地球物理勘查技術在礦山深部找礦中的應用

常振宇

（海南省地質調查院，海南 ?？?570206）

礦物資源是現代國家各方面發(fā)展的重要資源，我國對該資源的需求量很大，因此為了不斷謀求發(fā)展，很早就展開了找礦工作，但礦物形成需要經過一個比較漫長的過程，說明短時間內國內的礦產資源有限，要保障找礦工作的礦物資源產出滿足當下需求，就不能將目光投向埋藏較淺的礦儲層，需要向礦山深部出發(fā)[1]。從這一角度出發(fā)，因為礦山深部的實際情況比較復雜，找礦難度比較高，但是這項工作對于分析礦床成因、認識深部成礦規(guī)律意義重大[2]，所以尋常技術手段并不能幫助人們執(zhí)行深部找礦工作，需要其他技術手段作為支撐，如地球物理勘查技術。地球物理勘查技術主要是針對礦山巖體、地質差異性發(fā)育過程，采用相關設備進行勘查，然后得到勘查參數，根據參數對礦山深部的地質情況等進行分析，可以了解其中礦物資源的類型、儲量、大體位置、埋深等信息，這些信息就可以給深部找礦工作提供強有力支撐，因此地球物理勘查技術在現代找礦工作中得到了廣泛應用。同時，地球物理勘查技術具有一定的優(yōu)勢，如實施簡便、勘查結果準確，在礦山深部找礦工作中有很高的應用價值，但結合現狀來看有一部分工作組織對于該項技術的了解不夠深入，無法在工作中充分發(fā)揮技術作用，因此為了推廣該項技術有必要展開相關研究。

1 地球物理勘查技術的概念及其在深部找礦中的作用

1.1 地球物理勘查技術的概念

本質上，地球物理勘查技術是一系列借助物理手段、物理信息進行礦物勘查技術的統(tǒng)稱，但因為早期發(fā)展中將這些技術整合，建立了綜合性較強的技術系統(tǒng)，所以才被稱為“地球物理勘查技術”，即最開始人們發(fā)現大部分物理勘查技術只能用于尋找埋藏深度較淺的礦藏，但從礦物分布情況來看，淺層礦物的量級在礦物總量級中的占比很小，大部分礦物的埋藏深度都很深，因此人們開始對物理勘查技術進行改進，地球物理勘查技術就是在這樣的背景下誕生的，且在之后的發(fā)展中其出現了多種類型，常見的有反射地震技術、數字地震技術、三維地震勘探技術以及可控音頻大地電磁法等，尤其是可控音頻大地電磁法，這是一種依靠人工源頻率域進行勘查，在大地電磁法、音頻電磁法的基礎上進行策略的物探方法，實際應用中具有效率高、分辨率高的優(yōu)勢，同時還可以利用該方法降低相關工作對環(huán)境的擾動力，盡可能避免不必要的影響發(fā)生[3]。

1.2 地球物理勘查技術在深部找礦中的作用

以可控音頻大地電磁法為例，該地球物理勘查技術在礦山深部找礦工作中的主要作用有三，分別為找礦靶區(qū)選型、了解礦產資源形成深部原因、尋找深部隱伏盲礦體，具體內容如下。

1.2.1 找礦靶區(qū)選型

可控音頻大地電磁法在深部找礦當中能夠幫助人們繪制深部地質填圖，根據填圖可以了解深部地質環(huán)境中的礦藏與礦藏的具體情況，因此人們能夠依照填圖對深部找礦靶區(qū)進行選型，確保結果最優(yōu)。具體來說，以往人們在繪制深部地質填圖時主要會遇到兩個問題：第一是無法確定沉積蓋層構造；第二是難以對深部巖性進行填圖，這兩個問題對早期工作造成了困擾，但也說明只要解決這兩個問題就能繪制深部地質填圖，而可控音頻大地電磁法可以幫助人們料及礦山深部的風化層厚度、基地起伏情況等，這樣就能確認沉積蓋層構造，同時使用該方法能夠確定賦礦層位、礦床分布特點、形成情況、基性超基性侵入巖以及花崗巖體之間的直接或間接關系等，這樣就能高效開展深度巖性團體工作，以便人們對物理屬性巖體展部的異常場、形態(tài)進行準確判斷，由此實現深部地質填圖[4]。

1.2.2 了解礦產資源形成深部原因

了解礦產資源形成深部原因對于深部找礦工作而言意義重大，諸如了解具體原因才能準確設定礦產資源挖掘方案等。從這一角度出發(fā)，為了了解礦產資源形成深部原因，以往的深部找礦工作中人們普遍是通過深井鉆探或大陸超生鉆探技術來獲取信息的，但目前世界上最深的鉆孔是蘇聯(lián)科拉半島超深鉆井，深度為12261m，其規(guī)模看似龐大，實際上能提供的信息卻比較有限，難以解釋更深層的低下結構，無法讓人們了解更深層的礦產資源形成深部原因，同時這些方法都需要大量的成本以及資源作為支撐，時間還非常漫長。面對這種情況，可控音頻大地電磁法的優(yōu)勢就體現了出來，其不僅能夠讓人們了解更深層的礦產資源形成深部原因，成本上也相對較低，同時不會對環(huán)境造成太大的影響。

