得地下物探異常推斷具有多解性，比如：磁鐵礦、磁黃鐵礦或者是超基質巖，都會引起磁異常。所以，僅采用一種物探方法，通常難以得到肯定的地質結論，需要對中物探方法聯(lián)合使用，才能得到肯定的結論[1]。

第三，每一種地下物探方法，都有非常嚴格的應用條件和使用范圍，這是因為礦產地質、地球物理特性在不同地區(qū)，不同地質條件下，有不同的體現(xiàn)，會影響地下物探方法應用的有效性。

3 地下物探在有色金屬礦山尋找隱伏礦體的應用方法

3.1 礦區(qū)概述

某礦區(qū)，巖性主要為燧石條帶白云質灰?guī)r，總體走向為NW，略有向SW傾斜的趨勢，從巖性條件和結構的角度而言，屬于比較穩(wěn)定的單斜巖層。整個區(qū)域中斷裂構造發(fā)育，由北西西向斷裂帶和北北東向斷裂帶相互作用，控制著該礦區(qū)的展布。

3.2 磁法的應用

該礦區(qū)各類礦體的磁性差異明顯，磁鐵礦（巖芯）樣品數(shù)為71，視磁化率為268×10-5SI，剩余磁化強度為125×10-3A/m；磁鐵礦（地表）的樣品數(shù)為24，視磁化率為7830×10-5SI，剩余磁化強度為380×10-3A/m；含礦矽卡巖的樣品數(shù)為75，視磁化率為150×10-5SI，剩余磁化強度為88×10-3A/m；磁鐵礦化大理巖的樣品數(shù)為45，視磁化率為8700×10-5SI，剩余磁化強度為1000×10-3A/m。該礦區(qū)眾多礦體中磁鐵礦具有磁性最大，其與巖石為弱磁性，磁性條件決定了可以采用磁法來尋找和磁鐵礦有關的隱伏礦體。

通過磁法探測發(fā)現(xiàn)該礦區(qū)存在一處類似“花生狀”的二度異常體，總體走向為NW，貫徹整個礦區(qū)。100nT以上等值線范圍的長度為3000m，寬度達到1500m。而600nT以上等值線兩個獨立的異常用，用C1區(qū)和C2區(qū)進行表示。通常現(xiàn)場勘查和開采經驗表明，C1區(qū)引起磁異常的主要原因是在200m以下的地下，隱伏著多個磁鐵礦體。而C2區(qū)域磁異常的面積比較大，但多被灰?guī)r覆蓋，長度約590m，寬度約230m，其中SE向的寬度略大于NW向，等值線中部比較密集，并且略微向兩側擴張。從前人研究結果上來看，C2區(qū)中展布的細粒閃長巖并不是引起磁異常的關鍵因素，因此，在C2區(qū)的深部一定還隱伏著強磁性地質體[2]。通過分析磁法形成的延拓剖面可知，隨著下延深度的增加，磁場梯度愈發(fā)陡峭，下延曲線的梯度和負值呈現(xiàn)出右支大于左支的效果，且各條下延曲線和斷面圖上下延400m的距離之后，等值線相交在距離基本相同的兩個畸點之上。這就可以充分說明，C2區(qū)磁異常400m以下必然隱伏著強磁性地質體，其形狀近似橢圓，埋深在597m左右。

在具體應用中為最大限度上發(fā)揮出磁法的作用，找礦的效率和準確性，要盡量采取低頻簡諧場或者不穩(wěn)定場，要通過鉆孔為測量線來研究鉆孔周圍空間，從而發(fā)現(xiàn)鉆孔周圍的良導電性礦體，并進一步確定礦體的展布情況和延伸性。以鉆孔為中心，在鉆孔四周布設大激發(fā)回線，并在鉆孔中布設探頭，來實現(xiàn)實時接收和測量。鉆頭通常情況下，由EM傳感器和定向儀共同組成。其中EM傳感器有感應線圈場回饋感應線圈和磁通門磁力計等幾種。其中回饋感應線圈具有良好的增益效果，而且信號保真度比較高。磁通門磁力計是目前比較先進的電磁傳感器，具有很高的靈敏度和精度。隨著科學技術的不斷發(fā)展，很多高新技術和設備被廣泛應用到有色金屬礦山尋找隱伏礦體中，大大提升了找礦的速度和準確性，尤其是電磁探測技術，實現(xiàn)了通電時間段內的測量，而且能夠以很低的頻率進行測量，在有色金屬礦山尋找隱伏礦體中應用的優(yōu)勢愈發(fā)明顯，不但成本低，信噪比比較小，大大提升了有色金屬礦山尋找隱伏礦體的效率和準確性。即使在干擾因素較復雜的近礦勘查區(qū)對目標體的探測能力也大為增強。目前，井中電磁法可用于探測圈定并描述表征鉆孔周邊的良導體，特別是應用于塊狀硫化物的勘探，它可以有效延伸和擴展對塊狀硫化物的探測孔徑可達幾百米。

