淺海覆蓋區(qū)金礦勘查技術(shù)方法組合探討
——以膠東三山島北東淺海區(qū)找礦勘查為例

張軍進(jìn)，丁正江，薄軍委，祝德成，王金輝，祝培剛

(1.山東省第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 煙臺(tái) 264000；2.山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局，山東 濟(jì)南 250013；3.山東省地質(zhì)調(diào)查院，山東 濟(jì)南 250014)

0 引言

膠東三山島北部海域金礦勘查是國(guó)內(nèi)首次在淺海區(qū)開(kāi)展的大規(guī)模系統(tǒng)勘查工作[1-2]，不僅發(fā)現(xiàn)了國(guó)內(nèi)最大單體金礦床(金金屬量470t)，而且也證實(shí)了渤海地區(qū)淺海海域具有巨大金礦找礦潛力。與陸上找礦勘查相比，由于海水和海底第四系沉積覆蓋，淺海區(qū)構(gòu)造難以直觀識(shí)別，找礦勘查難度較大，缺少高效的淺海區(qū)找礦技術(shù)方法。本次工作以中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局項(xiàng)目(1)山東省第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東三山島北東淺海區(qū)深部礦產(chǎn)遠(yuǎn)景調(diào)查成果報(bào)告，2016年。為依托，開(kāi)展了淺海區(qū)深部金礦遠(yuǎn)景調(diào)查，進(jìn)行了淺海覆蓋區(qū)金礦勘查技術(shù)方法組合的示范應(yīng)用研究，成功揭示了工作區(qū)海域隱伏控礦斷裂并發(fā)現(xiàn)了金礦化體。在以往工作基礎(chǔ)上，結(jié)合本次工作，對(duì)三山島北東淺海區(qū)金礦勘查技術(shù)方法進(jìn)行了系統(tǒng)總結(jié)，以期為今后淺海海域金礦勘查提供參考。

1 淺海區(qū)海底地質(zhì)概況

淺海區(qū)位于三山島北部海域金礦北東方向(圖1)，區(qū)內(nèi)除海水覆蓋外，海底地層主要為旭口組海積的粗、中、細(xì)砂和淤泥，近岸陸地35～40m，調(diào)查區(qū)海域厚度一般為70～90m，最厚110m。自下而上分為4層。第四層為砂、亞砂土和粉砂層，含大量貝殼碎片，總厚為12m左右，為全新世海相層，可分為3個(gè)亞層。粉砂層由岸到海，由東到西，沉積物厚度逐漸變厚，厚度5～6m；亞砂土或砂質(zhì)粉砂層厚度3m左右；夾亞黏土、黏土和砂透鏡體、黃色砂層，厚2～4m。第三層為亞黏土、黏土層。上層以粉砂為主，下層以亞黏土為主，含鈣質(zhì)結(jié)核，厚10m左右，為晚更新世末期陸相層。第二層為灰黃色亞沙土，局部有黏土層或團(tuán)塊，混有大量的貝殼碎片和富集而被壓扁的完整的海膽殼，含有孔蟲(chóng)，畢先卷轉(zhuǎn)蟲(chóng)占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，C14測(cè)年為40000aB.P.左右，為獻(xiàn)縣期形成的海相層。第一層為黃色亞黏土，混有鈣結(jié)核，物質(zhì)較均一，厚度3～4m。與下伏基巖接觸，為陸相層。

1—海域；2—第四系；3—新太古代膠東巖群郭格莊組黑云斜長(zhǎng)變粒巖、黑云斜長(zhǎng)角閃巖；4—郭家?guī)X序列上莊單元似斑狀中粒花崗閃長(zhǎng)巖；5—玲瓏序列郭家店單元中粗粒二長(zhǎng)花崗巖；6—玲瓏序列崔召單元中粒二長(zhǎng)花崗巖；7—棲霞序列新莊單元片麻狀中細(xì)粒含角閃黑云英云閃長(zhǎng)巖；8—棲霞序列回龍夼單元條帶狀細(xì)粒含角閃黑云英云閃長(zhǎng)巖；9—馬連莊序列欒家寨單元中細(xì)粒變輝長(zhǎng)巖(斜長(zhǎng)角閃巖)；10—蝕變帶；11—地質(zhì)界線；12—實(shí)測(cè)及推測(cè)斷裂；13—高磁解譯斷裂；14—超大型、大型金礦床；15—大地構(gòu)造位置；16—三山島北部海域勘查區(qū)范圍；17—三山島北東淺海區(qū)范圍

2 勘查技術(shù)方法組合的應(yīng)用

調(diào)查區(qū)被海水和海底沉積物覆蓋，在海面上無(wú)法判斷控礦斷裂及礦床的分布位置；海上施工條件非常復(fù)雜，傳統(tǒng)勘查手段的使用受到很大的限制，本次開(kāi)展了淺海區(qū)金礦勘查綜合技術(shù)方法手段的應(yīng)用研究。根據(jù)區(qū)內(nèi)地質(zhì)特征[3-6]、成礦規(guī)律[7-11]、成礦模式[12-24]研究創(chuàng)新成果及調(diào)查區(qū)淺海區(qū)地理?xiàng)l件，采用“物化探先行，鉆探工程驗(yàn)證”的工作程序。首先實(shí)施物探工作(采用聲學(xué)淺地層剖面測(cè)量，結(jié)合多道地震剖面測(cè)量，獲取淺地層沉積特征，推測(cè)下伏基巖是否存在斷裂；研究重力異常特征，推斷基巖分布；結(jié)合高精度磁測(cè)大致確定斷裂帶北東延伸部位的走向和位置；實(shí)施多道地震剖面測(cè)量進(jìn)一步控制斷裂走向及延深)，同時(shí)在已知勘查區(qū)附近用鉆探工程揭露，取得鉆孔資料后與物探成果相互驗(yàn)證，尋找礦致異常特征；取得物探與鉆探驗(yàn)證成果后確定巖石地球化學(xué)剖面測(cè)量的淺鉆施工位置，圈定物化探異常區(qū)；最后優(yōu)選有利靶區(qū)采用少量深部鉆探揭露驗(yàn)證，并輔以樣品分析測(cè)試，評(píng)價(jià)淺海地區(qū)找礦遠(yuǎn)景。

