隐伏金属矿勘查中物化探方法技术应用研究

2012-10-29袁桂琴杨少平石旭东王英秀李秀菊陈丽娟

物探化探计算技术 2012年6期

袁桂琴，杨少平，孙跃，石旭东，王英秀，李秀菊，陈丽娟

（中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所，河北廊坊 065000）

0 前言

矿产资源是人类经济社会发展的重要物质基础。我国矿产资源需求量大，已探明储量保障能力不足，对外依存度高，矿产资源需求形势十分严峻。在进入“十二五”期间后，全国掀起了新一轮矿产勘查的高潮，覆盖区与已知矿区深部与外围找矿，已成为当前金属矿勘查的首要任务。经找矿实践证明，尽管目前物探化探方法技术在深部矿产勘查还存在一些问题，但是通过不断地改进与完善，物化探方法必将成为地质找矿方法中的关键技术手段，将会发挥越来越重要的作用。

1 我国新一轮金属矿产物化探勘查形势与任务

我国能源、矿产资源尽可能立足国内，这不仅是国家安全的需要，也是社会发展的需要。危机矿山周围或深部找矿，更是社会稳定的需要［1］。我国覆盖区分布广泛（植被和土壤覆盖区、沙漠戈壁区等），新一轮地质调查和金属矿产勘查，面临的多是地质条件复杂的、隐伏的、难以识别的找矿对象，或地理条件十分恶劣、工作条件十分艰苦的西部地区［2］。我们寄希望于物化探方法技术能发挥其优势，起到支撑与先行的作用。

随着金属矿找矿难度的增加，传统物化探勘查方法的应用受到一定的限制。究其原因，长期以来我国对深部找矿理论、实践以及成矿预测研究，尤以深部隐伏矿体精确定位的方法研究和实用技术不多［3］。主要表现为：

（1）我国大陆地质构造复杂，成矿类型众多，矿床产出环境多样，给建立深部找矿模型带来了较大困难。

（2）深部找矿经验不足，未能充分发挥地球物理探测的能力和综合效应。

（3）地质、物探、化探、钻探等技术，在深部找矿中结合不够紧密，缺少系统的整装成果。

（4）缺少大探测深度的技术组合及数据处理、综合解释系统。

因此，随着金属矿产找矿深度的增加，借助于勘查技术的进步与发展，合理部署和科学运用方法技术优化组合就显得尤为重要［4～6］。

2 金属矿产勘查物化探方法技术组合应用与找矿效果

在梳理出的近十年来三十二处金属矿床勘查实例中，物探化探方法应用情况见下页表1。从表1可以看出，方法技术应用较多的是磁法、激发极化法、测深类电磁法（如可控源音频大地电磁法CSAMT、瞬变电磁法TEM）、重力法，以及水系沉积物测量、土壤测量、岩石地球化学测量等。在铁矿勘查中首选的方法为磁法，包括航磁、地磁和井中磁测；而在铜矿、铅锌矿及其它多金属矿勘查中，常采用综合方法，如磁法、激发极化法、TEM、CSAMT等物探方法，以及土壤测量、水系沉积物测量等化探方法。寻找金矿、锑矿等则更多采用水系沉积物测量、土壤测量、岩石地球化学测量等化探方法。

表1 隐伏金属矿勘查物探化探方法应用情况一览表Tab.1 List of application of geophysical and geochemical methods for exploration of concealed deposits

表1 隐伏金属矿勘查物探化探方法应用情况一览表（续一）Tab.1 List of application of geophysical and geochemical methods for exploration of concealed deposits（continued 1）

表1 隐伏金属矿勘查物探化探方法应用情况一览表（续二）Tab.1 List of application of geophysical and geochemical methods for exploration of concealed deposits（continued 2）

（1）铁矿特别是磁性铁矿的勘查方法，从我国勘查几十年经验认为，一般采用以磁法为主，重力和电法作为辅助，这是最有效的一条成功经验［7］。对于寻找隐伏铁矿而言，地面高精度磁测可验证航磁异常存在与否，圈定磁性体位置和范围，推断磁性体的埋深与产状。通过对井中三分量磁测，可较精细了解井底及井旁是否存在盲矿体，还可判定钻孔终孔是否合理。针对深部探测，采用CSAMT、TEM等电磁法，可大致推断出矿体形态与边界。合理运用多种物探方法，可为钻探工程布设提供重要依据。大台沟矿区经过几十年找矿工作，基本采用上述技术思路而获新的进展和突破。在方法组合运用上比较合理，结合该地区地质成矿环境和物性特征，选用高精度地磁测量、重力精测剖面测量、电磁法剖面测量、综合物探测井等一套方法组合，取得了重大突破［8］（见下页图1）。

