地球物理野外实验场候选地遴选方法研究

龚胜平， 王明明

(1.中国地质科学院 地球物理地球化学勘查研究所, 廊坊 065000； 2.河北省区域地质矿产调查研究所, 廊坊 065000)



地球物理野外实验场候选地遴选方法研究

龚胜平1， 王明明2

(1.中国地质科学院 地球物理地球化学勘查研究所, 廊坊 065000； 2.河北省区域地质矿产调查研究所, 廊坊 065000)

通过研究地球物理方法对野外实验场候选地具体要求，确定候选地的符合条件；对多个矿区开展调研，遴选出候选地，研究各遴选场地的矿床地质特征，分析可能的勘探效果，总结遴选实验场的方法。最终遴选出一个合适的试验场地 并在场地上开展试验，试验效果良好。说明本遴选方法技术可靠，适用于试验候选地的遴选，依据本方法遴选出的场地可用。

地球物理实验场；候选地； 遴选; 方法研究

0 引言

野外实验场又称野外科学观测研究基地，是指在某领域能够长期独立开展对关键数据、现象等要素的监测和综合研究，试验示范新理论、新技术、新装备、科研与教学实习活动的野外场所。目前国内、外已建设诸多的野外实验场，包括土地[1]、地质、矿产、勘查技术、资源综合利用等领域[2]。其中,勘查技术类实验基地有地质力学所“十三陵应用地球物理实验基地”、北京市国土资源局建设的“综合勘查技术-北京房山野外基地”、航遥中心的航空地球物理试验场[3-4]、国家海洋中心的海上试验场等。针对本单位特点，物化探所利用基本科研业务专项建设地球物理野外实验场，在场地遴选、地质矿产特征研究、物探方法试验等方面做了大量工作，以建成用于开展地球物理方法试验的野外科学观测研究基地。

这里主要研究实验场候选地的遴选方法，利用遴选出的场地开展地球物理实验。遴选过程通过研究各种地球物理方法场地条件，制定实验基地的遴选条件，进而对全国各地多个矿区进行候选地筛选调研，对候选地地质矿产特征、景观条件进行调查研究。综合场地各方面特征，选出适合作为野外观测基地的靶区。研究靶区的矿床地质特征，分析可能的勘探效果，遴选出可靠、适用的实验场地，通过后期开展的试验验证，说明遴选方法可靠有效。

1 候选地遴选条件研究

地球物理探索地球的各种物理现象本身的规律性，地球物理实验场是为了提供野外观测地球物理场的场地，研究目标体与观测数据的关联特性。实验场的选择存在一个遴选标准的问题，满足什么样的条件才能作为地球物理实验场。试验工作又涉及重力、磁法、电法、地震等多种方法。场地需要考虑多种方法的适用性，就必须了解物探方法的物性差异需求及场地需要。不仅要考虑需求之间的共性，也需要考虑各方法的特殊性，从各个条件中寻找出场地应当具备的共同点，确立实验场的遴选标准。

遴选条件的研究方法为通过收集各方法所需的大致条件，召集相关学科专家进行集中讨论研究确定各种地球物理方法的场地条件，由各个条件最终确定场地满足的遴选基本条件。研究表明，物化探方法对实验场地的要求主要涉及以下几个方面：场地地形、可供试验面积、交通条件、矿床规模、覆盖层的厚度、物性条件、周围环境、矿床类型、矿体特征、地质条件等。可通过研究各地球物理方法的普遍与特殊需求，逐步确定场地遴选条件。

1.1 重磁方法场地条件研究

重力勘探是根据地球重力场研究地球构造及寻找矿产资源的一门地球物理方法。重力勘探解决的地质问题所依据基本要素是重力场在空间的分布，特别是地质构造及矿产资源这些密度(质量)分布不均匀因素引起的重力变化，即重力异常。磁力勘探研究的是磁异常，磁异常主要由磁性岩(矿)石在地球磁场磁化作用下而产生。研究讨论发现，实验场地如果要满足重磁勘探试验的需要，体现重磁勘探解决地质问题的能力，一般需要满足以下几方面：

