地質(zhì)勘查技術(shù)的深部找礦方法及精準(zhǔn)勘查研究

王玉國

（甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局物業(yè)管理中心，甘肅 蘭州 730000）

從目前針對危機(jī)礦山開展的進(jìn)一步礦產(chǎn)勘查[1]，以及在我國相對來說經(jīng)濟(jì)發(fā)展比較發(fā)達(dá)的中東部開展礦產(chǎn)勘查工作來看，深部找礦是主要的目標(biāo)[2]。深部找礦這一工作可以有效緩解當(dāng)前礦資源日漸稀缺的現(xiàn)象，及時平衡供需關(guān)系。在礦產(chǎn)勘查領(lǐng)域中，深部礦已經(jīng)成為與隱伏礦同等重要的礦產(chǎn)勘查對象了，深部礦與隱伏礦在本質(zhì)上的區(qū)別還是比較大的，從嚴(yán)格意義上說，目前我們提到的深部礦是屬于隱伏礦的一部分，深部礦的埋藏深度更深。目前地質(zhì)學(xué)家們還沒有給出衡量深部礦和淺部礦的具體埋藏深度，但是通常情況下，基于我國在計(jì)劃經(jīng)濟(jì)時期，受當(dāng)時礦產(chǎn)開采技術(shù)的限制，勘查工作只能針對距離地表面五百米之內(nèi)的礦產(chǎn)資源進(jìn)行遠(yuǎn)景控制，所以，目前以距離地表面五百米作為分界線，把距離地表面五百米之下的礦稱為深部礦，之上則稱為淺部礦[3]。因?yàn)樯畹V床與淺礦床相比埋藏深度較大，導(dǎo)致人們對其礦床地質(zhì)特征認(rèn)識不足，礦化信息大多是間接信息，現(xiàn)有的勘探技術(shù)方法的有效性進(jìn)一步降低，勘探難度、勘探投資和勘探風(fēng)險都相應(yīng)增加。由于深部找礦和采礦的難度比較大，傳統(tǒng)的方法的探測范圍比較小，大多數(shù)只能探測到三百米內(nèi)的礦資源，而且傳統(tǒng)方法的儀器功率較小，且機(jī)身笨重，抗干擾能力不足，所以傳統(tǒng)的方法對埋藏深度更深的深部礦來說，更是很難實(shí)現(xiàn)的，基于此，為了適應(yīng)深部礦的特點(diǎn)，并且滿足深部找礦需要的技術(shù)要求，提出新的深部找礦方法，基于地質(zhì)勘查技術(shù)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)勘查。而且地質(zhì)勘查技術(shù)能夠利用計(jì)算機(jī)信息處理減少深部找礦的風(fēng)險，并且提高效率。

1 基于地質(zhì)勘查技術(shù)的深部找礦方法

1.1 基于地質(zhì)勘查技術(shù)分析深部礦地質(zhì)結(jié)構(gòu)

要進(jìn)行深部找礦與開采，首先需要了解深部礦成礦原因，所以采用地質(zhì)勘查技術(shù)，深入了解深部礦的成礦地質(zhì)環(huán)境和周圍地質(zhì)特征，以便于分析深部成礦的原因，深部礦成礦要素如表1所示。

表1 深部礦成礦要素

根據(jù)上述基于地質(zhì)勘查得到的深部礦成礦要素，分析每一層礦資源的形成過程，例如燕山運(yùn)動的形成就是由于隨著大西洋和太平洋相對運(yùn)動導(dǎo)致印度洋擴(kuò)張，拉薩地塊向亞洲大陸貼近，出現(xiàn)所有板塊都向一個板塊匯合的現(xiàn)象，從而產(chǎn)生了深部作用，在深部逐漸形成礦資源。

1.2 根據(jù)地質(zhì)進(jìn)行深部定位

對上述深部礦的地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析之后，采用聲波探測技術(shù)，進(jìn)行深部礦定位。

首先向準(zhǔn)備進(jìn)行分析的深部礦粗略位置發(fā)射聲波，采用聲波接收裝置對回波進(jìn)行分析，根據(jù)不同回波的類型確定礦產(chǎn)的深度、大小和類型，以精準(zhǔn)定位到目標(biāo)深部礦，其示意圖如圖1所示。

圖1 聲波檢測示意圖

如圖所示，P0設(shè)為初始聲波，P1為反射聲波，P2為折射聲波，θ為聲波入射角，θ1為聲波反射角，θ2為聲波折射角，則設(shè)VP1為聲波反射聲速，VP2為聲波折射聲速；當(dāng)聲波撞擊到某種物質(zhì)上時，形成新的反射聲波S1，折射聲波S2，對應(yīng)的反射角為γ1，折射角為γ2，則聲波反射聲速為VS1，聲波折射聲速為VS2。所以得出公式：

