金属矿勘探中的地震勘探成像方法技术的应用分析

桑 建

（新疆维吾尔自治区有色地质勘查局地球物理探矿队，新疆 乌鲁木齐 830011）

传统金属探矿主要采用的技术包括激发极化法、磁法、重力勘探法等，在浅层矿产应用中具有较好的效果，而对于深层金属矿的开发勘探力不从心，容易出现深层矿产结构掌握不准确、不清晰等弊端，需要通过技术进步来使用探测深度大、分辨率高的新型地震勘探技术。近些年，国内引入了反射波法、地震层析成像法等先进的技术，但是这些技术在国内的应用上，还有很多需要解决的问题，包括如何结合实际发挥先进技术最大的效果、如何为深层次勘探提供高分辨率效果、如何在矿业领域推广等。本文主要是对地震勘探成像方法技术在金属矿勘探中的技术种类和应用方法进行研究，具有较好的理论和实践参考价值。

1 金属矿地震勘探的难度分析

进入21世纪以来，在人类社会以经济为主导的发展模式下，工业文明对生态文明的影响也从“区域性”转为“全局性”、从“小众化”转入“规模化”，科技发展提升了人类对自然资源的索取能力，但仍然无法满足消耗需求。就各类矿产而言，地球浅层的资源几乎已经开发殆尽，为了满足现实需求，各国纷纷转向地球深部开采，新一轮的资源竞争拉开序幕；数据显示，世界上最深的矿产开采资源已经达到了4000-5000米以上，但是国内的矿产资源勘探能力还是停留在2000米左右，这表明国内的矿产深度开发还具有广阔的空间。

采用金属矿地震勘探技术进行矿产地层的结构性勘查，具有分辨率高、准确性好的优势，能有效解决金属矿产开采中的地质勘查问题，全面掌握金属矿的地下构造，提高矿产产出效果。但就应用而言，金属矿地震勘探的还存在一些困难，主要包括三个方面：①金属矿地质条件的构造比较复杂。地层往往是由地层倾角比较大的变质岩和岩浆岩构成，岩体的信噪比不高，反射面断断续续，散射响应比较多样，难以实现对围岩构造的成像。②金属矿地震数据采集比较复杂。金属矿的地表条件不好，地形起伏多变，岩石裸露和植被茂盛等多种情况都会出现，造成野外工作环境差，静态矫正资料和数据处理的难度都比较大，采集数据中会受到面波、声波、地下转换波等多种干扰。③金属矿地震数据分析比较复杂。地震数据记录的波场信号组成方式多样，需要进行深入处理。特别是目前还没有找到有效分类复杂地震波场和噪声的手段，对复杂的地质构造、金属矿中的散射体等，分析技术能力有限。加上地质波关系复杂，地震层和层位之间的关系比较复杂，导致对标准差的寻找准确率不高。

2 地震勘探成像方法新技术分析

2.1 反射波地震勘探成像法

该方法是利用人工地震来对地层内部进行进行勘探的方法。是应用于油气勘探上的主要手段，应用在金属矿勘探上还属于新技术。反射波法的优点是能比较准确地还原地下勘探范围的深度、结果和地质形态和构造，对地层岩性的判断准确性比较高。目前反射法地质勘探成像法已经形成比较成熟的勘探数据采集、利用的方法技术。金属矿勘探中，大部分的勘探表面都具有地质结构复杂多变、岩层形状形态种类多，表层是软土、岩石等材料，起伏变化比较大的特点，勘探中需要处理好岩层横向连续性比较差的问题。在矿产的浅层和中层区域，矿产会出现结构形状不规则，岩层介质不均匀，地层界面不稳定等情况，这时利用反射波地震成像法，就需要解决地震波常采集的数据比较差、质量不高的问题。所以在反射波法应用中，需要结合地层情况，地震数据采集情况，其他勘探法的资料，以及历史勘探成果，对波场资料进行具有合理性的修改补充，或者是删除[1-3]。

