高精度二維地震勘探在多金屬礦勘查中的應(yīng)用

杜宏杰

（山東省煤田地質(zhì)局物探測量隊）

隨著埋深淺、易開發(fā)及構(gòu)造簡單的金屬礦床開發(fā)殆盡，礦產(chǎn)資源賦存條件越來越復(fù)雜［1-2］?；陔娮杪什町惖母呙芏入姺o法識別復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造［3］，單一的重力或磁法等非地震方法無法滿足勘探精度要求［4］。地震反射技術(shù)應(yīng)用于多金屬勘查具有先天的優(yōu)勢，成為了當(dāng)今金屬礦深部找礦領(lǐng)域具有研究潛力和應(yīng)用前景的技術(shù)方法［5］。

為了解多金屬礦地質(zhì)構(gòu)造和礦體延展范圍的需求，采用二維地震法勘探，選用“一炮二線”式采集數(shù)據(jù)方式，測線橫縱交叉覆蓋目標(biāo)區(qū)域，數(shù)據(jù)采集完成后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及解釋。

1 勘探區(qū)概況

1.1 區(qū)位及交通

勘探區(qū)位于五蓮縣城西北約15 km，區(qū)內(nèi)縣級主干公路、鄉(xiāng)間公路四通八達(dá)，交通極為便利。工作區(qū)屬魯東南低山丘陵區(qū)，地貌以丘陵為主，海拔高度在+100～+200 m，最高點在區(qū)內(nèi)中部的七寶山，海拔為278.0 m。

1.2 地震地質(zhì)條件

勘探區(qū)位于五蓮縣七寶山境內(nèi)，地面多為丘陵，地形較復(fù)雜，森林、植被發(fā)育區(qū)內(nèi)村莊較多，且測線穿過七寶山金礦礦區(qū)，給施工帶來難度。區(qū)內(nèi)第四紀(jì)地層分布廣泛，遍及各大水系流域兩側(cè)、山間盆地、山坡沖溝及沖積平原和濱海地段。淺表層地震地質(zhì)條件總體較差。本區(qū)多為火山巖、侵入巖，部分火山巖能形成較明顯的反射面，如青山群八畝地組、曲格莊組火山巖能形成較好的反射波。總之，本區(qū)對應(yīng)的各目的層反射波能真實地反映其起伏形態(tài)及構(gòu)造變化規(guī)律。

區(qū)內(nèi)地層發(fā)育，主要為中生代白堊紀(jì)萊陽群、青山群、大盛群、王氏群以及第四紀(jì)沂河組、山前組、黑土湖組松散沉積物。區(qū)內(nèi)經(jīng)歷了長期發(fā)展演化的歷史及沂沭斷裂帶、五蓮—青島斷裂帶、近岸斷裂帶等深大斷裂多期活動的切割改造，致使區(qū)內(nèi)構(gòu)造形態(tài)復(fù)雜。區(qū)內(nèi)主要受燕山期巖漿活動作用的影響，早期有大規(guī)模的火山噴發(fā)，在火山噴發(fā)作用中形成了中心式噴發(fā)的七寶山火山機(jī)構(gòu)；晚期被強(qiáng)烈的巖漿侵入，侵入體主要為七寶山侵入雜巖體，由不同期次、不同巖性的侵入巖組成。

2 野外數(shù)據(jù)采集

2.1 試驗布置

試驗工作具有基礎(chǔ)性、全局性的影響，合理的激發(fā)參數(shù)能夠獲得高信噪比的野外采集數(shù)據(jù)，因此，必須選擇合適的試驗方案。采用單線720道接收，道距（同條測線上相鄰兩接收點距離）10 m，排列長度為7 200 m，不對稱激發(fā)，采樣率0.5 ms，記錄長度5 s。首先對8，10，12，14 m井深采用4 kg炸藥量進(jìn)行井深試驗，確定12 m井深較適宜；再分別采用3，4，5，6 kg藥量對12 m井深進(jìn)行藥量試驗。藥量4和5 kg的單炮記錄能量強(qiáng)，信噪比高，頻帶較寬，反射波組特征清晰。圖1為井深12 m、藥量4 kg的單炮地震信號采集結(jié)果，本次施工采用此方案。

2.2 數(shù)據(jù)采集

通過對點試驗資料的分析，從固定增益、能量、信噪比、頻時、時頻等因素考慮，同時利用KLSeis等多種軟件對試驗單炮品質(zhì)進(jìn)行定量分析，各軟件分析結(jié)果相互驗證，確定了本次地震勘探野外數(shù)據(jù)采集參數(shù)。觀測系統(tǒng)類型為1炮2線全排列觀測系統(tǒng)，線距為20 m，道距為10 m，炮距為100 m，接收道數(shù)為固定排列接收，覆蓋次數(shù)最高可達(dá)144次。通過測量提前標(biāo)記接收點和激發(fā)點空間位置，檢波器插入地下后進(jìn)行調(diào)試，然后激發(fā)炮點，激發(fā)后依次前移。數(shù)據(jù)采集方式如圖2所示。

