物探技術(shù)在找礦工作中的有效應(yīng)用

李緒彬，高君茹(山東省地礦工程勘察院，山東 濟(jì)南 250014)

0 引言

在我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)體系改革深入發(fā)展背景下，現(xiàn)代城市受到經(jīng)濟(jì)體系、功能結(jié)構(gòu)需求的影響，對(duì)礦產(chǎn)資源的需求量隨之上升。結(jié)合目前礦產(chǎn)資源開采情況，我國(guó)淺層礦產(chǎn)資源儲(chǔ)備量已經(jīng)無(wú)法滿足社會(huì)發(fā)展要求，導(dǎo)致礦產(chǎn)尋找工作重點(diǎn)放在深層礦產(chǎn)資源上。而如何選擇適宜的找礦技術(shù)，讓深層礦產(chǎn)資源得到充分開發(fā)，是當(dāng)前找礦過(guò)程中重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容。

1 物探技術(shù)的基本概述

物探技術(shù)指的是地球物理勘探技術(shù)，也就是對(duì)地球中各種物理場(chǎng)分布和變化情況進(jìn)行勘測(cè)，進(jìn)一步分析地球本體和近地空間介質(zhì)結(jié)構(gòu)、物質(zhì)組成、發(fā)展變化等，了解與其相關(guān)的自然現(xiàn)象和發(fā)展規(guī)律，根據(jù)獲得的相關(guān)信息，進(jìn)一步探究地球內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)、尋找礦物資源，為災(zāi)害預(yù)警提供依據(jù)。在對(duì)不同地質(zhì)對(duì)象進(jìn)行勘測(cè)的過(guò)程中，需要采用對(duì)應(yīng)的勘探技術(shù)。不同勘探技術(shù)在不同地質(zhì)對(duì)象上展現(xiàn)出的物理性差異明顯，不同礦物具有不同的物理性特點(diǎn)?？碧郊夹g(shù)就是依據(jù)該原理完成地質(zhì)找礦工作，通過(guò)地球物理勘探對(duì)各個(gè)地區(qū)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，利用地球物理理論進(jìn)行地質(zhì)找礦。在地球物理中，不同的地質(zhì)礦山也展現(xiàn)出不同的物理場(chǎng)，從而展現(xiàn)出多解性物理異常[1]。

目前物探技術(shù)應(yīng)用方式比較多，無(wú)論是綜合勘探，還是綜合物探，都需要采用對(duì)應(yīng)的方式、方法，實(shí)現(xiàn)物探方式的優(yōu)化設(shè)計(jì)，讓物探技術(shù)在應(yīng)用上展現(xiàn)出經(jīng)濟(jì)合理和真實(shí)可靠的特點(diǎn)。不同物探技術(shù)在使用要求和范圍上有一定差異，需要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和地質(zhì)條件，選擇適宜的物探技術(shù)。通過(guò)深入調(diào)查，根據(jù)地球物理基本特點(diǎn)，可按照工作區(qū)具體情況投入適當(dāng)?shù)馁Y金，對(duì)成礦理論、成礦規(guī)律等加以分析與總結(jié)，不斷摸索，從而找到物探技術(shù)發(fā)展的突破口。

2 地質(zhì)找礦中常用的物探技術(shù)

在地球物理勘探技術(shù)中，涉及內(nèi)容比較多，任何一種地球物理技術(shù)都存在一定的優(yōu)勢(shì)和不足，在勘探重點(diǎn)上也存在差異。因此在具體操作中，需要結(jié)合探測(cè)區(qū)域具體情況，選擇對(duì)應(yīng)的物探技術(shù)。

