我国地球物理勘查技术标准体系研究与建立

2015-03-14袁桂琴杨少平

地质与勘探 2015年4期

关键词：技术标准物探勘查

袁桂琴，杨少平，孙跃

(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)

我国地球物理勘查技术标准体系研究与建立

袁桂琴，杨少平，孙跃

(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)

我国已有的几十部地球物理勘查技术标准，为我国基础性、公益性和战略性地质工作的开展提供了有力的技术支撑，同时也为地球物理勘查技术标准体系的建立提供了前提。本文对地球物理勘查技术标准进行了系统梳理，结合地球物理方法技术应用现状，研究提出新的地球物理勘查技术标准子体系，对地球物理勘查技术标准化工作的推进具有重要意义。

地球物理勘查技术标准标准体系体系结构图体系表

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技术标准体系是促进科技成果迅速转化为现实生产力的桥梁和催化剂，标准体系越是完善，标准化活动就越趋于最佳化(国家技术监督局，1991；刘伯恩等，2005；吴志刚，2005；段小丽，2011；李芳芳，2012；杨清华，2013)。国外发达国家已经建立了适应市场经济发展的国家技术标准体系，在完善的国家技术标准体系下，标准已经深入到社会经济生活的各个层面，成为市场准入、契约合同维护、贸易仲裁、合格评定和产品检验的基本依据(CBIetal.，2004；Holtetal.，2006；Editing committee of DIN and DKE，2004，2009；Dieter，2012；张端阳，2012)。

我国地球物理勘查技术标准体系，是地质调查技术标准体系的重要组成部分。建立系统完善、科学合理的地球物理勘查技术标准体系，是技术质量监督与管理部门评定地球物理勘查工作质量的重要依据(倪春晓，2003)。新中国成立以来，我国逐步形成了几十部地球物理技术标准，为我国地球物理勘查工作起到重要作用，也为我国地球物理勘查领域技术标准体系的形成与建立提供了基础。

地球物理勘查技术按观测方式的不同，通常分为地面物探、地下物探、航空物探和海洋物探，本文仅针对地面物探和地下物探，以《地质调查标准体系—地球物理勘查与方法子体系》(2009版)①为基础，针对其存在的不足，结合我国地球物理勘查技术应用现状，提出了《地球物理勘查技术标准子体系》(2014版)②。

1 地球物理勘查技术标准体系研究现状

原地矿部1985年组织编制完成了《地矿行业标准体系表》(第一版)，1987年全国地质矿产标准化技术委员会成立后，制定了地质矿产行业一系列标准，同时开展了地质矿产行业标准体系研究，形成《地矿行业标准体系表》(第二版)，为地质矿产行业标准的规划、制(修)订和贯彻落实起到了重要作用。

2000年以后，随着国土资源调查的全面开展，地质调查标准体系的研究和技术标准的制(修)订工作步伐大大加快，先后完成《国土资源标准体系表》和《地质调查标准体系表》，构建了区域地质调查、海洋地质调查、陆地油气金属非金属矿产调查、水文工程环境灾害地质调查、地球物理勘查与方法、地球化学勘查与方法、遥感地质调查与方法、钻探坑探技术、地质测量、地质实验测试等10个技术标准子体系，极大地推进了地质调查技术标准化工作的进程。

《地球物理勘查与方法子标准体系》(2009版)①，即是10个技术标准子体系之第5个标准子体系，它包括地球物理勘查通用标准、地球物理勘查与方法标准以及应用地球物理勘查与方法标准(图1)。本次研究后认为该子体系在层级设置、分类等方面还存在不足。

图1 地球物理勘查与方法标准子体系结构(2009版)Fig.1 Sub-system structure of geophysical exploration standards(2009)

2 地球物理勘查技术发展现状

地球物理勘查技术方法种类很多，根据所利用的岩石物理性质的不同，已形成了重力勘查、磁力勘查、电(电磁)法勘查、地震(含声波)勘查、核地球物理勘查( 或称放射性勘查)、地温勘查等；按照工作空间位置的不同，地球物理勘查技术体系又划分为地面物探、地下物探、航空物探、海洋物探四大类；按照勘查对象的不同，地球物理勘查技术又可划分为金属与非金属、石油与天然气、煤、水文、工程与环境(地质灾害、地下污染)、考古等。

