铜镍硫化物矿床深部找矿地球物理方法.docx

铜镍硫化物矿床深部找矿地球物理方法工业化、城市化、现代化以及国防科技的迅猛发展，急需大量的矿产资源，特别是金属矿产资源的供给。然而，国内许多老矿业基地浅部矿产资源已趋于枯竭，正面临不同程度的资源危机。虽然我国国土面积广大，矿产资源丰富，很多矿产资源却要依赖进口。同时国际矿产资源垄断加剧导致其价格暴涨，利用境外矿产资源的风险急剧增大。重要矿产受制于人的状况严重威胁着国家的安全并影响到我国经济的发展，因此，加强深部找矿工作，开发矿产资源是关系到我国国计民生的大事。镍、铜、钴、金及铂族元素这些贵重有色金属，无论是在国防军事、航空航天工业，还是民用工业，都是不可缺少的材料，而铜镍硫化物矿床正是这些元素的主要来源。物探方法在深部找矿中的应用地球物理方法在铜镍矿产勘查中已获得广泛应用，很多矿床都是在物化探异常的引导下，投入钻探工作后逐步发现的。已采用的物探方法，除磁法及重力外，还用了直流电法中的充电法、激发极化法（测深法、联合剖面法、对称四极法等）等，现在可控源大地电磁测深法已获得更多的应用，有的矿区还应用了井中探测方法。这些方法可以用于查明浅部矿体的埋深、走向及规模外，但是对于找深部目标体来说，都面临一些新的问题有待解决（刘瑞德，2006；严加永，2008）。对于找深部矿（目标深度为 5001500 米）来说，可控源大地电磁测深法存在近区效应、电磁干扰、静态效应以及深部分辨率偏低等，需要结合具体情况加以分析和改进；磁法是一种找磁性金属矿体的有效方法，但是随着矿体埋深加大，磁异常的衰减很快，在地表能观测到的磁场值很弱，研究低缓磁异常，或是复杂异常背景下的分解出的微弱异常，划定和解释这些微弱异常是有相当难度的。同时由于重力与磁力场强有随深度二次方衰减，因此要增加勘查深度需要另辟蹊径。此外，由于成矿条件的多样性，矿体结构的复杂性和各种矿体矿石物性的叠复性，加之地球物理反演的等效效应等使反演结果具有多解性，往往使物探异常与矿体的对应关系复杂化。除改进与提高物探方法技术外，综合运用地质、地球物理、地球化学数据进行综合分析从而减小对地下地质情况判断的误差也是必不可少的（孙文柯，1991；於崇文，1994；叶天竺，2007）。国外铜镍矿深部找矿经验世界上最大的三个铜镍硫化(铂族)矿床分别是加拿大萨德伯里（sudubry）矿、俄罗斯诺利尔斯克-塔尔纳赫（Norilpsk-Talnanhk）矿和中国金川矿。本文将以萨德伯里矿一百年来的勘探开发经验分析为主线，探讨其在利用物探方法勘查深部矿体的成功经验。萨德伯里矿区概况萨德伯里矿区位于加拿大地盾南部（图1），矿区内与矿有关的基性超基性铁镁质岩体呈向斜盆地展布，长轴延伸 60km，短轴约 27km，是世界著名的与基性超基性铁镁质岩有关的铜镍矿区。萨德伯里矿区包括 40 余个矿床，其中大型矿床 10 余个，矿体沿岩体底部分布。据估算萨德伯里镍金属资源量可达 2000 万吨以上，而且随着勘探程度的提高和勘探深度加大，储量呈上升趋势。自从加拿大萨德伯里侵入体发现后，几十年来，地质学家试图在世界范围内寻找第二个萨德伯里型镍-铜-铂族矿床，未获成果。但是在一些小的基性超基性岩体内发现有超大型富的铜-镍硫化物矿床在，如金川（中国）、诺尔斯克（俄罗斯）、沃伊斯湾（加拿大）等硫化物矿床。许多研究结果还表明，萨德伯里侵入体是一个特例，它与陨星撞击引起的地壳熔融有关。而在非洲的布什维尔德和格瑞特坝、北美的达拉斯和斯蒂尔沃特、格林兰的斯克尔哥德等层状岩体发现的都是贫硫化物矿床，尚未发现富的矿体（Gilles Bellefleur,2001）。