地球物理勘探方法及其在多金屬找礦中的應(yīng)用

叱舜宇

（山西華冶勘測(cè)工程技術(shù)有限公司，山西 太原 030000）

自20世紀(jì)80年代以來(lái)，多金屬礦產(chǎn)勘查趨勢(shì)明顯，各種勘探方法不斷發(fā)展，地表和淺層礦產(chǎn)減少，提升了勘探難度。為提升多金屬礦產(chǎn)勘探的地質(zhì)效果，要注意分析近年來(lái)國(guó)內(nèi)外地球物理勘探方法的新發(fā)展，研究了多金屬礦產(chǎn)地球物理勘探方法的選擇，希望幫助多金屬礦勘探實(shí)現(xiàn)新突破。

1 地球物理勘探方法概述

1.1 地面次聲電磁法

地面次聲電磁法用來(lái)測(cè)定地面、高空以及地底電磁場(chǎng)強(qiáng)度的空間分布，使用次聲組或無(wú)線電臺(tái)所發(fā)出的電磁波作場(chǎng)源。該方法在確定梁島斷裂帶和邊緣帶、追蹤含礦構(gòu)造、找到低阻巖（礦）脈、確定成礦范圍等方面都有著突出優(yōu)點(diǎn)。

1.2 地震層析成像

地震層析成像始于1930年，但從1980年開(kāi)始僅進(jìn)行金屬礦的地球物理勘探。目前地震層析成像技術(shù)理論完善，分辨率高，測(cè)量深度范圍大，優(yōu)越性突出，特別是在海洋深度測(cè)量方面。所以，它主要應(yīng)用于對(duì)能源礦藏的探索以及對(duì)地球內(nèi)部物理構(gòu)造和地球動(dòng)力學(xué)的研究[1]。

1.3 大地電磁測(cè)深

大地電磁測(cè)量是一個(gè)以地球自然交變電磁場(chǎng)為場(chǎng)源的無(wú)源場(chǎng)源電磁測(cè)量方法。中國(guó)科學(xué)家于1960年開(kāi)展了研究，并于1980年左右將其成果運(yùn)用于礦物勘探工作。利用被動(dòng)場(chǎng)源從地表觀察所得到的電荷和磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化規(guī)律，研究地下巖層的電特性和熱分布特征的科學(xué)方法。它具有高阻層、分辨率強(qiáng)、工作成本低、感應(yīng)深度大等特點(diǎn)，在現(xiàn)場(chǎng)不受便攜式設(shè)備屏蔽。對(duì)于其他金屬巖體礦藏來(lái)說(shuō)，通常金屬礦體與蝕化圍巖之間、蝕化性變化的圍巖與未蝕化的變蝕化圍巖間都會(huì)具有很大的運(yùn)動(dòng)電差，而金屬礦體中堿性金屬鹽和硫酸取代物的離子含量較高，可以降低其運(yùn)動(dòng)電阻?？刂拼嘈詳嗔?、彈性剪切剪斷帶和蝕化性應(yīng)變性的裂縫剪切帶，會(huì)直接導(dǎo)致砂巖礦體和地質(zhì)圍巖的斷層。

1.4 瞬態(tài)電磁法

瞬態(tài)脈沖電磁法測(cè)深是一個(gè)基于電磁運(yùn)動(dòng)測(cè)深的新方法，但又不同于一般大地磁測(cè)深，因?yàn)樗粌H采用了脈沖電流測(cè)深信號(hào)，同時(shí)也可作為特定時(shí)域測(cè)深電磁場(chǎng)[2]?；诟袘?yīng)電磁場(chǎng)的感應(yīng)力學(xué)理論，通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究周?chē)蜏乜諝庵写龣z被測(cè)量物體與二次感應(yīng)電磁渦流場(chǎng)作用形成的二次感應(yīng)電磁場(chǎng)內(nèi)部相關(guān)物理特征?；诖?，透射電鏡在探測(cè)高電導(dǎo)率的大礦體物體方面具有顯著作用。另外，瞬態(tài)電磁法還具備探測(cè)深度大、受到的地質(zhì)環(huán)境影響較少、施工環(huán)境寬松、作業(yè)條件簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)。這也導(dǎo)致了該方法在某些地理景觀較復(fù)雜的礦區(qū)得以應(yīng)用，勘探效果明顯。