本文仅研究地面物探和地下物探技术体系，技术体系是根据观测空间及观测参数物理性质的不同来划分。地面物探包含重力勘查、磁力勘查、电勘查、地震勘查、核勘查、地温勘查等六类技术；地下物探包含井中地球物理勘查技术和地球物理测井技术两大系列。

(1) 重力勘查

从20世纪80年代以后，随着技术的快速发展，重力观测精度由毫伽级(×10-5m/s2)提高到微伽级(×10-8m/s2)(曾华霖，2005)；采用GPS三维定位技术后，可进行特殊景观区(如沙漠戈壁等)的观测工作，使重力勘查成为区域地质调查、矿产资源勘查、水工环勘查工作中一种成熟的方法技术。

近年来，我国的重力调查工作以1∶25万区域重力调查和1∶5万重力调查为主，所用重力仪主要以引进CG-5和LCR-D/G系列等高精度重力仪为代表。在数据处理方面，精细数据处理技术、可视化技术及联合反演技术发展迅速。

(2) 磁力勘查

磁力勘查是资源、能源及环境勘查重要的技术手段之一，其应用范围包括区域地质调查、储油气构造和含煤构造勘查、成矿远景调查、工程环境调查以及考古等多个领域。应用磁法直接寻找磁铁矿及其共生的磁性矿产是其它方法不可替代的成熟方法。20世纪90年代以来，一系列的重磁或重、磁、震数据联合建模和反演方法技术发展较快，形成了一些有影响力的软件，将重力、磁力资料与地震资料结合在一起，解决了许多地震或重、磁单方法无法解决的问题，使资料解释精度有了明显提高(敬荣中等，2003；于鹏等，2006)。近年来，高精度磁测在矿产勘查中应用很普遍，仪器设备观测精度不断提高，数据处理解释技术得到长足进步，重磁图件已成为基础性图件被广泛利用,对寻找深部矿起到重要作用。磁力勘查随着应用领域的扩大和高新技术的应用，磁力仪的发展趋于光泵式、高温超导式。

(3) 电法/电磁法勘查

电法/电磁法是金属矿产勘查中十分重要的方法技术，也是分支最多的一类方法技术，应用领域包括矿产资源勘查、能源勘查、水资源勘查、工程勘查、地质灾害预警等多个应用领域。近十年来，我国大量引进电法仪器系统，如加拿大的V5、V5-2000、V-8系统；美国的GDP系列、EH-4电磁系统；德国GMS系列等，主要用于大地电性结构探测(底青云等，2013)。

从传统的直流电法、激发极化法，到上世纪50年代兴起并逐步发展成熟的瞬变电磁法(TEM)、大地电磁测探法(MT)、音频大地电磁测深法(AMT)和可控源音频大地电磁法(CSAMT)等方法已成为我国矿产资源物探勘查手段的主角(赵国泽等，2007；杨振威，2012)。近十年来，电法∕电磁法在金属矿勘查中发挥了重要作用，在金属矿产、油气资源、水文地质、工程地质、地壳深部地质结构等研究调查领域，以及在考古、环保、地质灾害、军事等领域，电法/电磁法也是有效的调查技术方法。这个时期，我国电法仪器的研究也得到很大发展，一部分国产化具有自主知识产权的电法仪器已开始显露头角。

(4) 地震勘查

地震勘探应用于能源矿产(石油、天然气、煤炭等)勘查领域已经较为成熟。用于金属矿的地震勘探方法技术，数十年一直在持续研究中。加拿大、澳大利亚和南非等国家相继开展了金属矿岩石波阻抗及反射系数研究、金属矿(块状硫化物)散射波场模拟研究、反射地震直接探测金属矿体试验研究、井中地震成像和3D金属矿地震成像研究，较好地解决了沉积矿产及非沉积矿产勘查中地质构造、岩性填图、侵入体和蚀变带圈定以及块状硫化物矿体分布等地质问题，显示出地震勘探广阔的应用前景。我国学者经过大量的试验研究，已初步形成了一套关于反射法和散射法金属矿地震勘查方法技术(李灿苹等，2005；勾丽敏等，2007；李战业等，2009；徐明才等，2009，2012)，但整体上，我国金属矿地震技术尚不成熟，仍处在应用试验阶段。