本次優(yōu)選的重力測(cè)量+高精度磁法剖面測(cè)量+地震剖面測(cè)量(淺地層剖面測(cè)量，第四系覆蓋層較厚時(shí)該手段效果不明顯)+淺鉆取樣化探剖面測(cè)量+鉆探的勘查技術(shù)方法組合應(yīng)用，揭露了海域覆蓋區(qū)控礦斷裂，評(píng)價(jià)其含礦性，該勘查技術(shù)方法組合在海域?qū)ρ財(cái)嗔褞Ь€狀分布的礦床勘查行之有效。具體步驟如下：

步驟1：根據(jù)陸地地質(zhì)構(gòu)造和成礦規(guī)律[2-3]，選擇陸地主要成礦帶延伸到海域的部分作為有利成礦區(qū)域。

步驟2：對(duì)步驟1選取的有利成礦區(qū)域，開(kāi)展面積性海上重力測(cè)量，采用比例尺為1∶5萬(wàn)，獲取校正后的每一測(cè)點(diǎn)的布格重力值，繪制布格重力異常等值線平面圖及剩余布格重力異常等值線平面圖，研究重力異常特征，推斷基巖分布。采用INO海底重力儀，工作過(guò)程中每1個(gè)月進(jìn)行一次檢查與調(diào)節(jié)，并進(jìn)行記錄。開(kāi)工前依據(jù)重力儀靜態(tài)試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)每臺(tái)重力儀進(jìn)行了漂移改正調(diào)節(jié)，工作過(guò)程中依據(jù)早晚基點(diǎn)數(shù)據(jù)計(jì)算當(dāng)天的零點(diǎn)漂移值，當(dāng)漂移值偏大時(shí)隨時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)，并做了詳細(xì)記錄。

步驟3：對(duì)步驟1選取的有利成礦區(qū)域，按照一定的間距，垂直主要成礦帶走向布設(shè)地球物理測(cè)線，沿測(cè)線開(kāi)展高精度磁法測(cè)量，獲取每一測(cè)點(diǎn)的探測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理，形成高精度磁測(cè)ΔT剖面平面圖、高精度磁測(cè)ΔT等值線平面圖、高精度磁測(cè)ΔT化極等值線平面圖、高精度磁測(cè)化極ΔT導(dǎo)數(shù)圖等，研究磁場(chǎng)和磁異常特征，推斷基巖分布及斷裂大致位置和產(chǎn)狀。采用加拿大Marine Magnetics公司生產(chǎn)的Overhauser磁力儀SeaSPY，該系統(tǒng)適合在近岸淺水區(qū)開(kāi)展地磁測(cè)量。

步驟4：在進(jìn)行步驟3的同時(shí)，沿地球物理測(cè)線開(kāi)展海底聲學(xué)淺層地層剖面測(cè)量，測(cè)量時(shí)記錄震源以及水聽(tīng)器到GPS天線的距離，在資料處理時(shí)使用C-View后處理軟件進(jìn)行位置的自動(dòng)改正。施工作業(yè)過(guò)程中，應(yīng)采取相應(yīng)必要措施，減少干擾因素，降低噪音，提高信噪比，確保原始數(shù)據(jù)記錄質(zhì)量。揭示地質(zhì)結(jié)構(gòu)和構(gòu)造、研究地層層序、劃分地質(zhì)單元體，編制第四系等厚度圖，根據(jù)第四系牽引特征推斷斷裂大致走向。采用英國(guó)AAE公司生產(chǎn)的CSP2200中地層剖面儀(最大穿透深度為80～100m，最大分辨率0.3m)。

步驟5：在步驟2、步驟3、步驟4推斷斷裂的基礎(chǔ)上優(yōu)選主要控礦斷裂，垂直主要控礦斷裂走向布設(shè)多道地震剖面測(cè)線，沿測(cè)線開(kāi)展多道地震測(cè)量，采集每個(gè)炮點(diǎn)反射波。采用人工方法激發(fā)地震波，地震波向地下傳播時(shí)，在不同介質(zhì)性質(zhì)的巖層分界面，地震波會(huì)發(fā)生反射和折射，利用檢波器接收反射回的地震波。接收到的地震波信號(hào)與檢測(cè)位置、震源性質(zhì)、地下巖層結(jié)構(gòu)和性質(zhì)存在密切關(guān)系，依此推斷斷裂和基巖分布。采用法國(guó)SIG公司生產(chǎn)的SIG 5M電火花震源作為震源，地震拖纜和采集系統(tǒng)為RIOEme數(shù)字地震系統(tǒng)。該探測(cè)方法在第四系覆蓋較厚區(qū)域效果不明顯，應(yīng)視覆蓋層厚度增減該步驟。

步驟6：步驟2、步驟3、步驟4與步驟5相互驗(yàn)證推斷的斷裂，得出物探推斷綜合成果圖，編制勘查區(qū)海底基巖地質(zhì)圖。

步驟7：根據(jù)區(qū)域成礦規(guī)律，對(duì)通過(guò)步驟2、步驟3、步驟4與步驟5推斷的控礦斷裂劃分最佳成礦區(qū)段，在礦區(qū)海底基巖地質(zhì)圖和剖面圖上設(shè)計(jì)取樣淺鉆位置，確定取樣淺鉆位置的理論直角坐標(biāo)值。