1.5 可控源音頻大地電磁法

可控源聲頻微波大地電磁法，為20世紀(jì)80年代中期發(fā)展應(yīng)用起來(lái)的一項(xiàng)能將主動(dòng)場(chǎng)源放在頻率固定區(qū)間內(nèi)的電磁微波探測(cè)應(yīng)用技術(shù)。由四個(gè)發(fā)射偶極子中的ab分別供電，電極子的間距一般正負(fù)二公里，測(cè)量?jī)x的操作地點(diǎn)布置在與發(fā)射功率偶極子之間垂直線三十的一個(gè)扇形測(cè)量范圍內(nèi)，測(cè)量線為電源的連接AB桿。場(chǎng)源可認(rèn)為是一種平面波，通過(guò)不斷變化電源頻率就可以實(shí)現(xiàn)阻性測(cè)深的目的。在山區(qū)，也可依據(jù)地勢(shì)狀況靈活選定發(fā)射機(jī)地點(diǎn)。區(qū)域探測(cè)在整個(gè)測(cè)量過(guò)程中僅利用移動(dòng)接收機(jī)來(lái)完成，極大地提高了工作效率并減少了成本?？煽卦匆纛l大地電磁法的探測(cè)深度更大，且可利用變頻技術(shù)改變探測(cè)深度，同時(shí)具備了測(cè)深與剖面的雙重特征，是深部地質(zhì)構(gòu)造與隱蔽礦藏探測(cè)的高效勘探方式[3]。

1.6 連續(xù)電導(dǎo)率剖面測(cè)量系統(tǒng)

Eh4連續(xù)電導(dǎo)率電磁成像探測(cè)系統(tǒng)，是一個(gè)基于混合源頻域的連續(xù)電磁成像探測(cè)系統(tǒng)。，通過(guò)充分使用人工自然發(fā)射視頻信號(hào)技術(shù)補(bǔ)償了自然發(fā)射信號(hào)在某些特定頻率的不足，從而得到高分辨率的超高電阻率視頻圖像。核心技術(shù)方案是被測(cè)主動(dòng)源人工電磁法，主動(dòng)人工電磁信號(hào)源可以探測(cè)到的深度非常淺，用于直接測(cè)量其中淺層物體結(jié)構(gòu)，由此對(duì)自然界的背景電磁場(chǎng)源進(jìn)行成像。eh4連續(xù)電導(dǎo)率在線成像分析結(jié)果，能夠更直接地準(zhǔn)確表達(dá)礦物剖面中地質(zhì)礦化的特征形態(tài)、規(guī)模和活動(dòng)強(qiáng)度，是礦物發(fā)掘和分析預(yù)測(cè)礦區(qū)隱藏地質(zhì)礦產(chǎn)的一種有效方式。

1.7 淺層地震技術(shù)

淺層地震技術(shù)是一種通過(guò)使用人工誘發(fā)的地震波作用傳遞到巖層上，研究地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)和巖石學(xué)信息的一種地震發(fā)生探測(cè)技術(shù)。該方式最初用于石油勘探，但現(xiàn)在仍然是該領(lǐng)域的主要方式。這些方法的檢測(cè)深度都較常規(guī)方法大（可達(dá)地表約3公里），并且通過(guò)圖像處理，能夠?qū)Φ叵聵?gòu)造的形態(tài)與分布作出更準(zhǔn)確的地質(zhì)評(píng)估。在使用上述地球物理勘探方法進(jìn)行地球物理勘察工作之前，通過(guò)在勘察區(qū)域采集足夠的地層、巖體或礦石樣品，測(cè)量電參數(shù)物理?xiàng)l件來(lái)進(jìn)行地球物理勘探的能力，應(yīng)注意使用不同方法的組合交叉檢查異常。

