论地下物探在有色金属矿山寻找隐伏矿体的应用

张海东，夏 丽，陈旭日

（江苏省有色金属华东地质勘查局，江苏 南京 210007）

就我国有色金属矿产资源分布情况而言，隐伏矿体的储存量远远大于裸露矿体的储存量。因此，选择隐伏矿体，对我国社会经济持续健康的发展有非常重要的意义，但隐伏矿体通常深埋地下，找矿难度远远大于裸露矿体的寻找难度。采用地下物探技术，可有效降低隐伏矿体的找矿难度，而且技术比较先进，技术水平含量比较高，可快速从复杂的地质条件中找到隐伏矿体。基于此，开展地下物探在有色金属矿山寻找隐伏矿体的应用就显得尤为必要。

1 寻找隐伏矿体的必要性

隐伏矿体通常深埋地下，储量比较大，寻找隐伏矿体的必要性主要体现在以下几个方面：

其一是寻找隐伏矿体，有助于发展更大的有色金属资源储量，增加能源的可开采量，为我国社会经济发展和基础设施的完善提供更多的能源支持。

其二是通过寻找隐伏矿体，可进一步扩大有色金属采矿的规模。那些裸露在地表上的矿床，都会受到矿床环境的影响和限制，勘探和开挖的深度通常在500m之内。而隐伏矿体多位于地下，受到侵蚀比较轻，其存储量远远大于裸露矿体，受到环境的影响比较小。寻找隐伏矿体，可进一步扩大开挖面积，促使矿体的开挖工作更加简单。

其三是社会的进步，经济的发展，人民生活水平的提升，对矿产资源的需求量与日俱增。需要寻找到更多的新矿体，才能满足持续发展的需求。近年来，我国在寻找隐伏矿体方面取得了良好成绩，如个旧锡矿、广东凡口铅锌矿等隐伏矿体的发现，无不标志着我国隐伏矿体资源潜力丰富。

2 地下物探的原理和特点

2.1 原理

地下物探的基本原理是研究地球物理场或者是某些物理现象，如：地磁场、地电场、放射性场等，而不是对岩石特性、矿产的种类等进行研究。地下物探和地质学方法在应用原理上有本质的区别。地下物探主要是通过对场的研究来掌握和了解整个掩盖区域的地质结构以及产状。因此，在寻找隐伏矿体时主要用到物理学方法或者地区物理学方法，将地电学、地磁学等应用到隐伏矿体找矿中可大幅度提上找矿的效率和精度。地下物探包括多种探测方法，包括各种坑道物探和测井方法坑道无线电波透视法、坑道地质雷达测量、坑道重力测量、电测井、放射性测井、声波测井、重力测井、井中磁测、井中无线电波透视法等。这些物探方法的确定可以对地下资源进行检测和发展，地下物探多应用于煤田、金属与非金属勘探和水文地质、工程地质。在有色金属矿山寻找隐伏矿体工作中，地下物探更是起到了关键性的作用，通过对地下矿体测试的分析，可以确定异常体的性质和特点，进而发现隐伏矿体的位置和深度并设计一系列的开挖工作。

2.2 特点

和其他寻找隐伏矿体的方法相比，地下物探具有非常显著的特点，主要体现在以下几个方面：

第一，需要通过两个转化才能完成隐伏矿体寻找，需要先将地质问题转化地球物理探矿问题，再使用地下物探技术，得到一些数据之后，再进行分析、研究确定地质体，明确地质体和物理现象之间的关系，将物探的结果转化为地质上的语言和图示，进而推断出隐伏矿体的埋藏情况以及成矿地质问题。

第二，地下物探具有多解性，在使用地下物探寻找隐伏矿体，通常会得到很多异常数据，此种数据通常多样的，这是因为相同地质体可能拥有不同的物理场，不同的地质体也可能拥有相同的物理场。这就使得地下物探异常推断具有多解性，比如：磁铁矿、磁黄铁矿或者是超基质岩，都会引起磁异常。所以，仅采用一种物探方法，通常难以得到肯定的地质结论，需要对中物探方法联合使用，才能得到肯定的结论[1]。

第三，每一种地下物探方法，都有非常严格的应用条件和使用范围，这是因为矿产地质、地球物理特性在不同地区，不同地质条件下，有不同的体现，会影响地下物探方法应用的有效性。

3 地下物探在有色金属矿山寻找隐伏矿体的应用方法

3.1 矿区概述

某矿区，岩性主要为燧石条带白云质灰岩，总体走向为NW，略有向SW倾斜的趋势，从岩性条件和结构的角度而言，属于比较稳定的单斜岩层。整个区域中断裂构造发育，由北西西向断裂带和北北东向断裂带相互作用，控制着该矿区的展布。