(5) 核地球物理勘查

我国目前已建立起比较完整的核地球物理勘查体系，服务领域涵盖放射性资源勘查、放射性辐射环境评价以及非放射性矿产放射性评价等。近些年，我国在资源勘查中部署了大量的1:5万航空放射性测量工作，在浅覆盖区区域地质填图、区域环境调查评价以及寻找放射性矿产或与放射性元素共生的稀有元素、稀土元素等矿产资源中发挥了一定作用(刘艳阳等，2007；胡明考等，2012)。

我国核地球物理勘查仪器与国际前沿的放射性仪器相比差距不大，如γ能谱仪、测氡仪、手提式X射线荧光分析仪、X射线荧光测井仪等。仪器技术指标虽相差不大，但在仪器稳定性、实用性、轻便性、可靠性方面尚存在差距，未形成产业化。

(6) 地温测量

国内外地温测量方法分为深孔和浅层测温两种。基于深孔(百米以上深度)测温所得大地热流的分布特点研究，为地学基础理论建立和发展做出了重要贡献。面积性地温测量以浅层地温测量为主，应用大多局限在小区域的局部地区，以解决地热、水文地质、构造、地质灾害和工程地质问题。

目前，我国浅层地温测量仪器达到世界先进水平，但地温法在地热田勘查以外领域的应用还很少。2009～2010年，在京津冀地区16万km2范围内开展了1∶400万区域地温调查示范，总结出一套实用的区域地温调查工作流程，为制定《区域地温调查技术规程》积累了经验。

(7) 井中地球物理勘查技术

近二十年来，我国常用的及示范应用的地下物探方法主要有井中(坑道)激发极化法、井中(坑道)充电法、地-井TEM法、井中三分量磁测、地下(包括井中和坑道)电磁波CT法、井中声波CT法等。我国井间地震、电磁层析成像等技术的应用领域变得越来越广，从寻找钻孔间金属盲矿体发展到水文地质、工程地质、煤矿开采等，取得了良好的地质效果(周平等，2007；王庆乙等，2009；刘天佑等，2013；张杰等，2013)。

总体上看，我国地下物探在金属矿勘查中与国外差距仍然较大，特别是与国外在寻找深部矿、攻克金属矿岩矿石物质成份和含量方面的井中地震成像(VSP、井间地震)、井间低频电磁成像及磁取样、核取样测井技术的发展相比，还有相当差距(周平等，2009)。

(8) 地球物理测井技术

地球物理测井简称测井，一般按所探测的岩石物理性质或探测目的可分为电法测井、声波测井、放射性测井、地层倾角测井、气测井、地层测试测井、钻气测井等，用于获得井壁周围介质的物性参数。

我国近几年在随钻测量方面开展了较深入的研究，取得了长足的进步。如电磁随钻测量系统CEM-MWD研制成功，在地层电阻率为2～3Ω·m的地层条件下，有效测量深度达到2100m(刘修缮等，2008)。在随钻电法、核、声波、地震、核磁共振等方面，最近几年也有较好的发展势头(邵养涛等，2007；周涛等，2013)。金属矿测井经过半个多世纪的应用和发展，理论研究和工作方法趋于成熟。实践证明，在铁矿勘查的各个阶段，磁化率测井以及与井中三分量磁测技术的有效组合是有效的。

3 地球物理勘查技术标准子体系构建

地球物理勘查标准子体系是地质调查标准体系的一部分，子体系代码为5。在地球物理勘查技术体系全面梳理的基础上，构建提出新的地球物理勘查技术标准子体系(见图2)。

图2 地球物理勘查技术标准子体系结构图(2014版)Fig.2 Sub-system structure of geophysical exploration technology standards(2014)

地球物理勘查通用标准(25-00)，在纵向上属于地质调查标准体系第二层次，在横向上属于第5个子体系；第三层次由重力勘查技术标准(351-00)、磁力勘查技术标准(352-00)、电勘查技术标准(353-00)、地震勘查技术标准(354-00)、核勘查技术标准(355-00)、地温勘查技术标准(356-00)、井中地球物理勘查技术标准(357-00)、地球物理测井技术标准(358-00)及其它地球物理勘查技术标准(359-00)等九类组成。

