地球物理探矿法

　　地球物理勘探方法:
　　1、重力勘探法：是利用组成地壳的各种岩体、矿体间的密度差异所引起的地表的重力加速度值的变化而进行地质勘探的一种方法。
　　2、磁法勘探：自然界的岩石和矿石具有不同磁性，可以产生各不相同的磁场，它使地球磁场在局部地区发生变化，出现地磁异常。利用仪器发现和研究这些磁异常，进而寻找磁性矿体和研究地质构造的方法称为磁法勘探。
　　3、电法勘探：是根据岩石和矿石电学性质（如导电性、电化学活动性、电磁感应特性和介电性，即所谓“电性差异”）来找矿和研究地质构造的一种地球物理勘探方法。
　　4、地震勘探：是近代发展变化最快的地球物理方法。它的原理是利用人工激发的地震波在弹性不同的地层内传播规律来勘探地下的地质情况。

现代找矿勘查技术的进步使2000m以内的勘查成为可能(Gordon，2006)，基于现代勘查技术所取得的成果对深部矿体的预测水平得到了提高，向深部要资源的时机已经成熟。
最近20年来，在金属矿产勘查中，新理论、新概念不断涌现，新技术、新方法不断应用，有力地促进了矿产勘查的发展，为金属矿产勘查注入了生机与活力。其中，地面时间域电磁法(TEM)、可控源音频大地电磁法(CSAMT)、高精度重磁法、金属矿地震方法和三维地震层析成像技术等以大探测深度为特征的地面物探方法及钻孔地球物理方法在矿产勘查中的推广使用(Cas等，1995;Salisbury等，1996;吕庆田等，2001，2004)，为矿集区找矿发现———隐伏矿的预测和寻找带来了新的机遇。
2.4.1 现代地球物理探矿技术发展现状
在过去，一些勘探者认为物探方法是一个“黑箱子”，多解性高、可信度低。而现在，随着技术的不断进步和大量的实践应用，最终使每个勘探者都认识到物探技术是一种非常有效的找矿方法。物探高新技术的研发和应用已成为西方很多国家，尤其是加拿大、澳大利亚和美国等矿业发达国家矿产勘查的重要组成部分。
物探技术进步主要体现在两方面:一是新发明;二是对已有技术的完善升级和更新换代，使测量的精确度和准确度不断提高。新的更强大、更复杂的航空物探方法(如Falcon、MegaTEM、SPECTREM、TEMPEST、HOISTEM、NEWTEM、Scorpion，等等)已成为矿产勘查的重要生力军，从而使区域填图和靶区圈定的工作效率得到极大的提高(TheNorthern Miner，2007;张昌达，2006)。
航空物探方面近年来发展迅猛。澳大利亚合作研究中心矿产勘查技术部研制的世界上最先进的航空矿产勘查系统(TEMPEST)使用高灵敏度磁探头测量地质体产生的微弱二次磁场，探测深度可达300m。澳大利亚的“玻璃地球计划”(GlassEarth)包括航空重力梯度测量、航空磁力张量梯度测量、先进的电磁方法、矿物化学填图、钻探新技术和三维地震，其中航空磁张量测量技术和航空重力梯度测量技术是重点研发内容。英国ARKEX公司研制成功目前最先进的超导航空重力梯度测量系统，使测量精度提高10倍。澳大利亚BHPBilli-ton公司的航空重力梯度张量测量系统(Falcon)曾经获得澳大利亚联邦科学和工业研究组织(CSIRO)2000年度科学研究成果奖。它脱胎于美国的军事技术，是美国出口管制产品，美国曾经阻止该公司用Falcon(猎鹰)系统在中国进行探矿飞行(张昌达，2005)。加拿大GEDEX公司研发的高分辨率航空重力梯度仪(GedexHD-AGG)于2006年11月获得了伦敦矿业周刊(MiningJournal)颁发的矿业研究(MiningResearch)大奖，据称该仪器能够探测到12km深处的固体矿产、石油和天然气，其准确性和速度大大提高了勘查效率，降低了勘查的风险、时间和成本。
在地面物探方面，也取得长足进步。加拿大凤凰公司在完善V-5大地电磁系统的同时，推出了V5-2000型和V8阵列式大地电磁系统。加拿大的EM-57、EM-67系列已成为时间域电磁仪器的代表。美国Zonge工程与研究组织相继推出了GDP-16，GDP-32多功能电磁系统，以及能够进行长周期天然场大地电磁测量的多功能大地电磁系统。美国EMI公司在完善MT-1大地电磁系统的同时推出的EH-4电磁系统，已成为矿产勘查的重要手段之一，另外还推出了MT-24阵列式大地电磁系统。Nabighian等(2005)认为没有其他的地球物理方法像磁法一样有十分广阔的应用范围，从行星尺度到几平方米的面积，既花费少又能够提高丰富的信息，而电磁法及重磁法的组合已成为重要的发展方向和勘查手段。电磁法系统多具有频率域和时间域工作方式，能够进行多方法数据采集，如激发极化法、瞬变电磁法、可控源音频大地电磁法等。电磁法和重磁法物探技术呈现出向数字化、智能化、多功能化、集成化方向发展的趋势。
在物探技术发展的进程中，我国的步伐相对而言比较缓慢，目前还主要处于技术引进阶段，这与我国矿产勘查的快速发展形势很不适应。目前，国家提出要加快自主开发科学实验仪器设备的步伐，物探技术方法的自主研发也应成为这一战略目标的重要组成部分。中国地质调查局正在组织一批应用于深部找矿勘查的物探方法仪器研制。