2 儀器原理及設(shè)備介紹

2.1 極化電流測(cè)量系統(tǒng)的機(jī)理

在使用地球物理方法進(jìn)行礦產(chǎn)勘察工作的過(guò)程中，將運(yùn)用對(duì)稱(chēng)四步儀在勘探工作中，推動(dòng)形成先進(jìn)電測(cè)系統(tǒng)與更高分辨率的電磁圖像系統(tǒng)，同時(shí)要注意根據(jù)相關(guān)的地質(zhì)勘查數(shù)據(jù)對(duì)礦山所確定區(qū)域明確項(xiàng)目總體情況，為下一階段的工程工作奠定了良好基礎(chǔ)。從這些裝置的實(shí)際使用情況來(lái)說(shuō)，很有必要確定應(yīng)用原理，主要是推動(dòng)低極化電測(cè)系統(tǒng)的激活。采用的儀器為微機(jī)激光極化儀，它能夠直接檢測(cè)自身的電量，從而促進(jìn)了初級(jí)電位和極化的產(chǎn)生并顯示在同一顯示器上。

在具體的供電工作設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要特點(diǎn)是充分利用了天然巖石與其他礦物之間在形成激發(fā)極化場(chǎng)的物理上和性質(zhì)上的巨大差別，有利于實(shí)現(xiàn)人工完成供電系統(tǒng)工作的結(jié)構(gòu)形成，也就是可以有效促進(jìn)激發(fā)極化場(chǎng)的結(jié)構(gòu)建立。仔細(xì)研究這些參數(shù)，分析地質(zhì)中存在的特征差異，進(jìn)而有針對(duì)性地進(jìn)行礦產(chǎn)勘查，解決工作中存在的問(wèn)題。在使用這些儀器的過(guò)程中，主要采用信號(hào)增強(qiáng)技術(shù)和數(shù)字濾波技術(shù)來(lái)提高抗干擾功能，提高相關(guān)測(cè)量的精度。

2.2 EH4連續(xù)電導(dǎo)成像系統(tǒng)

在多金屬礦物探測(cè)工作的地球物理方法建設(shè)過(guò)程中，也需要相應(yīng)的eh4連續(xù)電導(dǎo)率成像系統(tǒng)，采用了美國(guó)生產(chǎn)的電磁波測(cè)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)不但應(yīng)用較為簡(jiǎn)便，還具備節(jié)能的特點(diǎn)[4]。在測(cè)量電場(chǎng)中相互正交的正交分量的過(guò)程中，需要得到電場(chǎng)和磁場(chǎng)分量，然后通過(guò)相應(yīng)的傅里葉變換計(jì)算功率譜。這樣就得到了礦體的視電阻率，并得到了相應(yīng)處理后的深度電阻率的二維等高線圖。

3 地球物理勘探在多金屬找礦中的應(yīng)用

3.1 帶礦化預(yù)測(cè)步驟

這一步主要是了解和研究該帶成礦環(huán)境的重大研究，并勘探深斷裂、板塊縫、地交界、斷陷和裂谷及其次生構(gòu)造?，F(xiàn)階段地球物理勘探的主要任務(wù)是探測(cè)和研究隱蔽構(gòu)造，CSAMT剖面可以結(jié)合1：200，000或1：500，000局部航磁、重力和遙感數(shù)據(jù)[5]。重力和磁級(jí)聯(lián)、正負(fù)相之間的線性磁異常、階梯狀或不連續(xù)的電阻部分是這些隱藏結(jié)構(gòu)的物理場(chǎng)特性。在有利的結(jié)構(gòu)條件下，使用電子數(shù)據(jù)結(jié)合1：5000或1：2000磁、電和放射性測(cè)量等，研究和解釋熱液活動(dòng)和分布特性以及元素或礦化規(guī)律。

3.2 預(yù)測(cè)步驟

這一步是在有利金屬帶進(jìn)行一般的礦石勘探，尋找有利礦的空間，并檢測(cè)和研究這些空間中硫化物的分布特征和規(guī)律[6]。如果同時(shí)擁有有利的礦石儲(chǔ)存空間和硫化物富集，那么這一帶就有可能存在礦石儲(chǔ)量。此步驟可與1：1000或1：500磁法、1：500或更大尺度的電法、放射性測(cè)量和其他操作相結(jié)合。磁場(chǎng)不穩(wěn)定性、電場(chǎng)變化、高極化異常和伽馬光譜異常可能是礦床的物理跡象?，F(xiàn)階段重點(diǎn)研究工作區(qū)內(nèi)已知礦化點(diǎn)或采點(diǎn)的地球物理性質(zhì)，糾正物探對(duì)象，準(zhǔn)確選擇物探對(duì)象，提供物探資料解釋?zhuān)_定物探現(xiàn)場(chǎng)。

