(丁云河)物探技术在深部找矿中的应用与存在的问题

1、物探技术在深部找矿中的应用及存在的问题 河南省有色金属矿产探测工程技术研究中心 丁云河 2010-12-17 （内部资料，请勿外传，或在网上传播） （根据讲课课件整理，请同志们认真听讲） 汇报内容 一、物探方法的种类 二、深部找矿物探面临的问题及解决途径 三、找矿案例 四、存在的问题 一、物探方法的种类 1、必要性 在介绍物探技术在深部找矿中的应用前，我觉得非常有必要介绍一下物探方法的种类。这是因 为： 第一，当前物探设备流行很多，种类繁杂。我们知道仪器设备在设计制造时，它都是针对某种 特定环境（如山区平地、潮湿干旱等）或者某种特定技术指标（如浅层深层等）进行开发的。所以， 如果我们对所拥有的

2、仪器设备没有深入的理解，对它所能开展的方法没有深入的领会，不能扬长避 短，直接展开地质找矿工作，可能就会失败。 第二，物探方法及其装置都有其特定的作用和针对对象，并非涵盖一切。因此必须深刻领会这 些方法及其装置的特定对象和优缺点。 第三，通过这几年的物探报告和设计的审查，我们发现很多人对物探设备、方法及装置概念混 淆。 2、方法分类 物探方法作为当前地质找矿工作的一个重要手段，随着电子计算技术的快速发展，出现了一大 批种类繁多、精度高、测量参数多的物探设备。但按其观测的物理量来分，不外乎以下几种方法： 重力勘探、磁法勘探、电法勘探、地震勘探和放射性勘探。 作为金属矿勘探，常用的、效果较好的也无

3、外乎重、磁、电这三种方法。 因此结合我局的仪器特点和勘探矿种情况，将从这三个方面进行介绍。 重磁勘探 重磁勘探作为勘查地球物理的一个重要分支，被广泛地应用于区域地质构造研究、能源和金属 矿勘探等领域里。因它所研究的是势场，有人又称为位场勘探。 目前，重磁勘探的发展主要有两个方向： 第一，仪器方面，测量精度在不断提高，已由中低精度向高精度，甚至特高精度发展。仪器重 量更加轻便，并向智能化，多参量发展。比如磁法：机械式磁力仪 磁通门磁力仪 质子磁力 仪 光泵磁力仪 超导磁力仪。重力主要还石英弹簧和金属弹簧两种，但精度已由毫伽级提高 到微伽级。 我局目前拥有的磁力仪主要为质子磁力仪，分辨率在 0.1

4、 和 0.01nT ，可进行梯度测量。重力仪 是石英弹簧的，分辨率为 1 毫伽和 4 微伽。 第二，数据处理方面，一维、二维反演已经趋于成熟，三维计算还尚未实用化。 我局目前拥有的软件有中国地调中心的RGIS 、中国地大的 MAGS 和澳大利亚的 MV8.0 。 重磁勘探的优点：装备轻便。由于是位场测量，探测深度大。缺点：垂向分辨率较差。 存在的问题：由于仪器观测精度的提高，所获取的信息量增大，已不再是均匀磁化，各向同性 的理想模型，同时，目前所利用的值是T,所用计算公式仍是 T-TCOS 0，这是个近似公式。 都会给计算带来很大误差。磁场的平面数据处理较多地损失了浅部信息，尤其化极处理。 综

5、观重磁方法，它是研究岩浆岩分布和断层构造较好的方法之一，特别在铬矿、铁矿勘探中有 较好的效果，同时在有色金属勘探中，也可作为辅助手段。 电法勘探 电法勘探作为勘查地球物理的一个重要分支，也是当前最为活跃的分支。广泛应用于能源和金 属矿勘探中，在金属矿勘探中尤为突出。 它观测的场可分为天然电场和人工造电场，所以形成了许多门类。无论怎样，根据它们所观测 的电场性质，也就分为恒源场和交变电场两大类。 研究恒流场的方法有：电阻率法、激发极化法、自然电场法、充电法等。 我局目前能做这些方法的设备有：国产激电仪，双频仪，国外产VIP， GDP， V8。 关于电阻率法、自然电场法、充电法，因为用的较少，就不

6、介绍了。但是在一些特定环境和特 定条件下还是有用的，并且效果要好。特别是自然电场法，现在的激电仪都有这项功能，大家在做 激电时，只需多按一个 SP 键，就能测量。多个参量，对异常解释就多个帮助。在有钻孔、坑道或矿 体露头时，做了充电法，就可以研究矿体的连通性和旁侧肓矿体，其实金属矿测井有时就用这种方 法。 激发极化法（简称激电法） 是金属矿勘探中最为有效的方法之一，人们常说 “有矿就有激电异常 ”。 它是研究岩矿石的激电效应，也就是岩矿石充电后，突然断电存在一个放电过程。通过设备来 测量这个放电过程随时间或频率的电压变化关系。所以根据观测手段的不同，又可分为时间域激电 法（直流）和频率域激电法