3.3 電法的應用

案例礦區(qū)礦產資源的電性差異也比較明顯，磁鐵礦（地表）樣品數(shù)為22，視極化率為30%，視電阻率為15×102Ω·m；含礦矽卡巖的樣樣品數(shù)為11，視極化率為8%；含黃鐵礦輝長輝綠巖的樣品數(shù)為30，視極化率為13.4%；輝長輝綠巖的樣品數(shù)為31，視極化率為2.10%，視電阻率為2.2×102Ω·m。其中磁鐵礦的視極化率最高，含黃鐵礦輝長輝綠巖的視極化率次之，但都大于3%。其與礦產的視電阻率比較相近。電性差異明顯，可采用電法來尋找隱伏礦體。

激發(fā)極化異常在該礦區(qū)和出露的NW向含礦構造帶以及粗面斑巖位置有明顯表現(xiàn)，這些和磁異常的情況基本相同。這就可以充分說明，表明斑巖體自身就是極化體。而激發(fā)極化異常向SE的強度逐步減弱，表明該礦區(qū)巖體向SE灰?guī)r覆蓋厚度逐步加大，限制了電法尋找隱伏礦體[3]。為探究礦區(qū)成礦地質意義，沿著整體異常軸部布置了CD垂向電阻率測定測探剖面，再結合現(xiàn)有的地質勘探結果，發(fā)現(xiàn)巖體接觸界線非常明顯，其中C1異常區(qū)域斑巖體的東部接觸帶深部向SE側隱伏。而C2礦區(qū)異常的地下深部存在和C1礦區(qū)相近的低阻地質體。

在進行有色金屬礦山尋找隱伏礦體中電法也比較常用的探測方法，能夠全方位反應自然電位的空間分布情況，按照自然電位的空間分布情況就能獲得存在異常的具體性質、空間位置、產狀要素、形態(tài)等。

大量研究和應用實例表明，在有色金屬礦山尋找隱伏礦體，雖然巷道對自然電位有一定的影響，但此種影響也僅僅限制在電位絕對值的變化上，并不會影響實際的分布情況。所以，在有色金屬礦山尋找隱伏礦體中，坑道的存在通常不會影響異常的定向分析，而且由于其觀測方法多樣，可發(fā)現(xiàn)全空間、不同方位的全面觀測，從而更好的判定隱伏礦體的空間賦存位置，提升有色金屬礦山尋找隱伏礦體的效率和準確性。

3.4 CSAMT的應用

為處理該礦區(qū)激發(fā)極化法探測深度不足的問題，還同時采用了CSAMT探測方法，探測結果表明，磁鐵礦和其他巖體存在多個級次的電性差異，尤其是石英細粒閃長巖的結構比較緊密，含有大量的金屬硫化物，這和該礦區(qū)礦產資源的成礦有密切關系。通過CSMAT探測結果顯示，該礦區(qū)存在500m～800m深度不等低電阻帶，視電阻率的數(shù)值低于700Ω·m，主要分布在8線到3線之內，分布的面積比較大，主要是以0線為中心，逐步向北西、南東擴展。而且在低阻帶的上部分部高電阻率場區(qū)，電阻率的值普遍在2000Ω·m以上，下部為中阻率場區(qū)，電阻率值在700Ω·m～1000Ω·m之間。從這些數(shù)值中可以清楚看出，該礦區(qū)主要的巖性為物迷山組白云巖，且電阻率比較高。磁鐵礦和含有鉬銅矽卡巖的電阻率比較低，僅在100Ω·m～200Ω·m之間。