1.2.3 尋找深部隱伏盲礦體

埋藏在礦山深部的礦體中有一部分被稱為深部隱伏盲礦體，這一類礦體普遍具有周邊圍巖物性差異較大的特征，使用其他方法可能無法直接尋找，往往要經過一個繁瑣、漫長的過程，影響深部找礦工作效率，同時過程中可能出現找礦準確性低下的問題。而包括可控音頻大地電磁法在內的一系列地球物理勘查方法，都能直接尋找深部隱伏盲礦體，可保障找礦效率、準確性，且可控音頻大地電磁法相比于其他物探方法，在效率、準確性上的表現也是首屈一指。

2 可控音頻大地電磁法在深部找礦中的應用方式

2.1 案例概況

某礦山初步勘查結果顯示，其屬于沉積變質型鐵礦床，現工作需求是對其框柱進行研究。根據現場情況了解到，該礦山目前分為四個礦層，標號分別為A1、A2、A3、A4，其中A1、A2、A4礦體80%的長度超過了350m，寬度區(qū)間為400m～800m，平均厚度為31.52m，埋深大約在525m～554m。目前確認，區(qū)域內存在多個航磁異常與一定數量的地磁異常點，其中每個地磁異常點的強度都很高，但形態(tài)上相對規(guī)則，還具有大范圍中心正負的特征。另外，范圍內有很強的閃長巖磁性，次之為泥灰?guī)r、鐵礦石，因此綜合認為區(qū)域內可能存在工業(yè)鐵礦體。

2.2 應用方式

綜合利弊，該礦山深部找礦工作主要使用可控音頻大地電磁法展開，因此按照該方法原理，工作組織建立了對應的工作方案，方案中可控音頻大地電磁法的應用方式分為三個步驟，分別為準備工作、質量評價、數據解釋，具體如下。

2.2.1 準備工作

按照可控音頻大地電磁法的實施要求，其準備工作主要包含兩項任務：第一是工作儀器選型，即因為找礦工作中的目標是鐵礦資源，所以要選擇特定的工作儀器，施工組織選擇的儀器為可控緣天然場源電法與多通道電磁法接收機（第四代）；第二是布置測線，為研究鐵礦區(qū)的地質條件，根據磁測量結果，將A1與A2作為可控音頻大地電磁法的主要勘查目標，其中針對A1層，測線布置上需要穿越范圍內所有存在磁數據正負異常結果的區(qū)域，針對A2層，因為該層最后處于磁異常的0值線，所以測線布置中需要從南北方向出發(fā)進行布置，過程中要與磁測工作線重合，這樣可以保障測線上每個測點之間的距離在40m左右，滿足測試要求。按照該方法，A1層測線共有43個測點，A2層測線共有37個測點，兩條測線的長度分別為1.3km、1.4km。

2.2.2 質量評價

根據準備工作中的測線布置結果，對每個測點進行了勘查工作，工作中針對每個測點進行3次重復采樣，每次采樣要求坐標一致、場源一致，以保障區(qū)域內測點結果均勻覆蓋整個勘查范圍，然后即可對測量結果進行質量評價。質量評價工作的主要指標是測點的電阻率，即每次采樣都會得出對應測點的電阻率，每一組電阻率數據之間不允許存在太大的誤差，一般要求誤差不超過均方差5%，按照這一標準，該礦山找礦組織進行了評價，結果顯示所有測點3出采樣后得到的電阻率最大誤差為4.6%，因此符合要求，工作結果質量良好。

2.2.3 數據解釋

通過測試工作了解到A1、A2測線上都存在磁異?，F象，因此要進行研究，結果顯示A1與A2磁異?，F象的主要原因相同，具體為：范圍內地下300m埋深處存在高阻異常，異常位置在測線由南至北的532m處，呈長方形形態(tài)，同時高阻異常體上部有一組曲率為231m后的結構，其屬于第四系覆蓋，具有強磁閃長巖，電阻率較高，因此閃長巖侵入體導致磁異常。結合以上成果，可以對數據進行解釋，解釋方法為磁法數據正演模擬，一共分為兩個步驟：第一，對A1異常區(qū)剖面進行半定量解釋，即區(qū)域內的磁傾角與地面保持垂直關系，埋深為351m，半徑為231m，正演模擬中該區(qū)域的異常磁性體埋深較淺，磁性強度較大，寬度超過400m；第二，對A2異常區(qū)剖面進行半定量解釋，即A2區(qū)域的等效地質體呈狹長形狀，埋深為352m、磁性強度為700×0.01A/m，其磁傾角在地面以下保持垂直，長度為500m±10m，定向為北側傾斜，通過正演模擬確認，該區(qū)域強磁性體埋深較淺，形成原因與A1天然強磁性體有直接關系，可以說A2區(qū)域的磁異?，F象是由A1自然情況引起的。

