(丁云河)物探技術(shù)在深部找礦中的應(yīng)用與存在的問題

1、物探技術(shù)在深部找礦中的應(yīng)用及存在的問題 河南省有色金屬礦產(chǎn)探測工程技術(shù)研究中心 丁云河 2010-12-17 （內(nèi)部資料，請勿外傳，或在網(wǎng)上傳播） （根據(jù)講課課件整理，請同志們認(rèn)真聽講） 匯報內(nèi)容 一、物探方法的種類 二、深部找礦物探面臨的問題及解決途徑 三、找礦案例 四、存在的問題 一、物探方法的種類 1、必要性 在介紹物探技術(shù)在深部找礦中的應(yīng)用前，我覺得非常有必要介紹一下物探方法的種類。這是因 為： 第一，當(dāng)前物探設(shè)備流行很多，種類繁雜。我們知道儀器設(shè)備在設(shè)計制造時，它都是針對某種 特定環(huán)境（如山區(qū)平地、潮濕干旱等）或者某種特定技術(shù)指標(biāo)（如淺層深層等）進(jìn)行開發(fā)的。所以， 如果我們對所擁有的

2、儀器設(shè)備沒有深入的理解，對它所能開展的方法沒有深入的領(lǐng)會，不能揚(yáng)長避 短，直接展開地質(zhì)找礦工作，可能就會失敗。 第二，物探方法及其裝置都有其特定的作用和針對對象，并非涵蓋一切。因此必須深刻領(lǐng)會這 些方法及其裝置的特定對象和優(yōu)缺點(diǎn)。 第三，通過這幾年的物探報告和設(shè)計的審查，我們發(fā)現(xiàn)很多人對物探設(shè)備、方法及裝置概念混 淆。 2、方法分類 物探方法作為當(dāng)前地質(zhì)找礦工作的一個重要手段，隨著電子計算技術(shù)的快速發(fā)展，出現(xiàn)了一大 批種類繁多、精度高、測量參數(shù)多的物探設(shè)備。但按其觀測的物理量來分，不外乎以下幾種方法： 重力勘探、磁法勘探、電法勘探、地震勘探和放射性勘探。 作為金屬礦勘探，常用的、效果較好的也無

3、外乎重、磁、電這三種方法。 因此結(jié)合我局的儀器特點(diǎn)和勘探礦種情況，將從這三個方面進(jìn)行介紹。 重磁勘探 重磁勘探作為勘查地球物理的一個重要分支，被廣泛地應(yīng)用于區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造研究、能源和金屬 礦勘探等領(lǐng)域里。因它所研究的是勢場，有人又稱為位場勘探。 目前，重磁勘探的發(fā)展主要有兩個方向： 第一，儀器方面，測量精度在不斷提高，已由中低精度向高精度，甚至特高精度發(fā)展。儀器重 量更加輕便，并向智能化，多參量發(fā)展。比如磁法：機(jī)械式磁力儀 磁通門磁力儀 質(zhì)子磁力 儀 光泵磁力儀 超導(dǎo)磁力儀。重力主要還石英彈簧和金屬彈簧兩種，但精度已由毫伽級提高 到微伽級。 我局目前擁有的磁力儀主要為質(zhì)子磁力儀，分辨率在 0.1

4、 和 0.01nT ，可進(jìn)行梯度測量。重力儀 是石英彈簧的，分辨率為 1 毫伽和 4 微伽。 第二，數(shù)據(jù)處理方面，一維、二維反演已經(jīng)趨于成熟，三維計算還尚未實(shí)用化。 我局目前擁有的軟件有中國地調(diào)中心的RGIS 、中國地大的 MAGS 和澳大利亞的 MV8.0 。 重磁勘探的優(yōu)點(diǎn)：裝備輕便。由于是位場測量，探測深度大。缺點(diǎn)：垂向分辨率較差。 存在的問題：由于儀器觀測精度的提高，所獲取的信息量增大，已不再是均勻磁化，各向同性 的理想模型，同時，目前所利用的值是T,所用計算公式仍是 T-TCOS 0，這是個近似公式。 都會給計算帶來很大誤差。磁場的平面數(shù)據(jù)處理較多地?fù)p失了淺部信息，尤其化極處理。 綜

