矿产勘查中的物化探技术应用与地质效果分析

周久林

（湖北省地质矿业开发有限责任公司，湖北 武汉 432000）

物化探技术为综合性矿产勘查技术，主要分为物探、化探技术两大类，在实际勘查作业中通常混合应用。物化探综合技术可详细记录特定范围内地质物化数据，如岩层岩体微量元素、同位素或指定元素，以此准确得出地质结构特征，判断是否存在矿产资源，及矿产类型、分布、埋深范围等，为矿产开采作业奠定基础，且具有成本低、效率高等优势，因此物化探技术在矿产勘查领域中被广泛应用。

一、矿产勘查中的物化探技术分析

（一）物探技术

物化探技术中的物探技术主要是根据地球物理效应明确地球物理场变化情况，继而得出地质构造与岩层岩性。物探技术实现的依据在于不同岩层岩体的弹性、磁性、密度、放射性、导电性存在差异，采用物探技术后，可呈现出不同的物理场变化，效果直观且高效。在矿产勘查作业中，常用以下几种物探技术：

1.电磁法

电磁法以电磁波为场源，借助电磁波的反馈得出电磁场在特定范围内的分布情况，并根据电磁波勘查结果绘制浅层地质局部图，分析该区域内是否存在异常数据。电磁法多应用于矿山断裂破碎带的勘查作业中，可准确得出地下50 米范围内地质情况。电磁法具有数据获取快、设备易携带、数据处理便捷等优势，可根据实际地质环境判断是否选择该技术。

2.大地电磁勘探法

大地电磁勘探法可进一步分为磁法勘探与电法勘探，其中电法勘探手段的应用频率较高，主要凭借矿石、岩石的电性差异了解地质结构及水文分布，分析区域范围内是否存在矿产或危险地带。该技术可进一步细分为直流电阻率法、直流激发极化法、可控源变频大地电磁法、瞬变电磁法等。（1）直流电阻率法。该方式以岩石电阻率的差异为依据展开矿产勘查，将电流场设置为勘查区域内，通过观测电流场分布规律了解岩层导电性，继而判断出特定区域的岩体构成，该技术主要用以探寻煤矿、地下水、有益矿产，勘查结果可直接用于找矿作业。（2）直流激发极化法。该方式主要通过间歇式正负供电方式激发二次电位，通过观察分析二次电位情况计算导出电阻率、充电率、极化率等数据，对勘查结果进行量化，具有勘查准确的优势，可勘查200 米以内地质情况，但该方式所使用的仪器设备较为笨重，因此直流激发极化法的应用存在一定局限。（3）可控源变频大地电磁法。该方法可勘查人工电磁场、天然电磁场的变化情况，对矿产资源定位勘查的效果较好，可勘查1 千米以内的地质情况，且适用范围广，可在煤田、金属矿、地下水的勘查作业中发挥出优异效果。可控源变频大地电磁法在实际应用时，若勘查深度为500 米以内，则需布置人工电磁场，若勘查深度超出500 米，在通过观测天然电磁场获得地质数据[1]。（4）瞬变电磁法。该技术应用时，需运用接地线源或不接地线源发射一次性脉冲磁场，借助脉冲磁场间歇，借助接地电极给予地下介质一定刺激，以此产生二次感应涡流场，在此基础上即可勘查出岩体介质导电率[2]。瞬变电磁法的地质勘查分析主要发生在测量断电后，此时需记录断电后的二次感应场变化规律，通过分析该规律得出特定范围内的地质特征。该技术最显著的优势在于勘查效率优异，二次场观测可迅速定位高阻围岩中的低阻地质岩体，兼顾勘查效率与准确性，且可同时完成特定岩体或矿体的剖面测量。但瞬变电磁法的应用存在一定局限，若勘查区域内存有大量金属，或在铅锌矿区、石墨层区域，则会对矿产勘查结果造成干扰，继而产生勘查误差，因此在矿产勘查作业中，应结合实际地质环境选择勘查技术。