共布置5條二維測線對目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行控制，P1線、P2線與P3線、P4線及P5線互相垂直，通過交叉式測線布置，達(dá)到對構(gòu)造的完全覆蓋，測線布置如圖3所示。

3 數(shù)據(jù)處理與解釋

3.1 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理是用計算機(jī)通過各種算法、技術(shù)對原始數(shù)據(jù)去偽存真、疊加去噪，使處理后的數(shù)據(jù)體能夠直觀反映地下構(gòu)造情況，是二維地震勘探的核心環(huán)節(jié)。整個流程包括預(yù)處理、動靜校正、能量補(bǔ)償處理、疊前去噪和反褶積等，經(jīng)過處理后的數(shù)據(jù)體就可用來解釋。

靜校正是地震資料處理中的重要環(huán)節(jié)，對于近地表條件存在較大差異的復(fù)雜地表區(qū)，靜校正問題解決好壞直接影響到資料處理的成敗。本區(qū)采用了折射波靜校正及剩余靜校正多次迭代，逐步解決該區(qū)的靜校正問題。大地介質(zhì)的濾波吸收作用及野外激發(fā)和接收條件差異比較大，造成不同炮點、檢波點以及同一炮的不同道之間能量不均衡，勢必影響下一步處理質(zhì)量。為此，須對地震記錄進(jìn)行地表一致性振幅補(bǔ)償。疊前噪音壓制在地震資料處理中起著至關(guān)重要的作用，良好的去噪效果能夠使得反褶積子波的求取、速度的拾取以及靜校正量的求取等獲得良好的效果，同時在高保真處理條件下為后續(xù)進(jìn)行復(fù)雜構(gòu)造與巖性解釋提供保證。反褶積起到壓縮子波的作用，精細(xì)合理地速度分析和切除是處理的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。

本次處理參數(shù)：處理道長（儀器記錄震動的總傳播時長）為5 000 ms，處理采樣率（記錄震動的間隔時長）1 ms，面元（處理數(shù)據(jù)體的最小單元）5 m，疊前濾波為（8、16、80、90 Hz）帶通濾波，濾波因子長度為300 ms；面波壓制選內(nèi)切濾波為（12、20 Hz）高通濾波；靜校正參數(shù)為替換速度4 800 m/s，基準(zhǔn)面高程為200 m；地表一致性反褶積選算子長度為120 ms，時窗0～5 000 ms，白噪為0.1%，預(yù)測距離為18 ms；疊后偏移速度掃描參數(shù)則以疊加速度為基礎(chǔ)速度，用90%～110%、增量為5%進(jìn)行偏移掃描；偏移步長為20 ms、擴(kuò)邊200道、道長6 ms。

3.2 資料解釋

資料解釋前首先進(jìn)行反射波的標(biāo)定及對比，利用各種物性參數(shù)與二維數(shù)據(jù)體綜合分析，做出正確的地質(zhì)解釋，反射波標(biāo)定的準(zhǔn)確性直接決定著成果解釋的正確與否。

據(jù)已有地質(zhì)資料：從鉆孔揭露的狀況及時間剖面反射波波形特征，結(jié)合電法資料分析，侵入巖體主要受燕山期巖漿活動作用的影響，早期有大規(guī)模的火山噴發(fā)，在火山噴發(fā)作用中形成了中心式噴發(fā)的七寶山火山機(jī)構(gòu)；晚期被強(qiáng)烈的巖漿侵入，侵入體主要為七寶山侵入雜巖體，由不同期次、不同巖性的侵入巖組成。侵入巖區(qū)域在時間剖面上反映為弱反射區(qū)，表現(xiàn)為雜亂無章不成層，其周圍的八畝地主要為安山質(zhì)集塊巖、沉集塊巖、凝灰?guī)r組成，用綠色表示。曲格莊組的主要巖石組合為含礫凝灰質(zhì)砂巖、中細(xì)粒砂巖、砂礫巖夾安山質(zhì)凝灰?guī)r，巖石中普遍含安山質(zhì)火山角礫巖，上部出現(xiàn)細(xì)粉砂巖薄層。曲格莊組的主要巖石組合為強(qiáng)反射區(qū)，能形成較連續(xù)的反射波，用淺藍(lán)色表示。強(qiáng)弱反射界面即為侵入巖體的解釋依據(jù)，火山構(gòu)造界面用紅色表示。隱爆角礫巖筒中富含銅金等礦物質(zhì)，其密度較侵入巖大，與侵入巖能形成反射界面，其波頻率較低，但能部分成層，層傾角近水平在時間剖面線上表現(xiàn)為一似筒狀形態(tài)，用粉紅色表示。