5、觀重磁方法，它是研究巖漿巖分布和斷層構(gòu)造較好的方法之一，特別在鉻礦、鐵礦勘探中有 較好的效果，同時在有色金屬勘探中，也可作為輔助手段。 電法勘探 電法勘探作為勘查地球物理的一個重要分支，也是當(dāng)前最為活躍的分支。廣泛應(yīng)用于能源和金 屬礦勘探中，在金屬礦勘探中尤為突出。 它觀測的場可分為天然電場和人工造電場，所以形成了許多門類。無論怎樣，根據(jù)它們所觀測 的電場性質(zhì)，也就分為恒源場和交變電場兩大類。 研究恒流場的方法有：電阻率法、激發(fā)極化法、自然電場法、充電法等。 我局目前能做這些方法的設(shè)備有：國產(chǎn)激電儀，雙頻儀，國外產(chǎn)VIP， GDP， V8。 關(guān)于電阻率法、自然電場法、充電法，因?yàn)橛玫妮^少，就不

6、介紹了。但是在一些特定環(huán)境和特 定條件下還是有用的，并且效果要好。特別是自然電場法，現(xiàn)在的激電儀都有這項(xiàng)功能，大家在做 激電時，只需多按一個 SP 鍵，就能測量。多個參量，對異常解釋就多個幫助。在有鉆孔、坑道或礦 體露頭時，做了充電法，就可以研究礦體的連通性和旁側(cè)肓礦體，其實(shí)金屬礦測井有時就用這種方 法。 激發(fā)極化法（簡稱激電法） 是金屬礦勘探中最為有效的方法之一，人們常說 “有礦就有激電異常 ”。 它是研究巖礦石的激電效應(yīng)，也就是巖礦石充電后，突然斷電存在一個放電過程。通過設(shè)備來 測量這個放電過程隨時間或頻率的電壓變化關(guān)系。所以根據(jù)觀測手段的不同，又可分為時間域激電 法（直流）和頻率域激電法

7、（交流）兩類。 9 I -3 0 -1 1 4t/T 0 2 U 4 6 8 10一 1 2 6 3 2 0 2 4t/T i A 10 Sumner 1967年記錄的IF照片 時間域激電法（TDIP ） 從字面上我們就能知道，它是研究放電過程與時間的函數(shù)關(guān)系。如圖: 在實(shí)際工作中，我們要探測深部異常體的放電過程，其實(shí)是通過地面兩個電極進(jìn)行測量電位差 來實(shí)現(xiàn)的。這個電位差的大小一般在毫伏微伏級，再加上大地工業(yè)散流等干擾，要測得這么小的 電壓，就要做到以下兩點(diǎn)：第一，提高觀測儀器的工作精度，這包括干擾信息的剔除、電子元器件 物理性能的改進(jìn)等。第二，加大供電系統(tǒng)的功率，增強(qiáng)一次電場。從第二條可以知

8、道，儀器設(shè)備就 要做得很笨重。這就是時間域激電法的缺點(diǎn)。 既然激電法是研究巖礦石的放電過程，那么就應(yīng)該充分研究二次電壓衰減曲線的特征。目前的 激電儀器已經(jīng)能夠觀測 10個甚至20個時間積分窗口，就為我們提供了可能。衰減曲線可以表示指 數(shù)衰減的多項(xiàng)式為： f(t)=a1e-b1t+a2e-b2t+a3e-b3t+ ? 我們知道在這個衰減過程中，包涵了IP效應(yīng)、EM效應(yīng)、自電效應(yīng)等。因此可以把這個多項(xiàng)式 近似的表示為： f(t)Ae- a t+Be- 3 t+Be- 3 ts 通過解線性方程，得到很多二級參量，為異常解釋提供更多的信息。 在時間域激電法中，我們知道用脈沖電流激發(fā)的二次電場與脈沖寬度

9、緊密相關(guān)。脈沖寬度越大, 二次場激發(fā)越接近飽和，脈沖寬度越小，激發(fā)就不充分，甚至沒有二次場產(chǎn)生。把時間轉(zhuǎn)換成頻率， 就能得到激發(fā)極化現(xiàn)象與頻率的關(guān)系。采用這種方式進(jìn)行觀測的激電法，稱為頻率域激電法。 由于觀測的原理不同，一般頻率域激電設(shè)備都比較輕便，適合于復(fù)雜山區(qū)作業(yè)。但由于不象時 間域激電法是在斷電間隙進(jìn)行觀測，因此受電磁感應(yīng)耦合效應(yīng)影響較大，這也是頻率域激電法的缺 點(diǎn)。野外作業(yè)多采用偶極-偶極裝置。 頻率域激電法因設(shè)備不同，叫法很多。如變頻法、雙頻激電法、奇次諧波法、相位激電法等。 但是它們都是研究兩個頻點(diǎn)上的激電現(xiàn)象。能不能進(jìn)行全頻段的激電研究呢？能。 頻譜激電（復(fù)電阻率法）SIP或CR

