浅谈在资源勘查中物探方法的应用

廖洪万

摘要：地质勘探的一种主要手段，是传统地质工作方法的延伸。传统地质工作以地质点或钻孔取得的资料为依据进行分析归纳，对深部地质体缺乏必要的和足够的研究精度，而物探工作借助仪器大量加密观测网进行间接观测，弥补的常规手段的不足，提高了地质结论的可靠性。物探方法是当前工程地质勘查中应用较为广泛且实用性非常高的方法，随着物探方法在工程地质勘查中的发展应用，使得我国工程地质勘查的水平得到了显著提升。本文结合一地震勘探工程，介绍了地震勘探的方法及获得的地质成果。

关键词：地质勘查；勘探方法；综合勘探；应用

前言

矿产资源是地球演化过程中经过地质作用形成的，是天然产出于地表或地壳中的原生富集物，产出形式有固态、液态和气态，是赋存于地壳内部或表面的，呈固态、液态或气态的地质作用产物。它既包括在当前的技术经济条件下可以开发利用的物质，又包括在未来的条件下具有潜在价值的物质。矿产资源与生物资源的区别是其再生的速度很慢或不能再生，因而珍惜和保护矿产资源更为重要。

地质勘探的分类有：物探化探勘查、地质构造勘查、钻探勘查、航空磁力重力勘查；地质勘探方法：主要有坑、槽探、钻探、地球物理勘探等方法。

本文主要研究地球物理勘探的方法及其在矿产资源勘查中的应用。物探方法在勘探方法中属较新的技术，它是利用地质体的物理特性异常，借助先进的勘探仪器和计算方法，查出异常特征进行勘探。物探方法技术在不断进步，在勘探中发挥越来越大的作用。

1地球物理勘探方法

地球物理勘探是以各种岩石和矿石的密度、磁性、电性、弹性、放射性等物理性质的差异为研究基础，用不同的物理方法和物探仪器，探测天然的或人工的地球物理场的变化，通过分析、研究获得的物探资料，推断、解释地质构造和矿产分布情况。地球物理勘探方法主要有电法，磁法，重力法，地震法等勘探方法。

1.1地震勘探

地震勘探是研究人工激发的弹性波在不同地层中的传播规律，如波的速度、波的衰减和波的形状，以及在界面的反射、折射来研究地层埋深、构造形态和岩性等的一种物探方法。

地震波是在岩层中传播的弹性波。当用炸药作为震源激发时，震源附近的岩石受到巨大激发力的作用产生破裂和塑性形变，而远离震源的岩石受到瞬间微小外力的作用可以近似看成完全弹性体。弹性体在外力作用下发生形变并产生一个反抗形变的弹力。当外力取消时，弹力使弹性体恢复原状。这个过程使质点产生随时间变化的弹性位移（振动），由于质点间存在着弹性联系，每个质点把振动传递到周围质点，激发力引起的质点弹性振动由震源向周围介质传播，逐渐形成地震波。地震波分为体波和面波，体波在弹性介质的内部传播，面波沿着弹性介质的某些界面传播。地震波在传播过程中遇到两种地层分界面时，就会产生反射波。在地面上用仪器把各个地层分界面的反射波到达时间t记录下来，利用地震波传播速度v，便可以计算出地层分界面的埋藏深度h=vt/2。经过采集、处理、解释，形成勘探报告，取得地质勘探成果。

1.2电法勘探

电法勘探是以介质的电性差异为基础，通过观测和分析天然及人工电磁场的空间和时间分布传播来研究地质构造和寻找矿床的一种物探方法。

电法勘探是根据地壳中各类岩石或矿体的电磁学性质和电化学特性的差异，通过对人工电磁场的空间分布规律及时间特性的观测和研究，来勘查地质构造和寻找有用矿产的一类物探方法。电法勘探方法较多，按电磁场的时间特性可分为直流电法、交流电法、过渡过程法。用于煤矿的电法勘探方法主要有电阻率法、充电法、激发极化法、瞬变电磁法、可控源音频大地电磁测深法等。

1.3重力和磁法勘探

重力勘探是以地壳中岩石间的密度差异为基础，通过观测与分析重力场的变化来寻找和勘探矿床，研究地质构造的一种物探方法。在区域地质调查、矿产普查和勘探的各个阶段都可应用重力勘探，要根据具体的地质任务设计相应的野外工作方法。

磁法勘探是以岩石间的磁性差异为基础，通过观测和分析地磁场的变化规律，来寻找和勘探矿床，研究地质构造的一种物探方法。磁法勘探是物探方法中最古老的一种。近几十年来，地球物理勘探方法得到飞速发展，方法和技术日臻完善，应用领域不断扩大，解决的问题日益增多，已成为煤炭地质勘探中一个不可缺少的组成部分。在煤炭资源勘探工作中，已由钻探為主物探为辅，发展为物探为主，钻探验证为辅。使得资源勘查工作在精度、效率及经济性等各方面都有很大提高。

