趙 耀

我國擁有豐富的礦產(chǎn)資源，礦山分布地區(qū)廣泛且地質(zhì)各不相同。在對礦山進(jìn)行開采前要對礦山中的礦產(chǎn)資源進(jìn)行全方位的勘探，對礦山附近地區(qū)的地理環(huán)境、地質(zhì)條件等進(jìn)行綜合探測。通過對礦山中的礦產(chǎn)資源進(jìn)行勘探，可以很好的將礦產(chǎn)所在位置等信息很好的總結(jié)提供給后期開采人員，使得他們準(zhǔn)確的對礦產(chǎn)資源進(jìn)行挖掘，提高開采的精確程度。

在對礦山進(jìn)行礦產(chǎn)資源勘探的過程中，會(huì)在前期進(jìn)行大規(guī)模的地質(zhì)勘探工作。地質(zhì)勘查工程通常會(huì)進(jìn)行鉆探、坑探、槽探等工程操作，這些工程都要對礦區(qū)附近的地表進(jìn)行挖掘。這些對于地表的挖掘，會(huì)對當(dāng)?shù)丨h(huán)境造成不同程度的損壞。特別是槽探和鉆探工程，在施工的時(shí)候會(huì)對地表覆蓋的植物造成直接的傷害，進(jìn)而造成植被退化引發(fā)水土流失的問題。同時(shí)，一些勘探設(shè)備體型龐大，在運(yùn)輸過程中會(huì)對樹木造成傷害。在進(jìn)行礦產(chǎn)資源的勘探時(shí)，被勘探地區(qū)的生態(tài)環(huán)境都會(huì)承受一定程度的破壞，所以在勘探中引入綠色勘探技術(shù)越來越重要。

本文在開展綠色勘探的要求上，對礦產(chǎn)資源勘探技術(shù)引入航空電磁測量技術(shù)，該技術(shù)是以飛機(jī)等航空器為運(yùn)載工具的探測方法。該技術(shù)運(yùn)用到礦產(chǎn)資源勘探中，可以很好地縮減成本，同時(shí)提高勘探效率高，該方法對各種不同地理環(huán)境下的礦產(chǎn)資源的勘探都能適用。

1 綠色勘查技術(shù)勘探礦產(chǎn)資源

1.1 基于頻率域航空電磁測量技術(shù)的礦產(chǎn)資源的勘探

1.1.1 基本原理

頻率域航空電磁測量技術(shù)是利用電磁感應(yīng)為理論基礎(chǔ)。當(dāng)對礦產(chǎn)資源進(jìn)行勘探時(shí)，周圍磁場被交變電流激發(fā)，形成感生渦旋電流，這種電流在該地區(qū)形成交變磁場，這就是二次場。頻率域航空電磁測量技術(shù)通過在該地區(qū)上方對磁場進(jìn)行掃描，利用二次場的變化對礦區(qū)地下的礦產(chǎn)資源的性質(zhì)和分布進(jìn)行分析。

1.1.2 技術(shù)特點(diǎn)

通過表1 可以看出，利用頻率域航空電磁測量技術(shù)進(jìn)行礦產(chǎn)資源的勘探時(shí)，勘探飛機(jī)需要設(shè)置信號發(fā)射裝置、磁場補(bǔ)償裝置、中央調(diào)控裝置、GPS 導(dǎo)航定位系統(tǒng)、無線電反射測量裝置、氣壓測量裝置、溫度檢測裝置、輔助磁場信號接收裝置。

表1 HDY402 型三頻航空電磁系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)

圖1為國產(chǎn)Y12 航空物探綜合站。將頻率域航空電磁測量技術(shù)合理安排在一架飛機(jī)上，使得頻率域航空電磁系統(tǒng)與飛機(jī)整合，將發(fā)射裝置設(shè)置在飛機(jī)的左側(cè)線圈中，最終的接收裝置設(shè)置在飛機(jī)的右側(cè)。在探測飛機(jī)的機(jī)尾設(shè)置磁場探測探頭。

圖1 Y12 航空物探綜合站

將頻率域航空電磁測量技術(shù)所使用裝置全部安放在飛機(jī)上，使得飛機(jī)的重量有所增加，持續(xù)飛行時(shí)間有所下降，起飛時(shí)的爬行長度增加，巡航時(shí)的速度有所降低，但飛機(jī)的操作和控制強(qiáng)度沒有變化，仍能夠精確的對目標(biāo)地點(diǎn)進(jìn)行勘探。

1.2 頻率域航空電磁測量技術(shù)實(shí)施要點(diǎn)