2.2 散射波地震勘探成像法

散射波法对非均匀介质地质勘探上具有很好的优势，能有效处理反射波法无法处理的复杂地质情况。这是因为地表非常难以接收到这些复杂部位的反射波，所以也就无法对这些部位进行成像。此时对复杂结构的反射波进行接收处理，就能基于这些数据实现对矿产结构情况的成像。散射波对金属矿产进行勘探，主要是利用到金属矿和周围岩层之间在密度和波速上的差别。比如岩体内部分布均匀时，散射波就比较少。如果内部存在多种金属矿体，岩体就会结构分散，不均匀，散射波数据就会被采集。不同岩层内部散射波的强弱，就能代表金属矿产可能存在的部位。

2.3 地面地震层析勘探成像法

金属矿产进行地震勘探时，能将地面层、表层的速度、不均匀构造数据进行采集后，通过长时间段内的数据排列，得到地面地震层析的图像，从而对金属矿所在区域的地震结构进行研究。地面地震层析勘探成像法是一种具有代表性的地球物理反演方法，主要通过对地层建立模型参数，正演、反演，以及对解进行评价等方法进行研究。建立模型参数化功能，就是金属矿形成接近地下结构模型的过程，是金属矿成像之前的关键性地层结构描述的方法，模型的效果会直接决定对地层的成像效果。

3 地震勘探成像方法技术实例应用分析

以下结合我国M省内M金属矿区展开地震勘探成像方法技术应用实证分析。

3.1 基本情况概述

M省的M金属矿区采用的是露天开发方式。由于开采的时间比较长，以及开采技术有限的影响，导致对矿区目前空区分布、矿产分布情况不是很清楚，给露天开采带来了安全隐患，导致开采效率不高。整个矿区平台面还比较平整，表层主要是爆破采矿形成的2-4米的碎石层。地下矿区空洞的数量、大小和状态都不同，已经知道的大小在3米到60米高度不等。以前矿区为确定矿产的区域，会采用钻探法进行探测，也先后使用过高密度电测法、电磁法等，但对矿区矿产层结构、成像效果都不是很满意。

3.2 反射波法地震勘探成像技术应用

首先对需要进行地震勘探成像的矿区进行静态下的校正操作。就是依据测量的数据对地表的起伏变化，降速带的变化情况以及消失的条件，通过对反射波的连续数据采集，得到其形态变化到恢复正常的各种连续数据之后。就可以对静校正数据进行叠加成像处理，主要目的是让反射波在处理中始终处于和振幅相关的状态，这时采用的技术通常是振幅叠加、补偿、归一化处理等。在对金属矿区的数据进行解释分析中可以发现：地质结构的浅层和岩体数据是，当整体变化速度是2500-6000m/s，密度2.51-2.58g/cm2，电阻率在1.38-3.16Ω·km，反演剖面的深度可以达到500米以上。

在数据分析中发现，如果速度处于中低速状态，密度、电阻率也体现的是中低速状态下的特征时，通过查询相对应的地面地质资料，可以分析认为该地下结构是一种高山角的异常结构岩体。地质结构的深层岩体数据是，整体变化速度8500-40000m/s，密度2.53-2.71g每立方厘米，电阻率在2.6-4.7Ω·km，反演剖面的深度可以达到近20000米。

在数据分析中发现，如果地层整体速度处于中低速状态，深度小于15000米时，密度、电阻率也体现的是中低速状态下的特征，通过查询相对应的浅层地质资料，可以分析认为该深层地下结构是高山角的一种异常结构岩体。

3.3 应用效果分析

综上应用效果分析，传统的金属矿产的地震勘探效果不满意的原因，主要包括地震地质条件比较复杂，传统技术因为成像覆盖次数比较少，对数据的成像导致像素低，准确性不好。因此本文对目前比较先进的反射波、散射波和地面地震层析三种勘探成像技术的优点进行分析。并将反射波法应用于M矿区进行仿真实验，结果证明反射波法能较好地实现对地质结构的成像和处理，为金属矿的勘探提供了有力的技术保障。