浅析物探在深部金属矿产勘查中的应用

崔中良，刘 洋，姚艳领，程金华，晏 铭

CUI Zhong-liang1, LIU Yang2, YAO Yan-ling3, CHENG Jin-hua4, YAN Ming1

1. 云南驰宏锌锗股份有限公司 会泽矿业分公司，云南 曲靖 654212；2. 昆明理工大学 国土资源工程学院，云南昆明 650093；3. 云南省铁路总公司， 云南 昆明 650118；4. 深圳中金岭南有色金属股份有限公司，广东 韶关512325

1. Yunnan Chihong Zn & Ge Co., Ltd., Qujing, Yunnan 654200; 2. Kunming University of Science and Technology,Kunming, Yunnan 650093; 3. Yunnan Railway General Corporation, Kunming, Yunnan 650118; 4. Shenzhen Zhongjin Lingnan Nonfemet Co.Ltd, Shaoguan, Guangdong

浅析物探在深部金属矿产勘查中的应用

崔中良1，刘 洋2，姚艳领3，程金华4，晏 铭1

CUI Zhong-liang1, LIU Yang2, YAO Yan-ling3, CHENG Jin-hua4, YAN Ming1

1. 云南驰宏锌锗股份有限公司 会泽矿业分公司，云南 曲靖 654212；2. 昆明理工大学 国土资源工程学院，云南昆明 650093；3. 云南省铁路总公司， 云南 昆明 650118；4. 深圳中金岭南有色金属股份有限公司，广东 韶关512325

1. Yunnan Chihong Zn & Ge Co., Ltd., Qujing, Yunnan 654200; 2. Kunming University of Science and Technology,Kunming, Yunnan 650093; 3. Yunnan Railway General Corporation, Kunming, Yunnan 650118; 4. Shenzhen Zhongjin Lingnan Nonfemet Co.Ltd, Shaoguan, Guangdong

目前我国矿产勘查的主要对象已转变为深部矿，基于深部矿的勘查特点，具有探测深度大、精度高、工作效率高等特点的崭新的物探技术在众多勘查技术中脱颖而出，将成为未来深部金属矿产勘查的最优选择。目前用于深部金属矿产勘查的物探技术方法主要有电磁法勘探、高精度重力勘探、高精度地震勘探及综合物探。论文通过综述各个物探技术的应用特点及勘查实例，说明了物探在深部金属矿产勘查中具有独特的优势和不可替代的作用，并指出若要在深部金属矿产勘查中取得丰硕成果，必须在物探理论上有新的建树，并在技术上取得质的提高、改进和突破。

深部金属矿产勘查；电磁法勘探；高精度重力勘探；高精度地震勘探；综合物探

矿产资源是人类社会存在与发展的重要物质基础，是一种必不可少的生产资料和劳动对象。而我国的矿产资源赋存状态具有复杂多样性，矿产资源只有少部分出露地表，绝大多数隐藏在地下。自改革开放以来，我国的经济持续快速发展，与此同时也伴随着采矿速度的加快，近地表的矿产资源日益减少，找矿任务也日益艰巨。目前我国矿产勘查的主要对象已转变为深部矿。基于目前我国大多数金属矿山的探采深度限于地表至地下500m空间内[1]，所以在我国矿产勘查中将500～2000m的深度范围称为“第二找矿空间”或“第二矿化富集带”，而2000m以下的深度范围称为“第三找矿空间”[2-3]。

成矿理论和实践均表明在深部（＞500m）寻找大型、超大型矿床和多金属矿集区是具有很大的前景与潜力[4-7]。深部矿与浅部矿相比，因埋藏深度大而呈现出矿化信息弱、干扰因素多等特点。因此，传统的一些勘查技术手段已不适用于深部矿勘查。当前通过槽探或浅孔勘查浅表层矿体的方法亦逐难奏效，而必须到地下深处去探寻隐伏的及潜在的深部矿藏。而钻井造价昂贵，与高精度的重力勘探、电磁法勘探及地震勘探无法媲美，因此物探在深部金属矿产勘查中具有不可替代的位置[8]。

一、电磁法勘探在深部金属矿产勘查中的应用

在众多的地球物理勘探方法中，由于金属矿的导电（磁）性好，与围岩差异明显，用电磁法勘查金属矿床，地质效果较为显著[9]。目前用于深部金属矿产勘查的电磁法勘探主要有可控源音频大地电磁测深法（CSAMT）及音频大地电磁测深法（AMT）。这两种方法代表了基于平面波卡尼亚电阻率频率域电磁测深法的两个相反的发展方向。CSAMT是重设备、大功率可控源，而AMT是轻设备、天然源。CSAMT是在大地电磁测深（MT）和音频大地电磁测深（AMT）的基础上发展起来的一种人工源频率域测深方法。相比AMT，CSAMT克服了天然场源随机性和信号能量弱的特点，抗干扰性更强，但不适合在地形、气候恶劣的地区使用。

