深部金屬礦勘查中常用的物探方法及應用效果探究

李 奎，李建都，譙勉江，朱 普

針對我國目前的社會經濟發展狀況而言，在許多方面都仍然必須依靠金屬及礦產資源的進一步發展，來增強社會生產力量。在面對著日益嚴重的土壤及地表金屬資源過量開采與使用狀況下，開展更深層的金屬礦勘探工作是進一步發展金屬礦產行業的最有效途徑。

1 物探方法的概述

1.1 物探方法的研究

傳統的物探技術也即為物理鉆探，內容主要為有關環境、資源研究的信息。在現代科技日益發達的狀況下，物探技術也得到了很大的突破，并逐漸運用到現代地質勘查工程中。從市場經濟視角上來看，現代物探技術正推動著我國經濟社會的發展。在傳統地質勘查工程中大多使用了鉆孔取土等技術，利用這種鉆探技術推動著各行業的發展。但由于采用這種鉆探技術往往是為了達到先進地質勘查工程技術的要求，而且這種技術都存在著一定的局限性，它還必須和各種鉆探技術配套應用，才能大大提高傳統地質勘查工程技術的品質。而近年來，隨著國內地質勘查工程技術的蓬勃發展，我們對現代地質勘查工程的需求也愈來愈大。工程地質勘查工作是建設工程的重點環節，并直接關系其質量，所以應將調查工作與物探技術相結合，以進一步提高地理勘查建設工程的效率。

1.2 物探勘查特點

由于我國地質條件的相對復雜與多樣，從而引發如磁引力場、電荷等物理學場發生變化。因此利用重磁法、電法、引力等物探方式，就可以對國內地質工程中所產生的問題加以探索。該方式具備了快捷、精確、信息豐富等優勢。在實際勘查過程中，物探方式勘查的精度高。但在通常情形下，工程建設單位也需要具備比較精確的物探方式在對地表位移、水深等方面進行檢查時，也需要把偏差限制在厘米范圍內。

2 深部金屬礦勘探中常規物探方法

地球物理勘查方法多種多樣，其中主要包括有地溫、重力探測、震害技術以及輻射性等等方式，就目前在我國的深部金屬礦勘來說，最常用的方法有重力探測、磁法和電法等的應用方法，而震害技術作為我國深部金屬礦勘查中的關鍵技術，當下還在研究階段。

2.1 重力勘探的方法

重力勘查也是常規物探方式當中的一種，它是指基于地殼中不同巖體之間的密度差異，從而產生地表變形，并針對其變化規律進行測量的一種探測方式。該方法是把牛頓萬有引力用作探測的基礎，有很大的準確度，僅須對周圍巖塊的密度差加以檢測，即可根據精密儀器確定其重量的異常，如重力儀等精密儀器。目前，將重力勘探技術應用在金屬礦勘探中，其勘探效益較好。而根據其他有關物探資料以及擬建工程區地貌，可以合理地對覆蓋層下的地質結構狀況以及礦山特性作出推測，從而為建設提出依據。但是，要提高勘探的準確度和科學性，必須對地質、氣候等狀況進行全方位的考察。這種勘查技術在上個世界九十年代應用得非常普遍，是當時國內勘查工作比較普遍的一項技術手段，這項技術不僅能夠直接用于探索高密度壩基巖性和超基性巖石等礦產資源之外。還可以和別的一些物探方式加以有效的組合，具有發現斷裂和基巖起伏的功能。在上個世紀九十年代，我國科學家首次明確提出了高精度重力勘探的理念，并同時開展了大量探索工作。就當下次探測精確度較高的重力儀而言，其讀數分辨率可以達到0.001×10-5m/s2，而重復探測的精確度則低于0.005×10-5m/s2。