采用頻率域航空電磁測量技術(shù)的礦產(chǎn)資源進(jìn)行勘探與傳統(tǒng)的采用地面儀器設(shè)備進(jìn)行勘探不一樣，頻率域航空電磁測量技術(shù)是將所需要的一起設(shè)備全部安裝到使用飛機(jī)上，在進(jìn)行勘探的時(shí)候，飛機(jī)始終處于運(yùn)動(dòng)著的狀態(tài)。在實(shí)施中有很多要點(diǎn)需要注意。

第一點(diǎn)，噪音對于勘探效果的影響。頻率域航空電磁測量技術(shù)所使用的電磁裝置向地面所發(fā)射的電磁信號十分微弱。在進(jìn)行勘探時(shí)需要對飛機(jī)的噪音進(jìn)行很好的控制，減少噪音對于信號接收的影響。飛機(jī)在飛行時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)所處的位置在飛機(jī)的機(jī)翼，而勘探的信號發(fā)射和接收裝置也都安放在飛機(jī)的機(jī)翼上，發(fā)動(dòng)機(jī)在振動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的振動(dòng)波對于電磁信號存在一定的影響。此時(shí)需要在發(fā)動(dòng)機(jī)位置設(shè)置避震器，以減小發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)波。在安裝避震器時(shí)需要注意對該飛機(jī)的巡航速度、攀升角度、發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行功率、飛機(jī)轉(zhuǎn)彎以及飛機(jī)上升下降時(shí)的整體產(chǎn)生的振動(dòng)頻率，對此進(jìn)行分析，選擇合適的、可調(diào)節(jié)的避震裝置。同樣的，飛機(jī)飛行時(shí)，機(jī)翼會(huì)產(chǎn)生輕微的抖動(dòng)，對于信號接收和發(fā)射都存在一定程度的影響。需要在飛機(jī)機(jī)翼的信號發(fā)射、接收裝置中設(shè)置異常識(shí)別裝置，減小由于機(jī)翼振動(dòng)造成的異?，F(xiàn)象，使得對礦產(chǎn)資源進(jìn)行勘探時(shí)二次場的電磁接收更加精準(zhǔn)。

第二點(diǎn)，電磁場的零水平漂移的影響。當(dāng)頻率域航空電磁技術(shù)對礦產(chǎn)資源進(jìn)行勘探時(shí)，會(huì)隨著時(shí)間的累積發(fā)生漫漂的現(xiàn)象。零水平漂移受到環(huán)境溫度、磁場補(bǔ)償?shù)纫蛩氐挠绊?。隨著飛機(jī)的高度不斷攀升，環(huán)境溫度不斷下降，由于處在高空位置，風(fēng)速和方向都會(huì)對環(huán)境溫度造成影響，順風(fēng)飛行時(shí)環(huán)境溫度變化較小，逆風(fēng)飛行時(shí)環(huán)境溫度變化較大。此時(shí)，飛機(jī)上的信號接收線圈的實(shí)際應(yīng)用面積發(fā)生變化，導(dǎo)致所產(chǎn)生的電流改變，由于二次場的電流十分微弱，電流的微小改變都會(huì)影響信號的接收。于是，需要在飛機(jī)的接收裝置上設(shè)置電流補(bǔ)償裝置，在額定電流減小時(shí)，能及時(shí)增加接收裝置的電流，保證信號接收的穩(wěn)定性。

第三點(diǎn)，頻率域航空電磁測量技術(shù)中在發(fā)射時(shí)要注意大功率控制，以及機(jī)翼振動(dòng)幅度和相對位置的平穩(wěn)度控制。

第四點(diǎn)，應(yīng)用頻率域航空電磁測量技術(shù)對地質(zhì)進(jìn)行勘探后的數(shù)據(jù)處理要更加重視。因?yàn)樵谑褂妙l率域航空電磁測量技術(shù)勘探地質(zhì)的時(shí)候是通過相對位移來測量的，所以使用不同的飛機(jī)來測量時(shí)的基準(zhǔn)線都不一樣。每次進(jìn)行勘探前都要進(jìn)行基準(zhǔn)線的調(diào)平操作。因?yàn)轭l率域航空電磁測量技術(shù)十分復(fù)雜，在數(shù)據(jù)分析的時(shí)候利用一維正反演方法，這樣能夠確保數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性。

1.3 勘查偽隨機(jī)碼發(fā)射信號源

頻率域航空電磁測量技術(shù)采用偽隨機(jī)碼作為發(fā)射信號源。這種偽隨機(jī)碼在相對應(yīng)的數(shù)字范圍中呈現(xiàn)不規(guī)則排列，但是這些偽隨機(jī)碼的運(yùn)動(dòng)軌跡是可以預(yù)測出來的，同時(shí)這些偽隨機(jī)碼也會(huì)在一段時(shí)間后重復(fù)出現(xiàn)。偽隨機(jī)碼在勘探時(shí)候所發(fā)射出的頻率譜相對平坦，振動(dòng)帶范圍也相對較寬，減少了接收信號的噪音。