步驟8：依靠取樣淺鉆施工船，采用測(cè)量?jī)x器完成施工船定位，錨固施工船，依靠船載鉆機(jī)施工取樣淺鉆，采用測(cè)量?jī)x器完成取樣淺鉆精準(zhǔn)定測(cè)。

步驟9：對(duì)步驟8采取的巖心樣品進(jìn)行鑒定、化探分析，驗(yàn)證、修測(cè)步驟5編制的海底基巖地質(zhì)圖，圈定海底覆蓋層下化探異常區(qū)，確定斷裂蝕變帶的走向位置。

步驟10：根據(jù)步驟9圈定的化探異常區(qū)及確定的斷裂蝕變帶的走向位置，在礦區(qū)海底基巖地質(zhì)圖和剖面圖上設(shè)計(jì)鉆孔位置，確定鉆孔位置的理論直角坐標(biāo)值。

步驟11：依靠施工船和鉆探平臺(tái)(插裝式小口徑機(jī)械巖心鉆探簡(jiǎn)易平臺(tái))，采用測(cè)量?jī)x器完成鉆孔精準(zhǔn)定位。

步驟12：采用小口徑機(jī)械巖心鉆機(jī)進(jìn)行鉆探施工，全孔取心，穿透控礦構(gòu)造及金礦體，終孔后采用相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)水泥全孔封閉。

最終達(dá)到海域金礦調(diào)查評(píng)價(jià)的目的。

3 技術(shù)參數(shù)及應(yīng)用成果

3.1 近海海域測(cè)量技術(shù)

海上鉆探成孔質(zhì)量將決定本次海上調(diào)查驗(yàn)證的成敗，因此，保證海上鉆孔定位的精度是本次項(xiàng)目的基礎(chǔ)性工作。在以往其他海域施工定位經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，本次工作通過(guò)對(duì)定位方法的改進(jìn)，使用山東省SDCORS的網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)對(duì)海上鉆孔進(jìn)行定位。該技術(shù)即利用地面建設(shè)的基準(zhǔn)站所組成的GPS參考站(CORS)，基于基站測(cè)量信息，構(gòu)建精確誤差修正模型，運(yùn)用移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)發(fā)送差分改正參數(shù)，不斷修正測(cè)量成果精度，以實(shí)現(xiàn)更大范圍內(nèi)移動(dòng)用戶高精度定位導(dǎo)航服務(wù)。該技術(shù)為現(xiàn)階段GPS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分中精度最高，最先進(jìn)的測(cè)量技術(shù)，也是應(yīng)用最為廣泛的差分系統(tǒng)，效率最高的定位測(cè)量技術(shù)。該測(cè)量系統(tǒng)具性能穩(wěn)定、測(cè)量精度高的特點(diǎn)，測(cè)量成果在平面上誤差小于3cm，高程上小于5cm。工作中，為提高定位淺海海域鉆探孔位精度，必須掌握以下關(guān)鍵技術(shù)：

(1)RTK坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的求取。由于受自然環(huán)境影響，首級(jí)控制點(diǎn)需全部布設(shè)在海岸陸地上，但不符合“控制點(diǎn)應(yīng)布設(shè)在測(cè)量區(qū)周?chē)爸行摹钡募夹g(shù)要求。因此，為了減小首級(jí)控制點(diǎn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)RTK在計(jì)算坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)過(guò)程中的影響，本次工作將首級(jí)控制點(diǎn)布測(cè)范圍盡可能的靠近北東淺海調(diào)查區(qū)，并且首級(jí)控制點(diǎn)的布測(cè)范圍不小于調(diào)查區(qū)范圍，以確保坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)能均勻反應(yīng)整個(gè)調(diào)查區(qū)的橢球情況，以消除RTK坐標(biāo)轉(zhuǎn)換對(duì)測(cè)量精度的影響。用以計(jì)算坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的控制點(diǎn)需分布均勻且不少于4個(gè)，點(diǎn)校正后的平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的殘差≤2cm，高程轉(zhuǎn)換的殘差≤3cm[25]。

(2)多路徑效應(yīng)的影響。在水面作業(yè)時(shí)，多路徑效應(yīng)成為了RTK技術(shù)誤差主要來(lái)源，其誤差多在3～5cm，衛(wèi)星高度較低時(shí)，誤差可能大于10cm，多路徑效應(yīng)引起的誤差較難消除。本次工作為消除多路徑效應(yīng)引起的誤差，采用扼流圈天線或剔除衛(wèi)星高度角較小的衛(wèi)星，第一次定位測(cè)量完成后，快速初始化RTK，重新測(cè)定坐標(biāo)，對(duì)比兩次測(cè)量是否存在較大誤差；同時(shí)采用2套R(shí)TK開(kāi)展定位測(cè)量，對(duì)2套設(shè)備測(cè)量結(jié)果進(jìn)行對(duì)照檢查，以消除多路徑效應(yīng)的影響。

(3)觀測(cè)衛(wèi)星的圖形強(qiáng)度的影響。在進(jìn)行定位測(cè)量時(shí)，PDOP值、RTK測(cè)量精度以及RTK初始化時(shí)間均會(huì)受衛(wèi)星數(shù)量、分布均勻情況的影響。本次定位測(cè)量工作，保證接收衛(wèi)星數(shù)量≥6顆、衛(wèi)星高度截止角≥15°、PDOP值≤6時(shí)進(jìn)行定位測(cè)量。