2.4.2 金矿地球物理探矿方法基本原理及工作方法选择
尽管Au本身有突出的物理性质(密度大、良导电)，但由于Au在地壳中的丰度低，即使是具有重要经济价值的金矿床，Au的含量也不会改变含Au地质体的物理性质。微量元素Au是难以用物探方法直接检测到的。
金矿床地球物理勘查工作的基本思路是通过研究金矿床(体)与某些具有地球物理异常响应的特殊围岩、找矿标志层、控矿构造(尤其是断裂剪切带)，以及与硫化物(黄铁矿)的伴生关系，观测相应的地球物理场响应(异常)，解决的是与成矿有关的构造(尤其是深部构造)、岩体、地层、矿源层和硫化物矿化带，以及蚀变带的空间分布等地质问题，进而达到间接找矿或矿床评价之目的(刘光鼎等，1995;赵鹏大，2001;李大心，2003)。
与金矿相关地质体与围岩存在物性参数的差异，是地球物理勘查的基础;被观测的地下介质的物理属性有介质的密度、磁性、电性、弹性、放射性和温度等参数。相应的地球物理勘查方法包括电法以及电磁法勘探技术，磁法勘探技术、核法勘探(放射性测量)探矿技术，重力勘探技术以及浅层地震勘探技术等。相对金矿而言，针对不同地质体，选择不同的探矿技术。
(1)追索含金破碎带
用电阻率法、甚低频法及其他电磁场法追踪含矿破碎带(低阻带);用磁法追踪磁性岩中的挤压破碎带(高磁背景中的低磁带);用放射性法圈定破碎带(高放射性带)。这些方法有时还可以了解其产状。
(2)追索含金石英脉
主要用电法(高阻、高极化)和放射性法、磁法，并可了解其产状。
(3)寻找含金硫化物富集带
用电法(低阻、高极化)来进行普查和寻找，可以确定含金地质体的位置、范围、大致产状和埋深。
(4)寻找伴生金矿
利用物探方法对贱金属矿床的直接指示作用，而贱金属矿床伴生金原理开展找矿。如磁法、电法、重力等法寻找和圈定伴生金矿的范围、埋深及大致产状，为工程验证提供依据。
(5)查明与成矿有关的各种小型构造、成矿地质体
磁法、电法、地震等查明第四系或基岩覆盖下的各种容矿构造和成矿地质体(如含矿斑岩等)空间分布。
(6)进行中、大比例尺填图
方法有磁法、电法和放射性法等。填图的目的是确定与金矿有关的岩石-岩性因素。碳质和石墨化地层、火山沉积杂岩及显示金矿化的其他标志，如:近矿围岩蚀变带、硅化带、绢云母化带、滑石菱镁片岩化带、黄铁细晶岩化带。
2.4.3 金矿地球物理技术找矿中应注意的问题
由于金矿本身的特殊性，造成利用地球物理技术找矿的复杂性，造成获取地球物理信息地质解释的不确定性。如金矿成因类型、矿物组合、构造环境的多样性，决定了金矿地球物理性质及几何特性的多态性;尽管某些类型金矿就其矿石物理性质而言与围岩有着明显的差异，但也往往由于矿体规模小、地球物理场的信息弱，以至难以观测到可以辨识的异常;复杂的地质环境所造成的地质干扰背景，常常掩盖了有用的信息。这一切都将导致异常解释发生困难或出现失误。就总体来说，金矿物探异常的解释较其他矿种和领域的物探异常解释来说，难度大、复杂性高。
由于金矿物探异常以及异常解释的复杂性，故这种间接性虽然拓宽了物探找金的应用领域，但同时也使物探异常的多解性更为突出。因此，物探找金的作用不宜过分夸大。
在部署物探找金工作时，要针对不同勘查阶段所探测的金矿宏观目标物以及需要解决的地质问题。积极挖掘物探找金的综合信息。正是由于金矿类型多且地质背景往往比较复杂，因此引起的地球物理场十分复杂，加之金矿物探的信息比较微弱，异常解释的难度大，所以单一物探方法找Au往往很难奏效。
在金矿物探的全过程中，始终要强调综合方法、综合解释。在某一探区布置金矿物探工作，应针对具体的勘探问题或地质地球物理条件优选最有效的物探方法手段或实施多种探测方法最佳技术组合，发挥多种地球物理参数信息精细分析，以及结合化探和地质资料综合解释的优势。实践表明，科学地综合各种物理场和物理参数的信息，对确定金矿赋存空间、圈定金矿化带和金矿体，以及确定与Au有关的金属矿含量等，都可获得明显的效果。事实上，某种参量的潜在信息量，只有通过与其他参量的综合应用才能发挥出来。而且几种方法提供的综合信息，也绝非单一方法所提供信息量的代数和。在找矿过程中，应力求搞清矿化带或矿化富集部位的宏观物理特征，然后选择最有代表性、针对性的方法，以一定的观测网度和精度获取与矿产资源有关的综合地球物理信息，并通过地质解释，以形象、直观的图示方式，赋给各种物性体以明确的地质含义。
与寻找其他贱金属矿床不同，利用地球物理探矿寻找金矿难度更大。虽然如此，金矿地球物理技术在危机矿山接替资源找矿中仍发挥了突出作用。武警黄金地质研究所利用高密度电法、EH4等仪器方法在多个金矿山开展找矿工作，在河北峪耳崖金矿外围深部300m以下发现金矿体，在内蒙古苏右旗毕力赫金矿区新发现大型隐伏斑岩型金矿体。从不同侧面证实物探技术在危机金矿山深部资源勘查突破的重要性。