1.4 信號數(shù)據(jù)采集

在運(yùn)用頻率域航空電磁測量技術(shù)進(jìn)行勘探前，要對勘探設(shè)備進(jìn)行檢測。信號接收裝置要在勘探前進(jìn)行水準(zhǔn)校對，進(jìn)行勘測的時(shí)候著重記錄接收到的電磁信號橫向分支和縱向分支。此外還要注意縱向磁場隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù)。在勘探時(shí)還要設(shè)置軸向式工作裝置來對數(shù)據(jù)進(jìn)行解析。

頻率域航空電磁測量技術(shù)在飛機(jī)上安裝的信號發(fā)射裝置利用電偶極源的方式對信號輸出，在地面反射電磁信號時(shí)運(yùn)用電偶極子陣列進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，信號發(fā)射裝置與電偶極子接受裝置之間的距離根據(jù)勘探范圍來確定，一般為勘探范圍的二到四倍。

因?yàn)轱w機(jī)在勘探時(shí)不停的移動(dòng)，信號發(fā)射位置與接收位置的相對位移不斷增加，導(dǎo)致最后接收到的電磁信號微弱、噪音多。因此，在勘探范圍相對較大、探測位置相對較深時(shí)，信號發(fā)射裝置與電偶極子接受裝置之間的距離設(shè)置為探測范圍的四倍，這樣就能保證信號接收后的質(zhì)量。相同的位置記錄下多個(gè)數(shù)據(jù)，對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將差值相對較大的兩個(gè)數(shù)據(jù)刪除，將多個(gè)數(shù)據(jù)取平均值，保證數(shù)據(jù)的誤差在可接受范圍。在數(shù)據(jù)圖中標(biāo)出中心位置，使頻率域航空電磁測量技術(shù)在勘探時(shí)能對被測區(qū)達(dá)到全覆蓋。

1.5 應(yīng)用范圍和條件

采用頻率域航空電磁測量技術(shù)的礦產(chǎn)資源進(jìn)行勘探相比較傳統(tǒng)的勘探手法，最明顯的特點(diǎn)就是工作效率高。可以很快并且十分精確的對大面積的礦區(qū)的礦產(chǎn)資源進(jìn)行勘探。

因?yàn)椴捎妙l率域航空電磁測量技術(shù)是利用飛機(jī)來進(jìn)行勘探的，對于礦區(qū)的地形有一定程度的要求限制。在勘探時(shí)飛機(jī)的飛行高度偏低，這就對礦區(qū)地形有所要求，盡量相對平穩(wěn)的地區(qū)更利于飛機(jī)的飛行勘探。因?yàn)轱w機(jī)要對地面發(fā)射電流，要求礦區(qū)的地面導(dǎo)電裝置較少，以減少對于電磁場的影響。

利用頻率域航空電磁測量技術(shù)對地質(zhì)進(jìn)行勘探的好處就是探測所用時(shí)間短，能對范圍較大的區(qū)域進(jìn)行細(xì)致探測，能夠精準(zhǔn)的定位礦床所在位置。頻率域航空電磁測量技術(shù)在使用時(shí)主要工具是飛機(jī)，飛機(jī)在飛行時(shí)沿著探測地區(qū)的地面形態(tài)進(jìn)行高度的調(diào)整，極大的貼近地面發(fā)射電磁信號。在進(jìn)行探測的時(shí)候裝置接收回的探測信號可以繪制成地質(zhì)填圖等圖紙方便工程師進(jìn)行計(jì)算。對于地面所覆蓋的導(dǎo)電層相對較厚的地區(qū)要進(jìn)行多冊的測量，記錄多組數(shù)據(jù)分析，保證勘探結(jié)果準(zhǔn)確，與真實(shí)值誤差相對較小。

2 應(yīng)用實(shí)例

以膠東地區(qū)的礦區(qū)為例子，采用綠色勘查技術(shù)勘探礦產(chǎn)資源，以驗(yàn)證其實(shí)用性。該礦區(qū)為典型破碎帶蝕變巖型，金礦床嚴(yán)格受斷裂帶的控制并產(chǎn)于其中，且與金屬硫化礦物共生，在一定條件下金與硫化物的含量呈正消長關(guān)系。硫化物含量越高，溶解于地下水中的硫酸鹽型裂隙水的礦化度就越高，其導(dǎo)電性就越好，則含金破碎帶的電磁響應(yīng)也越強(qiáng)，其強(qiáng)度代表了金礦的含量儲(chǔ)備。因此，可以說在一定條件下，發(fā)現(xiàn)斷裂破碎帶，特別是內(nèi)接觸帶的次級斷裂帶，就是金礦床的重要找礦靶區(qū)?；诖死碚?，采用航空電磁綜合測量勘查方法在該地區(qū)開展金礦普查，發(fā)現(xiàn)劃分地層、圈定巖體和斷裂帶效果非常顯。

