深部金属矿产资源地球物理勘查与应用

胡均杰

摘要：随着现代化找矿技术的快速发展以及矿产资源勘探工作的不断进行，大量浅地表金属矿床先后被发现，在地球表层发现大型金属矿的难度不断提升，全球金属矿产资源短缺问题越发严重。因此，如何提高深部矿产勘探技术是缓解当前能源危机的主要途径。由于地壳深部有较好的成矿条件，找矿潜力较大，加上地球物理勘探技术的不断发展，其应用范围也不断扩大，为地壳深部找矿工作的开展奠定了良好的技术基础。本文对地球物理勘探技术在深部找矿中的主要作用进行了深入研究，为深部金属矿勘探工作提供了科学的信息依据。

关键词：资源紧缺；金属矿床；地球物理勘探；应用成效

Geophysical Exploration and Application of Deep Metal Mineral Resources

Hu Jun-jie

The Third Geological and Mineral Exploration Institute of Shandong Province， Yantai 264000， Shandong， China

Abstract： With the rapid development of modern ore prospecting technology and the continuous exploration of mineral resources， a large number of shallow surface metal deposits have been discovered， and the difficulty of finding large-scale metal mines on the earths surface has continued to increase， and the shortage of global metal mineral resources has become increasingly serious. Therefore， how to improve deep mineral exploration technology is the main way to alleviate the current energy crisis. Due to the better ore-forming conditions in the deep crust and the greater prospecting potential， coupled with the continuous development of geophysical exploration technology， its application range has also been continuously expanded， laying a good technical foundation for the development of deep crustal ore prospecting work. In this paper， the main role of geophysical exploration technology in deep ore prospecting is studied in depth， and it provides a scientific information basis for deep metal ore exploration.

Key words： Shortage of resources； Metal deposits； Geophysical exploration； Application effectiveness

1.引言

隨着我国国民经济的快速发展以及社会现代化进程的不断深入，人们对矿产资源的需求量不断扩大，而金属矿资源短缺问题越发突出。根据我国地质部门提供的信息，当前我国大部分矿山中，有近一半面临着矿产资源枯竭的问题。因此，如何加强现有矿山深部找矿工作，延长矿山寿命周期，是缓解我国矿产资源短缺问题关键，这对促进我国矿山企业的健康可持续发展，保证我国矿产资源供应，维护社会和谐稳定有着不可忽视的作用，这也是当前经济社会发展形态下对我国地球科学工作者提出的新要求。从我国地质部门公布的信息来看，当前我国开采的金属矿产资源主要来自于0m～500m深即第一深度空间开采的金属资源。考虑到当前我国经济社会发展对资源的需求情况以及地球物理勘查技术发展状况，对地壳深部金属矿产勘查深度，被确定为500m～2000m之间，这对我国可持续发展战略的实施有着极大意义[1]。

通过对金矿成矿特点以及成矿理论分析可知，在距离地表5km～10km处为地壳外动力复合区，也称为多重金属成矿要素耦合、突变缓冲区。研究发现，金属矿热液成矿系统最大可延伸到地下4km～5km的深度，在俄罗斯科拉半岛钻井中距离地下10km处仍有Cu、Ni硫化物[2]。这一结果表明，地壳深部依然是金属矿成矿有利条件，这表明地壳深部成矿潜力巨大。

根据当前现有技术，人类无法直接探测地壳深部物质及其地质结构情况，因此，传统的地质勘探技术已经无法用于深部金属勘查工作中，深部找矿工作存在巨大的困难和诸多限制。地球物理勘查技术是在现有技术的基础上不断发展、创新形成的新型勘测技术，其主要有探测深度大、勘测方式多元化以及分辨率高等优点，为地壳深部金属矿找矿工作提供了技术支持。

本文主要论述了地球物理方法对地下深部金属矿介质结构、成矿物质及其物质转换进行了详细探测。同时，通过大地电磁法、人工源地震勘探方法可精确查明深度数十公里处的地质结构[3]。当前，第二深度空间也就是在500m～ 2000m深度找矿在国际地质勘查中已经获得了较大发展，大量的大型、超大型金属矿区不断发现，极大地缓解了当前金属能源短缺的问题，也为创建安全、稳定且能够长期供给的资源后备基地奠定了技术基础。

