有色金屬礦山可持續發展中物探方法的應用

莊溶山，陸俊杰，吳 昊

（江蘇省有色金屬華東地質勘查局，江蘇 南京 210000）

有色金屬是生產建設所需的重要礦產資源。長期以來，我國在礦山勘探的工藝方面和發達國家存在一定長度，導致探礦工作質量不高[1]。此種背景下，雖然我國有色金屬總量很高，但金屬礦產的品質不高，其利用率也就難以提升，此外淺層的有色金屬礦產大量開采，儲量持續下降，不能再僅限于淺層。因此，對于有色金屬礦產應當加強勘探工作質量，引入更加高效的物探技術，促進我國礦山跨行業可持續發展。

1 有色金屬礦山及礦石的性質

1.1 有色金屬礦石

（1）密度。有色金屬礦區圍巖中密度最高者為麻粒巖，物探技術探得礦石不同的密度信息，為有色金屬采礦工作提供重要參考。

（2）磁性。磁性方面，含有色金屬礦的混合巖石，其磁性要比其他種類的礦石高約1-2個等級，但其他巖石的磁性沒有明顯的差異。有色金屬礦本體的磁性較低，但如果含磁黃鐵礦等帶有磁性的金屬礦是，才存在弱磁性。

（3）電性。大多數有色金屬礦巖和礦化巖石的電性差異不大，礦石圍巖成微—極化典型，以及高電阻率，但是富含多金屬的礦石則是高極化，電阻也較高。礦石中如果含有閃鋅，其電學性質就會和周圍的圍巖存在顯著差異。

1.2 有色金屬礦山的特殊地質

通常情況，有色金屬的地質結構比較簡單，主要為閃巖相變粒巖系，大多會在外部有暴露。有色金屬礦區的底層結構為火山碎屑巖，其上部被碎屑石所覆蓋。在有色金屬礦區的第四層系里，主要為砂堆積物構成，這是厚層疏松風化演變而成。在有色金屬礦山中，不同區域的地質構造是不同的，位于礦區東部的巖層褶皺較為緊密，而西部則是更加憑證，斷裂的構造包括成礦期以及礦前、礦后幾種不同的斷裂[2]。此外，在有色金屬礦中還常見如方鉛礦、閃鋅以及磁黃鐵礦等。因不同的地質構造以及成分構成，使物探時就會遇到不同的情況，比如褶皺、斷層以及斷裂等地質都可能見到。另外，礦區周邊還存在剩余重力異常的情況，這是因為以下幾個方面的因素：①因為有色金屬礦通常礦體埋深并不深。②在有色金屬礦中礦化石變巖系在礦區呈規模性分布。綜合上述因素，導致在開展礦山高密度勘探工作中，能夠見到范圍較大的剩余重力情況，但這種異常并沒有明顯的規律性。

受到有色金屬礦區其特殊的地質影響，還會出現磁異常，主要表現有正負極的轉換異常、正極磁力異常以及負極磁力異常。如果是正極負極異常的情況，主要是因為碎石分布有關，因為金屬礦山中可能含有的閃巖相變巖在碎石層里會和金屬礦本身的磁性不同，不能有效融合，導致了這一方面的異常。正磁異常的情況，主要是礦中存在較多含量的磁黃鐵成分。最后負磁異常，主要是因為礦石構造中不含或者只含量較少的帶有磁性的成分。最后有色金屬礦周邊可存在激電電率異常的情況。在對礦山進行勘探時，對于有色金屬礦含量最高的地區，可能出現等值線的異常、彎曲以及局部膨脹的情況。

2 有色金屬礦山的物探技術

2.1 瞬時電磁法

瞬時電池法是有色金屬礦山勘探的一種常用物探手段，利用瞬時電磁信號來了解礦山的地質情況。這種方法能夠實現大深度的物探工作，且具有很強的覆蓋率，對于勘探地點也沒有過高的環境要求，采用這種方法的技術操作比較簡單。比如在進行金屬礦產采礦工作之前，如果金屬礦是斷層結構，那么可通過瞬變電池探測漏水斷裂的情況，結合鉆探觀察水文地質，是否存在漏水斷裂的情況，預判采礦可能出現的風險，并及時加以處理。