3.地震层析成像法

地震层析成像法以医院CT 断层扫描与X 射线电磁波以技术基础，用以确定区域范围内地下物性参数及相关分布情况，并根据技术反馈结果逐层剖析，最终得出地质结构图像，直观化展示出矿产勘查结果。CT 断层扫描与X 射线电磁波的实现主要是因为弹性波阻抗在不同地层中呈现出不同特征，此时可根据弹性波反馈情况进行地震层析成像，以此准确得出勘查区域的地下空间信息。

（二）化探技术

物化探技术中的化探技术主要依托于球化学指标实现，通过观测计算天然物质资源化学指标，得出勘查区域内的地质结构特征及矿产分布情况。不同天然物质资源的化探勘查方式存在差异，主要可分为非金属矿化探、金属矿化探、海洋化探、地热化探等，从矿产勘查角度来看，常用以下化探技术进行勘查：（1）岩石测量法。该技术的应用需建立在岩体样品采集基础上，针对所采集的岩体样品进行地球化学特征、元素含量组成分析，以此判断岩体化学指数，了解该岩体样本所处区域的基本特征。（2）多目标化学调查法。该方式主要是运用1:25 万的采样密度及采样网度，对勘查区域的沉积物样本、生物样本、土壤样本进行化学测量，分析多目标样本中是否含有微量元素，以此判断该区域矿产组成，因此多目标化学调查法多应用在找矿作业中。（3）土壤测量法。该技术主要通过分析矿产勘查期间地表覆盖物判断该区域地质组成，若出现数据异常元素，则可进一步勘查。土壤测量法以勘查区域土壤样本为分析对象，以采样密度为划分依据，主要可分为土壤化探普查、土壤化探详查，其中土壤化探普查以“件”为单位进行土壤采样，比例尺为1:50000，且采样密度处于10～18件/km2 范围内，可普遍探查出十几种元素的含量数据；而土壤化探详查以“点”为单位进行土壤采样，比例尺为1:10000，采样密度处于200～500点/km2 范围内，仅可探查出指定元素的含量组成，勘查结果更为详细精准[3]。（4）水系沉积物测量法。该方式通过采集淤泥、细砂等沉积物进行矿产元素分析，以此为依据完成矿产勘查作业，为保障水系沉积物勘查效果，应关注矿产在沉积物中的多种形态，即次生矿物、原生矿物、粘土、铁锰化合物共沉淀物等。

二、物化探技术在矿产勘查中的地质应用效果分析

（一）矿产勘查原理

在矿产勘查作业中，通常混合应用多种物化探技术，完成勘查后需整合数据，将勘查数据中与矿产资源相关的信息标注于航磁异常图上，以此得出矿产高磁异常带。高磁异常带中的异常现象主要表现为椭圆形、圆形，矿区周围正磁场较为稳定，呈现出局部升高特征，而负磁场较为宽缓平静，以此可得出矿产分布情况，并根据负磁场具体表现，分析该矿区岩石磁性，继而判断出该矿区的岩体组成。若矿区磁场正磁升高异常、负磁局部异常，则证明该矿区的矿产资源存在磁性，此时负磁局部异常与正磁升高异常的衔接处，为矿区矿产资源迁移活化的最佳位置，以此可判断出矿产勘查目标。矿区矿床分布及矿石分布情况，可运用偶极测探装置、对称四级测探装置、三级测探装置等物化探技术装置进行详细勘查，其中对称四级测探装置的应用频率最高[4]。在实际矿产勘查作业中，需确保勘查装置全面覆盖整个勘查区域，逐步测量矿床分布情况，为进一步明确矿产分布情况，应借助物化探技术，使测探装置电极始终保持对称分布状态，适当增加SN 电极距离，不断加深勘查深度，以此得出勘查区域范围内的矿产分布情况，为后续矿产资源开采作业提供依据。通过物化探技术得出矿产勘查数据后，可进一步计算出矿床埋深及分布情况，在此基础上将数据反演成图，以此得出最终矿产勘查结果，直观化呈现出矿产分布信息。