根據(jù)上述公式計(jì)算出聲波的折射率和反射率，確定深部礦床的類型。之后采用基于地質(zhì)勘查的定位技術(shù)，精準(zhǔn)定位到目標(biāo)深部礦。

傳統(tǒng)的定位技術(shù)由于技術(shù)的局限，在定位過程中，會出現(xiàn)一定的位置偏移現(xiàn)象，所以對結(jié)果進(jìn)行分析時，就會出現(xiàn)不可忽略的誤差，進(jìn)而影響地質(zhì)勘查效果。而基于地質(zhì)勘查的定位技術(shù)能夠在鉆頭鉆探過程中及時監(jiān)測到位置偏移，從而進(jìn)行自動調(diào)整，最終保證使鉆頭準(zhǔn)確到達(dá)目標(biāo)深部礦，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位。完成對目標(biāo)深部礦的精準(zhǔn)定位之后，對其進(jìn)行局部取樣，并且反循環(huán)連續(xù)取樣，壓縮深部空氣，并利用這些壓縮空氣作為一種循環(huán)介質(zhì)，在進(jìn)行深部礦取樣時，雙臂鉆桿會鉆入土中，對周圍的碎巖產(chǎn)生沖擊，通過空氣的高速流動，碎巖的碎屑會被帶回地表，并按碎屑涌出的次序被收集和編號，通過地質(zhì)光譜分析法，就能完整地了解到這一深層地質(zhì)的礦物組成和組成比例，進(jìn)一步確定目標(biāo)深部礦的結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)基于地質(zhì)勘查技術(shù)的深部找礦以及精準(zhǔn)勘查。

2 精準(zhǔn)勘查實(shí)驗(yàn)研究

為驗(yàn)證提出的基于地質(zhì)勘查的深部找礦方法能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)勘查，將傳統(tǒng)方法作為對照組，本文方法作為實(shí)驗(yàn)組，進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)，為保證實(shí)驗(yàn)過程不被現(xiàn)場無關(guān)因素影響，設(shè)計(jì)模擬仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

首先，在仿真模擬平臺上模擬自然環(huán)境下的不同類型、不同埋藏深度的礦山，分別采用傳統(tǒng)方法和本文方法進(jìn)行深部找礦和勘查。設(shè)置礦山的峰值為+500m，面積為15000m2，其中，鋁土礦和菱鎂礦之間有42%的部分是重疊在一起的，礦山外部結(jié)構(gòu)與實(shí)際礦山的外部結(jié)構(gòu)基本一致，保證實(shí)驗(yàn)過程真實(shí)可靠。

2.2 實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果分析

基于上述模擬環(huán)境下進(jìn)行深部找礦實(shí)驗(yàn)，首先確定目標(biāo)位置，將兩種方法得到的結(jié)果與目標(biāo)深部礦位置的誤差進(jìn)行對比，要求位置誤差不能超過0.6m，其中若誤差較小或者誤差為零則說明精準(zhǔn)勘查能力高，能夠精準(zhǔn)找到深部礦，若誤差過大則說明精準(zhǔn)勘查能力差，不能夠精準(zhǔn)找到深部礦。對不同深度的深部找礦結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并繪出位置誤差對比曲線，傳統(tǒng)的深部找礦方法勘查到的深部礦位置與目標(biāo)位置之間相差在40cm～100cm之間，大部分超過了0.6m，整體誤差趨勢隨著深部礦埋藏深的加深逐漸上升，說明傳統(tǒng)深部找礦方法受礦體埋藏深度影響較大，深度越大，誤差越大，不能實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)勘查；而本文方法整體距離目標(biāo)位置誤差均在20cm以內(nèi)，并且整體看來，誤差曲線波動相對來說比較平緩，誤差不會隨著深度加深而增大，說明本文方法不僅能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)勘查，而且找礦效率不會隨著埋藏深度增加而有所降低，受礦產(chǎn)埋藏深度的影響不大。所以，本文方法比傳統(tǒng)方法的勘查更加精準(zhǔn)勘查，并且能夠高效實(shí)現(xiàn)深部找礦任務(wù)。

3 結(jié)語

本文研究了基于地質(zhì)勘查技術(shù)的深部找礦方法以及其精準(zhǔn)勘查能力，采用地質(zhì)勘查技術(shù)分析深部礦的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，并且利用超聲波探測對目標(biāo)深部礦進(jìn)行精準(zhǔn)定位，從而完成深部找礦任務(wù)。

本次研究為深部找礦提供了基于地質(zhì)勘查技術(shù)的新方法，增強(qiáng)了勘查的精準(zhǔn)性，使深部找礦的效率更高，有利于提升今后的礦產(chǎn)勘查效率。