2.2 磁法勘探

這個辦法目前擁有相當完善的理論體系，而且基礎建設也相當完善，有著不錯的找礦效益，因為很多巖漿巖、巖漿活動所伴隨的熱液活躍帶都與金屬材料礦直接關聯，又或是金屬材料礦還與基性超基性巖、矽卡巖之間的熱接觸活躍帶關聯。因此這個辦法也可以應用于探查有磁測前提的一系列蝕變巖、地層構造、控礦構造以及礦藏等。而對于更高精度的地磁探測，使用范圍也相當廣闊，其工作精度通常都低于5nT；其數據分辨率約為0.1nT，以測定地磁性總量的異常居多，也可以將它用作絕對測定。航遙中心所研制的先進航空用氦光泵磁力儀HC--2000型，其敏感度特別高，可以到達0.0024大豆的發酵精華度，要比上一個世紀五十年代以來所采用的勘探儀靈敏度高了上萬倍，而這些儀器設備對于我國深部金屬礦勘探和地質研究中都具有至關重要的意義，例如：運用了這些辦法，大冶鐵礦就在其深部和外圍取得了相當滿意的找礦成效。

重磁法勘查主要是利用所提供數據，利用重磁異常對其進行分析破壞程度，并對破壞的有關成分進行量化分析。由于斷層二側所具有的磁性、密度都不同，從而形成了顯著的重磁異常。采用的重磁異常一般可包括二步，其一是定性解釋，亦即是以平面數據作出基礎，確定了斷層的走向距離、大致情況和平面情況；其二是定量解釋，亦就是以地剖面方式，對斷裂的斷距、走向、傾角等因素作出定性分析，并通過地質資料對斷層的性質、特征和年代進行了說明，以便于進一步為金屬礦勘探提供依據。

2.3 電法勘探

上個世紀八十年代，在深金屬礦勘探中的IP（激發電極法）、TEM（瞬變電磁法）及其CSAMT（可控制源音大地電磁閥）已經得到了比較普遍的運用，同時也取得了不錯的找礦成效，但目前由于全國礦業普查力度的持續提高，上述等等深金屬礦勘探手段仍然起著十分重要的作用。這種方式有很大的分辨率，深度可以超過2000m。主要利用地電法進行勘查，重點是對電阻率及溫度系數變化規律、對觀察點深度進行觀測，進而對地層分布變化規律進行分析，該技術大多應用于勘測較厚的地層中。近年來，大多數金屬礦勘探都使用了比較靈活的高密度電阻率法進行勘查，通過該方法不但可以對地質構造進行劃分；同時也可以對地下管道進行測量。關于巖石的分布規律，利用一般勘查方式是不易作出辨別的，然而電法勘查則利用高壓電極裝置，就可以辨別巖石的分布規律，甚至對巖石是否水平均可作出測量。此外，隨著電極裝置間距不同，還可以對深淺不同的地層進行測量，同時利用其電阻率，對地層的分布狀況作出更全面的認識。目前，在金屬實際勘查過程中，地電法勘探已經獲得了很大的進展，特別是在金屬地質勘查技術方面。隨著現代科技的快速發展，在金屬礦勘探中電法勘探也起到了不可或缺的作用。

2.4 地震反射法

此方式屬勘探時間跨度較長的方式，且具備勘探深度較大的優點，通常情況下在勘探深度普遍在2000m以上時使用，因此對于深度普遍大于500m的金屬礦勘探時使用地震反射法也具有特殊優點，在未來將具有相當的科技進展與技術突破空間。地震反射法是運用人工地震反射波對地質屬性進行測定的主要手段，測定成果可正確表現出界面的深度和形狀，以便于對地層巖性作出判別，同時利用地震反射波的動力學特性開展地震地層學調查可對沉積環境進行推斷，從而明確了各種金屬礦的儲量要求，所需儀器設備分為人工震源裝置、地震波接收設備和記錄終端三個部分。

3 物探方式在深部金屬礦勘查中的使用效果分析

3.1 重力勘探法在深部金屬礦勘查中的實際應用

該礦點內出露地層結構基本上是以碳酸鈣生產地層組成，南傾，該區斷層結構明顯發育，且與成礦密切相關，近EW方向斷層結構對成礦影響最直觀，其所產生的斷裂帶為礦體能量儲存的重要空間。重量測定結果表明，礦點內一共散布有十個重量非正常點，當中五個非正常點與附近土壤地表下出露的礦體結構密切相關，高異常區域夾有鉛鋅礦物質化白云石大理巖透鏡體的含碳質粉砂巖，反之則未出現重力異常分布情況，表明產生重量非正常的成因主體是含有鉛鋅礦體的白云石大理巖。另外，布格重力異常反映了較高密度區域的散布情況，其值＜600微伽。其礦體密集程度范圍在3.22～3.54，表明了重力勘查法在礦點內找到大量鉛鋅礦體的效果。