（一）CSAMT在深部金属矿产勘查中的应用

可控源音频大地电磁测深法（CSAMT）最早是由加拿大多伦多大学Strangway教授和他的研究生Goldstein提出[10]。这种方法采用人工的电性源发射电磁波，以弥补天然场信号弱的不足，具有数据质量高、重复性好、勘探深度大、解释剖面横向分辨率高、人工信号强度大等特点，所以地球物理界一直认为它具有寻找深部矿床的能力，而近年来其在地下深部勘探中亦确实发挥着越来越重要的作用[11]。张国鸿等为了考查电磁法在探测深部金属矿及地质构造方面的实际效果，用可控源音频大地电磁法（CSAMT）分别在埋深为500m和1100m的两个已知隐伏铁、铜矿体上进行了实验工作，实验结果表明地电异常显示了矿体、断层以及岩层接触带的分布[10]。王凯等运用可控源音频大地电磁法（CSAMT）圈定了寻找铁矿的有利部位，且勘探结果与已知钻孔揭示结果吻合较好，说明了CSAMT在深部矿产勘探工作中的可行性和有效性[12]。

以广西凤山县金牙金矿应用CSAMT进行深部找矿为实例，图1为金牙金矿床563-280线CSAMT剖面图[13]。测区出露的地层主要为二叠统、下三叠统逻楼组、中三叠统百逢组和河口组，其中中三叠统百逢组为主要赋矿层位。目前发现的矿体主要赋存于Fl断层与其上盘次级南北向断层F2围限之间的破碎带中。按矿体产出特征可分为三类：矿体呈脉状及透镜状、矿体呈似层状及透镜状、矿体产状平缓。测区内岩性和电阻率依次为：泥岩电阻率357～4974Ω·m，算术平均值为1443Ω·m；砂岩电阻率1565～5725Ω·m，算术平均值为3152Ω·m；矿化砂岩电阻率69～2856Ω·m，算术平均值为875Ω·m；矿化粉砂岩电阻率39～734Ω·m，算术平均值为233Ω·m；矿化体电阻率66～362Ω·m，算术平均值为243Ω·m。由上可知，该区砂岩表现为相对高电阻率，泥岩表现为中电阻率，而矿化体则表现为低电阻率，物性差异比较明显。

从图1可看出区内深部200～1000m存在中低阻-低阻带，总体上低阻异常主体向剖面东侧深部倾伏，在 563、516、572、588、280线特别明显，且往东方向未封闭，低阻异常带局部被断断续续的高阻隔断。该中低阻带的上部及下部均为中高电阻率场。结合矿床地质特征及成矿规律进行综合分析推断出：（1）F1与F2断裂之间的区域为深部有利成矿部位；（2）F1-F2断裂在深部总体继续向东部延伸，且向北侧伏。钻孔验证结果与推断基本一致，表明了CSAMT对深部金属矿产勘查的有效性。

图1 金牙金矿床563-280线CSAMT剖面图(据严新泺等，2015)

（二）AMT在深部金属矿产勘查中的应用

音频大地电磁测深原理是基于大地电磁测深法原理，是在20世纪50年代提出的一种地球物理探测方法。这种方法具有如下特点：（1）利用天然场源，无近场效应影响；（2）仪器轻便，可适用于地形、气候恶劣地区使用；（3）探测深度范围大，浅能至几米，深可达2000m；（4）对二维构造反应比较逼真，能真实反映地质规律；（5）工作效率高，不受通讯条件约束。王玉敏等通过音频大地电磁测深法对山东苍山宋楼地区进行勘查，圈定了矿区深部有利的成矿空间。谭红艳等在丰山南山开展EH4音频大地电磁测深法，经综合分析后确定了找矿靶位[14]。后在钻探验证中发现深部隐伏铜金工业富矿体，说明在危机矿山应用EH4寻找深部隐伏矿体具有可行性。胡龙华等在永丰县中村钨矿区运用EH4音频大地电磁测深法进行深部探矿，结果表明EH4音频大地电磁测深法对低阻构造或低阻脉有较好的分辨能力，且能较好分辨导电性有明显差异的岩性接触带的深部位置，能有效发现深部异常体或矿化体[15]。姚大为等利用音频大地电磁法在武山外围深部进行勘查，推测了地下2km以内的岩性接触带和断裂构造，结合该区已有的地质资料和钻探结果，表明音频大地电磁法能够很好地探测地下目标地质体[16]。综上所述，音频大地电磁法凭其准确反映隐伏构造、探测深度大及工作效率高等优势，近年来的应用愈来愈加广泛。