3.2 海上物探組合方法

本次物探工作無(wú)現(xiàn)行規(guī)范可遵循，實(shí)際工作過(guò)程中參考了小比例尺海洋調(diào)查規(guī)范。

3.2.1 重力測(cè)量

基點(diǎn)選擇地基穩(wěn)固，聯(lián)測(cè)方便，周?chē)鷽](méi)有震源，附近地形和其他引力質(zhì)量近期內(nèi)無(wú)大的變化，重力水平梯度較小(附近無(wú)大的陡崖)的地方。

水深介于0.8～4m海域，大船無(wú)法靠岸，采用吃水淺的小船，采用小功率發(fā)電機(jī)作為供電電源，拋錨后，使用1.2kW的卷?yè)P(yáng)機(jī)，將INO sea-floor gravity meter海底重力儀沉入水底進(jìn)行測(cè)量。觀測(cè)時(shí)關(guān)閉小船發(fā)動(dòng)機(jī)，降低噪聲，提高重力觀測(cè)精度。水深大于4m海域，采用400馬力大船，使用10kW三相發(fā)電機(jī)作為供電電源。拋錨后利用液壓絞車(chē)將INO海底重力儀沉入海底進(jìn)行測(cè)量，當(dāng)水深小于5m時(shí)，關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)后觀測(cè)，以提高重力觀測(cè)精度。

每天開(kāi)始工作前，計(jì)算出每個(gè)測(cè)點(diǎn)的理論坐標(biāo)，導(dǎo)入到GPS手簿中，并將經(jīng)緯度坐標(biāo)輸入到漁船的GPS中。

在碼頭進(jìn)行“基點(diǎn)-輔基點(diǎn)-基點(diǎn)”觀測(cè)。離開(kāi)碼頭后，進(jìn)行測(cè)點(diǎn)觀測(cè)，使用GPS導(dǎo)航定位，到達(dá)測(cè)點(diǎn)拋錨，等船停穩(wěn)后，利用絞車(chē)將重力儀放入海底，利用船上操控系統(tǒng)通過(guò)纜繩操作INO海底重力儀進(jìn)行觀測(cè)讀數(shù)，同時(shí)自動(dòng)記錄水深。進(jìn)行測(cè)量工作時(shí)，計(jì)算機(jī)觀測(cè)屏幕上的數(shù)據(jù)曲線近似水平線時(shí)，認(rèn)為儀器已處于穩(wěn)定狀態(tài)，可以進(jìn)行觀測(cè)并記錄數(shù)據(jù)。結(jié)束一個(gè)測(cè)點(diǎn)觀測(cè)，關(guān)閉重力儀馬達(dá)，將重力儀起吊到船上，繼續(xù)起航進(jìn)入下一測(cè)點(diǎn)。

每次結(jié)束觀測(cè)后均閉合于基點(diǎn)，閉合基點(diǎn)時(shí)間最長(zhǎng)不超過(guò)70h。

海風(fēng)超過(guò)5級(jí)時(shí)停止海底重力測(cè)量工作。海底重力測(cè)量質(zhì)量檢查與陸地不同，海上的測(cè)點(diǎn)無(wú)法建立標(biāo)志物，而采用的定位系統(tǒng)雖然精度較高，但受船拋錨及水下洋流影響，不可能在質(zhì)量檢查時(shí)找到測(cè)點(diǎn)原觀測(cè)點(diǎn)位置。海面受潮汐影響在不斷地漲落，每個(gè)測(cè)點(diǎn)的水深也隨時(shí)間的變化而變化，測(cè)點(diǎn)的潮高與水深觀測(cè)值和檢查點(diǎn)的觀測(cè)值是不一樣的。因此，海上重力工作精度評(píng)價(jià)方法較陸地也有不同之處，測(cè)點(diǎn)重力值均方誤差只能用計(jì)算得到的布格重力異常精度來(lái)衡量，這即包括了重力觀測(cè)精度，又包括了定位精度、驗(yàn)潮及水深測(cè)量精度的一部分。其檢查手段采用“一同三不同”方法，“一同”是指包括定位誤差的同點(diǎn)位。

3.2.2 高精度磁法剖面測(cè)量

磁法測(cè)量作為一項(xiàng)傳統(tǒng)海洋地球物理調(diào)查內(nèi)容，在海洋油氣勘探、海底構(gòu)造研究等方面具有重要作用。隨著海洋磁力儀靈敏度和探測(cè)精度的提高，高精度磁法測(cè)量技術(shù)在海洋探測(cè)工程中發(fā)揮了新的作用。現(xiàn)代海洋磁力儀主要分為3種不同類型，包括質(zhì)子旋進(jìn)式、光泵式和歐弗豪塞(Overhauser)。本次淺海區(qū)調(diào)查采用的是Overhauser磁力儀，該儀器是在質(zhì)子旋進(jìn)式磁力儀基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)，其具有帶寬大、耗電少、靈敏度高的特點(diǎn)。

由于受現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)條件限制(養(yǎng)殖和漁網(wǎng)多)，本次淺海區(qū)高精度磁法調(diào)查采用加拿大Marine Magnetics公司生產(chǎn)的Overhauser磁力儀SeaSPY，該系統(tǒng)由磁力探頭、漂浮電纜、甲板電纜和采集計(jì)算機(jī)組成，適合在近岸淺海區(qū)開(kāi)展高精度地磁測(cè)量，實(shí)測(cè)磁力值為磁力總場(chǎng)值。地磁日變觀測(cè)采用PMG-2質(zhì)子旋進(jìn)式磁力儀，它是一種有內(nèi)置電池的便攜式儀器，系統(tǒng)包括主機(jī)、探頭和探桿，主機(jī)與探頭之間由甲板電纜連接。