新的标准子体系框架下包含的技术标准和标准制修订建议，见表1至表10。

表1 地球物理勘查通用标准(25—00)

注：GB/T-国标，DZ/T-地矿部门行标，DD-中国地质调查局局标，下同。

表2 重力勘查技术标准(351-00)

表3 磁力勘查技术标准(352-00)

表4 电勘查技术标准(353-00)

续表

表5 地震勘查技术标准(354-00)

注：JGJ/T-建设部行标

表6 核地球物理勘查技术标准(355-00)

注：EJ/T-核工业部门行业标准。

表7 地温勘查技术标准(356-00)

表8 井中地球物理勘查技术标准(357-00)

续表

表9 地球物理测井技术标准(358-00)

表10 其它地球物理技术标准(359-00)

4 对标准体系研究有关问题的思考

(1) 对于物探、化探、遥感等多个专业综合类的标准，如《固体矿产普查物探化探工作要求》(DZ/T 59-88)、《物化探工程测量规范》(DZ/T 0153-2010)、《固体矿产预查普查中物化探遥感工作要求》(DD 2002-03)等，在子体系中的归属尚不能确定，本文暂归入“其它地球物理技术标准”，也可归入地球物理技术通用标准中。不管归入何处，需要大体系与化探、遥感等标准子体系之间协调，以免不同子体系之间标准的重复。

(2) 航空物探技术标准应属于地球物理勘查技术标准体系的一部分，大体系集成时应将其纳入该子体系中，放于第三层次，编号依次为：航空磁法勘查(3510-00)、航空放射性勘查(3511-00)、航空电磁勘查(3512-00)、航空重力勘查(3513-00)等。在地质调查标准体系中海洋物探包含在海洋地质调查子体系中，因此，地球物理勘查技术标准子体系实际应涵盖地面物探、地下物探和航空物探三部分。

(3) 开展方法技术应用现状跟踪调研，对技术标准适应性进行评价，可为标准化工作部署提供依据。对已经成熟并得到推广应用但尚无标准的新方法新技术，要及时提出标准制定建议，部署开展标准研制工作；对不能满足方法技术应用需要的标准，及时安排标准的修订工作；对标准体系中可以合并或不再使用的技术标准，可进行标准的整合或废止。总之，要动态跟踪方法技术的应用现状，定期评估技术标准的适应性，不断更新完善技术标准体系，确保技术标准能够持续满足地质勘查工作需要。

(4) 勘查技术标准先行是确保地质调查评价取得预期成果的重要保证。进一步探索适应当前地质勘查工作标准化管理新模式，完善标准化工作管理机制。如设立专门组织或技术专家组，定期评估技术标准的适应性，提出标准制修订建议，为标准化管理部门决策提供科学依据，有利于标准体系的不断完善和发展，为方法技术更好地应用提供技术保障。

5 结论

建立并不断完善技术标准体系是标准化工作一项长期的任务，既要考虑标准体系的科学性、实用性，又要考虑体系的协调性和完整性。因此，标准体系的编制难以做到十全十美，以满足实际需要为前提，通过技术标准的不断更新与完善，力求使标准体系达到基本合理。

[注释]

① 白冶，郝国杰，陈国光，司马献章，徐国志，李景朝，杨清华，王苏明，吴海成，牛广华. 2010. 地质调查标准体系编制说明及体系表(2009版)[R].

② 袁桂琴，杨少平，孙建华，胡汉月，刘秀美，孙跃. 2014. 地质矿产领域标准体系建设—勘查技术(物化探、钻坑探)标准子体系研究与建立成果报告[R].

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[附中文参考文献]

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Study and Establishment of Standard Systems of Geophysical Prospecting Techniques in China

YUAN Gui-qin，YANG Shao-ping，SUN Yue

(InstituteofgeophysicalandgeochemicalexplorationCAGS，Langfang，Hebei065000)

China has dozens of technology standards of geophysical prospecting，which offer strong technical supports for basic，public welfare and strategic geological surveys. At the same time, they also provide the basis for the formation and establishment of technical standard systems of geophysical prospecting. This paper presents a systematic review to these existing standards. Considering the current status of applications of geophysical methods, this paper suggests to establish new sub-systems for geophysical prospecting technologies, which would be of great significance for advancing standardization in this field.

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