2.地球物理勘探在深部找矿中的主要作用

2.1开展深部地学填图，优选深部找矿靶区

当前，区域找矿工作已经从传统的地球表层发展到深部矿区，由老矿区转向新矿区。传统的地质矿产填图方式由于限制条件较多，已经无法适应这一发展形势，随着地球物理勘查技术应用范围不断扩大，其在金属找矿中发挥了极大的意义和作用。由于地球物理技术可直接探测到深部矿体，也可通过探测与成矿有直接关系的岩体、蚀变带以及构造等地质要素，从而实现金属找矿的目的。运用地球物理技术进行深部地学填图可准确查明区域矿产空间特征及其成矿特点，并在这一基础上圈定深部金属矿床找矿区域。目前，地球物理勘查方法可有效解决深部找矿靶区中以下几个问题：

首先，可有效查明覆盖层结构特点及其风化层厚度。例如：在俄罗斯某金属矿床中，通过地球物理勘探技术查明了矿区镍、铜等矿物成矿地质条件，并且其与寒武纪结晶基底基性-超基性侵入岩有较大关联性，在其基础上覆有厚度约为300m的中-新生代沉积层。为准确掌握深部地质信息，通常采用1∶5万重磁技术进行深部地质填图，同时根据钻孔资料，基本掌握了深部地质信息，并圈定出多个具有开发潜力的找矿靶区[4]。

其次，可建立深部找矿地理物理反演模型，准确掌握地壳深部地质结构及其成矿地质条件。一般情况下，金属矿床成矿地质条件与地下岩浆活动有较大关系，例如：美国内华达佛罗里达大峡谷金属矿床与深大断裂关系密切，通过航磁资料以及区域重力资料，可判断该地区金属矿线性异常与区域地质构造呈正相关性，从而为圈定找矿靶区提供了信息依据。

最后，可通过深部地学填图圈定成矿区域。由于金属矿成矿地质条件与超基性侵入岩、花岗岩等有较大相关性。因此，可以通过地球物理技术来确定岩体形态及其内部结构特征。例如：美国联邦地质调查局发现某卡林型金属矿成矿地质条件与其深部花岗岩岩体结构特征呈现出一定的相关性，采用区域航磁技术获得了该地深层花岗岩磁异常分布特征，基本圈定了该卡林型金属矿的成矿区域，为其找矿工作的展开奠定了基础。

澳大利亚“玻璃地球计划”是一项包含了多种功能的找矿计划，其主要是为了查明地球表层1000m以内金属矿成矿区域并计算其含矿储量，为澳大利亚深层找矿工作计划提供了便利。地球物理勘查是开展深部地学填图，优选深部找矿靶区的关键所在，通过运用电法、磁法、地震勘探（图1）等技术进行圈定深部控矿构造，并在其基础上建立初始化模型，同时通过航空重力梯度测量获取精度水平较高的金属矿分布信息，从而确定矿体区域地质边界及其围岩分布特征。澳大利亚通过“玻璃地球计划”查明了一大批有开采价值的深部金属矿床，為其经济发展提供了大量的金属资源支持。

2.2金属矿产资源形成的深部原因

地表浅层金属矿产资源，如大型、超大型金属矿床大多是通过地球深部物质及其能量交换形成的。在成矿过程中大量金属元素通过地壳深部物质交换到达上地幔表层，也就是热物质在运移、转化以及上涌阶段与地壳围岩的蚀变过程中逐渐堆积而来。对于传统地质勘查技术而言，其无法有效解决地壳深部物质形态、物质属性以及其空间分布等的问题，虽然通过超前钻探技术可准确探测出地表以下较深处成矿物质结构信息，但超前钻探也仅是一孔之见，对于区域地质构造情况略显无力，并且目前超前钻探所能探测到的最大深度只有12261m，对于更深层次的地下地质结构信息无法有效勘测，且其勘测成本较高，无法根据实际探测需求进行超深钻探[5]。因此，通过采用地球物理技术，如地震勘探、电磁、重力勘探等技术可有效解决以上问题。例如：在澳大利亚某矿区，通过大地电磁探测技术查明了该矿区50km以上的地质结构信息，且基本确定了该矿区成矿物质来源、迁移通道及其矿物沉积等问题，并对其成矿原因给出了科学的解释[6]。