3.2 磁法的应用

该矿区各类矿体的磁性差异明显，磁铁矿（岩芯）样品数为71，视磁化率为268×10-5SI，剩余磁化强度为125×10-3A/m；磁铁矿（地表）的样品数为24，视磁化率为7830×10-5SI，剩余磁化强度为380×10-3A/m；含矿矽卡岩的样品数为75，视磁化率为150×10-5SI，剩余磁化强度为88×10-3A/m；磁铁矿化大理岩的样品数为45，视磁化率为8700×10-5SI，剩余磁化强度为1000×10-3A/m。该矿区众多矿体中磁铁矿具有磁性最大，其与岩石为弱磁性，磁性条件决定了可以采用磁法来寻找和磁铁矿有关的隐伏矿体。

通过磁法探测发现该矿区存在一处类似“花生状”的二度异常体，总体走向为NW，贯彻整个矿区。100nT以上等值线范围的长度为3000m，宽度达到1500m。而600nT以上等值线两个独立的异常用，用C1区和C2区进行表示。通常现场勘查和开采经验表明，C1区引起磁异常的主要原因是在200m以下的地下，隐伏着多个磁铁矿体。而C2区域磁异常的面积比较大，但多被灰岩覆盖，长度约590m，宽度约230m，其中SE向的宽度略大于NW向，等值线中部比较密集，并且略微向两侧扩张。从前人研究结果上来看，C2区中展布的细粒闪长岩并不是引起磁异常的关键因素，因此，在C2区的深部一定还隐伏着强磁性地质体[2]。通过分析磁法形成的延拓剖面可知，随着下延深度的增加，磁场梯度愈发陡峭，下延曲线的梯度和负值呈现出右支大于左支的效果，且各条下延曲线和断面图上下延400m的距离之后，等值线相交在距离基本相同的两个畸点之上。这就可以充分说明，C2区磁异常400m以下必然隐伏着强磁性地质体，其形状近似椭圆，埋深在597m左右。

在具体应用中为最大限度上发挥出磁法的作用，找矿的效率和准确性，要尽量采取低频简谐场或者不稳定场，要通过钻孔为测量线来研究钻孔周围空间，从而发现钻孔周围的良导电性矿体，并进一步确定矿体的展布情况和延伸性。以钻孔为中心，在钻孔四周布设大激发回线，并在钻孔中布设探头，来实现实时接收和测量。钻头通常情况下，由EM传感器和定向仪共同组成。其中EM传感器有感应线圈场回馈感应线圈和磁通门磁力计等几种。其中回馈感应线圈具有良好的增益效果，而且信号保真度比较高。磁通门磁力计是目前比较先进的电磁传感器，具有很高的灵敏度和精度。随着科学技术的不断发展，很多高新技术和设备被广泛应用到有色金属矿山寻找隐伏矿体中，大大提升了找矿的速度和准确性，尤其是电磁探测技术，实现了通电时间段内的测量，而且能够以很低的频率进行测量，在有色金属矿山寻找隐伏矿体中应用的优势愈发明显，不但成本低，信噪比比较小，大大提升了有色金属矿山寻找隐伏矿体的效率和准确性。即使在干扰因素较复杂的近矿勘查区对目标体的探测能力也大为增强。目前，井中电磁法可用于探测圈定并描述表征钻孔周边的良导体，特别是应用于块状硫化物的勘探，它可以有效延伸和扩展对块状硫化物的探测孔径可达几百米。

3.3 电法的应用

案例矿区矿产资源的电性差异也比较明显，磁铁矿（地表）样品数为22，视极化率为30%，视电阻率为15×102Ω·m；含矿矽卡岩的样样品数为11，视极化率为8%；含黄铁矿辉长辉绿岩的样品数为30，视极化率为13.4%；辉长辉绿岩的样品数为31，视极化率为2.10%，视电阻率为2.2×102Ω·m。其中磁铁矿的视极化率最高，含黄铁矿辉长辉绿岩的视极化率次之，但都大于3%。其与矿产的视电阻率比较相近。电性差异明显，可采用电法来寻找隐伏矿体。

激发极化异常在该矿区和出露的NW向含矿构造带以及粗面斑岩位置有明显表现，这些和磁异常的情况基本相同。这就可以充分说明，表明斑岩体自身就是极化体。而激发极化异常向SE的强度逐步减弱，表明该矿区岩体向SE灰岩覆盖厚度逐步加大，限制了电法寻找隐伏矿体[3]。为探究矿区成矿地质意义，沿着整体异常轴部布置了CD垂向电阻率测定测探剖面，再结合现有的地质勘探结果，发现岩体接触界线非常明显，其中C1异常区域斑岩体的东部接触带深部向SE侧隐伏。而C2矿区异常的地下深部存在和C1矿区相近的低阻地质体。

在进行有色金属矿山寻找隐伏矿体中电法也比较常用的探测方法，能够全方位反应自然电位的空间分布情况，按照自然电位的空间分布情况就能获得存在异常的具体性质、空间位置、产状要素、形态等。