图 1- 加拿大萨德伯里构造位置图萨德伯里勘探开发史萨德伯里矿区的勘查工作开始于十九世纪中叶，最初先是利用基础地质工作方法发现了镍山、小斯托比两处矿床；到了 20 世纪 40-50 年代，又运用地面磁法加钻探方法，发现了林兹里 1 号和埋深 1280 米的林兹里 2 号矿带（图2）；20 世纪 80 年代，矿区大力提倡并实施井中瞬变电磁测量，发现了维克多主矿体（储量 680 万吨）和深部埋深 2400 米的底板矿带（储量 420 万吨）；1991 年，在东麦克瑞迪，同样运用井中物探与深钻的方法发现了埋深 10001500 米的底板矿，储量增加 680 万吨。Inco 公司曾采用 UTEM 系统探测到离开钻孔 300m，位于地下 3000m 深处的大矿体，并且能确定其位置、形态、规模等。针对在萨德伯里火成杂岩接触带底板以下还可能存在很富的底板型矿床，利用地震和高精度重力勘探方法及其综合应用查明了萨德伯里盆地的深部构造，确定了火成杂岩体的底面深度，明确了盆地中心岩系的厚度及整个盆地的构造特点，为不断发现盆地底部的矿床奠定了基础。纵观萨德伯里勘探开发史，矿区的开发过程也是一个由表及里，由浅入深，由局部到整体的过程。在这个过程中，物探工作起到了很重要作用。电法、磁法、重力和地震勘探都发挥了各自的优势，才能使整个盆地的全貌呈现在世人面前，使深部矿产得以开发和利用（C.J. White,2010）。萨德伯里矿区成功的找矿经验总结萨德伯里成功的找矿经验，该矿区在解决找矿关键问题方面值得我们借鉴的有以下几个方面：（1）找矿思想的正确性能推动找矿突破。萨德伯里矿区矿体是以两种产状产出：一是岩体边缘和底部存在底板与边缘矿；一是在岩体内或围岩中的贯入型。找矿指导思想是，利用控矿因素指导找矿，由点到面开展工作。萨德伯里矿产普查首先沿着萨德伯里火成岩的边缘铺开，以已知矿床、矿点为中心，逐步向其外围和深部扩展开来，按照这种部署方法至今仍不断有新的矿床被发现。重要的问题是见到矿化后，如何做出远景评价。这需要了解深部情况，为此，可利用钻探和物探等技术方法手段。（2）运用重力测量和高分辨率反射地震的组合，探明萨德伯里岩体底部的界面构造。19901992 年，在 Lithoprobe 探测计划中，沿萨德伯里盆地部署了 4条 100 多公里的可控源音频大地电磁剖面和 40 公里的高频地震反射剖面，采集数据后做反演处理，结果清晰地显示了岩盆底部构造的不对称性，还提供了关于本区深部岩性界面及岩性单元厚度等重要信息，为深部找矿工作提供了重要的信息。（3）井中瞬变电磁发现深部盲矿体。在重、磁方法受限的情况下，开展深部钻探和井中瞬变电磁方法结合找矿，探测深部隐伏矿床，取得了极大成功。萨德伯里矿区非常重视井中瞬变电磁法的应用，相当于将钻孔的勘查半径由几厘米扩大到 200300m，找矿深度可以随着钻井深度而增加。利用它已成功地发现了大量的大型富底板型矿床（施俊法，2008；唐金荣，地调情报 31 期）。图2 林兹里矿床钻孔 7 中 DHEM 测量结果与钻探验证图参考文献：Gilles Bellefleur, Michel Chouteau. Massive sulphide delineation using borehole radar: tests at the McConnell nickel deposit, Sudbury, Ontario. Journal of Applied Geophysics, 2001,47:45-61C.J. White*, J.E. Mungall and E.T.C. Spooner. Low-Sulphide PGE-Cu-Ni Minerali