通過分析航拍繪制的剖面平面圖，航電劃分地質(zhì)界線，礦山探測區(qū)Ⅰ區(qū)東南角航電高頻虛分量（HIm）剖面平面圖可以發(fā)現(xiàn)，區(qū)域電磁場特征的分界線十分清楚。這是不同地質(zhì)體電性差異在電磁區(qū)域場中的客觀反映。

圖中左上角到右下角的區(qū)域電磁場特征分界線就是高阻體玲瓏花崗巖（左側(cè)）與中阻體變質(zhì)巖系（右側(cè)）的接觸帶。帶中航電剖面異常特征明顯的部位，全部對應(yīng)在已知的金礦上。

圖3是礦山航空電磁土壤鹽漬化程度圖。土壤鹽漬化程度愈高，導(dǎo)電金屬離子越多，土壤表現(xiàn)出的導(dǎo)電能力就越好，若導(dǎo)電金屬離子相對較少的地方其導(dǎo)電能力也較弱。利用頻率域航空電磁測量技術(shù)對地面進(jìn)行勘探的時(shí)候能夠根據(jù)電磁信號來檢測出該地區(qū)的導(dǎo)電性能從而勘探處該地區(qū)的土壤鹽漬化程度，為后面的礦產(chǎn)勘探提供了幫助。

圖3 礦山航空電磁法圈定土壤鹽漬化程度圖

頻率域航空電磁測量技術(shù)在對不同地形條件的地面進(jìn)行勘探的時(shí)候，根據(jù)不同地面的導(dǎo)電層調(diào)整飛機(jī)的基準(zhǔn)值，使得所勘探的數(shù)據(jù)相對誤差較小，數(shù)據(jù)的接收質(zhì)量相對穩(wěn)定。

山東地礦部門在頻率域航空電磁法某測區(qū)內(nèi)，對19 處異常開展了地面查證工作，僅占該區(qū)異?？倲?shù)的5.5%，查證結(jié)果，3處見金礦，1 處見金礦化，見礦率為21%，經(jīng)詳查1 處為中型金礦；武警黃金部隊(duì)（包括武警黃金地質(zhì)研究所）在頻率域航空電磁法某測區(qū)內(nèi)，分兩期對32 處異常進(jìn)行了地面查證工作，占該區(qū)異?？倲?shù)的17.8%，查證結(jié)果，12 處見金礦，3 處見金礦化，見礦率46.9%，經(jīng)詳查3 處為中型金礦、1 處為小型金礦。同時(shí)，由于相關(guān)部門地面查證工作滯后，其他部門在航空物探已飛區(qū)積極開展地面普查，相繼發(fā)現(xiàn)大、中、小型金礦達(dá)7 處之多，這些新發(fā)現(xiàn)的金礦床都受航空電/磁綜合測量圈定的斷裂破碎帶異常所控制。此外，經(jīng)對比發(fā)現(xiàn)，在某區(qū)內(nèi)幾乎所有的已知大、中、小型金礦和金礦點(diǎn)40 多處，也都被航空物探圈定的斷裂破碎帶所控制。由此可見，膠東地區(qū)航空電/磁綜合測量方法進(jìn)行金礦普查效果顯著。

通過圖2 和圖3，我們可以很清楚的看出礦山地區(qū)的土壤斷裂帶和土壤鹽漬化程度以及范圍。相比傳統(tǒng)的勘探手段，該技術(shù)的應(yīng)用可以將細(xì)節(jié)很好地體現(xiàn)出來，使得后期開采工作可以順利進(jìn)行。以往的勘探針對不同問題需要采用不同的設(shè)備，利用頻率域航空電磁技術(shù)減少了使用設(shè)備的種類，降低了施工成本，提升了礦產(chǎn)資源探測效率。

圖2 航電高頻虛分量（HIm）剖面平面圖

3 結(jié)語

在礦產(chǎn)資源的勘探中應(yīng)用綠色勘探中的頻率域航空電磁技術(shù)，減小施工時(shí)對礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的破壞，同時(shí)降低了勘探的成本，提高了礦產(chǎn)資源工作的效率。通過綠色勘探技術(shù)對礦產(chǎn)資源進(jìn)行勘探使得礦山能夠進(jìn)行綠色可持續(xù)發(fā)展。頻率域航空電磁測量技術(shù)的裝置設(shè)置相對較穩(wěn)定，數(shù)據(jù)的處理和制圖能夠形象的將被勘探地區(qū)的礦床標(biāo)注出來，可以對不同地質(zhì)條件的地區(qū)進(jìn)行礦床的勘探。但是由于時(shí)間和篇幅的限制，頻率域航空電磁技術(shù)在勘查中的應(yīng)用沒有做多次實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，在今后的研究中需要進(jìn)一步發(fā)展完善。