（一）地球物理探矿法的基本原理

物探的理论基础是物理学或地球物理学，是把物理学上的理论（地电学、地磁学等）应用于地质找矿的方法。基本特点是利用地球物理场或某些物理现象，如地磁场、地电场、放射性场等异常特征进行勘查找矿。它与地质学方法有着本质上的不同。通过物理场的研究可以了解覆盖区的地质构造和产状。因此地球物理探矿法的应用具有一定的特点和前提。

1.特点

（1）必须实行两个转化才能完成找矿任务。即先将地质问题转化成地球物理探矿的问题，才能使用物探方法去观测。在观测取得数据之后（所得异常），只能推断具有某种或某些物理性质的地质体，然后通过综合研究，并根据地质体与物理现象间存在的特定关系，把物探的结果转化为地质的语言和图示，从而去推断矿产的埋藏情况与成矿有关的地质问题。

（2）物探异常具有多解性。工作中采用单一的物探方法，往往不易得到较为肯定的地质结论。一般情况应合理地综合运用几种物探方法，并与地质研究紧密结合，才能得到较为肯定的结论。

（3）每种物探方法都要求有严格的应用条件和使用范围。因为矿床地质、地球物理特征及自然地理条件因地而异，从而影响物探方法的有效性。

2.物探工作的前提

物探工作的前提主要有下列几方面。

（1）被调查研究的地质体与周围地质体之间，要有某种物理性质上的差异。

（2）被调查的地质体要具有一定的规模和合适的深度，用现有的技术方法能发现它所引起的异常。若规模很小、埋藏又深的矿体，则不能发现其异常。有时虽然地质体埋藏较深，但规模很大，也可能发现异常。故找矿效果应根据具体情况而定。