3.2 地震反射法在山地深部金屬礦床中的運用應用

地震反射法的作業區位在高山丘陵地帶，工程技術人員在勘查工作中利用數字地動儀和便攜式地震波進行，系統先對預壓數據進行去噪和靜力校正數據處理，最后再按照數據處理結果制作數據圖件，再進行地理解析后確定礦源，結果證明，在地下約一千五百七十m處出現礦藏，其檢測成果可直接用作采礦的參考數據。

3.3 瞬變電磁法在深部金屬礦床中的應用

該區因為將地表的氧化礦體資源開發至盡，需對深部原生礦體資源開展勘查，但鑒于該區鉛鋅礦石儲備遠超過硫化鉛鋅礦石，因而電性要求較優越，因而采用了對測量地低電流變化較靈敏的瞬變電磁法，根據結果可以推斷電磁性奇異反應主要是由金屬礦體引起，并估計原生礦體儲備在65×114t之間。在后期采礦中，在約1689處出現大塊狀Pb、Zn礦體，厚度在2m～5m，Pb品位為51.37%，Zn品位為3.64%。

3.4 多種物探方法的綜合利用

磁法、引力、電法等深部金屬礦勘探中的常規地球物理學勘探方式各有特點，以適應各自功能較突出的勘探領域，而在特定的地質條件下，這些方式也能夠進行配置與綜合應用，以便于達到功能的最優化。某河區經研究后，在磁勘查地球化學和引力數據以及有關勘探支線礦巖條件的基礎上，已發現地磁異常狀況，具有大規模多金屬硫代物礦床的發展前景。利用四級測探明確了電磁力奇異體規模和空間特征的分布特點，并明確了磁力體含礦性。再利用綜合了多種測量結果后，圈定出礦區段和埋藏深度等數據。經鉆孔檢驗，終于找到較厚的銅鐵礦體，由此完成了對隱伏金屬礦床勘探工作的重大突破。

4 深部金屬礦勘查中的物探方法的發展

由于深部金屬礦體找礦與勘查工作的發展，使用常規的各種物探方法找到深地底隱伏斷層的金屬礦體已顯得日益艱難。于是，為做好金屬危機礦和深部隱伏斷層的金屬礦體的查找，人類又開始關注起新的物探方法的研究與運用，從而更加適應深金屬礦勘查工作的新需求。在近年來，高溫超導技術與地下物探科技等各種科學技術手段也在逐步地被運用于礦業的普查勘查工作中，以便結合其他物探方式完成對礦體的定位。其中，利用高溫超導技術與瞬變現象等電磁檢測技術的結合應用，就能夠有效增加探測的深度，從而完成對深層金屬礦的勘查工作。而地下物探技術還能夠利用發出的無線電波，反應出深地底礦層的構造與延伸狀況。所以，對國內外許多的金屬礦的勘查單位而言，通過不斷開展對最新的金屬勘查科學技術的研究，以及運用各種物探方式進行工作，將可以為深部金屬礦的勘查工作做出更大的貢獻。

經過對地下水物探綜合工作站深入研究，建立了一個全新的包括地下水無線電波千里眼與聲波透視關系層析成像技術的地下水物探綜合工作體系。軟件系統具備良好的軟件用戶界面、可視化功能，將地下水無線電波透視、井中聲音透視資料信息處理、層析圖像和資源解析流程大大縮短，有效提升了資源信息處理與綜合解析的速率。這項研究成果，對于促進我國地下水物探的發展具有積極意義，也將為今后拓展更多地下水物探方法奠定良好的技術基礎。