2物探方法的应用

物探勘探方法应用于矿产资源勘探的每个阶段，包括资源勘探的予查、普查、详查、采区勘探等。在目前提出的整装勘探中，物理地球勘探发挥着更为重要的作用。物探工作的前提：在确定物探任务时，除地质研究的需要外，还必须具备物探工作前提，才能达到预期的目的。物探工作前提主要有下列几方面：物性差异：被调查研究的地质体与周围地质体之间，要有某种物理性质上的差异；被调查的地质体要具有一定的规模和合适的深度，用现有的技术方法能发现它所引起的异常，若规模很小、埋藏又深的矿体，则不能发现其异常，有时虽地质体埋藏较深，但规模很大，也可能发现异常。故找矿效果应根据具体情况而定；能区分异常，即从各种干扰因素的异常中，区分所调查的地质体的异常。

地球物理勘探方法更多地应用于煤矿生产阶段，在矿井和采区设计优化、综采工作面的合理布置、避免和减少地质风险、优选采煤方法、提高资源回收率、降低万吨掘进率、生产安全等方面起到了重大作用。主要地质任务为：查明小断层小褶曲；查清陷落柱、老窑及采空区的空间分布形态；解决煤层分叉与合并、煤层厚度变化、火成岩侵入、煤层顶底板水文地质条件及力学性质等一系列地质问题。

下面以某煤田地震勘探工程为例，研究物探方法的应用及效果。

某煤田地震勘探边界由矿方提供的16个控制点圈定，总控制面积是16.25k㎡。表层地震地质条件：地表平坦，高差不大于2m。但区内村庄较多且占地面积较大，沟渠纵横，故本区表层地震地质条件一般。浅层地震地质条件：本区潜水面一般为4～5m。激发层位以粘土、砂质粘土为主，激发条件较好；但局部地段有流沙层，尤其是在运粮河两岸潜水面显著下降，激发效果变差；浅层地震地质条件总体良好。深层地震地质条件：该区可采煤层比较多，主采煤层厚度稳定，煤层与围岩的密度和速度差异较大，能形成良好的反射波，深层地震地质条件较好。

施工生产采用规则束状8线8炮观测系统，768道，接收道距20m，迭加次数：32次，COP网格：10mx10m，最大炮检距：999.3m。仪器因素：IMAGE数字仪，采样率：1ms，采样长度：3.0s，高切滤波器：400Hz，低切滤波：0Hz，检波器组合形式：60Hz检波器组合，震源：单井激发TNT高速成型炸药。原始资料质量优良，做到了取全、取准第一手资料，为全面完成地质任务奠定了良好的基础。

资料处理流程及参数选择合理，重视了一次静校、速度分析、反褶积、DMO迭加和一步法偏移等主要环节。处理的时间剖面主要目的层反射波齐全，能量强，波形突出，连续性好，相位特征明显，构造异常显示清晰，Ⅰ+Ⅱ类剖面达到98.75%，如图1。解释充分利用了资料地质信息丰富，工作站显示对比手法多样，较好地发挥了人机交互解释系统的优势，进行反复细致的对比、解释、检查，使最终成果更加符合实际地质情况。

地震勘探经过采集、处理、解释等阶段的认真细致工作，控制了第四系界厚度的变化情况，查明了各主要煤层的起伏形态，如图2。对断层的展布状况和分布规律作了深入的研究，查明了5米以上的断层；并对落差3～5米的断点进行了解释组合。三维勘探共解释断层399条，新发现断层391条，修改断层8条。其中0

3结论

地球物理勘探通过观测由地下探测对象与周围介质物理性质的差异所引起的物理场变化，来研究探测对象的形态和性质。从本质上讲都是间接方法，都是通过少数观测点获得的数据去推测探测对象的状况。由地球物理场的本质和观测误差的决定了地球物理勘探存在多解性。每种物探方法一般能反映地质体某方面的物理性質，每种物探方法的数据观测采集受到地形、地质条件等因素的影响，这些都使得物探多解性更加严重。为了减少物探结果多解性的影响，除了提高观测精度、资料精细处理等技术手段外，更需要综合采用多种物探方法。矿产资源地质体是统一的整体，密度、电性、弹性、磁性等物理性质是这一整体在不同方面的反映，各种物性参数间有一定联系，利用这种联系进行综合解释，能缩小单一物探方法的多解性。同时，不同物探方法解决地质问题的能力和探测范围也是不同的，需要采用不同物探方法组合应用，提高解决某个地质问题的能力。对于物探结果有时还需要采用钻探、巷探等基础地质手段进行验证和标定。因此，多种勘探方法综合运用，将有利于达到预期的勘探目标。

随着物探技术方法的进一步丰富完善，在矿产资源勘探中，地球物理勘探方法将发挥着越来越重要的作用，产生显著的经济和社会效益。