通過(guò)繪制ΔT異常化極平面等值線圖(圖2)，將調(diào)查區(qū)分為東區(qū)、西區(qū)，總體磁性特征表現(xiàn)為西部高東部低，西部等值線較密集，東部等值線疏緩。東區(qū)磁異常表現(xiàn)為平緩的低負(fù)異常，向岸邊方向未封閉，ΔT磁場(chǎng)值在-50nT～10nT之間，異常為NW向，呈串珠狀規(guī)模較小的條帶狀異常，異常長(zhǎng)1～3km，寬0.5～1km，相伴的正異常規(guī)模較小，結(jié)合地質(zhì)及物性資料，該區(qū)主要由花崗閃長(zhǎng)巖引起；西區(qū)磁異常表現(xiàn)為大面積的正異常和伴生負(fù)異常，向深海方向未封閉，ΔT磁場(chǎng)值在-780nT～280nT之間，異常多為NW向，多由串珠狀異常組成的規(guī)模較大的條帶狀、橢圓狀正異常，異常長(zhǎng)4～10km，寬1～4km，均伴有負(fù)異常，負(fù)異常規(guī)模較小，和正異常走向較一致，正負(fù)異常梯級(jí)帶明顯，結(jié)合地質(zhì)及物性資料，該區(qū)正異常主要由變輝長(zhǎng)巖和二長(zhǎng)花崗巖引起，負(fù)異常由構(gòu)造引起。

1—推斷斷裂及編號(hào)，紅線為磁法推斷，紫色為二次解譯添加；2—多道地震剖面識(shí)別的斷點(diǎn)；3—調(diào)查區(qū)范圍；4—ΔT等值線

3.2.3 聲學(xué)淺地層探測(cè)

海底聲學(xué)地層探測(cè)系統(tǒng)，是利用聲波在海底傳播過(guò)程中，聲波在遇到不同介質(zhì)(介質(zhì)性質(zhì)存在差異)時(shí)在反射界面發(fā)生反射的原理。聲波發(fā)生反射的條件為反射界面兩側(cè)介質(zhì)具有不相等的波阻抗，也就是波阻抗差(反射系數(shù)RPP)決定了聲波反射條件。

將淺地層剖面儀和GPS固定在測(cè)量船上，測(cè)量船按照一定速度行駛，利用GPS導(dǎo)航按照設(shè)計(jì)航線行進(jìn)，發(fā)射基陣和接收基陣安置在水面下。根據(jù)測(cè)量區(qū)地質(zhì)情況，確定主機(jī)發(fā)射聲脈沖的頻率范圍和功率等參數(shù)，重復(fù)向下發(fā)射一脈沖。同時(shí)，接收基陣接收到回波并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，主機(jī)對(duì)其進(jìn)行初步的增益和濾波處理后，實(shí)時(shí)的將探測(cè)到的水下地質(zhì)情況進(jìn)行輸出。

3.2.4 多道地震剖面測(cè)量

根據(jù)勘查目的層的不同，海上多道地震采用氣槍或電火花震源激發(fā)地震波，采用多道接收電纜接收反射信號(hào)，再由數(shù)字地震儀進(jìn)行放大、采用和記錄，從而完成對(duì)海底反射界面的一次覆蓋。本次調(diào)查采用電火花震源激發(fā)地震波。為了增加反射波能量和降低地震觀測(cè)中的干擾(尤其多測(cè)反射)，提高測(cè)量成果的精度和可靠性，本次采用多次覆蓋技術(shù)(共深點(diǎn)反射,也稱共深點(diǎn)水平疊加；圖3)，即在一次覆蓋觀測(cè)系統(tǒng)基礎(chǔ)上，減小震源激發(fā)間距，同時(shí)增加激發(fā)次數(shù)，以達(dá)到對(duì)海底反射界面多測(cè)覆蓋觀測(cè)的目的。數(shù)據(jù)采集后，對(duì)相同反射點(diǎn)(CDP)信息在不同震源、不同接收段的數(shù)據(jù)相加到一起，即取得了該反射點(diǎn)的多次覆蓋數(shù)據(jù)。采用多次覆蓋技術(shù)，共同反射點(diǎn)的信號(hào)得到加強(qiáng)，其他干擾受到削弱，進(jìn)而提高了反射地震數(shù)據(jù)的采集質(zhì)量。同時(shí)，共深點(diǎn)反射技術(shù)需準(zhǔn)確地掌握震源激發(fā)時(shí)的位置。經(jīng)室內(nèi)處理后，地震剖面能夠清晰的揭示松散沉積層、基巖面及其基巖的反射特征，結(jié)合磁法測(cè)量及少量的鉆孔資料，編制了松散沉積物等厚圖(圖4)、基巖震相分布圖，并對(duì)基巖巖性和可能的斷層進(jìn)行了推斷。

圖3 共深度點(diǎn)多次疊加示意圖

(1)沉積物厚度由岸向海域逐漸變厚，等值線大致與海岸線平行；南部厚度最小，為20～50m，對(duì)應(yīng)于基巖面的抬升；調(diào)查區(qū)西北部厚度最大超過(guò)130m，等值線近似呈NE方向；東北部沉積物厚度大致在60～90m，由陸地方向向深海逐漸變厚(圖4)。

圖4 三山島北東淺海區(qū)松散沉積物厚度等值線圖(等值線間距5m)

(2)基巖表現(xiàn)出4種典型的地震相(圖5)。

Ⅰ—雜亂反射；Ⅱ+Ⅲ—斜層及波狀反射；Ⅳ—亂崗狀反射

(3)推斷調(diào)查區(qū)存在4種主要基巖巖石類型(圖6)，其中花崗閃長(zhǎng)巖分布在調(diào)查區(qū)的南部，二長(zhǎng)花崗巖分布于調(diào)查區(qū)的西部和北部，總體上二者之間以斷裂為界；具有斜層及波狀反射的基巖，可能屬于中生代的沉積巖，抑或是時(shí)代較為古老的變質(zhì)巖；調(diào)查區(qū)北部強(qiáng)磁異常變化帶推測(cè)是由火山巖引起的。