10、 工作頻率在超低頻段上（0.01100HZ ）。 利用柯爾 柯爾模型，可以進(jìn)行 EM 效應(yīng)與 IP 效應(yīng)的分離。 可以得到 4 個參量：零頻電阻率、充電率、時間常數(shù)、相關(guān)系數(shù)。可開展礦與非礦的區(qū)分。 工作裝置（野外觀測系統(tǒng)） 在電法勘探中，根據(jù)供電電極和測量電極的布設(shè)位置不同，形成了許多種工作裝置。 目前國內(nèi)在金屬礦勘探中應(yīng)用較廣的是中梯裝置和對稱四極測深裝置。這是因?yàn)檫@些裝置野外 工作簡單，操作方便，得到的異常直觀，便于解釋。但是，由于觀測的是兩個供電電極間一定范圍 的均勻場，過于注重橫向分辨能力，垂向分辨力降低，當(dāng)淺層存有低阻時，影響其探測深度。 近幾年來，由于多通道電法設(shè)備的投入，開展了

11、象偶極-偶極、單極 -偶極、單極 -單極測深裝置 試驗(yàn)，并取得了較好的成果。這是因?yàn)檫@些裝置屬非對稱測深裝置，可以在不同位置對異常體進(jìn)行 激發(fā)，增大了信息量。缺點(diǎn)是異常復(fù)雜，不直觀。但隨著數(shù)據(jù)處理技術(shù)的發(fā)展，這個問題是可以得 到解決的。 激發(fā)極化測井技術(shù) 在這里指的主要是井中物探。 我局許多隊都買了測井儀， 這些儀器主要是井向測井或井壁測井， 多用于煤田和石油勘探，對金屬勘探主要用于了解深部巖石物性特征。金屬礦測井主要是為了了解 鉆孔深部、旁側(cè)是否存在肓礦體及礦體連通情況，主要進(jìn)行地井、井地和井井測量方式?，F(xiàn)在所有 激電儀都可以，關(guān)鍵是解決井中電極的制作 ,以及后期資料的解釋。 研究交變電場的

12、方法 也可分為時間域電磁法和頻率域電磁法兩類。 時間域電磁法，主要指瞬變電磁法，它的工作裝置與發(fā)射源有關(guān)，主要是磁偶源和電偶源兩種， 目前的設(shè)備主要是觀測接收線圈的感應(yīng)電動勢E,數(shù)據(jù)處理中再轉(zhuǎn)換成磁場強(qiáng)度 B。由于磁場包涵 的信息多，探測深度大，現(xiàn)在許多單位致力于研究測量磁場的裝備。 需要注意的是，不同的儀器和不同的發(fā)射裝置，其關(guān)斷時間不同，影響著探測能力。 瞬變電磁測井技術(shù)。 PEM、SIROTEM 頻率域電磁法，象大地電磁法、音頻大地電磁法、可控源音頻大地電磁法，甚低頻法都屬于這 一類。這些主要與觀測的頻段不同而分類的。 我局的設(shè)備有：國產(chǎn)的瞬變電磁（小功率的） 、國外 GDP、V8、EH

13、4、 PEM、SIROTEM 。 二、深部找礦物探面臨的問題及解決的途徑 通過以上方法介紹，我們可以知道，物探技術(shù)由于受到當(dāng)前科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的制約，尚存在 許多未解的難題，再加上工業(yè)化發(fā)展帶來的各種人文干擾，降低了對異常的分辨能力，同時隨著找 礦深度的加大（1000m甚至2000m）,通過設(shè)備在地面去發(fā)現(xiàn)小尺寸的礦體所能引起的異常，難度會 越來越大。所以，作為地質(zhì)找礦重要手段之一的物探技術(shù)，在開展深部找礦時，面臨著以下兩個特 點(diǎn)： 1 、信息弱。 2、干擾大。 如何提高信噪比？除了提高儀器自身的精度外,還應(yīng)該從以下幾點(diǎn)入手： 第一,正確設(shè)計探測對象。 應(yīng)做到： 1 、充分了解工作區(qū)及其周邊地

14、質(zhì)成礦規(guī)律,搞清楚與成礦有關(guān)的重要地質(zhì)因素。 2 、樹立起間接找礦的思想。 3、地質(zhì)、物探技術(shù)人員要加強(qiáng)溝通、交流。 4、建立起多目標(biāo)探測思維。 第二,采用綜合物探方法手段。 應(yīng)做到： 1、充分了解工作區(qū)及其周邊巖礦石的物理性質(zhì)。 2、充分調(diào)查工作區(qū)及其周邊來自天然或人文活動的干擾因素。 3、充分掌握物探設(shè)備技術(shù)指標(biāo)，正確選擇相關(guān)的工作方法及其裝置。 第三，開展基于本地區(qū)成礦模式下的物探多參量推斷解釋工作。 三、找礦案例 案例一：河南省方城韓溝鉬礦 礦區(qū)位于華北陸塊南緣云陽 四里店褶斷帶中部，地層區(qū)劃屬華北地層區(qū)華北陸塊南緣地層分 區(qū)熊耳山地層小區(qū)。礦區(qū)主要出露地層為中元古界熊耳群馬家河組（P