7、（交流）两类。 9 I -3 0 -1 1 4t/T 0 2 U 4 6 8 10一 1 2 6 3 2 0 2 4t/T i A 10 Sumner 1967年记录的IF照片 时间域激电法（TDIP ） 从字面上我们就能知道，它是研究放电过程与时间的函数关系。如图: 在实际工作中，我们要探测深部异常体的放电过程，其实是通过地面两个电极进行测量电位差 来实现的。这个电位差的大小一般在毫伏微伏级，再加上大地工业散流等干扰，要测得这么小的 电压，就要做到以下两点：第一，提高观测仪器的工作精度，这包括干扰信息的剔除、电子元器件 物理性能的改进等。第二，加大供电系统的功率，增强一次电场。从第二条可以知

8、道，仪器设备就 要做得很笨重。这就是时间域激电法的缺点。 既然激电法是研究岩矿石的放电过程，那么就应该充分研究二次电压衰减曲线的特征。目前的 激电仪器已经能够观测 10个甚至20个时间积分窗口，就为我们提供了可能。衰减曲线可以表示指 数衰减的多项式为： f(t)=a1e-b1t+a2e-b2t+a3e-b3t+ ? 我们知道在这个衰减过程中，包涵了IP效应、EM效应、自电效应等。因此可以把这个多项式 近似的表示为： f(t)Ae- a t+Be- 3 t+Be- 3 ts 通过解线性方程，得到很多二级参量，为异常解释提供更多的信息。 在时间域激电法中，我们知道用脉冲电流激发的二次电场与脉冲宽度

9、紧密相关。脉冲宽度越大, 二次场激发越接近饱和，脉冲宽度越小，激发就不充分，甚至没有二次场产生。把时间转换成频率， 就能得到激发极化现象与频率的关系。采用这种方式进行观测的激电法，称为频率域激电法。 由于观测的原理不同，一般频率域激电设备都比较轻便，适合于复杂山区作业。但由于不象时 间域激电法是在断电间隙进行观测，因此受电磁感应耦合效应影响较大，这也是频率域激电法的缺 点。野外作业多采用偶极-偶极装置。 频率域激电法因设备不同，叫法很多。如变频法、双频激电法、奇次谐波法、相位激电法等。 但是它们都是研究两个频点上的激电现象。能不能进行全频段的激电研究呢？能。 频谱激电（复电阻率法）SIP或CR

10、 工作频率在超低频段上（0.01100HZ ）。 利用柯尔 柯尔模型，可以进行 EM 效应与 IP 效应的分离。 可以得到 4 个参量：零频电阻率、充电率、时间常数、相关系数。可开展矿与非矿的区分。 工作装置（野外观测系统） 在电法勘探中，根据供电电极和测量电极的布设位置不同，形成了许多种工作装置。 目前国内在金属矿勘探中应用较广的是中梯装置和对称四极测深装置。这是因为这些装置野外 工作简单，操作方便，得到的异常直观，便于解释。但是，由于观测的是两个供电电极间一定范围 的均匀场，过于注重横向分辨能力，垂向分辨力降低，当浅层存有低阻时，影响其探测深度。 近几年来，由于多通道电法设备的投入，开展了

11、象偶极-偶极、单极 -偶极、单极 -单极测深装置 试验，并取得了较好的成果。这是因为这些装置属非对称测深装置，可以在不同位置对异常体进行 激发，增大了信息量。缺点是异常复杂，不直观。但随着数据处理技术的发展，这个问题是可以得 到解决的。 激发极化测井技术 在这里指的主要是井中物探。 我局许多队都买了测井仪， 这些仪器主要是井向测井或井壁测井， 多用于煤田和石油勘探，对金属勘探主要用于了解深部岩石物性特征。金属矿测井主要是为了了解 钻孔深部、旁侧是否存在肓矿体及矿体连通情况，主要进行地井、井地和井井测量方式。现在所有 激电仪都可以，关键是解决井中电极的制作 ,以及后期资料的解释。 研究交变电场的

12、方法 也可分为时间域电磁法和频率域电磁法两类。 时间域电磁法，主要指瞬变电磁法，它的工作装置与发射源有关，主要是磁偶源和电偶源两种， 目前的设备主要是观测接收线圈的感应电动势E,数据处理中再转换成磁场强度 B。由于磁场包涵 的信息多，探测深度大，现在许多单位致力于研究测量磁场的装备。 需要注意的是，不同的仪器和不同的发射装置，其关断时间不同，影响着探测能力。 瞬变电磁测井技术。 PEM、SIROTEM 频率域电磁法，象大地电磁法、音频大地电磁法、可控源音频大地电磁法，甚低频法都属于这 一类。这些主要与观测的频段不同而分类的。 我局的设备有：国产的瞬变电磁（小功率的） 、国外 GDP、V8、EH