2.3直接寻找深部隐伏盲矿体

对于某些与围岩存在明显差异的深部隐藏矿体，可采用航空物探方法进行找矿工作。例如：我国国土资源部航遥中心对大冶铁矿进行大比例尺航测时，通过航空电磁法测量该地区深部电磁信息，在电磁异常区域布设钻孔，目前已有三孔探明金属矿。其中，在ZK21-8孔721.98m～ 770.37m处发现了6层厚度为14.8m的铁矿，主要包括磁黄铁矿、磁铁矿以及黄铜矿等金属矿[7]。同时，采用相同的勘测技术，在狮子山西部布设了ZK26-6孔，并在孔深732m处发现了金属矿床，铁矿体厚度为4.44m。目前，西方欧美国家对地球物理勘查技术在金属矿中的应用也极为关注，如井中激发极化法、井中瞬变电磁技术等。激发极化法是目前寻找深部隐伏矿体中效果较为显著的地球物理探测技术，尤其是在探测与金属硫化物、石英脉有较大关联性的金属矿。一般而言，高极化率低电阻率异常区一般为成矿有利区，根据其幅度值来判定蚀变带、石英脉型金矿成矿程度。但在硅化运动较为强烈的情形下，由于硅化物在充填过程中会形成一定的孔隙，因此呈现出高电阻率以及低极化率的特点。加拿大等国家通过该技术在距地表500m以下勘查到金属矿床，为国家经济发展提供了资源支持。澳大利亚也在奥林匹克坝矿区通过井中瞬变电磁法，在地下较深处发现了储量较大的硫化物金属矿床。

3.结论

金属矿是地壳深部成矿物质以能量转换形式形成的重要矿产物质，大量实证观点指出，地壳深部找矿是当前金属矿找矿工作的主要发展方向，也是当前缓解社会金属资源短缺问题的关键，尤其是在当前我国经济社会迅速发展背景下，社会对矿产资源需求量不断增加。虽然地壳深部找矿有着极为广阔的发展空间，但我们应当意识到，传统的地质勘查技术以及浅层找矿方式已经无法满足经济社会发展对矿产资源的需求。因此，通过地球物理勘查技术寻找地下深层金属矿床是当前金属找矿主要发展方向和趋势。

通过对上述深部金属矿勘察中地球物理方法技术应用分析可看出，当前地球物理技术在金属矿勘查中的效用范围越来越广泛，通过对控矿岩体、蚀变带、控矿构造探测等间接找矿技术发展为直接找矿，使地球物理技术在金属矿床勘察中的应用范围不断扩大。目前，发展高精度、探测深度较大的地球物理技术是地壳深部找矿主要发展趋势。通过地球物理勘查技术能有效地确定深部找矿靶区，从而为地壳深部找矿提供技术支持，同时科学的显示出地下金属矿床分布情况以及结构特点。因此，在深部金属矿床找矿工作中，地球物理勘查技术有着极大作用，是当前主要发展方向。

参考文献：

[1]汪振斌，胡为华，戴立军，等.高密度电阻率法（RT）在金矿深部成矿预测中的应用[J].地质找矿论丛， 2011， 16（01）： 58-61.

[2]吴国学.金矿勘查中的地面高精度磁法测量——以黑龙江乌拉噶金矿外围十三公里勘查区为例[J].地球物理学进展， 2007， 22（05）： 1637-1641.

[3]吴国学，李守义，陈国华，等.金矿勘查中的伽玛能谱测量——以黑龙江乌拉嘎金矿外围柳树河区为例[J].吉林大学学报（地球科学版）， 2005， 35（06）： 823-826.

[4]于昌明. CSAMT方法在寻找隐伏金矿中的应用[J].地球物理学报， 1998， 41（01）： 133-138.

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[6]沈远超，申萍，刘铁兵，等. EH4在危机矿山隐伏金矿体定位预测中的应用研究[J].地球物理学进展， 2008， 23（01）： 559-567.

[7]孙中任，魏文博.高密度电阻率法在金矿勘查工作中的应用效果[J].石油地球物理勘探， 2004（39）： 118-122.