2.1 電磁法

電磁法指的是集合巖層中的導(dǎo)電性特點(diǎn)完成勘測(cè)工作，從而獲得理想的地質(zhì)勘查效果。電磁法結(jié)合對(duì)應(yīng)的工作原理，可以劃分為兩類：一個(gè)是連續(xù)電磁法；另一個(gè)是瞬變電磁法。不管哪種方式，都可以在地質(zhì)結(jié)構(gòu)勘查和金屬礦床尋找中應(yīng)用。隨著現(xiàn)代找礦工作的全面發(fā)展，勘探難度和復(fù)雜性隨之提高，由于淺部礦和表露礦數(shù)量不斷減少，在某種程度上增加了地質(zhì)勘探難度。甚低頻電磁法(VLF法)就是在這種環(huán)境下出現(xiàn)的，可以更好地滿足深部地質(zhì)勘探要求，保證勘探結(jié)果的精準(zhǔn)性。甚低頻電磁法可以對(duì)地下不均勻介質(zhì)下的綜合畸變場(chǎng)分布情況進(jìn)行探測(cè)，在電磁感應(yīng)工作原理下，以大功率長(zhǎng)波導(dǎo)航臺(tái)發(fā)射頻率作為一次場(chǎng)源。在遠(yuǎn)離導(dǎo)航臺(tái)的位置，可以把甚低頻電磁作為垂直地面?zhèn)鞑サ钠矫娌ǎ叵虏痪鶆虻刭|(zhì)受到其影響，將會(huì)產(chǎn)生渦旋電流和相應(yīng)的二次場(chǎng)，讓均勻的一次場(chǎng)產(chǎn)生一定變化。甚低頻電磁法能夠了解到綜合畸變場(chǎng)中電場(chǎng)強(qiáng)度水平情況、磁場(chǎng)強(qiáng)度水平情況以及垂直分量等，依據(jù)這些參數(shù)能夠得出大地電阻率ρv，用于勘察斷層中的破碎帶、暗河等情況。這種方式在操作上比較便利，能夠獲得精準(zhǔn)的勘探結(jié)果，在一半隱伏礦體空間定位中獲得理想的勘探效果[2]。但是在使用這種方式的過(guò)程中，需要滿足一個(gè)條件，也就是不管在地球上任何一點(diǎn)，都要具備接收甚低頻電臺(tái)所發(fā)射電磁信號(hào)的能力，這是保證該方法功能得到充分發(fā)揮的關(guān)鍵。

2.2 天然磁場(chǎng)法

因?yàn)閹r石自身具有一定磁場(chǎng)，所以在地質(zhì)勘查過(guò)程中，可以利用天然磁場(chǎng)來(lái)完成檢測(cè)工作。天然磁場(chǎng)法主要是根據(jù)巖石自身磁場(chǎng)特點(diǎn)實(shí)施的一種地質(zhì)勘探方法。這種探測(cè)技術(shù)能夠在巖石磁場(chǎng)頻率的作用下完成數(shù)據(jù)測(cè)量，從而對(duì)每層地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析和調(diào)查。但是在實(shí)際地質(zhì)勘查過(guò)程中，這種物探技術(shù)將會(huì)受到各種因素影響。從磁法角度來(lái)說(shuō)，需要精準(zhǔn)地計(jì)算出異常數(shù)值，并對(duì)其進(jìn)行調(diào)整。在日變改正方面，受到太陽(yáng)輻射等各種因素的影響，相同測(cè)點(diǎn)的磁場(chǎng)值是隨著時(shí)間改變的。如果沒(méi)有及時(shí)調(diào)整，即便使用了精準(zhǔn)的設(shè)備，得出的數(shù)據(jù)也會(huì)存在誤差。同時(shí)，還要做好對(duì)應(yīng)的輔助工作，在保證數(shù)據(jù)質(zhì)量的情況下，需要在室內(nèi)設(shè)有日變站，從而對(duì)磁場(chǎng)中的變化進(jìn)行觀察，日變站最好設(shè)置在地下，保證溫度不會(huì)發(fā)生改變，并且不會(huì)受到人工場(chǎng)的影響。如果是野外，需要認(rèn)真記錄每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)時(shí)間，之后在圖紙中查明該時(shí)間段的日變值變化，并及時(shí)調(diào)整。如果沒(méi)有記錄觀測(cè)點(diǎn)時(shí)間，則不能確定測(cè)量該點(diǎn)磁場(chǎng)值日變數(shù)據(jù)，無(wú)法對(duì)其進(jìn)行修改。