1)实验场地下有密度体和磁性体，水平延展有限，物性差异是物探方法的前提，具有可分辨出的异常体是必不可少的，且能实现从背景值中识别出异常值。

2)实验场地形起伏不大。地形起伏对实验效率与效果会起到一定的影响。

3)周围无震动源，重力方法对震动较为敏感。

4)周围无磁性干扰，磁法对磁性干扰源较为敏感。

5) 覆盖层厚度以50 m～200 m为宜。

6) 周围有可采集的围岩及异常体岩石标本的条件，物性标本的测定对资料解释起到关键的作用。

7) 围岩地质情况清楚，地质情况的明了有利于资料的解释。

8) 场地相对长时间保留。

1.2 电法场地条件研究

电法勘探是利用地电场进行勘探的一门地球物理方法。地电场系指大地中天然存在或由人工建立的电场及电磁场。由此，试验方法分为可控源音频大地电磁测深法(CSAMT)、音频大地电磁/大地电磁测深法(AMT/MT)、瞬变电磁测深法(TEM)、激电法(IP)等。针对方法特点，对场地的一般要求为：

1)实验场地地形相对平坦、视线开阔，森林植被覆盖少，近地表有土壤沉积物，以利于野外试验工作的开展。

2) 实验场环境人文电磁干扰小，要求远离高压线、变压器、以及各种电磁发射台(2 km以上)；离开铁路及主干公路2 km以上；离开动力线、照明线500 m以上；现场无钻孔施工。

3)对地下异常目标体的要求具有一定深度与规模，并能够相对长时间保留。

4)对异常目标体与围岩间的电性条件要求目标体与围岩间具有激电视极化率、视电阻率的差异，其差异在2倍以上为宜。

5) 实验场地测线测点的布设要求，在垂直于异常体或构造的走向方向上，按200 m～400 m线距布设3条以上测线，各测线长度为1 500 m～2 000 m，点距为50 m。

6) 地质已知程度较高。

1.3 地震方法场地条件研究

地震勘探方法是根据对人工激发产生的弹性波在地球中传播的研究，来推断地下介质的结构和岩石的性质，从而达到勘探的目的。随着地质找矿工作向寻找盲矿和深部隐伏矿方向发展，地震勘探在弥补重、磁、电等物探方法，在寻找深部隐伏矿方面的某些不足方面起到积极作用，研究金属矿地震勘探具有积极的现实意义。

实验计划在场地上开展金属矿地震反射波场特征试验研究，细微深入地开展分析解决地震反射方法，在金属矿勘查中的有效反射波的识别、提取、处理和解释问题。符合地震方法的野外实验工作条件，场地一般应当满足：

1)可通过性。试验采用的激发设备为炸药及可控震源车，接收设备(仪器)为车载地震仪，无论是可控震源车还是车载地震仪，都是轮式车载设备，均需要平缓的场地地表条件，以便车载地震设备到达指定实验区，尤其是可控震源车，需要到达精确测试点。

2)浅层地质条件。在使用炸药作为激发震源时，需要在测试点钻打3 m左右的激发孔来放置炸药，因而试验场地浅层地质条件应该具备钻打激发孔的土质地层。

3)地震地质条件。地震反射方法是以波阻抗的差异为基本条件的。因此，实验场地目标异常体与其围岩的波阻抗或P波速度应该具有较大差异，这样才能采集到较高质量的地震数据。

4)已知程度。地震场地试验研究内容之一为测区岩心标本的速度、密度研究，建立地震地质模型，并进行模拟。因而实验场地地质资料应该已知程度较高，建立地震地质模型才能与实际地质资料相一致，这样在模拟过程中所取得的数据与实际地震数据可比性较高，可参考程度较大。

5)场地面积应不小于1 km×1.5 km。

1.4 地球物理测井场地条件研究

地球物理测井方法是采用专门的探测仪器设备，沿钻井剖面观测岩层的物理性质(岩石物理性质)，以研究解决地质问题，进而发现矿产资源。对场地的要求如下：

1)实验场有可供试验的钻孔。钻孔数量以2个以上为宜，以利于井间观测。

2)实验场地下有磁性矿体或硫化物矿体。

3)实验场有一定的覆盖层(大于10 m)。

4)场地面积应不小于1 km×1.5 km。

1.5 遴选标准建立

综合各方面因素、权衡各勘查方法特点，认为实验场需要最大程度地满足某些基本条件，其他条件可根据具体情况而定，由此可以确立实验场的遴选条件。基本条件可分为地形、交通、地质情况、场地面积、覆盖层厚度、物性差异、周围环境、矿床规模等。对于这些基本的条件，地球物理方法在实验过程中对它们有一个普遍的要求，方法本身对这些要求内容是基本一致的。因此可以将这些基本条件确定为遴选条件。通过研究、讨论、咨询得出11项基本条件，如表1所示。