二、重力勘探在深部金属矿产勘查中的应用

重力勘探主要是通过测量由地下密度不均匀体引起的重力异常来推断测区的地质构造或矿产分布情况。我国大规模开展重力工作是在20世纪50年代，而第二代重力测量始于20世纪80年代，重力异常精度提高了近10倍，并具有更高的勘探能力[17]。随着时代的进步和科学技术的快速发展，测量精度、数据处理方法和解释水平得到极大的提高，加之计算机技术的普遍应用，重力勘探已发展到高精度重力探测阶段，并在勘探领域得到广泛应用[18-23]。进十年来，重力勘探技术取得的进步主要体现在三维技术，目前重力勘探新技术有重力复测采集技术、重力处理与三维反演技术和重力解释新技术（主要包括三维重力处理、反演结果的三维可视化、体属性分析、三维重力综合地质解释等），而在复杂地区开展重力勘探，三维模型比二维模型更加符合地下地质体的实际状态，因此重力勘探必将走向三维技术时代[24]。但对深部金属进行矿产勘查时，重力勘探很少单独使用，往往结合其他物探手段进行综合使用，从不同角度进行整合分析，以提高找矿预测的准确性。卢鸿飞等将可控源音频大地电磁测深法（CSAMT）和重力测量（GS）运用于新疆哈密白山钼矿勘查实践中，较好地反映出了隐伏花岗岩体的就位空间和大致的侵入界线，深部隐伏花岗岩显示高阻高重力异常，中低阻异常围绕高阻高重异常周边分布，钻探验证在高阻异常顶部200～2500Ωm中低阻异常区间对应的是钼矿层位[25]。王浩臣等将地质耦合的重磁三维反演应用于九瑞矿集区，探索九瑞矿集区及其外围地区的深部地质结构特征，并取得了良好效果[26]。张寒韬通过将九瑞矿集区AMT二维反演结果与重磁三维反演结果进行综合分析，推测出南部背斜核部黄龙组与五通组之间假整合接触带的断裂构造具有很大的赋矿潜力[27]。综上所述，重力勘探可分析某地层的展布、圈定构造和含矿远景区等，但由于导致重磁异常的因素具有多样性，三维重力反演结果存在多解性，因此在实际找矿勘查中往往综合利用两种或多种物探手段。

三、地震勘探在深部金属矿产勘查中的应用

地震勘探是利用地下介质弹性和密度的差异，通过观测和分析大地对人工激发地震波的响应，推断地下岩层的性质和状态的地球物理勘探方法。近年来，高分辨率地震勘探仪器装备、处理软件升级换代速度明显加快，地震资料采集、处理与解释出现了一体化的趋势[28]。地震勘探的基本方法有折射波法、反射波法和透射波法。而高分辨率反射地震是深部金属矿勘查最有前景的技术之一，因为其在精细揭示盆地深部结构特征、追踪含矿层、甚至直接发现深部矿体方面逐渐显示出巨大的优势。Pretorius等在南非Witswatersrand盆地使用3D反射地震技术清晰揭示1000～3000m深度的含金矿层的空间结构；White等在加拿大Thompson镍矿带使用反射地震技术成功追踪到太古宙基底之下的含矿层，而在加拿大Sudbury Cu-Ni矿集区，反射地震成功发现1800m深的块状硫化物形成的散射场[29-32]。Urosevic等对在澳大利亚Kambalda地区寻找硫化矿物所采集的3D地震数据进行了定量解释，成功发现了赋存镍硫化物矿体的新区域；Juhojuntti等在加拿大千年铀矿床的规划中采集了三维地震资料，并通过识别矿体周围蚀变带所产生的地震响应，推算出了结晶基底与矿体相关断层的所在深度[33-35]。综上所述，地震勘探特别是3D反射地震技术将在深部金属矿勘查中愈来愈发挥重要的作用，应用前景也将越来越加广阔。

