王 巍

（河北省地球物理勘查院，河北 廊坊 065000）

目前我國大部分的前部金屬礦產(chǎn)，近地表和露天的礦產(chǎn)資源已經(jīng)基本被勘查人員檢測出來，地表淺層的金屬礦產(chǎn)資源的開采工作也正在順利展開，但我國社會(huì)發(fā)展過程中，對礦產(chǎn)資源的需求在不斷提升，導(dǎo)致目前礦產(chǎn)資源開發(fā)的量不能夠滿足實(shí)際的日常需求，但我國目前對前地表層的金屬礦產(chǎn)資源開發(fā)程度達(dá)到了飽和，因此要在深部地區(qū)促進(jìn)金屬礦產(chǎn)資源勘探工作的進(jìn)行[1]。但在深部進(jìn)行找礦工作將會(huì)具有一定的難度，深部指的是距離地表500km～2km深度范圍內(nèi)的第二深度空間，在這個(gè)范圍內(nèi)采用傳統(tǒng)的方式找礦將會(huì)比較困難，因此可以采用地球物理勘查技術(shù)，該技術(shù)可以在深部找礦工作中體現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢和重要的作用，可以幫助我國礦產(chǎn)資源領(lǐng)域發(fā)掘更多的深部金屬礦產(chǎn)資源，從而推動(dòng)我國資源行業(yè)的發(fā)展。根據(jù)以上分析可知要進(jìn)一步促進(jìn)我國礦產(chǎn)資源向深部勘探的發(fā)展，就需要加強(qiáng)深部礦產(chǎn)資源勘查技術(shù)及地球物理勘探技術(shù)的創(chuàng)新與研究使該方法可以在深部礦產(chǎn)資源的勘探和開采工作當(dāng)中取得更好的應(yīng)用效果。

1 深部金屬礦產(chǎn)資源形成的原因

地表淺層形成的礦產(chǎn)資源，主要是由于地球深部的物質(zhì)進(jìn)行能量交換所形成的一些大型和超大型金屬礦床，在形成過程當(dāng)中都會(huì)有大量金屬元素，從地殼深部通過一些過程交換到地表淺層，一這些轉(zhuǎn)移過程主要有熱物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)化、熱物質(zhì)上涌地殼以及圍巖蝕變和堆積。傳統(tǒng)地質(zhì)勘查技術(shù)不能在地殼深部從物質(zhì)的形態(tài)屬性和空間分布上進(jìn)行檢測與分析，因此只能通過超前的鉆探技術(shù)，對深處礦物質(zhì)結(jié)構(gòu)與儲(chǔ)存信息進(jìn)行了解，但是超前鉆探技術(shù)也只能檢測鉆孔位置周邊，而對于一些地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜的礦產(chǎn)資源分布區(qū)域具有較大的局限性[2]。目前我國超前鉆探技術(shù)能達(dá)到的最大深度為1200m，超過1200m的深層次，地下構(gòu)造將無法采用該技術(shù)進(jìn)行勘測。此外鉆探技術(shù)的使用成本非常高，在實(shí)際的檢測過程當(dāng)中無法根據(jù)當(dāng)?shù)氐貏莘植己同F(xiàn)場情況進(jìn)行超聲鉆探工作的開展。因此需要通過更加專業(yè)和方便的技術(shù)手段，解決深度礦產(chǎn)資源的勘測問題。