确定了遴选条件，便可在多个场地中开展遴选工作，最终确定实验场候选地，在候选地中挑选出较为符合条件的实验场。

2 野外实验场候选地遴选

经过候选地场地标准的研究，确定了场地的遴选条件，进而有针对性地开展实验场候选地遴选调研工作。

在调研过程中，对收集的资料进行了整理分析，发现符合实验场候选地条件的矿区并不多，有的地形起伏较大，要求通过性的方法不适合。有的地质情况不甚清楚，无法收集到可靠资料。通过前期筛选，选出几个典型的矿床作为候选地进行进一步的遴选研究，现就各自的情况进行分析阐述。各个矿区比照表1的条件进行评判打分，最吻合的矿区为最佳场地。

2.1 矿区甲

2.1.1 矿区概况

矿区为铜多金属矿(图1)，位于张家口市区东北部。属燕山山脉西段，山势北高南低，沟谷近南北向，海拔在1 300 m～1 800 m。相对高差为600 m。出露地层为下元古界红旗营子群变质岩地层。近东西向滑动构造裂隙蚀变破碎带有多条，其中有的发育着热液型含铜多金属石英脉。

图1 矿区甲

热液型含铜多金属石英脉沿近东西向蚀变破碎带产出，厚度在0.80 m～1.25 m之间，铜铅锌拣块样品位为:Cu为0.32%～0.38%、Pb为0.37%～0.41%、Zn为0.48%～0.57%。矿化带长约600 m，产状为350°～353°，∠66°～67°。矿石类型为石英脉型铜多金属矿石。

2.1.2 勘探效果分析

比照表1所列的基本条件，由于已知矿规模较小，地形起伏较大，详细的地质情况很难收集，不适合遴选为地球物理野外实验场。

2.2 矿区乙

2.2.1 矿区概况

矿区为钼铜矿(图2)，位于安徽省池州市以南。研究区有公路直通，附近有316国道和多条省际公路与池州港相通，龙舒河流经本区，涨水季节民船可达池口，交通较为便利。

出露的地层主要有：志留系下统高家边组(S1g)、中统坟头组(S2f)、上统茅山组(S3m)，泥盆系上统五通组(D3w)，以及第四系覆盖层。各时代地层在本区表现为走向北东，倾向北西-北的单斜构造，倾角21°～54°。矿化方式以细脉状为主。由此形成的矿石自然类型主要为脉型，其中包括辉钼矿-石英脉型矿石、黄铜矿-石英脉型矿石、薄膜状辉钼矿矿石和浸染型矿石。

表1 实验场满足的基本条件

图2 矿区乙

2.2.2 勘探效果分析

比照表1所列的基本条件，虽然满足交通便利条件，但是矿石品味不高，地形不理想，属于丘陵地带。如开展实验，分辨率难以达到要求。因此，该矿区作为实验场的条件不具备。

2.3 矿区丙

2.3.1 矿区概况

图3 矿区丙

矿区为银多金属矿(图3)，位于克什克腾旗与西乌珠穆沁旗交汇处的克什克腾旗一侧。现查明矿石储量一千七百多万吨。矿床为岩浆热液矿床，地表及浅部为氧化矿，氧化带深度为基岩下8 m～14 m，深部及隐伏矿为硫化矿。矿床查明工业矿体20多个。矿区内各矿体规模大小不等，沿长数十至二千余米，延深数十至一千余米，厚度一般0.5 m至十几米。矿体呈脉状、似脉状，走向近东西，倾向北，倾角为10°～ 50°，个别矿体走向北西，倾向北东，倾角一般为26°～ 34°。

2.3.2 勘探效果分析

矿区矿床规模较大，前人已做大量物探工作有利于对比。另外矿区处于内蒙古地区，满足地形要求。因此该矿床满足地形起伏不大、交通方便、矿床规模、具备物性差异、地质情况清楚等基本条件。但由于矿床经济价值较高，开采程度较大，矿区周围污染严重，且不适于长期工作与保存。

2.4 矿区丁

2.4.1 矿区概况

矿区位于内蒙古自治区中部(图4)，属于铜钼矿。矿区通往外地全为公路运输，交通条件方便。矿区相对高差小于100 m。探明的矿床储量六百多万吨。目前尚未大规模开采，且能保存3年以上时间。

