被動(dòng)源反射地震方法在四川拉拉礦田海林銅礦勘查中的應(yīng)用試驗(yàn)

肖揚(yáng)，鄭革輝，楊濤，劉語(yǔ)，馮天勇，魏宇

(1.四川省冶金地質(zhì)勘查院，成都 610051；2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)，北京 100083)

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)對(duì)礦產(chǎn)資源需求量的不斷增大，礦產(chǎn)資源的精細(xì)勘探水平需進(jìn)一步提高，傳統(tǒng)的位場(chǎng)勘探技術(shù)逐漸難以滿足深部資源勘查工作的要求：傳統(tǒng)的重力和磁法勘探分辨率相對(duì)較低，且位場(chǎng)強(qiáng)度隨著距離的平方成反比衰減趨勢(shì)，難以對(duì)深部金屬礦體的特征作出明晰的識(shí)別；直流電法的探查深度較小；電磁法勘探的分辨率通常也不適用于深部的勘查找礦。因此，發(fā)展大探測(cè)深度(>500 m)的地球物理勘查技術(shù)方法成為礦產(chǎn)資源勘探技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)[1]。地震方法具有探測(cè)深度大、精度高、深部分辨率高和探測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確、可靠的特點(diǎn)，可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)重、磁、電方法在深部隱伏礦勘探技術(shù)的不足。從國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用效果看，地震方法在控礦構(gòu)造、塊狀硫化物礦體、層控礦床的探測(cè)方面取得了一定的探測(cè)效果[2]。

然而，因?yàn)閭鹘y(tǒng)反射地震方法費(fèi)用高、施工難度大、復(fù)雜地表地質(zhì)條件的數(shù)據(jù)采集困難，由此限制了該方法在礦產(chǎn)地質(zhì)領(lǐng)域的應(yīng)用。近年來(lái)，隨著節(jié)點(diǎn)式地震儀器的發(fā)展成熟，被動(dòng)源地震方法的實(shí)用技術(shù)發(fā)展迅猛。被動(dòng)源地震勘探克服了傳統(tǒng)方法的劣勢(shì)，使地震勘探方法逐步具備了在礦產(chǎn)地質(zhì)領(lǐng)域應(yīng)用的條件。本文以四川會(huì)理拉拉銅礦田外圍的海林銅礦勘查工作中采用被動(dòng)源地震方法找礦的實(shí)踐為例，并與大地電磁方法及鉆孔勘探資料進(jìn)行對(duì)比，總結(jié)了應(yīng)用的初步效果，展示該方法在礦產(chǎn)勘探中的應(yīng)用前景。

1 被動(dòng)源地震技術(shù)

被動(dòng)源地震技術(shù)的理論源于地震干涉法的計(jì)算，利用節(jié)點(diǎn)式地震儀對(duì)天然地震等震動(dòng)信號(hào)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)記錄，從環(huán)境噪聲中提取有效的地震信號(hào)，重構(gòu)出形如主動(dòng)源激發(fā)接收的炮集記錄(即擬炮集記錄)，然后按照常規(guī)反射地震數(shù)據(jù)的處理流程進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，從而得到成像剖面，實(shí)現(xiàn)地震波勘探的應(yīng)用。

1968年，斯坦福大學(xué)的Claerbout教授首次提出用被動(dòng)源信息提取反射波信號(hào)。他提議，將放置于地表2點(diǎn)檢波器接收的天然震動(dòng)信號(hào)進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，可以構(gòu)建以一點(diǎn)為檢波器，另外一點(diǎn)為震源的主動(dòng)源波場(chǎng)記錄[3]。2001年，Schuster教授通過(guò)理論計(jì)算驗(yàn)證了Claerbout教授的提議，并將該方法稱為地震波干涉技術(shù)，利用這項(xiàng)技術(shù)對(duì)被動(dòng)源的地震數(shù)據(jù)實(shí)施擬炮合成和偏移成像等，取得較好的應(yīng)用效果。

通過(guò)A，B兩點(diǎn)接收的被動(dòng)源數(shù)據(jù)計(jì)算生成的擬炮集記錄表達(dá)式：

R{G(xA,xB,ω)}S(ω)=<(xA,ω)u(xB,ω)>

(1)

式(1)的左邊為指接收點(diǎn)A，B之間的頻率域格林函數(shù)G(xA,xB,ω)與噪聲震源S(ω)的褶積，即為A點(diǎn)激發(fā)，B點(diǎn)接收的地震記錄。式(1)的右邊為檢波器A，B記錄數(shù)據(jù)的相關(guān)計(jì)算；其中，<*>代表不同互相關(guān)結(jié)果的疊加。上述計(jì)算稱為干涉計(jì)算，其物理意義可由圖1概括，經(jīng)B點(diǎn)反射回地下的地震波，經(jīng)由地下界面反射并被A點(diǎn)接收的地震記錄，如果與B點(diǎn)接收的地震記錄進(jìn)行互相關(guān)，則相當(dāng)于從B點(diǎn)激發(fā)，A點(diǎn)接收的地震記錄，如果有多個(gè)檢波器，則可形成B點(diǎn)為震源的擬炮集記錄。