在應用此種方法進行有色金屬礦山尋找隱伏礦體中，主要是以不同巖體和礦石的激電效應的不同為基礎，觀察激電效應來探測地下金屬隱伏礦的埋藏情況。井中激發(fā)極化法是地面激發(fā)極化法應用的延伸和擴展。通常應用在地下激發(fā)極化異常的評價中。和磁法以及電法相比，激發(fā)極化法既能應用在電阻率的勘查中，也可以很好的應用在圍巖差異比較顯著的塊狀硫化物礦床探測中，尤其是在浸染狀斑巖性金屬礦床找礦中具有的優(yōu)勢是磁法和電法無法比擬的。對地面激發(fā)極化探測方法而言，幾乎不會形成假異常的問題，同時按照供電及測量電極位置的不同這種方法可分為井-井、井-地、地-井3種工作方式。井-井方式可用于追索和研究深部礦體和2個鉆孔之間礦體的相互關系；井-地方式可沿礦體走向在地表圈定礦體的范圍；地-井方式用于發(fā)現(xiàn)井旁或井底的盲礦體并確定其位置。

3.5 尋找尋找隱伏礦體的效果分析

地下物探在尋找隱伏礦體中應用時，主要通過地下地質結構和地質體因物性差異引起的異常作為找礦標準，因此，地下物探獲得結果其實是一種間接的、非實物性的結果，要進一步驗證分析，才能準確獲知隱伏礦體的具體位置和實際情況[4]。通常采用鉆探法來驗證地下物探。就案例工程而言，為嚴重地下物探的準確，采用鉆探對地下901.5m內的地質構造進行分析，鉆探結果表明，在360m～554m的范圍中出現(xiàn)了多層鉬礦體，平均品位為0.108%；在598m～882m的范圍中出現(xiàn)了鐵礦體賦存段，平均品位為25.16%。在686～742范圍內鐵礦化連續(xù)集中，平均品位達到30.98%。表明采用磁法、電法、CSAMT多種地下物探相互的方法，可有效解決隱伏礦體多解性的問題，可為鉆探工程提供更加真實有效的勘察結果。

4 物探異常的驗證分析

在有色金屬礦山尋找隱伏礦體應用地下物探技術時，經常會出現(xiàn)物探異常的問題，引起此問題的主要原因是地下地質構造以及地質體的不同，可看做是一種間接的、非實物性的物體結果，需要進行異常驗證分析，來獲得物探結果的真實性。

就案例金屬礦山而言，通過多種地下物探的聯(lián)合探測可知，此金屬礦床的一般規(guī)律體現(xiàn)在以下幾個方面：

第一，該金屬礦山探測區(qū)域內，矽卡巖型磁鐵礦及其礦化體的上下盤附近，存以鉬為主的工業(yè)礦體，此種巖性中金屬硫化物的含量比較高，屬于成礦的有利地段。

第二，巖體中黃鐵礦化雖然也比較普遍，但邊部，要強于內部，并且在黃鐵礦的細脈中，存在銅礦體，主要表現(xiàn)為“兩高一低”的特征，也是成礦的有利地段。存在高磁場值、高視極化率值等。因此，該礦山隱伏礦的埋藏深度比較大，可用鉆探法進行進一步驗證。

第三，每種地下物探技術都有其獨特的優(yōu)缺點，在具體應用中，可進行相互補充和相互驗證，才能發(fā)揮出各自的優(yōu)勢，克服找礦的難度，提升找礦的準確性。

5 結語

綜上所述，本文采用工程實例結合理論實踐的方法，分析了地下物探在有色金屬礦山尋找隱伏礦體的應用，分析結果表明，尋找隱伏礦體是我國礦產資源開采事業(yè)發(fā)展的主要方向。但隱伏礦體埋深大，存在多解性，傳統(tǒng)探測技術，難以準確、有效尋找到隱伏礦體。采取多種地下物探技術相互結合的方法，可快速找到隱伏礦體的位置，并確定埋藏深度，為進一步進行鉆探提供真實有效的參考，值得大范圍推廣應用。