四、综合物探在深部金属矿产勘查中的应用

综合物探方法作为深部隐伏矿产勘查的重要手段，具有快速、经济、有效等特点，并在深部矿产勘查手段中具有举足轻重的地位。在矿区运用两种或多种物探方法可进行相互佐证，联合运用并综合分析可有效提高物探成果的可靠性。徐忠平等[36]在新疆罗布泊一带某铜镍矿区开展高分辨率反射地震剖面和重力测量，通过联合反演结果查明了矿区深部构造特征，并划分出矿体赋存的有利部位。在此基础上，在已知的钻孔中开展井中瞬变电磁法勘探，并结合钻孔资料辅证联合反演推断的准确性。综合物探结果表明在1000m～1500m圈定的低阻异常带存在良导体，为有利的赋矿部位。为验证物探推断结果的可靠性，布置钻孔进行验证，结果表明在地下600m～1280m存在高品位矿体，实现了深部找矿的目标。刘敏通过对山西省东亢—户村地区接触交代型铁矿床综合勘查技术应用研究，证实了高精度重、磁方法相结合是寻找深部此类矿床最有效的方法[37]。赵清先通过CSAMT与激发极化法（IP）综合勘查技术在具有复杂构造和岩性矿区的应用，证明了CSAMT与激发极化法综合探测在复杂构造和岩性地区探测深部铅锌矿的可行性和有效性[38]。吴岩等利用双频激电法和广域电磁法相结合的方式对胶东某金矿布置的一系列测线进行探测，查出了矿体异常信息，证明了综合物探方法在深部找矿勘查中的有效性[39]。李星等在岩脚铅锌矿区运用激电与音频大地电磁测深法（AMT）相结合的方式进行找矿勘查，并在推测的成矿有利部位布置钻孔进行验证，结果表明激电法与音频大地电磁测深法（AMT）的联合应用可以快速圈定深部铅锌多金属矿化异常体[40]。曹积飞等在槽探、钻探无法实现找矿突破的内蒙灰山铜镍矿区开展电法、磁法勘探，并在研究区发现了有价值的矿致异常，为下一步找矿勘查指明了方向[41]。

在云南江城岩脚铅锌矿区运用综合物探方法进行找矿勘查的一个实例[42-43]。矿区出露地层主要为：中侏罗统和平乡组（J2h），岩性主要为泥质、钙泥质粉砂岩、粉砂质、钙质粉砂岩；上侏罗统坝注路组（J3b），岩性主要为主要为钙泥质粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、粉砂钙质泥岩；下白垩统景星组（K1J），共七个岩性段，其中 K1J1—1、K1J1—3、K1J1—5、K1J1—7为石英砂岩、含砾砂岩或角砾岩、粉砂岩，为区内主要含矿层；下白垩统乌沙河组（K1w），上部为泥质粉砂岩、钙泥质粉砂岩与细粒岩屑石英砂岩、长石岩屑石英砂岩互层，夹粉砂质泥岩。下部为钙质粉砂岩、钙质泥岩、钙泥质粉砂岩、粉砂质泥岩互层夹细粒岩屑石英砂岩；下白垩统曼岗组（K1m），岩性主要为细粒、中粒岩屑石英砂岩。区内构造以断裂构造为主，主要有北西向断层、北东向断层、近南北向断层和近东西向断层。其中近东西向断层为含矿和控矿构造，近南北向及北西-南东向断裂为破矿构造。矿石结构为半自形-自形粒状，以细脉状、细网脉状构造为主，其次为小团块状构造。矿石中的金属矿物主要为方铅矿、闪锌矿、黄铁矿、白铁矿，主要有用组分为铅、锌，伴生有益组分主要有银、铜元素。

区内砂岩与石英砂岩电性特征相似，表现为高阻低极化特征。紫红色泥岩与泥质粉砂岩含水性较好，表现为中低阻低极化特征，而方铅矿表现为明显的低阻高极化特征。表明区内铅锌矿化与围岩有很明显的电性差异，具备开展激电与音频大地电磁测深等物探方法的物性条件。图2为云南江城岩脚铅锌矿区物探综合成果图，从中可以看出AMT及激电工作布置。