2.3 地震法

地震法的工作原理是，在人工激發(fā)的地震波作用下，在不同彈性地層中傳遞，對(duì)地下地質(zhì)情況進(jìn)行勘測(cè)。地震技術(shù)在沉積盆地研究方面和其他物探技術(shù)相比，有著明顯優(yōu)勢(shì)，其在向地下傳遞地面某個(gè)位置產(chǎn)生的地震波時(shí)，因?yàn)榈讓臃纸缑鎻椥源嬖诓町?，一次產(chǎn)生的反射波也會(huì)有所不同，如果這些波被傳遞到地面上，可以將這些波的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，同時(shí)對(duì)其特點(diǎn)進(jìn)行分析，如波在地下傳播時(shí)間、在地下振動(dòng)情況。在相關(guān)設(shè)備的處理下，可以精準(zhǔn)理解這些界面的深度和形態(tài)，對(duì)地下巖石圈有一定的了解。在使用這種方法時(shí)，需要地震波阻抗之間有所差異，對(duì)地質(zhì)結(jié)構(gòu)方面的問(wèn)題處理有著理想效果，其在找礦和石油工作上應(yīng)用廣泛。

2.4 相位激電測(cè)深法

在地質(zhì)找礦勘查過(guò)程中，利用相位激電測(cè)深法，可以增強(qiáng)抗干擾能力。對(duì)不同地質(zhì)環(huán)境，應(yīng)采用不同密度的相位激電測(cè)深方法，在使用相位激電測(cè)深過(guò)程中，不同電阻率和極化率可以把礦體孔徑分布情況真實(shí)展現(xiàn)出來(lái)。要想獲得理想的工作效果，將有色金屬礦勘查中的地質(zhì)問(wèn)題全面處理，需要在應(yīng)用激電測(cè)深法時(shí)，對(duì)電阻率和極化率科學(xué)管控，從而減少斷層、斷裂等地質(zhì)問(wèn)題。任何一種地球物理技術(shù)都存在優(yōu)缺點(diǎn)，每種方式在使用要求上各不相同[3]。所以，在單一的地球物理方法作用下，無(wú)法真正實(shí)現(xiàn)地質(zhì)勘探。在對(duì)地質(zhì)勘探方法選擇時(shí)，需要結(jié)合實(shí)際情況和工作要求靈活選擇，充分發(fā)揮地質(zhì)勘探法價(jià)值，以獲得精準(zhǔn)的勘探結(jié)果。

3 物探技術(shù)在找礦工作中的有效應(yīng)用

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的不斷提高，我國(guó)地質(zhì)勘察行業(yè)得到了穩(wěn)定發(fā)展，發(fā)展步伐不斷加快。地球物理勘探技術(shù)是地質(zhì)勘探和地質(zhì)資源勘探中一種常用的技術(shù)，需要引起地勘部門的廣泛關(guān)注。礦產(chǎn)資源作為促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)全面發(fā)展的基礎(chǔ)，其開發(fā)是否合理將對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展產(chǎn)生一定的影響。作為地質(zhì)找礦和資源勘查中的核心要素，合適的物探技術(shù)能夠促進(jìn)采礦水平和質(zhì)量的提升，對(duì)促進(jìn)地質(zhì)行業(yè)穩(wěn)定發(fā)展有著重要意義。

