金属矿地震方法研究新进展

一直以来，非震方法（如电磁法、位场技术等）在近地表矿产勘查中发挥着重要的作用，但随着可开发的探明储量的矿产资源也越来越少，需要寻求更深的矿产勘查空间。当前，矿产资源开发深度已经达到三千多米，可想重力和磁法等非震方法已难以锁定埋深大于上千米的目标体。这样的情况下，勘探深度可达数公里的地震反射技术，成为了当今深部找矿领域具有研究潜力和应用前景的技术方法。

1 发展篇

现实中，尽管金属矿地震方法具有深部勘探的优势，但是其应用和推广却受到较大的制约，这主要是由于大部分矿区地表条件复杂，岩性、构造多变，地震地质条件相对复杂；同时，金属矿形态复杂，目标波阻抗差小等，使得地震勘探难以获得高质量的数据；再者，金属矿地震勘探技术的数据处理方法尚未形成一套体系，资料处理难度大，好的标准层也不易发现，波组特征复杂，地震相特征不明显，解释具有复杂性。

在以上因素的制约下，地震勘探方法直到20世纪70～80年代，才开始应用到金属矿产勘查中。近几年，在加拿大、瑞典等国家十分重视金属矿地震方法技术研究：瑞典克里斯蒂娜贝里矿区谢莱夫特矿区开展了地震反射成像、三维地震勘探研究；加拿大的新布伦瑞克省的矿区进行了二维、三维与散射波地震勘探成像研究；芬兰欧托昆普进行了垂直地震剖面（VSP）和铜－钴－锌矿床的地震成像研究。

总体来看，高分辨率地震勘探，适用于线状布设，圈定控矿构造，非常规观测系统，获取三维信息；三维地震勘探适用于面状布设，发现圈定矿体，建立三维模型，以及对陡立岩体的成像；VSP地震勘探适用于矿体精细成像，尤其是陡立矿体或无反射情况；散射波成像适用于确定矿体规模、方向、形状，探测不均匀体。

目前，我国地震找矿面临诸多挑战，成矿地质条件复杂，信噪比低，干扰噪声强，反射波不连续，波场复杂等。

2 技术篇

近十多年来，地震方法用于硬岩勘探的实践，引起了各国学者对金属矿地震勘探方法技术的研究热情。多国的研究较好地解决了矿产勘查中的矿体、地质构造、岩性填图、侵入体和蚀变带的圈定等问题，取得了较好的效果。

2.1 二维反射地震

首先从采集技术方面来看，二维地震勘探一般用于普查阶段，解决深部构造等问题。金属矿二维反射地震勘探采用高分辨率地震勘探技术，多分布式地震采集系统，高频垂直地震振动器，震源以炸药及冲击震源为主，为了提高野外采集数据的信噪比，常采用震源组合和检波器组合。

在布置测线前，利用重磁、地质等资料，使得测线布置方位垂直主要构造。观测系统常采用非常规方式：测线多为曲线布设，并且把每条剖面上的所有的激发点记录在两条线上，在两条剖面中间产生横剖面数据。当经费不足以及设备无法采集到三维地震信息时，可以通过采集横剖面数据来获得一个区域大量的三维信息。

要十分重视地震勘探前的实验工作，投入足够的工作量，加强激发与接收实验，选取最佳的激发、接收参数与组合模式，拓宽子波频带。

从处理技术方面分析，国外近年金属矿高分辨率地震勘探处理步骤，多在常规处理的基础上，对一些关键步骤特别重视，如：叠前的信号增强技术、折射静校正、横倾角分析、动校正（DMO）等。

