地球物理勘探方法及其在多金属找矿中的应用

2021-11-30叱舜宇

中国金属通报 2021年22期

叱舜宇

（山西华冶勘测工程技术有限公司，山西太原 030000）

自20世纪80年代以来，多金属矿产勘查趋势明显，各种勘探方法不断发展，地表和浅层矿产减少，提升了勘探难度。为提升多金属矿产勘探的地质效果，要注意分析近年来国内外地球物理勘探方法的新发展，研究了多金属矿产地球物理勘探方法的选择，希望帮助多金属矿勘探实现新突破。

1 地球物理勘探方法概述

1.1 地面次声电磁法

地面次声电磁法用来测定地面、高空以及地底电磁场强度的空间分布，使用次声组或无线电台所发出的电磁波作场源。该方法在确定梁岛断裂带和边缘带、追踪含矿构造、找到低阻岩（矿）脉、确定成矿范围等方面都有着突出优点。

1.2 地震层析成像

地震层析成像始于1930年，但从1980年开始仅进行金属矿的地球物理勘探。目前地震层析成像技术理论完善，分辨率高，测量深度范围大，优越性突出，特别是在海洋深度测量方面。所以，它主要应用于对能源矿藏的探索以及对地球内部物理构造和地球动力学的研究[1]。

1.3 大地电磁测深

大地电磁测量是一个以地球自然交变电磁场为场源的无源场源电磁测量方法。中国科学家于1960年开展了研究，并于1980年左右将其成果运用于矿物勘探工作。利用被动场源从地表观察所得到的电荷和磁场强度的变化规律，研究地下岩层的电特性和热分布特征的科学方法。它具有高阻层、分辨率强、工作成本低、感应深度大等特点，在现场不受便携式设备屏蔽。对于其他金属岩体矿藏来说，通常金属矿体与蚀化围岩之间、蚀化性变化的围岩与未蚀化的变蚀化围岩间都会具有很大的运动电差，而金属矿体中碱性金属盐和硫酸取代物的离子含量较高，可以降低其运动电阻。控制脆性断裂、弹性剪切剪断带和蚀化性应变性的裂缝剪切带，会直接导致砂岩矿体和地质围岩的断层。

1.4 瞬态电磁法

瞬态脉冲电磁法测深是一个基于电磁运动测深的新方法，但又不同于一般大地磁测深，因为它不仅采用了脉冲电流测深信号，同时也可作为特定时域测深电磁场[2]。基于感应电磁场的感应力学理论，通过实验研究周围低温空气中待检被测量物体与二次感应电磁涡流场作用形成的二次感应电磁场内部相关物理特征。基于此，透射电镜在探测高电导率的大矿体物体方面具有显著作用。另外，瞬态电磁法还具备探测深度大、受到的地质环境影响较少、施工环境宽松、作业条件简单等优势。这也导致了该方法在某些地理景观较复杂的矿区得以应用，勘探效果明显。

1.5 可控源音频大地电磁法

可控源声频微波大地电磁法，为20世纪80年代中期发展应用起来的一项能将主动场源放在频率固定区间内的电磁微波探测应用技术。由四个发射偶极子中的ab分别供电，电极子的间距一般正负二公里，测量仪的操作地点布置在与发射功率偶极子之间垂直线三十的一个扇形测量范围内，测量线为电源的连接AB杆。场源可认为是一种平面波，通过不断变化电源频率就可以实现阻性测深的目的。在山区，也可依据地势状况灵活选定发射机地点。区域探测在整个测量过程中仅利用移动接收机来完成，极大地提高了工作效率并减少了成本。可控源音频大地电磁法的探测深度更大，且可利用变频技术改变探测深度，同时具备了测深与剖面的双重特征，是深部地质构造与隐蔽矿藏探测的高效勘探方式[3]。

1.6 连续电导率剖面测量系统

Eh4连续电导率电磁成像探测系统，是一个基于混合源频域的连续电磁成像探测系统。，通过充分使用人工自然发射视频信号技术补偿了自然发射信号在某些特定频率的不足，从而得到高分辨率的超高电阻率视频图像。核心技术方案是被测主动源人工电磁法，主动人工电磁信号源可以探测到的深度非常浅，用于直接测量其中浅层物体结构，由此对自然界的背景电磁场源进行成像。eh4连续电导率在线成像分析结果，能够更直接地准确表达矿物剖面中地质矿化的特征形态、规模和活动强度，是矿物发掘和分析预测矿区隐藏地质矿产的一种有效方式。

1.7 浅层地震技术

浅层地震技术是一种通过使用人工诱发的地震波作用传递到岩层上，研究地下地质结构和岩石学信息的一种地震发生探测技术。该方式最初用于石油勘探，但现在仍然是该领域的主要方式。这些方法的检测深度都较常规方法大（可达地表约3公里），并且通过图像处理，能够对地下构造的形态与分布作出更准确的地质评估。在使用上述地球物理勘探方法进行地球物理勘察工作之前，通过在勘察区域采集足够的地层、岩体或矿石样品，测量电参数物理条件来进行地球物理勘探的能力，应注意使用不同方法的组合交叉检查异常。

