金礦地球物理勘查方法綜述

胡均杰

(山東省第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院， 山東 煙臺 264000)

0 引言

目前全球金礦床主要分布在澳洲、美國、俄羅斯、印度尼西亞、加拿大、南非以及中國等國家和地區(qū)。其中已探明的金礦儲量占全球金礦總量的58.33%。2011年，世界金礦資源開采量達歷史高峰，絕大多數(shù)已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)的金礦床都處于開采狀態(tài)。目前，金屬礦床開發(fā)面臨的主要問題是如何在已探明的金屬礦位置基礎(chǔ)上向更深區(qū)域開采，或延長已經(jīng)開采的礦山壽命周期并探明新的金屬礦床。當(dāng)前，區(qū)域找礦工作已經(jīng)從傳統(tǒng)的地球表層發(fā)展到深部礦區(qū)，由老礦區(qū)轉(zhuǎn)向新礦區(qū)。傳統(tǒng)的地質(zhì)礦產(chǎn)填圖方式由于限制條件較多，已經(jīng)無法適應(yīng)這一發(fā)展形勢。而地理物理勘查技術(shù)應(yīng)用范圍不斷擴大，其在金屬找礦中發(fā)揮了極大的意義和作用。由于地球物理技術(shù)可直接探測到深部礦體，也可通過探測與成礦有直接關(guān)系的巖體、蝕變帶以及構(gòu)造等地質(zhì)要素，從而實現(xiàn)找礦的目的。本文在前人研究基礎(chǔ)上，對地球物理技術(shù)在當(dāng)前金礦勘查中的應(yīng)用現(xiàn)狀進行了總結(jié)和分析，以期為我國金屬找礦工作提供理論借鑒和參考。

1 金礦床分類

隨著對礦床成因研究的不斷深入，對現(xiàn)有金礦床分類標(biāo)準(zhǔn)也進行了詳細的劃分。由于金的穩(wěn)定性，在各種類型的巖石、地質(zhì)環(huán)境下均可成礦，并且其形成的金屬礦床呈現(xiàn)出多種形態(tài)。金屬礦床劃分依據(jù)主要包括：

(1)根據(jù)成礦溫度、深度，可劃分為高溫、中溫中深、淺層低溫等類型的礦床；

(2)根據(jù)礦體形態(tài)、礦化類型，可劃分為細脈浸燃型、石英脈型、破碎帶蝕變型等多種類型；

(3)根據(jù)含金建造為依據(jù)進行劃分；

Robert對全球一百多個金屬礦床構(gòu)造特點進行了總結(jié)和分析，并將其劃分為綠巖型金礦、中深成侵入型金礦、沉積巖母侵入型金礦、低硫化型淺成低溫?zé)嵋簤A性金礦、卡林型金礦、砂金礦以及塊狀硫化物、淺成侵入型金礦、高(中)硫化型淺成低溫?zé)嵋航鸬V等多類型[1]。

圖1 主要金礦成礦系統(tǒng)關(guān)鍵地質(zhì)要素示意圖

2 地球物理方法

2.1 磁法

磁法是地球物理方法中較為常見的礦產(chǎn)勘查技術(shù)，同時也是應(yīng)用較早的金屬礦床找礦技術(shù)。通過磁測填圖法能夠在短時間內(nèi)探明金屬礦床所在區(qū)域及其結(jié)構(gòu)特點。在某些露頭較少的區(qū)域，可通過航空磁測技術(shù)在短時間內(nèi)掌握該區(qū)域的地質(zhì)結(jié)構(gòu)信息。并且，該方法在弱磁條件下也有較大的應(yīng)用，可幫助地質(zhì)勘測部門了解金屬礦成礦原因。目前，磁法是地球物理方法技術(shù)中成本最低、最為經(jīng)濟的勘察技術(shù)。2017年，Park通過航空磁測以及鉆孔磁化率等技術(shù)對澳洲西部某金礦區(qū)磁鐵礦蝕變形態(tài)進行了研究，通過打鉆驗證，發(fā)現(xiàn)其是多個含金礦帶疊加在一起形成的金屬礦床，通過磁法可在強磁環(huán)境下探測金礦和石英脈之間的關(guān)系，呈現(xiàn)出弱磁性的特點。2018年Hoschke通過高分辨率磁測技術(shù)對澳大利亞某淺成熱液型金礦控礦斷裂構(gòu)造和含金石英脈之間的關(guān)系進行了總結(jié)和分析[2]。研究結(jié)果指出，金屬礦化蝕變帶下的磁鐵礦也呈現(xiàn)出強磁化的特點，相較于常規(guī)性的航磁，通過地質(zhì)填圖能夠較為精準(zhǔn)的進行地層劃分，并確定巖漿巖分布情況。