对处理后叠加有重要影响的主要关键处理技术有以下几方面：

叠前信号增强技术：设计各种叠前滤波处理方法，保护高频信号，拓宽频带，增加资料的信噪比和分辨率，如：时变带通滤波、中值滤波、反褶积，能量补偿等。

折射静校正技术：在交互折射波静校正中，处理好静校正的关键在于初至波的准确提取，因此，提取初至波要自动检查和调整，并人工提取。

动校正技术：倾角反射在动校正速度大的时候相干性好，亚平行反射在动校正速度低的时候相干性较好。通常，应用倾角时差校正能让不同倾角的横向反射层同时叠加。

横倾角分析技术：横向倾角是垂直于产生反射点散射和时间延迟的地震剖面的垂直剖面上的反射倾角的一部分，垂直于共深度点反射的中心点的强烈反射能得到横向倾角反射成分的地震数据。横向倾角校正对于叠加速度很敏感，首先要进行常速叠加以获得平缓倾角反射的最佳速度。横向倾角是根据经过横向倾角校正和用已知的常叠加速度用肉眼观察进行振幅叠加后推测出来的。

在解释技术方面，重视综合资料的解释技术，如综合重磁、地表地质、垂直地震剖面等资料对提高地下构造与岩性认识，圈定找矿远景区十分有益。此外，石油地震勘探中一些成熟的方法技术，可以经过实验后适度调整直接应用到金属矿的地震勘探中来，如多金属硫化物矿床反射地震波与油气产生的振幅随能量变化比较相似，可用已经发展成熟的局部"亮点"勘探技术和叠前反演分析技术去分析。

2.2 三维反射地震

复杂构造要用三维反射技术成像才能查明，实际工作中，沿平行线布置上千检波器，然后对垂直排列的炮点经行逐一放炮。国外三维金属矿地震采集主要强调以下3点：加强实验，对激发、接收等参数进行反复实验，确定最佳组合；在矿体附近区域加密采集；采用宽频接收。

三维地震勘探数据处理的关键处理步骤主要有：叠前滤波、折射静校正、DMO、叠后滤波和偏移。

叠前滤波：频率域地表一致性反褶积可保留与有用信号相关的最高频率；地表一致性反褶积有助于提高分辨率；补偿炮点和接收点在基岩裸露区和表层覆盖区不同地表条件下对耦合的影响；带通滤波、中值滤波和地表一致性反褶积后，横波的能量可得到衰减。

折射静校正：在结晶岩地区，准确求取风化层折射静校正值对地震成像至关重要。为了计算折射静校正值，可使用自动拾取初至方法，然后对需要修正的地方进行手动检查和修改。

动校正（DMO）：在结晶岩地区，不同岩性的岩石之间结构非常复杂，比如陡倾地层、断裂、变形、蚀变、褶皱等。在这样的地质条件下，反射体常受控于倾斜构造，三维克希霍夫DMO校正允许有不同倾向的反射体采用不同的背景速度同时进行叠加，留矿体小构造散射，加强陡倾反射信号的连续性。

叠后滤波和偏移：使用相关滤波器在频率域对叠后资料进行反褶积运算可以抑制随机噪声。为了使散射波归位，要采用不同的算法进行叠后偏移，进行比较，选择散射收敛最好的算法。叠前偏移适合大矿体强反射，利于保留散射，叠后偏移对小构造常规成像效果更好。因此，叠前偏移和叠后偏移要根据需求具体选择使用方式。

近几年，国外三维地震勘探解释技术比较重视综合地质、其他地球物理方法信息，建立三维地质地球物理模型，强调综合解释，特别是钻孔与岩性资料对容矿构造解释尤为重要；偏移剖面与未偏移剖面相结合进行解释；进行多波综合解释。

2.3 垂直地震剖面地震勘探

二维和三维地震技术能有效地使深部构造成图，但却对于角度大的陡峭倾斜构造效果不佳，也不能确定层速度，垂直地震剖面（VSP）地震勘探技术则可以解决这些问题。

国外多采用变偏移距 VSP（Walk－Away）、3DVSP等VSP观测系统，仪器向更深、耐压、耐温、适合各种井型的方向发展。在设定采集参数前，多采用照明技术对最佳观测位置进行评价选择。