3.3 普查評(píng)估階段

現(xiàn)階段需要處理的主要問(wèn)題，是礦體的位置和形狀、生成、規(guī)模以及儲(chǔ)量。在深入研究成礦規(guī)律、成礦性質(zhì)，及其他地質(zhì)元素和地球物理性質(zhì)之間的相互關(guān)系的基礎(chǔ)上，根據(jù)地質(zhì)研究結(jié)果和數(shù)學(xué)方法，對(duì)探測(cè)目標(biāo)的選擇可以取得滿意的結(jié)果。選定正確的工作目標(biāo)是至關(guān)重要，明確的工作目標(biāo)應(yīng)該和礦體有明顯的直接或間接關(guān)聯(lián)，并且能夠利用地球物理勘探方式找到。

3.4 實(shí)際應(yīng)用分析

本次激電（視電阻率）測(cè)定，采用了重慶地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)的大功率激電測(cè)定系統(tǒng)。供電線路的引線上采用了2.5或1.2多股的銅線作導(dǎo)線，測(cè)量線時(shí)引線的被子是覆線；用作供電線路的電極一般采用的是不銹鋼或鋼制的纖狀極化電極，而用作測(cè)量線的電極則采用不銹鋼極化的絲狀電極。開(kāi)工前必須對(duì)所需要采用的開(kāi)關(guān)電源、測(cè)量器和導(dǎo)線是否進(jìn)行過(guò)載和漏電保護(hù)檢測(cè)。測(cè)量電極在各個(gè)工作時(shí)間的開(kāi)工極差均小于2mV，收工極差均低于5mV。

激電（視頻和電阻的頻率）的檢測(cè)深11點(diǎn)，布設(shè)于地質(zhì)大面積性檢測(cè)工作完成后所預(yù)先圈定的主要異常區(qū)域內(nèi)，共累計(jì)布置了25點(diǎn)，以進(jìn)一步準(zhǔn)確掌握我國(guó)地質(zhì)體系的垂向空間變化形態(tài)情況和地質(zhì)極化體的縱向空間運(yùn)動(dòng)產(chǎn)出變化形態(tài)。觀測(cè)儀器設(shè)備全部采用左右三軸對(duì)稱(chēng)四級(jí)觀測(cè)裝置。當(dāng)?shù)乇砀稍锘蚪拥仉娏骱艽髸r(shí)，通過(guò)多組高壓電極連接并給電極附近的澆水，提高連接要求，以提高觀測(cè)準(zhǔn)確度。

激電（視電阻率）電梯測(cè)量的系統(tǒng)檢查工作，重點(diǎn)對(duì)異常部位、可疑點(diǎn)及畸變點(diǎn)，在不同日期由不同操作員進(jìn)行了交替檢查。激電（視電阻率）測(cè)深工作的系統(tǒng)檢查，是在不同的工作日對(duì)檢查點(diǎn)的所有極距進(jìn)行了檢查觀測(cè)。同時(shí)對(duì)AB/2大于500m的極距，還均進(jìn)行了改變供電電流的觀測(cè)。并對(duì)異常點(diǎn)、畸變點(diǎn)進(jìn)一步增加重復(fù)讀數(shù)來(lái)確保質(zhì)量。檢查結(jié)果表明：物探各方法檢查工作量及各項(xiàng)誤差指標(biāo)均滿足規(guī)范要求，質(zhì)量可信。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，相應(yīng)的激光測(cè)量結(jié)果可以闡明礦區(qū)的異常礦化，表現(xiàn)出高電阻率和相應(yīng)高極化率的特征。應(yīng)用EH4探針截面圖可以得到已知礦體的結(jié)構(gòu)，顯示礦體的雙邊結(jié)構(gòu)和延伸。將激光極化法與EH4電磁測(cè)量相結(jié)合，可以有效地促進(jìn)金屬礦產(chǎn)勘查工作的發(fā)展，但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，也必須承受部分技術(shù)缺陷帶來(lái)的損失。