2.2 電法

電法是金屬礦勘查中應(yīng)用范圍最廣的勘測技術(shù)，通過電法勘探技術(shù)可對含硫化物金屬礦進行有效的探測，并確定蝕變帶、控礦構(gòu)造分布范圍。在礦體與周圍巖石存在較為明顯的磁導(dǎo)率、自然電位、極化率以及電阻率差異情況下，通過電法勘探可對較深層次的礦體進行有效勘察，并探測到與石英脈、石墨、硫化物等金屬礦成礦有關(guān)的物質(zhì)，從而達到找礦目的。

2.2.1 自然電位法

自然電位法是地球物理勘察技術(shù)中較為常見的勘測方法，其運用范圍較廣，在低溫?zé)嵋盒徒饘俚V勘察中效果明顯。2016年Goldie測量了秘魯某礦區(qū)自然電位，并對該地區(qū)自然電位和高阻硫酸巖體關(guān)系進行了分析和研究。研究發(fā)現(xiàn)，負自然電位異常情況較為常見，最大可達-10.2 V，自然電位強度和高硫化金礦體整體規(guī)模等呈正相關(guān)性，也就是礦體規(guī)模越大，則點位效應(yīng)越為顯著[3]。

2.2.2 直流電阻率法

直流電阻率法一般和激發(fā)極化法共同應(yīng)用于蝕變帶型金礦勘察工作中，通過電阻率異常特征能夠直觀體現(xiàn)金礦床硅化蝕變情況，從而達到找礦目的。2016年Spitzerand通過井中電阻率法對魁北克某含金石英脈型礦體分布情況進行了探測，并根據(jù)礦體具體形態(tài)特征以及電阻率異常特征對斷裂帶變質(zhì)巖劃分情況進行了總結(jié)[4]。直流電阻率法在淺部礦體導(dǎo)礦構(gòu)造中應(yīng)用廣泛，效果顯著。

2.2.3 激發(fā)極化法

激發(fā)極化法是目前金礦勘察中效果最為顯著的地球物理探測技術(shù)，尤其是在探測與金屬硫化物、石英脈有較大關(guān)聯(lián)性的金屬礦方面。一般而言，高極化率低電阻率異常區(qū)一般為成礦有利區(qū)，根據(jù)其幅度值來判定蝕變帶、石英脈型金礦成礦程度。但在硅化運動較為強烈的情形下，由于硅化物在充填過程值會形成一定的孔隙，因此呈現(xiàn)出高電阻率以及低極化率的特點。目前，地球物理學(xué)界對極化效應(yīng)產(chǎn)生機理仍未形成統(tǒng)一的觀點和認識，Okada根據(jù)井中極化率認為強蝕變帶與極化率、地溫梯度等之間呈正相關(guān)性[5]。在實際應(yīng)用中，激發(fā)極化法可以分為偶極-偶極、對稱四級、單極-偶極等多種排列裝置，對稱四級裝置探測深度更大、信噪比較高，因此更適用于金屬礦找礦工作。