2.2 相位激電電測探法

這種方式用到有色金屬礦山物探工作中，具有明顯的抗干擾效果，特別適用于電性、磁性異常的有色金屬礦山勘探工作中，此外，斷裂破碎層以及斷層等地質結構也會帶來電性和磁性的異常，所以采用相位激電電測法是一種很適合應用到有色金屬礦山中的物探技術。

2.3 電聲測探法

因有色金屬礦山的電性、磁性的異常問題，導致物探應當考慮抗干擾問題，所以會采用相位探測法。但需要注意，因為有色金屬礦山不同位置的地質環境、地質構造是有明顯差異的，帶來的干擾也是不同的[3]。因此除要考慮抗干擾外，還應考慮這方面的問題。比如電聲探測法利用有色金屬礦區不同的電阻率和極化率，來探測礦體資源的空間分布。這種技術的應用能夠更加全面地探查有色金屬礦山，也減少了不同干擾條件帶來的圖像波動。

2.4 綜合電法

為提高有色金屬礦山物探工作的工作效率，不僅局限于傳統的物探技術，還應積極引入更加高效的科技。綜合電法就是一種較為新穎的物探技術，目前在金屬礦山勘探工作中得到了一定的推廣。這種技術有助于幫助了解礦體的大致規模及形態，更加清晰地判斷礦體的所在位置，為之后的采礦工作提供支持。

2.5 坑道道物探方法

坑道物探方法簡單的說就是將常用的物探方法應用到坑道中，比較常用的就是瞬變電池發和激光極化法。將這些常用的電法物探技術直接應用到坑道中，能夠減少礦體厚度帶來的影響，實現了深度的物探。在坑道中直接布置物探點，也提升了地質信息的收集防范。這種方法特別適合在開采過程中的跟蹤物探，實時獲取勘探信息，并能夠在勘探過程中，擴展了一定范圍，了解周圍環境的情況，及時發現周邊是否存在交通隧道等情況，防止對交通造成破壞。

2.6 遙感技術

遙感技術能夠實現遠程、可視的勘探效果，在對有色金屬礦山開展遙感技術的勘探工作中，能夠在很大的范圍中探查礦源。同時遙感技術所提供的圖像清晰、真實，并能夠對信息進行處理，提取其中蝕變信息，以及礦區中的斷裂層、成礦巖體、以及圍巖等，都能通過遙感圖像更加清晰地呈現出來，尤其可以幫助探測、發掘新的礦源。

2.7 綜合物探技術

綜合物探就是將幾種物探技術進行整合。在對有色金屬礦山勘探與開車工作中，會按照深度進行分類，以500米為界限，如果埋深在500米以下，歸類為淺礦。如果埋礦深度超過500米，那么就歸類為深礦。不同深度的勘探難度是明顯不同的，對于深度較淺、地質結構簡單的金屬礦山礦井，通常采用單一的物探技術就能滿足要求。但對于深度較深的礦山，就可采用綜合物探技術，因為每個技術都有自己的優劣，采用做種技術整合的方式，能夠實現不同技術的優勢互補，提高物探質量，對大深度的礦井開展更高精度的物探工作。雖然有色金屬礦產資源大量分布在500米深度以內的淺層，但是在長期以來的大量開采，淺層的有色金屬越來越少。為推進可持續戰略，不能僅就局限于淺層，還應將視野擴展到深部儲備，利用綜合物探技術提高物探的深度，挖掘更多高質量的深埋有色金屬礦產。