圖1 干涉法原理示意圖[4]Fig.1 sketch of interference method

2 試驗(yàn)區(qū)成礦地質(zhì)簡(jiǎn)況

會(huì)理海林銅礦是近年來(lái)在四川拉拉礦田東南部深覆蓋地區(qū)新發(fā)現(xiàn)的礦床，會(huì)理海林銅礦與紅泥坡大型銅礦分別產(chǎn)于NE向石龍背斜的南東翼和北西翼的河口群中(圖2)。

圖2 礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)圖Fig.2 Geological structural sketch of Hailin Cu deposit

礦區(qū)地表出露三疊系長(zhǎng)石石英砂巖，侏羅系泥灰?guī)r、白云巖和長(zhǎng)石石英砂巖，白堊系紫紅色泥巖、粉砂巖和砂巖，以及第四系。鉆孔在覆蓋層之下見(jiàn)到古元古界河口群落凼組變鈉質(zhì)火山巖，新橋組片巖、板巖和變砂巖，天生壩組變鈉質(zhì)火山巖。其中，河口群的落凼組、天生壩組變鈉質(zhì)火山巖巖性層為礦區(qū)銅礦的礦源層和賦礦層位。

礦區(qū)主構(gòu)造線為NNE向，次為近EW向，海林銅礦位于NNE向石龍背斜的核部及南東翼。地表地層的走向?yàn)镹NE，傾向SEE，以緩傾斜的單斜構(gòu)造為主。河口群與其蓋層呈角度不整合接觸，鉆孔揭露及物探成果顯示，河口群展布的整體趨勢(shì)與蓋層差別不大，地層走向仍為NNE，傾向SEE。

礦區(qū)巖漿巖主要為晉寧晚期侵入的輝長(zhǎng)巖、輝綠巖，呈大小各異的巖株或巖脈產(chǎn)出。侵入巖體的圍巖蝕變發(fā)育，與礦化有關(guān)的蝕變主要為綠泥石化、硅化、碳酸鹽化、炭化等。

海林銅礦應(yīng)屬拉拉銅礦田的一部分，據(jù)前人研究，拉拉銅礦田中礦床形成于川滇被動(dòng)大陸邊緣裂谷的構(gòu)造環(huán)境，成礦作用主要包括前期的火山噴發(fā)、火山氣液成礦作用和后期的熱液成礦作用。

海相火山噴發(fā)分為3個(gè)大規(guī)?；鹕交顒?dòng)旋回：第1旋回以裂隙溢流為主，對(duì)應(yīng)河口群小銅廠組和白云山組；第2旋回以爆發(fā)為主，其中火山爆發(fā)形成的火山巖富含Cu、Co、Mo等成礦元素，是本區(qū)重要的賦礦層位，對(duì)應(yīng)河口群落凼組和大團(tuán)箐組；第3旋回以噴發(fā)-爆發(fā)為主，本旋回的早階段形成的細(xì)碧質(zhì)凝灰?guī)r富Cu、Co、Mo 等成礦元素，是本區(qū)重要的賦礦層位，對(duì)應(yīng)河口群天生壩組和新橋組。

四川地礦局403隊(duì)礦區(qū)北部鉆探的ZK1801孔在河口群落凼組上部揭露了4個(gè)(層)銅礦體，厚度1.21～3.96 m，銅的品位0.4%～1.29%，由上向下依次編為①號(hào)、②號(hào)、③號(hào)和④號(hào)礦體，埋深403～703 m，礦體在走向和傾向上均有待進(jìn)一步控制。在東西向剖面上可與紅泥坡銅礦床的礦體進(jìn)行連接對(duì)比，認(rèn)為二者屬位于NNE向河口背斜兩翼的相同含礦層位的銅礦體。

3 被動(dòng)源地震方法試驗(yàn)

3.1 野外數(shù)據(jù)采集

本次物探試驗(yàn)工作布置于已有鉆孔控制的18線(見(jiàn)圖2)，剖面長(zhǎng)度1.5 km，主要開(kāi)展AMT和被動(dòng)源地震方法試驗(yàn)。

試驗(yàn)區(qū)地形最大高差為100 m，坡度較緩，周邊人煙稀少、交通不發(fā)達(dá)，周邊河流較多，北西側(cè)約4 km的礦山作業(yè)區(qū)可能為主要的被動(dòng)源來(lái)源，因此淺部的高頻信號(hào)較少(圖3)。

圖3 采集試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)照片F(xiàn)ig.3 Photos of the test area

被動(dòng)源地震野外采集使用121道I-node節(jié)點(diǎn)式地震儀，埋藏深度約20 cm，道間距12.5 m，頻帶寬度1～240 Hz，采樣間隔1 ms，采集時(shí)長(zhǎng)>72 h。從單道頻譜分析數(shù)據(jù)看高頻數(shù)據(jù)較少。