2 地球物理勘查在深部金屬礦產(chǎn)資源勘探中的主要作用

地球物理勘查技術(shù)指的是通過深部地學(xué)填土的方法，對一定地理區(qū)域范圍內(nèi)的成礦規(guī)律和背景進(jìn)行深度掃描和確定，并鎖定具有礦產(chǎn)資源的特定區(qū)域的方法，該方法主要可以幫助地質(zhì)勘查人員確定一定深度范圍內(nèi)，分化層的厚度與沉積蓋層的具體構(gòu)造同時(shí)也可以對礦產(chǎn)地區(qū)基底起伏的變化規(guī)律進(jìn)行檢測與研究。例如在奧羅尼日結(jié)晶地塊中進(jìn)行金屬礦開采時(shí)利用地球物理勘查技術(shù)，對該深部礦產(chǎn)資源覆蓋范圍內(nèi)的新生代成績進(jìn)行填圖，該地區(qū)內(nèi)金屬礦在底層的覆蓋范圍超過350m，其中主要是新生代沉積巖構(gòu)成了礦山的主要結(jié)構(gòu)，因此使用地球物理勘探技術(shù)，幫助前期的探測工作人員掌握該礦區(qū)底層起伏的變化規(guī)律，并結(jié)合鉆孔資料查清基底起伏的具體數(shù)據(jù)，從而鎖定幾處具有礦產(chǎn)的精確位置，為后續(xù)深部礦產(chǎn)資源的開采建立良好的基礎(chǔ)。其次，通過建立深部地球物理反演模型，可以進(jìn)一步確定含有深部金屬礦地區(qū)內(nèi)部地理環(huán)境的實(shí)際地質(zhì)構(gòu)造，由于許多金屬礦床是在巖漿的作用下經(jīng)過較長時(shí)間的沉積形成的，因此容易受到深大斷裂的影響。例如以往在對美國內(nèi)華達(dá)弗羅里達(dá)大峽谷內(nèi)的金礦和俄羅斯烏拉爾地區(qū)的銅礦進(jìn)行開采時(shí)，都是采用地球物理勘查技術(shù)研究地區(qū)地勢的深大斷層分布走向從而確定礦產(chǎn)資源實(shí)際所在的位置，并提供準(zhǔn)確的地理位置數(shù)據(jù)方便工作人員建立地理模型和制定開采方案。通過地球物理勘查技術(shù)，也可以對深部礦產(chǎn)資源的沿線進(jìn)行填圖，從而進(jìn)一步確定礦產(chǎn)資源分布范圍內(nèi)的賦礦層位[3]。根據(jù)對礦區(qū)形成的地理位置和分布范圍的確定，參考該地區(qū)實(shí)際的花崗巖基本特性和巖體的結(jié)構(gòu)，利用地球物理勘查技術(shù)，對內(nèi)部生成的金屬礦產(chǎn)巖性進(jìn)行填涂，從而幫助勘查工作人員在現(xiàn)場就可以確定巖體的物理屬性、形態(tài)和異常分布。例如在美國卡林型金屬礦產(chǎn)勘測工作中通過對深層地質(zhì)條件下，花崗巖的分布和屬性進(jìn)行分析，利用該地區(qū)收集到的磁測數(shù)據(jù)匯聚相應(yīng)的內(nèi)華達(dá)深層花崗巖分布統(tǒng)計(jì)圖，從而進(jìn)一步推斷出該地區(qū)范圍內(nèi)存在卡林型金礦的具體位置。

一些與圍巖具有較大物理性差異的深部隱伏金屬礦體，就可以采用航空或地面地球物理勘查技術(shù)進(jìn)行礦產(chǎn)資源的勘探工作，尤其是采用該技術(shù)進(jìn)行勘探時(shí)，將電子設(shè)備處于低空飛行的狀態(tài)，就可以檢測出精確的地球物理勘查數(shù)據(jù)。在我國國土資源部門進(jìn)行大冶鐵礦區(qū)的勘查工作時(shí)，采用大比例尺直升機(jī)航空磁法與電磁法測量技術(shù)，對該地區(qū)礦體的實(shí)際分布進(jìn)行掃描，根據(jù)反饋的數(shù)據(jù)將后期鉆孔的位置進(jìn)行布設(shè)在720m～800m的地下范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)了5層以上的鐵礦資源，鐵礦體的累計(jì)厚度一共超過15m，檢測出來的礦石種類是黃銅礦和磁鐵礦。后期通過對深部金屬礦進(jìn)行鉆孔，可以直接勘查鉆孔地區(qū)周圍含有的金屬礦體分布情況。近年來我國礦產(chǎn)資源產(chǎn)業(yè)逐漸重視地球物理勘查技術(shù)，較多的應(yīng)用井中激電和TM的方法，在深部進(jìn)行金屬礦產(chǎn)資源的勘探，使用這些方法，在深部金屬礦產(chǎn)資源的尋找工作中取得了良好的應(yīng)用效果。

深部的大型或超大型金屬礦床的形成原因比較復(fù)雜，因此在深部礦產(chǎn)資源尋找過程當(dāng)中，也需要根據(jù)形成的原理對礦產(chǎn)有可能存在的地域范圍內(nèi)深層地質(zhì)的分布和變化規(guī)律進(jìn)行探測。一般深部礦產(chǎn)資源分布在地下1500m左右，傳統(tǒng)的狀態(tài)和勘查技術(shù)，無法有效地對該深度內(nèi)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)信息進(jìn)行準(zhǔn)確有效的勘測，因此采用地球物理技術(shù)中的電磁，重力，地震等勘探技術(shù)有效的解決以上問題。例如澳大利亞某礦區(qū)進(jìn)行50km以上的深度地質(zhì)結(jié)構(gòu)，信息勘測過程中采用了電磁探測技術(shù)，該方法查明了礦區(qū)成礦的來源、礦物沉淀信息以及深部金屬元素遷移變換通道，并通過該方法對礦區(qū)內(nèi)部成礦的原因進(jìn)行合理解釋，為后續(xù)開采工作奠定了堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