3.1 應(yīng)用方法

3.1.1 磁法

第一，大地電磁法。在大地電磁法中，電磁場(chǎng)是該地區(qū)最獨(dú)特的電磁場(chǎng)源，利用風(fēng)的頻率和強(qiáng)度測(cè)量目標(biāo)地質(zhì)。大地電磁法可以探測(cè)極低頻電磁場(chǎng)中的電磁情況，分析低頻電磁場(chǎng)中電磁，判斷是否含有金屬磁場(chǎng)，以及是否可以進(jìn)行進(jìn)一步的測(cè)量，是測(cè)量初期廣泛采用的測(cè)量技術(shù)；第二，瞬變電磁法。瞬變電磁法是根據(jù)電磁波和時(shí)間變化來(lái)進(jìn)行地質(zhì)勘查，主要是根據(jù)礦井中不同礦石的導(dǎo)電性、不同的電磁感應(yīng)強(qiáng)度來(lái)分析磁場(chǎng)隨時(shí)間的變化規(guī)律，從而確定礦井下礦石分布情況。

3.1.2 電法

電法是一種廣泛應(yīng)用的地球物理技術(shù)。電法勘探在某大型鐵礦取得了良好的應(yīng)用效果，據(jù)統(tǒng)計(jì)，電法應(yīng)用已完成20條測(cè)深剖面和950個(gè)工作點(diǎn)，勘測(cè)工作人員選擇了三維可視化、正演和反演建模以及小波多尺度分解等先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行目標(biāo)測(cè)量。鉆后法傾向于低電阻率區(qū)，驗(yàn)證和找礦效果較差[4]。本次勘探充分利用了高極化率、高電阻率的綜合地球物理異常特征，取得了很好的地質(zhì)勘探效果。

3.2 實(shí)際案例應(yīng)用分析

在地質(zhì)勘查和找礦過(guò)程中，為保證地質(zhì)勘查結(jié)果的精準(zhǔn)性，需要結(jié)合勘查地質(zhì)特點(diǎn)和工程具體情況進(jìn)行。地球物理勘探技術(shù)作為一項(xiàng)新技術(shù)，在地質(zhì)勘探和找礦過(guò)程中應(yīng)用廣泛。文章以某鐵礦石區(qū)為例進(jìn)行分析。該區(qū)主要構(gòu)造為碳酸鹽巖，碎屑巖和煤巖較少，鐵山礦區(qū)下三疊統(tǒng)大冶群灰?guī)r為出露地層，在靠近鐵山(不到2 km)的侵入體中含有大理巖、白云質(zhì)大理巖和角巖。

鐵山鐵礦是一個(gè)多成因、多階段的大型礦床，位于-400 m以上，主礦體由六個(gè)主體組成，礦體長(zhǎng)度約4 300 m。磁鐵礦是該礦的基本類型，顏色以鋼灰色為主，磁性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)形式為自形、半自形或粒狀。礦石成分復(fù)雜，鐵和銅具有良好的可選擇性。平均元素含量為：鐵52.13%、銅0.507%、硫2.68%、鈷0.024%[5]。

對(duì)于磁法，這種地球物理技術(shù)在使用過(guò)程中，需要將其建立在具有磁隙的礦石和巖石之間，能夠探測(cè)到深部礦體產(chǎn)生的磁異常，在磁測(cè)方法中，廣泛采用的磁測(cè)技術(shù)有三種，即航空磁測(cè)、地面磁測(cè)和鉆孔磁測(cè)。要求快速確定找礦靶區(qū)，在鐵山礦區(qū)(300 km2以內(nèi))開展航磁測(cè)量。采用地表位置處理方法和無(wú)約束三維概率層析成像反演方法完成數(shù)據(jù)處理。通過(guò)數(shù)據(jù)調(diào)查，大冶鐵礦區(qū)共有4處磁異常，磁異常強(qiáng)度高，梯度陡，勘探目標(biāo)區(qū)共圈定了13個(gè)位置，其中4個(gè)為主要目標(biāo)。