斷層表現(xiàn)為同相軸的錯斷和扭曲；火山機(jī)構(gòu)展布內(nèi)構(gòu)造復(fù)雜，各種小構(gòu)造數(shù)量多，波阻抗差異面較多，因此表現(xiàn)為均勻分布大量斷續(xù)反射軸；金屬礦體受深大斷裂控制，因此多與大斷層相伴而生，表現(xiàn)為同相軸錯斷較大范圍，單側(cè)沉積地層反射同相軸完整分布。上述各種構(gòu)造特征及礦體分布范圍都在時間剖面上得到明顯顯示，時間剖面橫向指標(biāo)為測線布置長度，縱向指標(biāo)為震動從炮點（激發(fā)點）出發(fā)到達(dá)波阻抗分界面的時間，如圖4所示。

現(xiàn)選取互相垂直布置的P2線和P5線，對各種構(gòu)造及礦體隱爆角礫巖筒進(jìn)行解釋和說明，通過垂直的測線布置可探清區(qū)內(nèi)大概地質(zhì)構(gòu)造及礦體延伸情況。

根據(jù)地震資料和鉆孔揭露，結(jié)合電法資料，本區(qū)揭露的隱爆角礫巖筒，位置在P2線附近，為深部向東南傾斜的筒狀結(jié)構(gòu)，時間剖面能到1 800 ms左右，深度約3 600 m。對應(yīng)鉆孔資料，另發(fā)現(xiàn)一處隱爆角礫巖筒，其寬度約100 m，深度約600 m?；鹕綑C(jī)構(gòu)侵入范圍較大，內(nèi)含八畝地和曲格莊組，線內(nèi)鉆孔貫穿2個隱爆角礫巖筒和火山機(jī)構(gòu)范圍，可為后續(xù)鉆探驗證提供強(qiáng)有力證據(jù)。另外解釋了2個疑似隱爆角礫巖筒，位置在P5線上，其位置在與P2線交叉位置，一個往北500 m，寬約250 m，深度800 m，另一個在交點以南，寬度約100 m，深度約600 m。P5線亦存在火山機(jī)構(gòu)，火山機(jī)構(gòu)侵入范圍較大，并且范圍內(nèi)包含完整的八畝地和曲格莊組反射。

4 工程驗證

二維地震野外工施工結(jié)束后，根據(jù)地震資料及電法等資料，確定鉆孔2020ZK1孔位，本孔目的是打到七寶山金礦的深部位置，后經(jīng)鉆孔驗證，0～200 m為隱爆角礫巖筒，200～900 m為黃鐵礦化安山質(zhì)火山角礫巖、凝灰?guī)r及安山玢巖，900～1 650 m為粉砂巖、細(xì)砂巖、硅質(zhì)巖，1 650～2 000 m為黃鐵娟英巖化閃長玢巖，主要為角礫巖的蝕變帶。由于地震地質(zhì)解釋推斷有據(jù)，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，有效指導(dǎo)了鉆孔布設(shè)，2020ZK1孔取得了良好的找礦效果，鉆探證實地震推測與實際揭露基本吻合，表明二維地震資料有效可靠。

5 結(jié) 論

（1）將地震勘探應(yīng)用于金屬礦產(chǎn)方面的研究較少，這是由金屬礦產(chǎn)的特點所決定。但是應(yīng)用地震勘探探查火山構(gòu)造間接查明金屬礦產(chǎn)的分布及賦存構(gòu)造成為一個較新的思路。高精度地震在精細(xì)解釋金屬礦控礦構(gòu)造、直接發(fā)現(xiàn)深部礦體方面具有巨大優(yōu)勢，已成為金屬礦勘探中一項不可代替的重要手段。

（2）本次高精度二維地震勘探實現(xiàn)了預(yù)定的目標(biāo)，通過多個二維地震剖面的解釋，摸清了目標(biāo)勘探區(qū)的地質(zhì)概況，通過鉆孔驗證，證明了地震勘探應(yīng)用于多金屬礦產(chǎn)的可行性。

（3）盡管現(xiàn)階段地震技術(shù)在金屬礦勘探中取得了很多成果，但由于金屬礦勘探地震地質(zhì)條件的特殊性，還存在很多不足，還需不斷地進(jìn)行研究和改進(jìn)，才能使該技術(shù)更有效實用。