图4 矿区丁

矿区周围出露地层为石炭系—二叠系宝力高庙组变质长石石英砂岩、粉砂质板岩。地层产状为295°～330°，倾角为40°～60°，局部近于直立，分布于矿区南部。矿区所见岩浆岩主要分布于宝力高庙组两侧，南侧为石炭纪黑云母二长花岗岩。区内中酸性脉岩较为发育，主要有石英斑岩脉、闪长玢岩脉、花岗细晶岩脉、石英脉、硅质脉等。总体呈北西向分布，其中硅质脉及石英脉与矿化关系密切[3-4]。

矿区断裂构造较为发育，主体构造与区域构造线一致，呈北东向展布，与主体构造相配套分布一些以北西向为主的次级断裂构造，这些断裂均为后期石英脉所充填，并形成总体走向北东(接触带)雁行式排列的含矿石英脉群。其中北东(包括北东东向)断裂构造为区内主要控岩控矿构造，构造走向不明，部分北西向断裂成为主要的储矿构造[5]。

2.4.2 勘探效果分析

矿区满足交通方便、地形平坦，收集资料齐全，地质情况较为清楚。另外满足具有物性差异、已知矿床较为透明、矿床规模等基本要求。且具有测井的钻孔条件。由于未大规模开采，周围污染也不大，且可保留3年以上。不足之处在于覆盖层厚度较低，矿区平均覆盖层厚度仅为5 m。

综合各个矿区条件，对候选场地针对表1所列的条件进行综合评判。研究表明：矿区多数不能满足长期保存、地形平坦两项内容。 矿床规模较大的矿区在污染方面也较难达到要求。仅矿区丁除了覆盖层厚度一项外，多项指标均达到实验场的基本条件。该矿区为各候选地中最佳的场地。因此，可将该矿区遴选为野外实验场。

3 场地试验结果分析

通过4个典型的矿区对比，矿区丁为较为合适的实验场地，满足遴选基本条件的除第5项的所有要求。另外由后期的现场踏勘和场地实验效果看，取得了较为满意的实验结果。其中在场地上开展了重磁、电法，地震等方法的对比实验。实验结果显示：根据物性采集标本，围岩与矿体有明显的密度、电阻率、磁化率等物性差异；地表在已知矿部位有明显的中低视电阻率、高极化率异常响应，分辨率较高；矿区内出现明显的带状重磁异常，反映控矿构造走向；地震勘探采集了矿区深部数据，完成了两条十字剖面。从采集过程看，由于地形平坦，采集效率极高，各方法均如期或提前完成了工作任务。总之试验结果令人满意，验证了遴选方法的有效可靠。

存在的问题主要有场地偏于边疆，冬季较为漫长，适合工作的时间段较为短暂。另外覆盖层的厚度也不尽如人意。但是 遴选出实验场地基本能够满足实验要求，场地是可用的，并且确定的遴选条件同样适用于进一步的场地遴选工作。

4 结论

通过研究地球物理方法对野外实验场地具体要求，研究确定实验场的遴选条件；对多个矿区开展调研，收集相关资料，研究遴选出的候选地的矿床地质特征，分析可能的勘探效果，最终确定最佳的遴选场地。由遴选出的场地试验结果可以看出，该遴选方法技术是可靠的，场地是可用的。

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Research on selection method of geophysical experiments candidate fields

GONG Sheng-ping1, WANG Ming-ming2

(1.Institute of Geophysical & Geochemical Exploration, CAGS, Langfang 065000,China;2.Hebei Institute of Regional Geological Survey for Mineral Resources, Langfang 065000, China)

To determine the requiring conditions that the candidate fields need by studying the specific requirements of geophysical methods for field experiments to field candidates. Researches on selecting out the candidate fields, the geological characteristics of the deposit of each selected field and the possible effects of exploration were carried out using a number of mines. The test results were discussed and the selection method of the experimental field to prove the reliability, availability and venue selection method techniques were summarized.

geophysical experiment field; candidate place; selection; method research

2014-08-26 改回日期：2014-11-04

国家重大科学仪器设备开发专项(2011YQ05006011)；基本科研业务费专项(AS2010P01，AS2011P01)

龚胜平(1980-)，男，硕士,主要从事地球物理勘查技术的应用与研究工作，E-mail: 15132672772@126.com。

1001-1749(2015)04-0459-06

P 631

A

10.3969/j.issn.1001-1749.2015.04.08