深部金屬礦產資源地球物理勘查與應用研究

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，近地表和露天的礦產資源已經基本被勘查人員檢測出來，地表淺層的金屬礦產資源的開采工作也正在順利展開，但我國社會發(fā)展過程中，對礦產資源的需求在不斷提升，導致目前礦產資源開發(fā)的量不能夠滿足實際的日常需求，但我國目前對前地表層的金屬礦產資源開發(fā)程度達到了飽和，因此要在深部地區(qū)促進金屬礦產資源勘探工作的進行[1]。但在深部進行找礦工作將會具有一定的難度，深部指的是距離地表500km～2km深度范圍內的第二深度空間，在這個范圍內采用傳統(tǒng)的方式找礦將會比較困難，因此可以采用地球物理勘查技術，該技術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，可以幫助我國礦產資源領域發(fā)掘更多的深部金屬礦產資源，從而推動我國資源行業(yè)的發(fā)展。根據以上分析可知要進一步促進我國礦產資源向深部勘探的發(fā)展，就需要加強深部礦產資源勘查技術及地球物理勘探技術的創(chuàng)新與研究使該方法可以在深部礦產資源的勘探和開采工作當中取得更好的應用效果。

1 深部金屬礦產資源形成的原因

地表淺層形成的礦產資源，主要是由于地球深部的物質進行能量交換所形成的一些大型和超大型金屬礦床，在形成過程當中都會有大量金屬元素，從地殼深部通過一些過程交換到地表淺層，一這些轉移過程主要有熱物質的運動和轉化、熱物質上涌地殼以及圍巖蝕變和堆積。傳統(tǒng)地質勘查技術不能在地殼深部從物質的形態(tài)屬性和空間分布上進行檢測與分析，因此只能通過超前的鉆探技術，對深處礦物質結構與儲存信息進行了解，但是超前鉆探技術也只能檢測鉆孔位置周邊，而對于一些地質構造復雜的礦產資源分布區(qū)域具有較大的局限性[2]。目前我國超前鉆探技術能達到的最大深度為1200m，超過1200m的深層次，地下構造將無法采用該技術進行勘測。此外鉆探技術的使用成本非常高，在實際的檢測過程當中無法根據當地地勢分布和現(xiàn)場情況進行超聲鉆探工作的開展。因此需要通過更加專業(yè)和方便的技術手段，解決深度礦產資源的勘測問題。

2 地球物理勘查在深部金屬礦產資源勘探中的主要作用

地球物理勘查技術指的是通過深部地學填土的方法，對一定地理區(qū)域范圍內的成礦規(guī)律和背景進行深度掃描和確定，并鎖定具有礦產資源的特定區(qū)域的方法，該方法主要可以幫助地質勘查人員確定一定深度范圍內，分化層的厚度與沉積蓋層的具體構造同時也可以對礦產地區(qū)基底起伏的變化規(guī)律進行檢測與研究。例如在奧羅尼日結晶地塊中進行金屬礦開采時利用地球物理勘查技術，對該深部礦產資源覆蓋范圍內的新生代成績進行填圖，該地區(qū)內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成了礦山的主要結構，因此使用地球物理勘探技術，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，并結合鉆孔資料查清基底起伏的具體數據，從而鎖定幾處具有礦產的精確位置，為后續(xù)深部礦產資源的開采建立良好的基礎。其次，通過建立深部地球物理反演模型，可以進一步確定含有深部金屬礦地區(qū)內部地理環(huán)境的實際地質構造，由于許多金屬礦床是在巖漿的作用下經過較長時間的沉積形成的，因此容易受到深大斷裂的影響。例如以往在對美國內華達弗羅里達大峽谷內的金礦和俄羅斯烏拉爾地區(qū)的銅礦進行開采時，都是采用地球物理勘查技術研究地區(qū)地勢的深大斷層分布走向從而確定礦產資源實際所在的位置，并提供準確的地理位置數據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，也可以對深部礦產資源的沿線進行填圖，從而進一步確定礦產資源分布范圍內的賦礦層位[3]。根據對礦區(qū)形成的地理位置和分布范圍的確定，參考該地區(qū)實際的花崗巖基本特性和巖體的結構，利用地球物理勘查技術，對內部生成的金屬礦產巖性進行填涂，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勘測工作中通過對深層地質條件下，花崗巖的分布和屬性進行分析，利用該地區(qū)收集到的磁測數據匯聚相應的內華達深層花崗巖分布統(tǒng)計圖，從而進一步推斷出該地區(qū)范圍內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進行礦產資源的勘探工作，尤其是采用該技術進行勘探時，將電子設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據。在我國國土資源部門進行大冶鐵礦區(qū)的勘查工作時，采用大比例尺直升機航空磁法與電磁法測量技術，對該地區(qū)礦體的實際分布進行掃描，根據反饋的數據將后期鉆孔的位置進行布設在720m～800m的地下范圍內發(fā)現(xiàn)了5層以上的鐵礦資源，鐵礦體的累計厚度一共超過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。近年來我國礦產資源產業(yè)逐漸重視地球物理勘查技術，較多的應用井中激電和TM的方法，在深部進行金屬礦產資源的勘探，使用這些方法，在深部金屬礦產資源的尋找工作中取得了良好的應用效果。