（3）能区分异常，即从各种干扰因素的异常中，区分所调查的地质体的异常。如铬铁矿和纯橄榄岩都可引起重力异常，蛇纹石化等岩性变化也可引起异常，能否从干扰异常中找出矿异常，是方法应用的重要条件之一。

（二）地球物理探矿的方法及方法的选择

1.物探找矿的条件分析

（1）物探找矿有利条件：地形平坦，因物理场是以水平面作基面，越平坦越好；矿体形态规则；具有相当的规模，矿物成分较稳定；干扰因素少；有比较详细的地质资料。最好附近有勘探矿区或开采矿山，有已知的地质资料便于对比。

（2）物探找矿的不利条件：物性差异不明显或物理性质不稳定的地质体；寻找的地质体或矿体过小过深，地质条件复杂；干扰因素多，不易区分矿与非矿异常等。

2.物探方法的种类及主要用途

（1）物探方法的主要种类：

① 放射性测量法：寻找放射性矿床和与放射性有关的矿床，以及配合其他方法进行地质填图、圈定某些岩体等。对放射性矿床能直接找矿。

② 磁法（磁力测量）：主要用于找磁铁矿和铜、铅、锌、铬、镍，铝土矿、金刚石、石棉、硼矿床，圈定基性超基性岩体进行大地构造分区、地质填图、成矿区划分的研究及水文地质勘测。

③ 自然电场法：用于进行大面积快速普查硫化物金属矿床、石墨矿床；水文地质、工程地质调查；黄铁矿化，石墨化岩石分布区的地质填图。

④ 中间梯度法（电阻率法）：主要用于找陡立、高阻的脉状地质体。如寻找和追索陡立高阻的含矿石英脉、伟晶岩脉及铬铁矿、赤铁矿等。

⑤ 中间梯度装置的激发极化法：要用于寻找良导金属矿和浸染状金属矿床，尤其是用于那些电阻率与围岩没有明显差异的金属矿床和浸染状矿体，效果良好。

⑥ 电剖面法按装置的不同分为：联合剖面法、对称四极剖面法。前者主要用于寻找和追索陡立而薄的良导体的金属矿体，后者主要用于地质填图，研究覆盖层下基岩起伏和对水文、工程地质提供有关疏松层中的电性不均匀分布特征，以及疏松层下的地质构造等。

⑦ 偶极剖面法：一般在各种金属矿上的异常反映都相当明显，也能有效地用于地质填图划分岩石的分界面。

⑧ 电测深法：可以了解地质断面随深度的变化，借以确定矿体顶部埋深以及了解矿体的空间赋有情况等。

⑨ 充电法：用以确定已知矿体的潜伏部分的形状、产状、大小、平面位置及深度；确定几个已知矿体之间的连接关系；在已知矿体或探矿工程附近寻找盲矿体和进行地质填图。

⑩ 重力测量：可用此法直接找富铁矿、含铜黄铁矿；配合磁法找铬铁矿、磁铁矿，及研究地壳深部构造、划分大地构造单元、研究结晶基底的内部成分和构造，确定基岩顶面的构造起伏，确定断层位置及其分布、规模，圈定火成岩体，以达到寻找金属矿床的目的。及用于区域地质研究，普查石油、天然气有关的局部构造。

⑪ 地震法：主要用于解决构造地质方面的问题，在石油和煤田的普查及工程地质方面广泛应用。

（2）物探方法的选择：一般是依据工作区的下列3个方面情况，结合各种物探方法的特点进行选择：一是地质特点，即矿体产出部位、矿石类型（是决定物探方法的依据）、矿体的形态和产状（是确定测网大小、测线方向、电极距离大小与排列方式等决定因素）；二是地球物理特性，即岩矿物性参数，利用物性统计参数分析地质构造和探测地质体所产生的各种物理场的变化特点。如磁铁矿的粒度、品位、矿石结构等对磁化率的影响，采用方法的有效性等；三是自然地理条件，即地形、覆盖物的性质和厚度及分布情况、气候和植被土壤情况等。