图2 江城岩脚铅锌矿区物探综合成果图（据刘洋，2015修编）

通过大功率激电中梯装置扫面，并根据视极化率异常和地质构造信息圈定了7个一级激电异常区（图2），即JI-1、JI-4、JI-5、JI-6、JI-7、JI-8、JⅡ-1。通过音频大地电磁法测深法推测并验证了一级构造2条（F10、F11），二级构造1条（F3），推断出一级构造（含矿化或矿化蚀变）3条（FⅠ-1、FⅠ-4、FⅠ-5），二级构造（含弱矿化蚀变）2条（FⅡ-1、FⅡ-2）。结合岩脚矿区基础地质及物探激电中梯测量、音频大地电磁测深法测量等分析研究成果，推断有利成矿靶区7个：①JⅠ-1，受FⅠ-1控制，分布在一区，走向近北西向，属于低阻、中极化异常，该异常处在F2、F10之间，F2、F10是向NE倾的正断层，与F3相交于异常区的东南方，地质情况复杂，经钻孔验证见矿良好，具备较好的找矿前景。②JI-4，呈低阻、高极化特征，与控矿构造F10相互接触或边缘接触，推测为矿致异常，具备较好的找矿前景，目前钻孔验证见矿良好。③JⅡ-1，分布在二区，呈低阻、中高极化特征，具备找矿前景，目前尚未进行钻孔验证。④JI-6、JI-7均受FⅡ-2控制，分布在一区，目前钻探验证见矿情况一般，仅在裂隙中见有细脉状铅锌矿化。JI-6呈明显的低阻高极化特征，该异常处在F2、F3、F10之间，F2、F10是NE倾的正断层，与F3相交于异常区的东南方，地质情况复杂，具备较好的找矿前景。JI-7呈明显的低阻高极化特征，F3断层东北倾向，推断断层深部位于异常区的下方，具备较好的找矿前景，综合评价该异常为一级异常。⑤JI-5，受FⅠ-4控制，分布于一区，走向近北东向，呈明显的低阻高级化特征，该异常处在F3、F10、F11之间，F10、F11是NE倾的正断层，与F3相交于异常区的西南方，地质情况复杂，具备较好的找矿前景，目前尚未开展钻孔验证。⑥JI-8，受FⅠ-5控制，分布在二区。该异常区位于高低电阻率过渡带，视电阻率大小在15-350Ω·m之间，均值约125Ω·m。视极化率值较高，整体在1.3%以上，异常中心视极化率高达2.68%，异常明显、连续性好，综合评价该异常为一级异常靶区。

五、结语

目前我国矿产勘查的主要对象已转变为深部（“第二找矿空间”甚至“第三找矿空间”）矿。成矿理论和实践均表明在深部（＞500m）寻找大型、超大型矿床和多金属矿集区是具有很大的前景与潜力，然而大多数传统的勘查技术手段已不适用于深部矿勘查，因此具有探测深度大、精度高、工作效率高等特点的地球物理勘探技术或许将成为未来深部金属矿产勘查的唯一选择。为此，必须利用当今高、新技术的已有成就，研制出创新型的探测仪器和新一代的地球物理观测、实验设备，因为只有这样才能采集到高分辨率的信息，进而通过反演、分析、研究和解释，得到新的认识和新的成果[8]。目前用于深部金属矿产勘查的物探技术方法主要有电磁法勘探（主要有CSAMT、AMT）、高精度重力勘探（主要为3D地震勘探）、高精度地震勘探（主要是3D地震勘探）及综合物探。现在越来越多的深部金属矿产勘查采用综合物探法，因为在矿区运用两种或多种物探方法可进行相互佐证，联合运用并综合分析可大大提高物探成果的可靠性。然而，现有的先进的物探技术尚存在瑕疵。因此，在物探理论上必须涌现出崭新的、先进的甚至超前的理念，并在技术上取得质的提高、改进和突破。

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Application of Geophysical Prospecting in Deep Metal Mineral Exploration

At present, the main target of mineral exploration in China has been changed into deep mine. Based on the characteristics of deep ore exploration, with a probing depth, high precision and high efficiency of the new technology in many geophysical exploration technology in optimal selection of deep talent shows itself,perhaps the future will become the metal mineral exploration. Currently used geophysical techniques for deep mineral exploration include electromagnetic exploration, high precision gravity exploration, high precision seismic explorationand comprehensive geophysical prospecting. The exploration and application of various geophysical techniques, shows that geophysical exploration has unique advantages in the deep mineral exploration and irreplaceable role, and points out that if we want to achieve fruitful results in the deep mineral exploration,geophysical theory in must have the new achievements, and in technology made the improvement of quality,improvement and breakthrough.

deep metal mineral exploration; electromagnetic prospecting; high precision gravity prospecting; high precision seismic prospecting; integrated geophysical prospecting

P631

A

1007-6875(2017)05-0013-07

10.13937/j.cnki.hbdzdxxb.2017.05.003

崔中良（1990—），男，河南林州人，矿产普查与勘探专业硕士研究生，现就职于云南驰宏锌锗股份有限公司会泽矿业分公司，主要研究方向为成矿规律与找矿预测。

（责任编辑：刘格云）