從這一角度出發(fā)，結合區(qū)域內磁測數據異常曲線、磁極曲線變化情況與可控音頻大地電磁法電阻率數據，能夠對區(qū)域地質情況作出判斷：首先，A1測線上的地質斷面的300m埋深位置主要由粘土沙土、黃土等第四系覆蓋組成，同時還包括閃長巖體，埋深為305m～1km，外側圍巖主要由混合片麻巖、片麻巖構成，鐵礦有可能存在于閃長巖下方右側部位，當前推測其存在的概率為85%。其次A2測線上的地質斷面的300m埋深位置主要由粘土、沙土、黃土等第四系覆蓋組成，312m至900m埋深范圍內有大量的片麻巖、黃崗巖，900m以下有很多閃長巖，因此在片麻巖和花崗巖相交之處有73%的概率可能存在礦化體。

根據以上結果，工作組織決定進行測試，測試中采用了鉆探技術，結果顯示鐵礦處于A1測線上閃長巖下方右側526m處，截面范圍大103m，礦藏數量較大，A2測線上的麻巖和花崗巖相交之處存在鐵礦礦化體，但數量比較少，沒有開采價值，但這至少說明可控音頻大地電磁法作出了相對準確的判斷。

3 可控音頻大地電磁法應用注意事項

3.1 做好信號采集與處理工作

可控音頻大地電磁法是依靠電磁信號等信息來進行勘查的物探技術，因此電磁信號對于技術的最終成果準確性有直接影響，若信號采集不全面，或未能得到有效處理，就可能造成一些嚴重問題。從這一角度出發(fā)，工作組織應當意識到地質勘查是一項非常嚴肅的工作，其結果必須盡可能的準確，因此在可控音頻大地電磁法應用中一定要做好信號采集與處理工作。做好該項工作的要點有：第一，必須根據實際情況布點，確保布點覆蓋所有信息采集目標，對此建議施工組織進行反復確認，盡可能一次性實現目的，否則在后期工作中會有很多困擾；第二，信號處理方面，因為信號采集過程中可能會受到現實因素的干擾出現質量問題，所以在信號采集完成之后一定要進行檢查，對于所有存在質量問題的信號進行處理，處理方法分為兩種，其一是降噪處理，該方法專門針對受噪聲干擾的信號，其二是重新采集，即一些信號受干擾程度比較嚴重，或者存在其他復雜問題，若要進行處理會消耗很多時間，因此一般建議重新采集。通過以上兩種方法，即可保障信號采集結果準確，一般可控音頻大地電磁法作用發(fā)揮，給勘查結果提供準確性保障。

3.2 合理規(guī)劃操作流程

可控音頻大地電磁法雖然適用于各種情況下的深部找礦工作，但面對不同情況，必須結合實情合理規(guī)劃操作流程，即任何情況下，可控音頻大地電磁法的應用都要面對復雜的地質情況，尤其是在深部找礦工作中，地質情況的復雜程度還會進一步增長，因此實際操作過程很容易出現問題，或者遇到一些突發(fā)情況，而這一點雖然無可避免，但只要提前根據實際情況合理規(guī)劃操作流程，就能盡可能的降低問題或突發(fā)情況的發(fā)生概率，也能更好的應對復雜地質情況，這對找礦工作效率、質量等有保障作用。

3.3 先進技術的引入

可控音頻大地電磁法只是一種物探技術，其能夠給人工提供大量的信息數據，幫助人們對地質情況等作出判斷，但要做到這一點必須滿足一個前提條件，就是全面分析信息數據，而實際工作中的信息數據量級龐大、關系錯綜復雜，依靠人工進行分析會出現效率低下的問題，同時在人工不穩(wěn)定性特征的影響下也可能發(fā)生質量問題。因此，在現代可控音頻大地電磁法應用當中工作人員應當采用一些先進的技術手段，借助這些技術手段來進行信息數據分析，諸如人工智能技術就能很好的做到這一點，引入該項技術基本可以讓信息數據分析工作脫離人工，由技術系統(tǒng)負責完成，同時技術不存在人工能力上的局限性，因此工作效率、工作質量都能夠得到保障。總體而言，除人工智能技術以外，還有其他技術可以幫助人們做好物探工作，更有利于可控音頻大地電磁法的作用發(fā)揮，因此在技術應用當中應當積極引入相關先進技術。

4 結語

綜上所述，礦山深部找礦工作對于我國發(fā)展意義重大，因此其必須有效率的展開，且質量要得到保障，為達成目的可以考慮使用地球物理勘查技術為工作提供支撐，過程中只需要根據實際視情況做好技術選型，再按照技術流程、原理等執(zhí)行工作即可。以可控音頻大地電磁法為例，該項技術就能幫助人們確認礦山深部地質情況、礦藏情況等，因此在條件允許的情況下建議使用該項技術。