15、t2m）火山巖地層。其次南部 出露地層為官道口群高山河組（Pt2g）、龍家園組（Pt2l）、新元古界欒川群三川組（Pt3s）、南泥湖組 （Pt3n）。區(qū)內(nèi)侵入巖以花崗斑巖為主，出露于礦區(qū)北西和北東部。區(qū)內(nèi)褶皺構(gòu)造不發(fā)育，以斷裂構(gòu) 造為主，大小斷裂十余條，其中北西向斷裂是主要的容礦構(gòu)造。該區(qū)早期就有采金活動，近些年來 陸續(xù)發(fā)現(xiàn)有浸染型或脈狀鉬礦和鉬礦化體。 根據(jù)前人的找礦成果分析，該區(qū)地表礦化活動與深部來源有關(guān)，可能存在隱伏的花崗巖體。因 此，尋找深部隱伏巖體是該區(qū)找礦的突破點(diǎn)。 該區(qū)物探工作從七十年代中期武漢地院開展過剖面性的電法試驗(yàn)工作，2000 年后，有色三隊、 許昌區(qū)調(diào)隊相繼投入雙頻激電

16、、高精度磁法及重力勘探工作。物探工作主要還是針對淺層的礦化破 碎蝕變帶。 當(dāng)時的重力勘探主要是針對隱伏巖體，但因高程測量質(zhì)量問題，沒有利用。磁法異常與熊耳群 馬家河組的安山巖相關(guān)，探測巖體效果不好。 根據(jù)探測對象的特點(diǎn)，我們投入了可控源音頻大地電磁法，用于發(fā)現(xiàn)深部的隱伏巖體，同時在 推斷的隱伏巖體部位，開展頻譜激電，查清是否有礦化活動。 儀器采用 V系統(tǒng)，CSAMT的收發(fā)距最小 8.5km，最大10.5km。SIP最小隔離系數(shù)為 6，點(diǎn)距 50m。 成果分析 案例二：內(nèi)蒙古阿魯科爾沁旗甘珠爾廟鉛鋅礦 礦區(qū)位于大興安嶺東坡南段黃崗梁 -孟恩陶勒蓋多金屬成礦帶上。區(qū)內(nèi)出露地層為二疊系大石寨 組的砂

17、巖。巖漿活動頻繁，以燕山期的侵入巖、次火山巖為主，表現(xiàn)為多期次。 該區(qū)是 1 994年對 1：5萬分散流異常檢查時發(fā)現(xiàn)的，化探異常編號138#，地表見有多條礦化蝕 變帶， 1995年投入了大功率激電掃面，其中 1 號激電異常面積近 2個多平方公里。 1997年投入了槽探工程及激電、高精度磁法剖面工作，地表圈出了多條鉛鋅銀礦脈，200300 米顯示有低阻高極化異常。 1999 年投入了兩個鉆孔，最深在 200 多米見鉛鋅礦（化）體。 2007 年礦權(quán)轉(zhuǎn)讓給豫光集團(tuán)后， 投入了激電測深剖面工作，進(jìn)行了鉆探工程，多孔在 400米以淺見鉛鋅礦體或礦化體，但不理想。 通過對該區(qū)多年的勘探認(rèn)識， 認(rèn)為深部

18、可能形成較好的礦體。 2010年投入了 CSAMT 和線源（電 偶源）瞬變電磁法。 成果分析 四、存在的問題 1 、野外工作方法單一，缺少綜合勘查手段。工作裝置守舊，沒有創(chuàng)新意識。主要體現(xiàn)了目前物 探勘探?jīng)]有真正樹立起多目標(biāo)探測的思維。因?yàn)樵诘刭|(zhì)成礦過程中，由于強(qiáng)烈的地質(zhì)作用，產(chǎn)生出 許多成礦的地質(zhì)產(chǎn)物，這些與成礦有關(guān)的地質(zhì)體都應(yīng)是物探工作需要探測的重要目標(biāo)。 2、地質(zhì)、物探結(jié)合較差，主要體現(xiàn)在：第一，大多數(shù)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人的知識結(jié)構(gòu)不全，缺少將地、 物、化、探相融合的能力，致使許多工作布置上存在 “兩張皮 ”現(xiàn)象。第二，物探工作成果總是停留 在異常曲線上，變不成地質(zhì)語言。因?yàn)槲锾绞堑刭|(zhì)工作的一個手段之一，是通過研究物理場的變化 來分析