通過井中物探方法的關鍵技術研究，在國內外率先進行了地一井三分量TEM的勘探方法關鍵技術試驗與研究，并編寫了地一井三分量TEM的三維正演仿真系統和純異常矢量交會編程模板；發展了井一地電阻率、激電月相三維人機交互逆演軟件。上述結果，對于井-地三分量方法TEM和井-地電法提出了較優秀的求解技術手段。

已研制成功的井中精密質子供體磁性儀，為在國家中、低、弱磁礦區進行的井內磁測礦產普查工作提出了重要應用設備，并彌補了我國在這一應用領域上的技術空白。正在研制的擁有自主知識產權、高度技術含量的精密井內三分量磁力儀，將通過進行精密井內三分量磁測應用示范研制，建立一種全新的精密井內磁測工作方式，將使我國井內的三分量磁測技術達到世界領先水準。并進而商品化予以應用，裝備于我國地質勘探部隊，為我國的礦業勘探提出了高效的科技保障。

進行深金屬礦勘探的方法的應用數據分析，必須根據深部金屬礦勘探物理儀器設備的測試步驟實施，以便降低采礦物理性質勘查難度，或減少對影響環境各種因素，如地質、覆蓋層等的直接影響。通過運用深層金屬礦物理性質勘查技術，并加強對有關物理參數的調查與數據分析，才能得到與礦藏的成因有關聯的從數米至數百米的合理測量范圍。針對于深層的隱伏或斷裂礦，過深鉆井成本將明顯上升，鉆井命中率降低。但同樣對深部金屬礦勘查物理探測的開發，也能夠防止人體內接觸，從一定程度上減少了探測的危險性。

大多數的深層金屬礦勘查測量手段都采用單鉆孔、十字孔、測量孔。在實踐中的使用過程中，深層金屬礦勘查物理科技的主要優點就是測試探頭位置接近目標體，能夠降低對地形的環境影響，同時大大提高了有效測試的深度，物理分辨率和準確度，對深井水和隱伏的斷裂礦產，尤其是在周邊和底部已知礦產進行探查有著巨大的使用前景。另外，還需要將注重綜合研究的不同深層金屬礦勘探方法應用，以充分發揮各自優點，揚長避短，如地磁測井方法與井間電磁法的融合，注重對地下礦業物理數據與地底航空技術物探數據的比較和解讀，綜合研究礦業物理勘探，并建立了綜合地質模型，以增加該礦藏的發掘量和鉆井成功率，從而減少了開采風險，推動了礦業勘查的發展，為指導生產、施工提供重要的信息。在深層金屬礦勘查過程中，合理制定了地質學調查研究規范準則，用最有限的資料發掘隱藏的地理信息，以提高地質勘查，節省勘探成本。

關于深部金屬材料礦探測的方法和技術，由于礦物勘查業的蓬勃發展，在深部金屬材料礦探測中又產生了部分有機地結合的方法和技術。但不同于通常的方式，這種方法與技術各有其各自的優點，并在特定情形下還可以綜合應用，同時針對于深部金屬材料礦探測的特點和復雜性，對于探測豐富的礦產資源仍存在一定可行性，但在特定情形的地方，可以根據引力、磁性、電力和礦物化學等原因綜合運用各種探測方式，包括利用高溫超導技術的瞬變電磁法研究還可以進一步提高深部金屬材料礦探測深入，為礦體的定位創造了全新的手段。另外近年來常見的地震法，也被廣泛運用到了深部金屬礦勘查中，通過運用反射波的散射波基本原理開展測量，并獲得了不錯的勘查成果，深部金屬礦勘查技術和方法的應用，在較大程度上推動了勘查科技的進一步發展與創新，對推動深部金屬礦勘查工作發揮著積極的影響。

5 結語

深部金屬礦勘查是當前金屬礦產資源開采利用過程中的主要發展方向之一，強化相應勘查技術的發展具有重要意義。了解深層金屬礦勘查中常見物探方式，分析不同常規物探方式在深層金屬礦勘查中的運用，從而推進我國深部金屬礦勘查工作的發展和進步，從而促進金屬礦場資源的開發和利用，推進我國工業生產的發展，帶動社會的整體發展和進步。