深部的大型或超大型金屬礦床的形成原因比較復雜，因此在深部礦產資源尋找過程當中，也需要根據形成的原理對礦產有可能存在的地域范圍內深層地質的分布和變化規(guī)律進行探測。一般深部礦產資源分布在地下1500m左右，傳統(tǒng)的狀態(tài)和勘查技術，無法有效地對該深度內的地質結構信息進行準確有效的勘測，因此采用地球物理技術中的電磁，重力，地震等勘探技術有效的解決以上問題。例如澳大利亞某礦區(qū)進行50km以上的深度地質結構，信息勘測過程中采用了電磁探測技術，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)內部成礦的原因進行合理解釋，為后續(xù)開采工作奠定了堅實的數據基礎。

3 深部金屬礦產資源中地球物理勘查的實際應用

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

（1）工程概況。該深部金屬礦產資源主要分布在丘陵與平原地帶，整個地區(qū)的地勢起伏較大，在金屬資源分布地區(qū)中選取其中一個山峰作為礦產資源開發(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層礦產中含有的鐵礦含量高達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)礦產分布區(qū)域內會導致孩子出現(xiàn)不正常的現(xiàn)象，相關工作人員推斷該地區(qū)地下深部含有鐵礦體。

（2）技術分析。本次進行深部金屬礦產資源開發(fā)工作主要采用了超深鉆井和深井鉆探技術對該礦區(qū)內深部的礦體結構和分布信息進行探測，通過可控源音頻大地電磁法將某個音頻范圍內的斜邊電流通入地下深層觀察該段音頻的頻率振動變化，通過對變化的規(guī)律進行研究，發(fā)現(xiàn)深部礦產資源的地質信息與分布情況。本次勘探技術的選擇主要是考慮到該鐵礦分布范圍內，地質體和周圍巖石間的結構具有明顯的差異，通過專業(yè)的技術人員進行勘查，最終確定在一定范圍基礎和規(guī)模內可以開展可控音頻大地電磁測量工作。此外，為了進一步提高本次勘探數據的精確性，也需要對周圍的環(huán)境進行一定的處理，確保外部環(huán)境不會干擾勘測過程和結果。

（3）技術應用。本次主要選擇的勘測儀器是美國某個工程企業(yè)研發(fā)制造的第3代可控電源，天然原地法接收機和電磁閥，這些設備可以在實際的探測工作中實現(xiàn)多通道探測。前期在進行儀器選擇時，對儀器的性能和使用壽命進行了仔細的檢查，確保儀器設備所有的功能和數值都處于正常檢測水平。經過前期的布置測線工作以后，采取隨機抽樣的方式在該地區(qū)鐵礦分布范圍內設置50個勘測點，對勘測位置的相對誤差進行精確計算發(fā)現(xiàn)達符合一定標準。勘測工作結束以后，對勘測到的所有數據進行整理與分析，通過所有工程技術人員的精確計算和分析，確定該礦區(qū)深度900m左右的位置具有磁體礦的巖化體。

（4）應用結果分析。在本次開采工程后期進行鐵礦資源開采工作時發(fā)現(xiàn)整個開采方向是正確的，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確的數據，該方法對后續(xù)開采工作的順利展開奠定了堅實的基礎。

4 結論

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