1—中生代二長(zhǎng)花崗巖；2—中生代花崗閃長(zhǎng)巖；3—古近系泥巖、片巖；4—新太古代變輝長(zhǎng)巖及黑云閃長(zhǎng)巖；5—碎裂巖化花崗巖(盆緣構(gòu)造破碎帶)

(4)識(shí)別出9條斷層(F1～F9)(圖7)，其中，F(xiàn)2是一條規(guī)模較大的斷層，F(xiàn)1以及F3～F9是規(guī)模較小的斷層；初步認(rèn)為斷層F2是三山島斷層在海域的延伸部分。該斷層的產(chǎn)狀在不同的位置略有變化，是二長(zhǎng)花崗巖和花崗閃長(zhǎng)巖主要分界線。

1—推斷斷裂及編號(hào)，紅線為磁法推斷，紫色為二次解譯添加；2—多道地震剖面識(shí)別的斷點(diǎn)；3—調(diào)查區(qū)范圍

(5)對(duì)基巖巖石類型的推斷尚需要鉆孔加以驗(yàn)證，對(duì)強(qiáng)磁異常變化帶需要進(jìn)一步的鉆探工作。

3.2.5 物探組合方法取得的效果

采用重力測(cè)量，根據(jù)重力異常分布推斷隱伏基巖的分布特征；采用聲學(xué)淺地層探測(cè)，獲取淺地層沉積特征，推測(cè)下伏基巖是否存在斷裂，結(jié)合高精度磁測(cè)大致確定斷裂帶北東延伸部位，采用多道地震剖面測(cè)量進(jìn)一步控制斷裂走向及延深，多種物探技術(shù)手段相互驗(yàn)證推斷了調(diào)查區(qū)斷裂帶和基巖分布，得出了物探推斷綜合成果圖，編制勘查區(qū)海底基巖地質(zhì)圖，指導(dǎo)了鉆探驗(yàn)證工作。雖然存在多解性和不確定性，但造價(jià)低，工期短，結(jié)合必要的地質(zhì)鉆探資料，能夠達(dá)到較滿意的效果。

3.2.6 物探組合方法存在的問(wèn)題和不足

(1)調(diào)查區(qū)存在大量密集的養(yǎng)殖區(qū)，雖然冬季養(yǎng)殖網(wǎng)線和浮球有大量撤除的情況，但仍有一定數(shù)量、無(wú)規(guī)則分布的養(yǎng)殖網(wǎng)線和浮球的存在，它們對(duì)測(cè)量結(jié)果造成不良的影響，尤其是對(duì)需要拖放震源和水聽(tīng)器在船后一段較長(zhǎng)長(zhǎng)度的物探測(cè)量，船只頻繁的拐彎，極大的影響了資料數(shù)據(jù)質(zhì)量。應(yīng)盡量避免在養(yǎng)殖密集區(qū)進(jìn)行磁測(cè)和多道地震調(diào)查。

(2)調(diào)查區(qū)近岸水淺，地層上部多存在較厚的砂層，這種地質(zhì)條件下巨厚的砂層不但影響聲波的穿透，還會(huì)由于要增加穿透加大發(fā)射能量，從而引起多次波增加現(xiàn)象。

3.2.7 對(duì)策建議

(1)確需在養(yǎng)殖區(qū)內(nèi)進(jìn)行物探調(diào)查，對(duì)設(shè)計(jì)工作量和作業(yè)時(shí)間必須有精確地規(guī)劃，這就需要對(duì)養(yǎng)殖區(qū)分布的特點(diǎn)、養(yǎng)殖區(qū)存在的時(shí)間進(jìn)行充分調(diào)研，避開(kāi)養(yǎng)殖區(qū)大量存在的時(shí)候進(jìn)場(chǎng)測(cè)量，同時(shí)布設(shè)能夠滿足工程需要的最低工作量的物探測(cè)線，以免由于養(yǎng)殖區(qū)存在而無(wú)法完成造成工期延誤和資金浪費(fèi)。另外，大比例尺磁法測(cè)量可考慮使用低空航磁代替。

(2)如果是以查探基巖面(第四紀(jì)松散層沉積底界面)為主要目的得工作，在有厚度較大的砂層或硬塑狀黏土等地質(zhì)背景下，不建議進(jìn)行大工作量的淺地層剖面布設(shè)。如果確實(shí)工程需要，建議在測(cè)區(qū)內(nèi)布設(shè)一些鉆至基巖的控制鉆孔輔助淺地層資料分析。

(3)物探資料分析工作必須緊密結(jié)合地質(zhì)鉆孔資料，二者技術(shù)人員應(yīng)該密切溝通，互相引佐，才能做到資料的全面分析，得出正確結(jié)果。