（2）用于铜矿勘查常用的物探方法，包括高精度磁力测量、大功率激发极化测量、TEM、CSAMT、井中TEM、高精度重力测量等。地球化学方法则是在1∶200 000区域地球化学基础上，开展1∶50 000水系沉积物测量或大比例尺的土壤测量。在大平梁铜矿勘查中，运用激电方法寻找中浅部位矿化蚀变带具有非常直接的效果，为矿区缩小找矿范围发挥了积极的作用。矿区磁异常大多反映了热液交代形成的矽卡岩分布，可圈定矽卡岩以及含矿矽卡岩体的范围。根据TEM异常布置的钻孔见到了隐伏的矽卡岩、磁铁矿、黄铜矿等。在评价矽卡岩型多金属矿床中，采用磁法和瞬变电磁测深方法组合，可以取得非常明显的找矿效果［9、10］（见后面图2）。

（3）对于铅锌矿床的勘查，物化探勘查方法如水系沉积物测量、磁法测量、激电中梯、CSAMT测深等，都是常用的方法。通常采用化探、磁法或激电中梯扫面，发现矿化带，继而运用激电测深、CSAMT测深等组合方法，研究矿（化）带（体）埋深、形态和规模。激电中梯异常用于圈定矿化带，CSAMT测深用于反演解释矿化带的埋深及空间赋存状态。低电阻率、高充电率的异常特征与铅锌矿化或围岩蚀变有关。在对核桃坪矿集区铅锌铜多金属矿的勘查中，运用1∶50 000区域物化探（1∶50 000高精度磁测和1∶50 000土壤测量）发现并圈定了金厂河、核桃坪等一批物化探综合异常。在重点矿段，运用1∶10 000物化探方法技术，对矿体进行了定位和定性预测［11］（见后面图3）。磁法测量成果初步确定了磁性体的倾向、倾角、厚度和顶部埋深。直流激电（中梯、对称四极、偶极等装置）在矽卡岩型铅锌多金属矿体上出现明显的低阻、高极化异常。激电中梯测量结果表明，在推测的磁性体部位有一视充电率异常与之对应。对称四极测深结果与推测的磁性体相吻合，由此推断磁异常与强激电异常相吻合，实为同一矿体引起。土壤地球化学测量结果表明，中温、高温元素在地下中深部成晕、成矿，低温元素在地表表现较为发育。岩石地球化学测量结果与磁异常相对应，主要元素Pb、Zn、Cu、Ag、Cd等彼此套合，且具有明显的分带性。根据化探与磁异常，可圈定出铅锌铜铁多金属矿［12］。磁法、激电、地球化学测量等多种方法的合理运用，对在该区寻找隐伏多金属矿起到了重要作用，在物化探异常区布置的钻探工程大多见矿。

图1 大台沟铁矿钻探验证结果（据张红涛，2010）Fig.1 Drilling verify results of Dataigou iron

图2 大平梁铜矿11线综合异常解释推断图（据徐敏山，2010）Fig.2 11lines integrated anomaly interpretation map of Dapingliang copper

（4）钨钼矿的勘查采用的物化探方法组合，为高精度磁测、激电测深、TEM、土壤测量等。以1∶10 000高精度磁测、CSAMT、1∶10 000土壤测量、激电测井等方法对异常进行追踪。在大宝山钨钼矿中部、深部找矿勘查中，采用的物化探方法组合为高精度磁测、激电测深、瞬变电磁法、土壤测量等。以1∶10 000高精度磁测、CSAMT、1∶10 000土壤测量、激电测井等方法对异常进行追踪。CSAMT取得良好效果，其关键是数据在处理过程中，采用了阻抗相位改正、静态位移改正、带地形二维反演技术，结合物性、地质情况进行定性、半定量综合解释［13、14］（见后面图4）。矿区1∶10 000土壤地球化学测量成果表明，Mo、W等多元素主要呈面状强异常分布，符合斑岩型钼钨矿床的分布规律，主要元素异常含量高、浓集中心大而醒目。提出斑岩钨钼矿矿体以上钨、下钼为主的新认识，已被勘查验证结果所证实。

（5）老矿区深部寻找锡多金属矿床，采用TEM、电磁测深法等电磁类方法，查明深部地质构造。化探方法经过多尺度水系沉积物、土壤，以及岩石地球化学测量，并结合地质勘测、工程验证等手段，在寻找和评价铜金等多金属矿方面有其优越性。

3 金属矿勘查物化探方法技术优化组合研究

上面列举的是物探化探方法技术组合成功应用的几个典型实例，说明现有的物探化探方法通过合理优化组合，可以取得令人满意的勘查效果。但是，随着找矿深度的增加或者是在地质条件复杂的覆盖区找矿，物探化探方法的应用在很大程度上受到限制。就目前现有的方法如何发挥出优势，作者认为应从以下几个方面引起重视。