13、4、 PEM、SIROTEM 。 二、深部找矿物探面临的问题及解决的途径 通过以上方法介绍，我们可以知道，物探技术由于受到当前科学技术发展水平的制约，尚存在 许多未解的难题，再加上工业化发展带来的各种人文干扰，降低了对异常的分辨能力，同时随着找 矿深度的加大（1000m甚至2000m）,通过设备在地面去发现小尺寸的矿体所能引起的异常，难度会 越来越大。所以，作为地质找矿重要手段之一的物探技术，在开展深部找矿时，面临着以下两个特 点： 1 、信息弱。 2、干扰大。 如何提高信噪比？除了提高仪器自身的精度外,还应该从以下几点入手： 第一,正确设计探测对象。 应做到： 1 、充分了解工作区及其周边地

14、质成矿规律,搞清楚与成矿有关的重要地质因素。 2 、树立起间接找矿的思想。 3、地质、物探技术人员要加强沟通、交流。 4、建立起多目标探测思维。 第二,采用综合物探方法手段。 应做到： 1、充分了解工作区及其周边岩矿石的物理性质。 2、充分调查工作区及其周边来自天然或人文活动的干扰因素。 3、充分掌握物探设备技术指标，正确选择相关的工作方法及其装置。 第三，开展基于本地区成矿模式下的物探多参量推断解释工作。 三、找矿案例 案例一：河南省方城韩沟钼矿 矿区位于华北陆块南缘云阳 四里店褶断带中部，地层区划属华北地层区华北陆块南缘地层分 区熊耳山地层小区。矿区主要出露地层为中元古界熊耳群马家河组（P

15、t2m）火山岩地层。其次南部 出露地层为官道口群高山河组（Pt2g）、龙家园组（Pt2l）、新元古界栾川群三川组（Pt3s）、南泥湖组 （Pt3n）。区内侵入岩以花岗斑岩为主，出露于矿区北西和北东部。区内褶皱构造不发育，以断裂构 造为主，大小断裂十余条，其中北西向断裂是主要的容矿构造。该区早期就有采金活动，近些年来 陆续发现有浸染型或脉状钼矿和钼矿化体。 根据前人的找矿成果分析，该区地表矿化活动与深部来源有关，可能存在隐伏的花岗岩体。因 此，寻找深部隐伏岩体是该区找矿的突破点。 该区物探工作从七十年代中期武汉地院开展过剖面性的电法试验工作，2000 年后，有色三队、 许昌区调队相继投入双频激电

16、、高精度磁法及重力勘探工作。物探工作主要还是针对浅层的矿化破 碎蚀变带。 当时的重力勘探主要是针对隐伏岩体，但因高程测量质量问题，没有利用。磁法异常与熊耳群 马家河组的安山岩相关，探测岩体效果不好。 根据探测对象的特点，我们投入了可控源音频大地电磁法，用于发现深部的隐伏岩体，同时在 推断的隐伏岩体部位，开展频谱激电，查清是否有矿化活动。 仪器采用 V系统，CSAMT的收发距最小 8.5km，最大10.5km。SIP最小隔离系数为 6，点距 50m。 成果分析 案例二：内蒙古阿鲁科尔沁旗甘珠尔庙铅锌矿 矿区位于大兴安岭东坡南段黄岗梁 -孟恩陶勒盖多金属成矿带上。区内出露地层为二叠系大石寨 组的砂

17、岩。岩浆活动频繁，以燕山期的侵入岩、次火山岩为主，表现为多期次。 该区是 1 994年对 1：5万分散流异常检查时发现的，化探异常编号138#，地表见有多条矿化蚀 变带， 1995年投入了大功率激电扫面，其中 1 号激电异常面积近 2个多平方公里。 1997年投入了槽探工程及激电、高精度磁法剖面工作，地表圈出了多条铅锌银矿脉，200300 米显示有低阻高极化异常。 1999 年投入了两个钻孔，最深在 200 多米见铅锌矿（化）体。 2007 年矿权转让给豫光集团后， 投入了激电测深剖面工作，进行了钻探工程，多孔在 400米以浅见铅锌矿体或矿化体，但不理想。 通过对该区多年的勘探认识， 认为深部

18、可能形成较好的矿体。 2010年投入了 CSAMT 和线源（电 偶源）瞬变电磁法。 成果分析 四、存在的问题 1 、野外工作方法单一，缺少综合勘查手段。工作装置守旧，没有创新意识。主要体现了目前物 探勘探没有真正树立起多目标探测的思维。因为在地质成矿过程中，由于强烈的地质作用，产生出 许多成矿的地质产物，这些与成矿有关的地质体都应是物探工作需要探测的重要目标。 2、地质、物探结合较差，主要体现在：第一，大多数项目负责人的知识结构不全，缺少将地、 物、化、探相融合的能力，致使许多工作布置上存在 “两张皮 ”现象。第二，物探工作成果总是停留 在异常曲线上，变不成地质语言。因为物探是地质工作的一个手段之一，是通过研究物理场的变化 来分析