(4)物探手段的綜合調(diào)查對(duì)解決類似工程問(wèn)題是必須的、切實(shí)可行的技術(shù)手段。

(5)在水深較深、海面障礙物較少的開(kāi)闊海域，以上手段中采用48道以上、以氣槍作為震源的多道地震，效果將會(huì)更好。

3.3 淺鉆化探

本次化探取樣工作淺鉆采用船載鉆機(jī)和簡(jiǎn)易鉆探平臺(tái)+鉆機(jī)施工工藝。海域養(yǎng)殖網(wǎng)箱較少及第四紀(jì)覆蓋層厚度不大時(shí)采用船載鉆機(jī)取基巖樣，其他采用簡(jiǎn)易鉆探平臺(tái)+鉆機(jī)的機(jī)械巖心鉆探工藝施工，取出的風(fēng)化基巖巖心樣破碎，采取率低，而取出的新鮮基巖樣完整，采取率高。本次淺鉆取樣均取出10m以上的新鮮基巖樣揭露巖性為二長(zhǎng)花崗巖、變輝長(zhǎng)巖、黃鐵絹英巖化花崗巖等，達(dá)到了調(diào)查區(qū)內(nèi)基巖揭露的目的，了解了區(qū)內(nèi)基巖展布特征。根據(jù)三山島斷裂蝕變帶巖性分帶特征(圖8)，黃鐵礦絹英巖化花崗巖、黃鐵絹英巖化花崗質(zhì)碎裂巖、黃鐵絹英巖化碎裂巖對(duì)淺部礦化蝕變帶定位具有直接指示意義；采集的地球化學(xué)樣品所圈定的異常確定了斷裂蝕變帶的走向。根據(jù)巖石地球化學(xué)測(cè)量的成果，對(duì)采取的365件樣品進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，主要針對(duì)Au，Ag，Cu，Pb，Zn，Co，Ni，Cr，Mo，W，Sn，As，Sb，Bi，Hg15種元素，來(lái)對(duì)區(qū)內(nèi)成礦元素的共生組合特征和分散富集規(guī)律等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。300QZ04，150QZ23，150QZ20，150QZ35，150QZ35，150QZ65取樣淺鉆中已發(fā)現(xiàn)數(shù)個(gè)明顯礦化段，其Au含量為117.20×10-9，114.00×10-9，122.76×10-9，110.35×10-9，132.62×10-9，132.19×10-9，并且出現(xiàn)Ag元素礦化，高值>3000×10-9，為深部鉆探驗(yàn)證提供了地球化學(xué)依據(jù)。

1—似斑狀花崗閃長(zhǎng)巖；2—二長(zhǎng)花崗巖；3—黃鐵絹英巖化花崗巖；4—黃鐵絹英巖化花崗質(zhì)碎裂巖；5—黃鐵絹英巖化碎裂巖；6—中細(xì)粒變輝長(zhǎng)巖；7—主裂面及編號(hào)；8—主礦體賦存部位

3.4 鉆探工程

根據(jù)物探推斷的成果、圈定的化探異常區(qū)及確定的斷裂蝕變帶，在調(diào)查區(qū)海底基巖地質(zhì)圖和剖面圖基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)鉆孔位置，確定鉆孔位置的理論直角坐標(biāo)值，開(kāi)展淺海金礦調(diào)查鉆探驗(yàn)證工作。

3.4.1 鉆探平臺(tái)安裝定位

本次淺海區(qū)鉆探施工，使用了山東省第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院研發(fā)制造的海上鉆探平臺(tái)，為拼裝式插樁海上鉆探平臺(tái)，具有安裝與拆卸簡(jiǎn)單、方便、快捷高效的特點(diǎn)。鉆探平臺(tái)安裝之前，需對(duì)孔位海底地質(zhì)特征(淤泥、海沙、漂礫分布及其粒徑大小)和水深進(jìn)行調(diào)查，為設(shè)計(jì)插樁結(jié)構(gòu)和打樁奠定基礎(chǔ)。根據(jù)三山島北東淺海區(qū)水文條件觀測(cè)結(jié)果，一般選擇潮位相對(duì)較低時(shí)段為鉆探平臺(tái)安裝最佳時(shí)間。鉆探平臺(tái)安裝過(guò)程：使用拖船，將放置在密封浮船上的鉆探平臺(tái)拖至設(shè)計(jì)鉆孔位置。使用定位錨將拖船固定，通過(guò)收放固定錨的錨鏈移動(dòng)拖船，從而使得鉆探平臺(tái)中心位置與設(shè)計(jì)鉆孔位置理論坐標(biāo)重合；然后通過(guò)液壓裝置將鉆探平臺(tái)固定樁釘入海底5～10m深度；鉆探平臺(tái)位置固定后，通過(guò)安裝在固定樁頂部的絞盤(pán)，將平臺(tái)抬升至設(shè)計(jì)高度，即完成鉆探平臺(tái)搭建工作。采用該方法，海上鉆孔定位誤差不超過(guò)5m。

3.4.2 鉆探工藝

本次工作設(shè)計(jì)孔深1100m，鉆機(jī)為XY-6B，采用機(jī)械回轉(zhuǎn)小口徑金剛石鉆進(jìn)，繩索取心工藝。根據(jù)地質(zhì)情況采用了跟管鉆進(jìn)方式，采用了三級(jí)施工套管：第一級(jí)套管穿過(guò)淤泥或回填碎石至穩(wěn)定中細(xì)沙層；第二級(jí)套管穿過(guò)海底第四系至基巖；第三級(jí)套管深度則根據(jù)基巖地質(zhì)情況(破碎程度)進(jìn)行確定。洗孔：淺海區(qū)作業(yè)時(shí)，為保證注入鉆孔內(nèi)的水泥漿與孔壁進(jìn)行很好的膠結(jié)，需對(duì)鉆孔使用清水循環(huán)清洗(不小于3h)，必要時(shí)需洗孔前下入外鋼絲鉆頭對(duì)孔壁泥皮清除后再進(jìn)行清洗。封孔：淺海區(qū)封孔一般從鉆孔底部至孔口進(jìn)行全孔封閉。封孔使用水泥∶砂∶水(重量比)=1∶1∶0.5的水泥漿，其中水泥標(biāo)號(hào)≥42.5#。新鮮基巖面以上，為防止塌孔，在注入水泥漿后再進(jìn)行套管提升。另外，根據(jù)鉆孔深度和預(yù)計(jì)操作時(shí)長(zhǎng)，可在水泥漿摻入高糖木質(zhì)素磺酸鈣類減水劑和緩凝劑，延長(zhǎng)水泥漿初凝時(shí)間，進(jìn)而提高水泥漿流動(dòng)性。