3.1 加强物探化探方法适应性的研究，有针对性地选好用好方法

通过金属矿勘查物化探方法应用效果分析认为，物化探方法应用取得好的勘查效果，其前提条件除研究矿床地质背景、地球物理特征、地球化学特征外，方法技术的选择与合理优化组合运用是必要条件，包括针对不同的目标任务，确定相应的工作部署、工作比例尺、观测系统与精度、测量仪器，以及技术参数、数据处理与解释方法、综合推断方法等的选择与组合。

近年来，国外一系列先进仪器尤其是多功能电法勘探仪器相继在我国得到广泛应用，如美国的GDP32系列，德国的GMS06系统，加拿大凤凰公司的V5、V6、V8系列等。许多基层勘查单位拥有了先进的勘查设备，但对这些仪器的使用上存在许多问题，影响了勘查效果，例如对微弱信号的采集、抗干扰技术与数据处理技术的运用方面还有待提高。对不具备方法应用前提的，使用先进的仪器也不会取得好的效果。

图3 核桃坪矿集区金厂河矿段“0”线地、物、化综合剖面图（据官德任，2010）Fig.3 Comprehensive profile of geology，geophysical，geochemical for 0line of Hetaoping，Jinchanghe

图4 大宝山钨钼矿54线CSAMT解释剖面图（粗红线为钨钼矿体，据伍卓鹤，2010）Fig.4 CSAMT explain profile of 54lines of Tungsten Molybdenum ore of Dabaoshan

化探方法如构造叠加晕找矿方法［15～16］，适用于矿区基岩出露较好的地区，以及在已知矿体深部寻找盲矿体或第二个矿体富集带。对于覆盖区，酶提取法、地电化学法、金属活动态测量法等，则能反映深部异常特征。因此，选择经济合理（有效）的勘探方法组合，应建立在对勘查区应用条件充分研究的基础上，针对不同矿种、不同景观条件、不同勘查阶段，采用不同的方法技术。深入研究和拓展适宜的物化探技术组合，这对于提高深部矿探测的命中率和工作效率十分重要。

3.2 加强物探化探方法组合应用效果的综合研究

由于控矿介质与结构和深层矿藏千差万别，所以应针对不同探测目标，开展地、物、化、遥等区域综合信息研究，集成各种勘查方法的效应，综合分析各类异常，建立地质～地球物理～地球化学模型及预测准则，取得最逼近实际的认识，以提高找矿成效。区域综合研究程度的高低，意味着能否正确把握找矿方向，能否准确筛选找矿靶区靶位，事关区域矿产预查评价工作的全局。它对于提高区域矿产预测能力，缩短找矿周期，实现找矿突破，具有至关重要的战略性矿产勘查意义。面对不同方法获得的大量找矿信息，需要建立多学科互补、协同机制，在不同学科间交流、互补、印证，以提高地质解释的确定性。

3.3 加快高精度、多参数、大探测深度勘查技术研发与推广

解决深部找矿问题，突破的关键在于新技术、新方法的研发和合理运用，主要包括三个技术难题：①加大探测深度；②提高探测精度；③增强抗强干扰能力。经过十二年地质大调查的实施，我国地质装备水平有了很大提高。但不同单位，使用这些先进设备的水平却参差不齐，在资料处理、综合解释方面也存在许多差异，没有真正发挥出高精尖设备的优势，因此，亟待提高全国地勘单位新方法、新技术整体应用水平。另一方面，要加快研发1 500m深度范围内综合地球物理立体填图技术，为深部矿产勘查提供技术手段。

针对深部找矿面临的技术难题，我国研究人员已提出原则性的研发思路和技术体系。

（1）围绕实现勘查技术（地、物、化、遥等）的集成与突破，即以信息技术为核心，利用地理信息系统（GIS）、模拟技术、三维位场数据处理等多学科技术的融合和集成，获得综合找矿信息。

（2）突出技术的实用性和效益性，避免一味追求技术的先进性。

（3）树立大地质、大资源、大科学的理念，加强深部地质研究，增强深部地质演变过程与成矿作用控制的认识，为实现“找大矿、找富矿”提供理论依据。

4 结语

在应用勘查方法技术时，除必须深入、系统研究勘查区的地质、成矿背景外，还要密切结合勘查区的地球物理特征及地球化学特征，科学合理地选择方法，用对用好物化探方法，充分研究和发挥各方法技术的优势。单一方法对异常做出合理的解释有其局限性，作者在本文提出的物化探方法技术的“优化组合”，从多方面研究异常源的性质，提高了地质解释的准确性，为钻探等工程验证提供准确信息。这是今后金属矿物探化探勘查的有效工作途径，也是找矿成败或影响找矿周期的重要因素。对于深部找矿，迫切需要发展大探测深度的物化探方法技术、综合地球物理三维立体填图技术、抗干扰技术、弱信号采集与处理技术等。这些应是今后深部矿产勘查技术中不可或缺的重要组成部份，也是物探化探勘查技术发展的主流方向。

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