對(duì)于電法，大冶鐵礦采用可控源音頻大地電磁測(cè)深法找礦，共完成18個(gè)測(cè)深段，全長(zhǎng)21.88 m，946個(gè)工作點(diǎn)。分析結(jié)果表明，該區(qū)域南部的平面形狀呈不規(guī)則的“扁豆”形狀，表明接觸帶(-600～1 000 m)內(nèi)可能有鐵礦，需要在所有施工鉆孔中確定井內(nèi)磁測(cè)量，井內(nèi)大部分磁異常符合已知礦體。在驗(yàn)證異常鉆孔之前，應(yīng)對(duì)異常進(jìn)行詳細(xì)解釋，鉆孔驗(yàn)證應(yīng)選擇具有重要找礦價(jià)值的異常區(qū)域，以提高找礦效率，節(jié)約成本，快速完成深部找礦目標(biāo)。

3.3 找礦新突破措施

使用物探技術(shù)時(shí)，應(yīng)該結(jié)合找礦具體要求，對(duì)實(shí)際工作中存在的問(wèn)題有充分了解，分析工作現(xiàn)場(chǎng)情況，采取綜合性對(duì)策，獲得理想的找礦使用效果。首先，精準(zhǔn)定位，謀取條件。近幾年，社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平提高，自然資源數(shù)量減少，人們對(duì)找礦工作給予高度重視，期待可以通過(guò)各種措施尋找更多的礦產(chǎn)資源，特別是一些稀缺資源。所以，地質(zhì)勘查部門應(yīng)結(jié)合時(shí)代發(fā)展需求，加強(qiáng)各部門之間交流，了解當(dāng)前地質(zhì)勘察團(tuán)隊(duì)情況和指標(biāo)，掌握當(dāng)前技術(shù)發(fā)展情況，注重物探技術(shù)應(yīng)用，尋找突破口。其次，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)思想理念，加強(qiáng)對(duì)物探技術(shù)和相關(guān)設(shè)施的探究。當(dāng)前，大部分人員對(duì)物探技術(shù)的了解不全面，沒(méi)有意識(shí)到其在找礦過(guò)程中的價(jià)值，忽略對(duì)物探技術(shù)應(yīng)用探究，普遍認(rèn)為當(dāng)前物探技術(shù)發(fā)展水平已經(jīng)滿足實(shí)際需求。因此，應(yīng)該轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)思想理念，了解物探技術(shù)在找礦中的價(jià)值，分析和其他國(guó)家之間的差距，加強(qiáng)對(duì)物探技術(shù)探究，注重相關(guān)儀器精度，提高物探技術(shù)使用率。最后，加強(qiáng)找礦人才團(tuán)隊(duì)建設(shè)。

在找礦活動(dòng)中應(yīng)用物探技術(shù)，需要得到專業(yè)人員的支持與配合，提高勘查團(tuán)隊(duì)人員專業(yè)水平和綜合能力，加強(qiáng)對(duì)地質(zhì)相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)，提高自身職業(yè)素養(yǎng)。在實(shí)際工作中，要保證勘查人員嚴(yán)格按照找礦要求，正確使用相關(guān)設(shè)備和儀器，減少工作中由于人為操作失誤而導(dǎo)致的測(cè)量誤差，提高勘查團(tuán)隊(duì)綜合水平，保證地質(zhì)找礦工作質(zhì)量。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，隨著中國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的不斷提高，我國(guó)地質(zhì)勘查工作穩(wěn)步發(fā)展。地球物理勘探技術(shù)作為一種新技術(shù)，被廣泛運(yùn)用在地質(zhì)勘探和地質(zhì)資源勘探等活動(dòng)中，獲得的使用效果比較理想。為了保證地質(zhì)勘查的精準(zhǔn)性和有效性，應(yīng)該給予物探技術(shù)高度重視，結(jié)合工作具體情況，完成相關(guān)試驗(yàn)，保證各項(xiàng)指標(biāo)都滿足地質(zhì)找礦相關(guān)要求，從而給地質(zhì)勘探行業(yè)工作開展提供支持。