其关键技术主要有：PS－SS波分离成像技术及3D－VSP偏移技术。

一般和地表三维地震勘探数据联合解释，提高解释精度，同时开展绝对振幅叠加成像，成像结果与透镜体位置对应很好。

3 应用篇

在实际应用中，由于多数有经济价值的矿床都存在于硬岩环境中，波阻抗差小，为了提高到最大信噪比，在采集和资料处理过程中需要特别注意细节：确保震源、检波器在基岩上耦合较好；在勘探前进行各种测试，选择最好的参数；硬岩环境中构造比较复杂，陡峭体多，需较高的分辨率和多次叠加提高信噪比解决问题；常常需要提前进行模拟仿真，用来确定适宜的检波器位置；富集矿床规模并不大，地震反射剖面长作为散射出现而不是反射，需加强追踪散射；叠加偏移是一个复杂的处理技术，既难又花费精力，必须谨慎使用；通常是在实验室进行矿石波速和密度测定，查明远景勘探区围岩密度是否可能产生反射，以此判断勘探是否可行。

总体来看，高分辨率地震勘探，适用于线状布设，圈定控矿构造，非常规观测系统，获取三维信息；三维地震勘探，适用于面状布设，发现圈定矿体，建立三维模型，对陡立岩体成像，尤其是陡立矿体或无反射情况；散射波成像，适用于确定矿体规模、方向、形状，尤其是探测不均匀矿体，在寻找不同矿床类型时，要根据矿床的地质特征进行具体分析。

3.1 金矿

由于贵金属的含量比较低，所以这些矿体无法通过地震方法直接确定。但他们周围常伴有蚀变晕，或常出现在逆冲断层岩脉或者剪切破碎带，这些构造可以通过VSP和高分辨率的广角二维和三维地震发射技术来确定。

3.2 镍－铜－铂岩浆矿床

地震发射技术非常适合内部层状结构或分层火成杂岩的探测，而且他们的围岩由于超镁铁岩和镁铁岩后期的分异而导致很大的阻抗差异，这表明在底部的超镁铁岩和镁铁岩可以反映出大多数围岩特征，镁绿岩也一样。大型硫化物矿体的围岩可通过二维和三维研究所得的绕射图直接检测到。由此推论，应用三维地震勘探技术可以勘探镍－铜－铂矿床及其围岩或大型的超镁铁质/镁铁质杂岩。

3.3 火山块状硫化物矿床

火山块状硫化物矿床通常向下趋于扁平，是由于海底热流在海洋岛弧和弧后环境下活动而形成的。此类矿床是典型的电 基岩和酸性火山岩沉积作用而成的，并且特别强调高度变化的支脉或细脉，其常常被拉长和小于中间体（小于2km）。虽然是开采铜铅锌，但通常还是显示为以黄铁矿为主。他们的反射波通常显示为纵波、横波以及混合波。二维、三维和VSP研究可以对这样的矿床进行成像。

3.4 斑岩铜矿床

斑岩型铜矿进行调查研究，可以确定该类矿床的区域地质构造。如果黄铁矿含有足够丰富的黄铁矿晕，可以作为勘探潜在的铜矿床的标志。

3.5 不整合型铀矿床

不整合型铀矿床是由于各种铀氧化矿物组成的扁透镜矿体，或者在前寒武纪盆地不整合沉积而成。可以用高分辨率的地震反射方法来圈定这些小的板块状矿区，而且可以根据谈们的低阻抗和体积大等特性来确定他们的晕。吃外，与这些矿床相关的断层可以使用二维和三维地震反射技术进行小偏移距的成像。

4 建议篇

近年来，我国金属矿地震技术取得了一些新进展，但是总体来说，尚处于应用初期。

随着我国深部找矿的不断推进，地震方法具有超深的探测能力，将具有广阔的发展前景。

对我国地震找矿的发展，建议加强复杂地表条件下地震勘探技术的研发，包括地震信息接收技术，采用灵活的观测系统，弱信号的提取及信噪比提高处理技术等。

建议开发更好的地震数据成像方法，综合利用各种地震波信息；扩大地震找矿方法的应用范围，总结其应用条件：变质晕、磁铁矿－赤铁矿系统、断层带特性与流体通道的地震波特性研究；加强地震勘探与其它地球物理、地质信息的综合解释技术；加强三维与vsP金属矿地震勘探技术的研究；重视散射波信息的成像技术。

建议以典型矿集区为例，开展地震找矿试点工作，建立金属矿地震找矿方法的示范基地。