大量研究和应用实例表明，在有色金属矿山寻找隐伏矿体，虽然巷道对自然电位有一定的影响，但此种影响也仅仅限制在电位绝对值的变化上，并不会影响实际的分布情况。所以，在有色金属矿山寻找隐伏矿体中，坑道的存在通常不会影响异常的定向分析，而且由于其观测方法多样，可发现全空间、不同方位的全面观测，从而更好的判定隐伏矿体的空间赋存位置，提升有色金属矿山寻找隐伏矿体的效率和准确性。

3.4 CSAMT的应用

为处理该矿区激发极化法探测深度不足的问题，还同时采用了CSAMT探测方法，探测结果表明，磁铁矿和其他岩体存在多个级次的电性差异，尤其是石英细粒闪长岩的结构比较紧密，含有大量的金属硫化物，这和该矿区矿产资源的成矿有密切关系。通过CSMAT探测结果显示，该矿区存在500m～800m深度不等低电阻带，视电阻率的数值低于700Ω·m，主要分布在8线到3线之内，分布的面积比较大，主要是以0线为中心，逐步向北西、南东扩展。而且在低阻带的上部分部高电阻率场区，电阻率的值普遍在2000Ω·m以上，下部为中阻率场区，电阻率值在700Ω·m～1000Ω·m之间。从这些数值中可以清楚看出，该矿区主要的岩性为物迷山组白云岩，且电阻率比较高。磁铁矿和含有钼铜矽卡岩的电阻率比较低，仅在100Ω·m～200Ω·m之间。

在应用此种方法进行有色金属矿山寻找隐伏矿体中，主要是以不同岩体和矿石的激电效应的不同为基础，观察激电效应来探测地下金属隐伏矿的埋藏情况。井中激发极化法是地面激发极化法应用的延伸和扩展。通常应用在地下激发极化异常的评价中。和磁法以及电法相比，激发极化法既能应用在电阻率的勘查中，也可以很好的应用在围岩差异比较显著的块状硫化物矿床探测中，尤其是在浸染状斑岩性金属矿床找矿中具有的优势是磁法和电法无法比拟的。对地面激发极化探测方法而言，几乎不会形成假异常的问题，同时按照供电及测量电极位置的不同这种方法可分为井-井、井-地、地-井3种工作方式。井-井方式可用于追索和研究深部矿体和2个钻孔之间矿体的相互关系；井-地方式可沿矿体走向在地表圈定矿体的范围；地-井方式用于发现井旁或井底的盲矿体并确定其位置。

3.5 寻找寻找隐伏矿体的效果分析

地下物探在寻找隐伏矿体中应用时，主要通过地下地质结构和地质体因物性差异引起的异常作为找矿标准，因此，地下物探获得结果其实是一种间接的、非实物性的结果，要进一步验证分析，才能准确获知隐伏矿体的具体位置和实际情况[4]。通常采用钻探法来验证地下物探。就案例工程而言，为严重地下物探的准确，采用钻探对地下901.5m内的地质构造进行分析，钻探结果表明，在360m～554m的范围中出现了多层钼矿体，平均品位为0.108%；在598m～882m的范围中出现了铁矿体赋存段，平均品位为25.16%。在686～742范围内铁矿化连续集中，平均品位达到30.98%。表明采用磁法、电法、CSAMT多种地下物探相互的方法，可有效解决隐伏矿体多解性的问题，可为钻探工程提供更加真实有效的勘察结果。

4 物探异常的验证分析

在有色金属矿山寻找隐伏矿体应用地下物探技术时，经常会出现物探异常的问题，引起此问题的主要原因是地下地质构造以及地质体的不同，可看做是一种间接的、非实物性的物体结果，需要进行异常验证分析，来获得物探结果的真实性。

就案例金属矿山而言，通过多种地下物探的联合探测可知，此金属矿床的一般规律体现在以下几个方面：

第一，该金属矿山探测区域内，矽卡岩型磁铁矿及其矿化体的上下盘附近，存以钼为主的工业矿体，此种岩性中金属硫化物的含量比较高，属于成矿的有利地段。

第二，岩体中黄铁矿化虽然也比较普遍，但边部，要强于内部，并且在黄铁矿的细脉中，存在铜矿体，主要表现为“两高一低”的特征，也是成矿的有利地段。存在高磁场值、高视极化率值等。因此，该矿山隐伏矿的埋藏深度比较大，可用钻探法进行进一步验证。

第三，每种地下物探技术都有其独特的优缺点，在具体应用中，可进行相互补充和相互验证，才能发挥出各自的优势，克服找矿的难度，提升找矿的准确性。

5 结语

综上所述，本文采用工程实例结合理论实践的方法，分析了地下物探在有色金属矿山寻找隐伏矿体的应用，分析结果表明，寻找隐伏矿体是我国矿产资源开采事业发展的主要方向。但隐伏矿体埋深大，存在多解性，传统探测技术，难以准确、有效寻找到隐伏矿体。采取多种地下物探技术相互结合的方法，可快速找到隐伏矿体的位置，并确定埋藏深度，为进一步进行钻探提供真实有效的参考，值得大范围推广应用。