3 案例分析

3.1 案例情況概述

SK有色金屬礦位于湖南，以當地山體巖體為中心，從中心向外依次是接觸帶的交代矽卡巖、近接觸帶的充填型礦床，以及熱液交代充填控礦床，這幾個礦床構成了一套有色金屬礦，礦中存在銅鐵、金礦、銀礦、鉛鋅等多種有色金屬。地表可見鐵帽型以及殘破金礦床。礦區平面大致分成三個南北貫通的成礦帶，中部為金礦、金礦、銅礦以及鉛鋅成礦帶，西部則為金礦及鉛鋅成礦帶，東部為金礦、銅礦以及鉛鋅礦成礦帶。金礦普遍位于淺部，中部則是鉛、鋅、鐵。深部主要為銅礦。呈現三層的成礦結構。

3.2 勘探思路

該礦的結構較為復雜，在探查礦產資源時，必須結合地質科學以及適宜當地地質條件的物探技術，制定能夠適用本礦區多層次的探礦需求，選擇幾種探測技術的組合，以此對淺層、中層、深層進行勘察。思路為化探和物探相結合，其中化探技術包括吸附相態汞、坑道原生暈、有機氣體集成、鉛同位素以及構造地球化學等新老技術的綜合方法。物探技術以坑道物探方法為主，并結合集中物探法構建綜合物探方案。以下主要以物探為主要探討對象，化探不作過多敘述。總體的探測思路如下：

（1）對于礦山深部的找礦，首先進行成礦地質條件分析，采用地下物探技術，并配合化探方法組合，綜合分析后進行工程驗證。

（2）礦山近外圍的勘探，首先分析這部分區域的地質條件，通過遙感技術獲取蝕變礦化信息，接著利用原生暈以及次生暈等化探技術開展剖面化探，之后進行地面及地下物探，以及吸附相態汞、有機氣體集成等化探技術，最后進行工程驗證。

3.3 物探技術

物探技術的應用旨在掌握礦床的富集規律、評估礦床類型，掌握控礦構造，進行科學的成礦預測，從而選擇采礦的有利位置，制定合理的采礦方案。

3.3.1 坑道物探方法

在本工程中通過坑道物探方法用于礦區找礦，這種方式通過鉆井直接進入到地下空間，比地面物探更加客觀可靠。①借助鉆井將本工程的觀測裝置布置在坑道中，這種方式防止了地面物探受到巖體的影響和其它干擾，能夠有效提升勘探的深度以及精度。②將場源放置到坑井周邊的各方向，與礦井坑道中測量，不僅能夠探測到礦井內部的地質信息，還能夠對礦井周邊進行擴展，增大了立體空間的地理信息收集。③把場源放置到礦井中的已知礦體上進行測量，以進一步探明礦體的平面范圍及立體產狀，獲取更多的深部信息。④本工程鉆取多個鉆孔，并進行相互對測，旨在發現更多未探知的礦體資源。

3.3.2 綜合物探方法

本工程采用了綜合物探法，具體包括瞬變電池法、激發極化法、大功率充電法等。因為本工程在深部埋有大量的礦產資源，因此就應當采用綜合物探，利用瞬變電池法、以及激發極化法對礦區進行綜合物探。此外還要考慮重力、磁力、電性，對物探結果進行綜合分析，考慮這些方面的干擾，盡量多設置測點，本工程共設置130個測點，每兩個測點的間距為20米左右，綜合不同測點的探測結果，排除干擾因素，得到最終的探測結果。

通過上述物探技術，有效獲取了礦區的Pb,Zn,Au,Ag相關信息，另據該礦的早期鉆探成果，也側面證實上述物探技術能夠取得可信的成果。

4 結語

綜上，有色金屬礦山工程離不開物探技術，在采礦工程中開展物理勘探，探明礦山地質結構的相關信息，從而制定合理的采礦方案。雖然有色金屬礦產資源大量分布在500米深度以內的淺層，但是在長期以來的大量開采，淺層的有色金屬儲量下降。為推進可持續戰略，不能僅就局限于淺層，還應將視野擴展到深部儲備，利用綜合物探技術提高物探的深度，挖掘更多高質量的深埋有色金屬礦產。