2 仪器原理及设备介绍

2.1 极化电流测量系统的机理

在使用地球物理方法进行矿产勘察工作的过程中，将运用对称四步仪在勘探工作中，推动形成先进电测系统与更高分辨率的电磁图像系统，同时要注意根据相关的地质勘查数据对矿山所确定区域明确项目总体情况，为下一阶段的工程工作奠定了良好基础。从这些装置的实际使用情况来说，很有必要确定应用原理，主要是推动低极化电测系统的激活。采用的仪器为微机激光极化仪，它能够直接检测自身的电量，从而促进了初级电位和极化的产生并显示在同一显示器上。

在具体的供电工作设计过程中，主要特点是充分利用了天然岩石与其他矿物之间在形成激发极化场的物理上和性质上的巨大差别，有利于实现人工完成供电系统工作的结构形成，也就是可以有效促进激发极化场的结构建立。仔细研究这些参数，分析地质中存在的特征差异，进而有针对性地进行矿产勘查，解决工作中存在的问题。在使用这些仪器的过程中，主要采用信号增强技术和数字滤波技术来提高抗干扰功能，提高相关测量的精度。

2.2 EH4连续电导成像系统

在多金属矿物探测工作的地球物理方法建设过程中，也需要相应的eh4连续电导率成像系统，采用了美国生产的电磁波测量系统，该系统不但应用较为简便，还具备节能的特点[4]。在测量电场中相互正交的正交分量的过程中，需要得到电场和磁场分量，然后通过相应的傅里叶变换计算功率谱。这样就得到了矿体的视电阻率，并得到了相应处理后的深度电阻率的二维等高线图。

3 地球物理勘探在多金属找矿中的应用

3.1 带矿化预测步骤

这一步主要是了解和研究该带成矿环境的重大研究，并勘探深断裂、板块缝、地交界、断陷和裂谷及其次生构造。现阶段地球物理勘探的主要任务是探测和研究隐蔽构造，CSAMT剖面可以结合1：200，000或1：500，000局部航磁、重力和遥感数据[5]。重力和磁级联、正负相之间的线性磁异常、阶梯状或不连续的电阻部分是这些隐藏结构的物理场特性。在有利的结构条件下，使用电子数据结合1：5000或1：2000磁、电和放射性测量等，研究和解释热液活动和分布特性以及元素或矿化规律。

3.2 预测步骤

这一步是在有利金属带进行一般的矿石勘探，寻找有利矿的空间，并检测和研究这些空间中硫化物的分布特征和规律[6]。如果同时拥有有利的矿石储存空间和硫化物富集，那么这一带就有可能存在矿石储量。此步骤可与1：1000或1：500磁法、1：500或更大尺度的电法、放射性测量和其他操作相结合。磁场不稳定性、电场变化、高极化异常和伽马光谱异常可能是矿床的物理迹象。现阶段重点研究工作区内已知矿化点或采点的地球物理性质，纠正物探对象，准确选择物探对象，提供物探资料解释，确定物探现场。

3.3 普查评估阶段

现阶段需要处理的主要问题，是矿体的位置和形状、生成、规模以及储量。在深入研究成矿规律、成矿性质，及其他地质元素和地球物理性质之间的相互关系的基础上，根据地质研究结果和数学方法，对探测目标的选择可以取得满意的结果。选定正确的工作目标是至关重要，明确的工作目标应该和矿体有明显的直接或间接关联，并且能够利用地球物理勘探方式找到。

3.4 实际应用分析

本次激电（视电阻率）测定，采用了重庆地质仪器厂生产的大功率激电测定系统。供电线路的引线上采用了2.5或1.2多股的铜线作导线，测量线时引线的被子是覆线；用作供电线路的电极一般采用的是不锈钢或钢制的纤状极化电极，而用作测量线的电极则采用不锈钢极化的丝状电极。开工前必须对所需要采用的开关电源、测量器和导线是否进行过载和漏电保护检测。测量电极在各个工作时间的开工极差均小于2mV，收工极差均低于5mV。

激电（视频和电阻的频率）的检测深11点，布设于地质大面积性检测工作完成后所预先圈定的主要异常区域内，共累计布置了25点，以进一步准确掌握我国地质体系的垂向空间变化形态情况和地质极化体的纵向空间运动产出变化形态。观测仪器设备全部采用左右三轴对称四级观测装置。当地表干燥或接地电流很大时，通过多组高压电极连接并给电极附近的浇水，提高连接要求，以提高观测准确度。

激电（视电阻率）电梯测量的系统检查工作，重点对异常部位、可疑点及畸变点，在不同日期由不同操作员进行了交替检查。激电（视电阻率）测深工作的系统检查，是在不同的工作日对检查点的所有极距进行了检查观测。同时对AB/2大于500m的极距，还均进行了改变供电电流的观测。并对异常点、畸变点进一步增加重复读数来确保质量。检查结果表明：物探各方法检查工作量及各项误差指标均满足规范要求，质量可信。