2.2.4 電磁法

電磁法可分為大地電磁法(MT)、瞬變電磁法(TEM)、可控源音頻大地電磁場(CSAMT)等，主要運用于硫化物礦床、高阻硅化巖體及深部構(gòu)造巖體的研究中。大地電磁法(MT)一般用于深部控礦構(gòu)造以及成礦流體探測工作中，其優(yōu)點在于效率高、成本低，因此在無植被覆蓋的無人區(qū)以及與成礦有關(guān)的巖體構(gòu)造中有較大程度的應(yīng)用。瞬變電磁法(TEM)主要應(yīng)用于含礦火山巖基底勘察中，相較于大地電磁法效果更為顯著。可控源音頻大地電磁測深(CASMT)主要優(yōu)點在于成本低，分辨能力強，因此在與金礦成礦有關(guān)的高阻蝕變帶、控礦構(gòu)造中應(yīng)用較多，能夠精準(zhǔn)體現(xiàn)出地質(zhì)形態(tài)結(jié)構(gòu)特點。

2.3 重力

重力勘探法應(yīng)用范圍雖然不及磁法，但重磁結(jié)合勘探技術(shù)在金屬礦勘察中發(fā)揮了極大作用。重力勘探主要作用是圈定控礦地質(zhì)體，劃分區(qū)域地質(zhì)并獲得成礦有關(guān)的重力信息。因此，在大比例尺、高精度金屬礦床勘探工作中重力勘測技術(shù)應(yīng)用前景廣泛。

2.4 地震

地震勘探主要是通過研究地震波在地層中的傳播特征來分析該地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造特征，通過地震方法來探測巖石結(jié)構(gòu)特征以及金屬礦產(chǎn)分布情況的技術(shù)仍處于探索階段。但通過高分辨率地震反射波法來查明含礦層，探測深部礦體形態(tài)特征是地震勘探技術(shù)研究的心方向。因此，中國、美國、南非、加拿大、瑞士等國家加大了地震勘測技術(shù)的研究，并進行了大的實驗，在塊狀硫化物礦床物理特性、深部塊狀硫化物反射特性以及散射特點方面取得了突出成績，為地震勘探找礦創(chuàng)造了必要的基礎(chǔ)條件。因此，隨著層析理論以及信息技術(shù)的不斷發(fā)展，地震勘探已經(jīng)成為深部找礦以及計算礦產(chǎn)儲量的主要技術(shù)。

2.5 放射性

放射性物探主要運用在某些含有放射性元素礦床中，對絕大部分金礦而言，其在成礦過程中伴隨著元素的運移、富集、蝕變，在成礦過程中金屬礦與圍巖中的放射性核素含量存在較大差異，例如：由于硅化等原因?qū)е耈、K析出，從而U含量有所降低，而K含量有所提高。同時，金礦床的產(chǎn)出與地質(zhì)構(gòu)造也有較大關(guān)系，而成礦帶、斷裂帶也是造成放射性異常的重要部位。因此，可以通過研究構(gòu)造帶、蝕變帶以及礦化帶間的U、K等放射性元素異常來達到找礦的目的。

3 結(jié)論與展望

通過對上述金礦勘察中地球物理方法技術(shù)應(yīng)用分析可看出，當(dāng)前地球物理技術(shù)在金礦勘查中的效用范圍越來越廣泛，通過對控礦巖體、蝕變帶、控礦構(gòu)造探測等間接找礦技術(shù)發(fā)展為直接找礦，使地球物理技術(shù)在金屬礦床勘察中的應(yīng)用范圍不斷擴大。航空地球物理技術(shù)多運用于植被較少的無人區(qū)或地形條件惡劣地區(qū)；地震屬性分析對圈定含礦層有著極大意義，有一定的研究價值；大比例尺、高精度重力勘探技術(shù)在高品位礦床開發(fā)中有較大發(fā)展?jié)摿Α?/p>

隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的迅速發(fā)展，高精度、多功能、智能化探測儀器的研發(fā)，地球物理勘查數(shù)據(jù)處理和解釋精度的不斷提高，地球物理勘查方法在金礦勘查中將會發(fā)揮越來越重要的作用。