3 深部金屬礦產(chǎn)資源中地球物理勘查的實(shí)際應(yīng)用

以我國一項(xiàng)具體深層金屬礦產(chǎn)資源開發(fā)工程作為分析的實(shí)例，該地區(qū)使用地球物理勘查方法進(jìn)行勘測工作，通過對整個(gè)工程概況的分析，以及使用地球物理勘查技術(shù)后對勘測工作的影響進(jìn)行討論，探究了該技術(shù)在實(shí)際工作中的應(yīng)用效果。

（1）工程概況。該深部金屬礦產(chǎn)資源主要分布在丘陵與平原地帶，整個(gè)地區(qū)的地勢起伏較大，在金屬資源分布地區(qū)中選取其中一個(gè)山峰作為礦產(chǎn)資源開發(fā)的中心位置。該地區(qū)的最高地勢海拔為300m，最低為100m，通過勘探工作人員的分析發(fā)現(xiàn)該地區(qū)主要以鐵礦資源為主，分布了5層，其中第2層礦產(chǎn)中含有的鐵礦含量高達(dá)75%，第2層的平均厚度為40m，長350m，寬500m。在勘測過程中使用了航空磁探測方式，探測過程中發(fā)現(xiàn)礦產(chǎn)分布區(qū)域內(nèi)會(huì)導(dǎo)致孩子出現(xiàn)不正常的現(xiàn)象，相關(guān)工作人員推斷該地區(qū)地下深部含有鐵礦體。

（2）技術(shù)分析。本次進(jìn)行深部金屬礦產(chǎn)資源開發(fā)工作主要采用了超深鉆井和深井鉆探技術(shù)對該礦區(qū)內(nèi)深部的礦體結(jié)構(gòu)和分布信息進(jìn)行探測，通過可控源音頻大地電磁法將某個(gè)音頻范圍內(nèi)的斜邊電流通入地下深層觀察該段音頻的頻率振動(dòng)變化，通過對變化的規(guī)律進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)深部礦產(chǎn)資源的地質(zhì)信息與分布情況。本次勘探技術(shù)的選擇主要是考慮到該鐵礦分布范圍內(nèi)，地質(zhì)體和周圍巖石間的結(jié)構(gòu)具有明顯的差異，通過專業(yè)的技術(shù)人員進(jìn)行勘查，最終確定在一定范圍基礎(chǔ)和規(guī)模內(nèi)可以開展可控音頻大地電磁測量工作。此外，為了進(jìn)一步提高本次勘探數(shù)據(jù)的精確性，也需要對周圍的環(huán)境進(jìn)行一定的處理，確保外部環(huán)境不會(huì)干擾勘測過程和結(jié)果。

（3）技術(shù)應(yīng)用。本次主要選擇的勘測儀器是美國某個(gè)工程企業(yè)研發(fā)制造的第3代可控電源，天然原地法接收機(jī)和電磁閥，這些設(shè)備可以在實(shí)際的探測工作中實(shí)現(xiàn)多通道探測。前期在進(jìn)行儀器選擇時(shí)，對儀器的性能和使用壽命進(jìn)行了仔細(xì)的檢查，確保儀器設(shè)備所有的功能和數(shù)值都處于正常檢測水平。經(jīng)過前期的布置測線工作以后，采取隨機(jī)抽樣的方式在該地區(qū)鐵礦分布范圍內(nèi)設(shè)置50個(gè)勘測點(diǎn)，對勘測位置的相對誤差進(jìn)行精確計(jì)算發(fā)現(xiàn)達(dá)符合一定標(biāo)準(zhǔn)?？睖y工作結(jié)束以后，對勘測到的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行整理與分析，通過所有工程技術(shù)人員的精確計(jì)算和分析，確定該礦區(qū)深度900m左右的位置具有磁體礦的巖化體。

（4）應(yīng)用結(jié)果分析。在本次開采工程后期進(jìn)行鐵礦資源開采工作時(shí)發(fā)現(xiàn)整個(gè)開采方向是正確的，在礦區(qū)約900m左右深度的位置上開采出了磁鐵礦。因此可以說明地球物理勘查方法在該工程的勘測工作中獲得了準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，該方法對后續(xù)開采工作的順利展開奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

4 結(jié)論

綜上所述，我國地表淺層礦產(chǎn)資源組建缺乏的新形勢下，要對深部的隱伏礦進(jìn)行勘測與開采。傳統(tǒng)的勘測技術(shù)無法對深部礦產(chǎn)資源進(jìn)行有效的勘探，因此可以采用地球物理勘查技術(shù)，該技術(shù)可以對深部礦產(chǎn)資源存在的地質(zhì)信息形成原因和巖體分布規(guī)律進(jìn)行勘測，勘測結(jié)果在實(shí)際的案例分析中具有良好的應(yīng)用效果，因此可以說明地球物理勘查技術(shù)可以在深部金屬礦產(chǎn)資源勘測工作中提高了勘測的質(zhì)量與效率，從而緩解了我國目前礦產(chǎn)資源稀缺的局面，促進(jìn)我國礦產(chǎn)行業(yè)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。