3.2 數(shù)據(jù)處理

通過(guò)公式(1)，以每個(gè)接收點(diǎn)為擬炮集記錄的震源，與其他接收點(diǎn)記錄進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，可以得到系列擬炮集記錄，在相關(guān)計(jì)算中，相關(guān)長(zhǎng)度為5 ms。該地震記錄共計(jì)121道，因此得到擬炮集記錄共121炮，沒(méi)炮檢波點(diǎn)數(shù)為121個(gè)，該記錄中，最小偏移距0 m，最大偏移距1500 m，最大覆蓋次數(shù)120次，CMP間距6.25 m。圖4為震源在中間位置的擬炮集記錄。

圖4 震源在中間位置的擬炮集記錄Fig.4 The virtual-shot gather record with the local seismic source at middle position

獲得擬炮集記錄后，對(duì)其進(jìn)行反射地震數(shù)據(jù)的常規(guī)處理，以期通過(guò)疊加獲得地下結(jié)構(gòu)信息。該數(shù)據(jù)處理主要步驟如圖5所示。

圖5 擬炮集記錄地震數(shù)據(jù)處理流程Fig.5 Flow sheet of virtual-shot gather record data processing

圖6是速度分析獲得的成像點(diǎn)位置的疊加速度，因?yàn)樵撡Y料為二維資料，且地下震源點(diǎn)位置不一定恰在測(cè)線下方，因此，整體速度偏低，但該速度分析，主要作用是將反射信號(hào)進(jìn)行同相疊加，增加反射波的能量。經(jīng)過(guò)系列處理后，可獲得該測(cè)線的成像剖面，如圖7所示。

圖6 試驗(yàn)區(qū)速度模型Fig.6 Seismic velocity model of the test area

圖7 擬炮集記錄成像剖面Fig.7 The stacked imaging section of virtua-shot gather record

3.3 試驗(yàn)成果分析

根據(jù)成像地震剖面，基于同相軸橫向連續(xù)性，拾取地下結(jié)構(gòu)層位信息，并將已知測(cè)井信息標(biāo)記到該地震記錄上(圖8)。

圖8 在地震成像剖面上拾取的反射同相軸Fig.8 The reflection event picked up on the seismic imaging section

將反射層位信息利用平均速度進(jìn)行時(shí)深轉(zhuǎn)換后，得到解釋剖面的深度剖面，疊加AMT成果后獲得物探綜合成果解譯圖(圖9)。

圖9 物探綜合成果解釋圖Fig.9 Comprehensive geophysical exploration results1.第四系；2.下三疊統(tǒng)白果灣組；3.古元古界天生壩組；4. 古元古界新橋組；5. 古元古界落凼組；6.地震剖面解譯地層界線；7.鉆孔控制礦體；8.已知鉆孔

從物探綜合解釋成果可以看出，被動(dòng)源地震成果所顯示的地層起伏變化與AMT成果所顯示的地層起伏變化特征一致性較強(qiáng)，證明了被動(dòng)源地震成果的可靠性。

其中天生壩組(Pt1t)和新橋組(Pt1s)的主要巖性均為片巖，在地震成果中難以區(qū)分。根據(jù)前人巖石物性資料和大地電磁成果，整體上以落凼組(Pt1n)的石英鈉長(zhǎng)巖電阻率較高，而三疊系白果灣組砂巖的電阻率較低，因此綜合大地電磁成果，在鉆孔控制的基礎(chǔ)上，對(duì)地震剖面的巖性分層做了調(diào)整，得到最終成果。

通過(guò)綜合物探成果，對(duì)比已知鉆孔資料，推斷含礦地層的產(chǎn)狀變化主要表現(xiàn)為復(fù)式背斜特征，自ZK1801孔向東，地層由傾斜產(chǎn)狀然后逐漸傾角趨于平緩，地層延伸較為穩(wěn)定。

同時(shí)還發(fā)現(xiàn)，在鉆孔揭露的②號(hào)、③號(hào)、④號(hào)礦體位置，均表現(xiàn)為地層彎折變形，且均有較明顯的反射同相軸，其可能指示了本區(qū)銅礦形成過(guò)程中可能存在多個(gè)旋回的火山活動(dòng)，或其成礦與層間巖性變化具有一定的關(guān)系。

4 結(jié)論

通過(guò)在海林銅礦開(kāi)展被動(dòng)源地震方法的勘查應(yīng)用試驗(yàn)，并與大地電磁(AMT)方法及鉆孔資料對(duì)比，很好地對(duì)試驗(yàn)成果進(jìn)行解釋和評(píng)價(jià)，充分說(shuō)明被動(dòng)源地震方法在金屬礦找礦中的應(yīng)用前景。

(1)被動(dòng)源地震成果與音頻大地電磁(AMT)成果具有較好的一致性，且深部分辨率高于大地電磁方法。

(2)針對(duì)層控型礦體，被動(dòng)源地震方法可以有效地識(shí)別含礦地層和圍巖，輔助地質(zhì)找礦工作。

(3)在資料解釋中應(yīng)綜合利用被動(dòng)源地震、大地電磁法資料，根據(jù)地質(zhì)體的波速、電阻率變化特征進(jìn)行綜合解釋。

(4)被動(dòng)源地震方法的震源信號(hào)研究還有待加強(qiáng)。