（二）隐伏体判断

将物化探技术应用到矿产勘查中，可得出勘查区域范围中的隐伏体结构，根据物化探剖面信息，采用激电中梯测量判断各剖面中的视极化率强度，以此得出矿产及其他岩体的分布形态。视极化率异常代表着区域范围内存在隐伏矿体，为精准定位隐伏矿体，需以采矿区矿化现象为依据，运用物化探技术判断出尚未集中局部矿化的高极化体的位置，以此得出隐伏矿体位置。采用物化探技术勘查隐伏体存在不确定性，为保障隐伏体勘查效果，应合理分析相关数据，严格控制物化探技术参数。在实际矿产勘查作业中，可将隐伏体勘查结果与矿床分布结果对应分析，以此判断隐伏体的电极效应，及其电场排列方式。此外，在运用物化探技术测量隐伏体时，可隐状体地下直流电，借助直流电为矿石资源“充电”，此时重点测量矿石资源的“放电”过程，以此可得出勘查范围内隐伏体的具体位置。相较于其他勘查技术，物化探技术的隐伏体勘查测量更为效率。

（三）对比实验论证

为进一步验证物化探技术在地质勘查作业的应用效果，本次研究通过对比实验加以论证。在对比实验中，将传统矿产勘查技术作为对照组，将其与物化探技术进行对比，以此得出物化探技术在矿产勘查作业中的实际应用效果。为提高对比实验结果准确性，对比实验环境严格控制，设定统一参数，将矿产勘查结果准确度作为衡量应用效果的关键指标。传统矿产勘查方式与物化探技术方式应用过程严格控制，其中物化探技术的对比实验过程主要通过激化效应完成，对地面作放电处理，观察并记录电极变化情况，并根据对比实验数据计算机化率，公式如下：

式（1）中，η-极化率；t-测量时间；T-供电时间；△v（T，t）-直流电供电时间、测电时间；△v2（T，t）-断电后二次场电位差。将对比实验激化率与极化率分布图进行对比，以此得出对比实验中，物化探技术的矿石种类勘查结果，进一步结合磁化法判断矿产资源埋深，采用对比验证的方式计算出物化探技术的矿产勘查有效性。在进行物化探技术对比实验的同时，采用传统矿产方式进行同步勘查，将两种技术所得结果进行对比，即可得出物化探技术在矿产勘查中的实际应用效果。

在本次对比实验中，为消除实验误差干扰，共开展了12 次对比实验，最终得出了传统勘查技术与物化探技术的勘查准确度。物化探技术在12次对比实验中的精准度较为稳定，精准度90%以上，而传统勘查技术随着实验次数的增加，精准度逐渐下降，最终稳定在70%左右，由此可见，物化探技术在矿产勘查作业中的应用效果优异，具有较强应用价值。

三、物化探技术在矿产勘查中的应用实例探讨

某铜矿矿区开发潜力巨大，预测铜矿含量至少3000 万吨，本矿区东西、南北长度分别为4.8km、5.2km，本次以该铜矿为研究对象，分析物化探技术在矿产勘查作业中的实际应用效果。该矿区结合实际情况后最终选定物探技术中的地震层析成像法、电磁法，两种方式联合使用，对矿区地下200 米进行矿产勘查，选择化探技术中的土壤测量法、岩石测量法、水系沉积物测量法，对矿区内岩石元素含量展开实质性分析，搭建地球化学模型，计算各样本内指定含量，在此基础上进行土壤测量，以1:10000 为测量比例尺，用以详细勘查范围区域内的铜矿资源，同时借助水系淤泥、细砂明确铜矿资源的具体情况。在该铜矿矿区勘查中，采用物探技术及化探技术形成技术组合，以此保障矿产勘查结果质量。在本次铜矿勘查作业中，借助物化探技术不仅完成了铜矿普查目的，还完成矿区内隐伏矿筛选定位，并进一步细化了铜矿储量，对盲矿段、盲矿带分析后发现铜矿资源远超原预测值，除此之外，在勘查过程中明确了矿区水文结构，为铜矿开采防排水作业提供了信息依据。

结束语：综上所述，矿产资源类型多样，物化特征复杂，在矿产勘查作业中，应结合实际环境条件选择适宜的物化探技术，设计行之有效的技术组合，以此确保物化探技术可在地质勘查作业中发挥出其原有效果。物化探技术勘查结果为矿产开采作业的依据，因此在物化探技术应用期间，必须详细分析勘查数据，考虑多种因素，不断降低勘查误差，以此确保勘查结果有效性。