3.4.3 鉆探施工效果

本次在海域安裝插樁式簡(jiǎn)易鉆探平臺(tái)開(kāi)展機(jī)械巖心鉆探工作，巖(礦)心采取率達(dá)到95%～100%，能夠順利開(kāi)展孔深校正、鉆孔彎曲度測(cè)量、簡(jiǎn)易水文觀測(cè)及封孔等工作，具有安全穩(wěn)固、可操作性強(qiáng)、周期短、可施工深孔、環(huán)保無(wú)污染的特點(diǎn)，滿足鉆探施工相關(guān)規(guī)程及礦產(chǎn)勘查評(píng)價(jià)規(guī)范和要求，鉆孔質(zhì)量為優(yōu)質(zhì)孔。

鉆探工作驗(yàn)證揭露了三山島斷裂帶，三山島斷裂帶自三山島北部海域金礦往NNE 20°方向延伸，控制其走向長(zhǎng)約5km，斷裂蝕變帶視厚度超過(guò)百米并發(fā)現(xiàn)了金礦體。其中：①在三山島斷裂北延2km海北嘴位置的深部鉆探驗(yàn)證孔(ZK8401；圖9)于876.59～1082.84m見(jiàn)構(gòu)造蝕變(礦化)帶，908.84～990.25m礦化較好地段圈出5個(gè)金礦體，最厚的單層金礦體真厚度11.36m，累計(jì)見(jiàn)礦厚度26.23m，平均品位1.73×10-6；②在大致沿NNE20°方向延伸5km位置的深部鉆探驗(yàn)證孔(ZK1501；圖9)蝕變帶從891.54～1017.06m主要?jiǎng)澐?個(gè)巖性帶，其中頂部891.54～926.94m為黃鐵絹英巖化花崗巖，中段926.94～991.19m為黃鐵絹英巖化花崗質(zhì)碎裂巖，下部991.19～1017.06m為絹英巖化花崗巖，各巖性帶之間及與圍巖之間界線不清，結(jié)構(gòu)構(gòu)造無(wú)明顯差異，僅蝕變強(qiáng)弱呈漸變過(guò)度關(guān)系，在黃鐵絹英巖化花崗巖帶內(nèi)903.54～904.74m見(jiàn)金礦體，見(jiàn)礦樣長(zhǎng)1.2m，金品位1.02×10-6；在絹英巖化花崗巖內(nèi)底部1016.06m至1017.06m見(jiàn)金礦化，金品位0.52×10-6，礦石主要金屬礦物為黃鐵礦，次要的有方鉛礦、黃銅礦。

1—李家崖組：紫紅色黏土頁(yè)巖、砂質(zhì)頁(yè)巖、泥巖及灰綠色泥巖、鈣質(zhì)泥巖；2—郭格莊巖組：條紋(痕)狀混合質(zhì)黑云斜長(zhǎng)變粒巖為主夾條紋—條帶狀混合質(zhì)黑云斜長(zhǎng)角閃巖底部夾二云片巖；3—郭家?guī)X序列上莊單元似斑狀花崗閃長(zhǎng)巖；4—玲瓏序列郭家店單元片麻狀粗中粒二長(zhǎng)花崗巖；5—玲瓏序列崔召單元弱片麻狀含斑中粒二長(zhǎng)花崗巖；6—玲瓏序列大莊子單元片麻狀粗中粒二長(zhǎng)花崗巖；7—棲霞序列新莊單元片麻狀中細(xì)粒含角閃黑云英云閃長(zhǎng)巖；8—棲霞序列回龍夼單元條帶狀細(xì)粒含角閃黑云英云閃長(zhǎng)巖；9—馬連莊序列欒家寨單元中細(xì)粒變輝長(zhǎng)巖(斜長(zhǎng)角閃巖)；10—譚格莊序列藍(lán)蔚夼單元片麻狀細(xì)粒含黑云花崗閃長(zhǎng)巖；11—碎裂巖化花崗巖；12—蝕變帶；13—中—基性脈巖；14—斷裂；15—物探解譯斷裂及編號(hào)；16—金礦床；17—見(jiàn)礦鉆孔及編號(hào)；18—靶區(qū)及編號(hào)；19—三山島北東淺海區(qū)

4 結(jié)論

(1)通過(guò)物化探測(cè)量的解譯推斷以及鉆探(包括淺鉆)工程的驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)了最大視厚度206.25m的構(gòu)造蝕變帶及最大單層真厚度11.36m的金礦體，控制三山島斷裂帶自三山島北部海域金礦往NNE20°方向延伸5km，為三山島成礦帶北東段海域找礦拓展了空間。

(2)通過(guò)較系統(tǒng)的物化探、鉆探和分析測(cè)試工作，初步評(píng)價(jià)了三山島斷裂帶在北東淺海區(qū)的找礦潛力，提交找礦靶區(qū)1處，找礦遠(yuǎn)景區(qū)2處，預(yù)測(cè)金資源量180t。

(3)建立的淺海區(qū)金礦勘查的技術(shù)方法組合并進(jìn)行了應(yīng)用示范，優(yōu)選了重力測(cè)量+高精度磁法剖面測(cè)量+地震剖面測(cè)量+淺鉆取樣化探剖面測(cè)量+鉆探的勘查技術(shù)方法組合，成功揭示了調(diào)查區(qū)海域隱伏控礦斷裂，并評(píng)價(jià)了其含礦性，證實(shí)了該勘查技術(shù)方法組合對(duì)海域破碎帶蝕變巖型金礦勘查有較好的效果，為今后淺海海域勘查工作具有指導(dǎo)意義。