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世界地球日：地面地球物理勘探方法综述

阅读次数：次发布人：发布时间：2022-04-23

【地球物理技术】系列科普3——科普文章选登：地面地球物理勘探方法综述

一

地面物探方法技术概述

地面地球物理勘探方法包括六个大类：

重（力）、磁（力）、电（电磁）、（地）震、放（射性）和（地）热。

自瑞典在1640年采用磁性指南针寻找铁矿以来，地球物理技术用于矿产勘查已有300多年的历史。上世纪50年代以来，许多不同的频率域和时间域电磁(FEM和TEM) 勘探系统先后被开发出来用于圈定块状硫化物矿床引起的低电阻率异常。

到上世纪 60年代和70年代的斑岩铜矿勘查全盛时期，许多不同地球物理勘探方法都获得了不同程度成功：重力、磁法、激发极化和自然电位。

今天，这些同样方法仍然在使用，但随着电子技术的高速发展，使这些方法特别是地球物理电法/电磁法和地震勘探技术具有更高的精度和灵敏度。例如:

· IP技术从传统时间域方法演变成了如今称为复电阻率或频谱（SIP）的多频的IP技术，并可用于区分蚀变、硫化物和地质干扰引起的异常；

· 垂直测深法，如可控源音频大地电磁测深(CSAMT)和瞬变电磁法(TDEM或TEM)可以用来圈定地质结构和块状硫化物矿体；

· 复电阻率法和TEM还可用于地面和井中两种勘探方式。井中物探技术，特别是跨孔地球物理层析成像技术可以用于评价孔间矿化和蚀变带的空间分布特征；

· 地震仪器和数据处理解释技术的发展大大地增加了其深部和浅部勘探的分辨率和解释能力。

寻找隐伏或深部矿需求的日益增长，带动了大探测深度物探技术的迅速发展。

80年代以来，可控源音频大地电磁法（CSAMT）、瞬变电磁法（TEM）、复电阻率或频谱激电、金属矿地震、阵列电磁、井中电磁波和地-井TEM等技术的研究、发展和应用取得引人瞩目的技术进步。

· 瞬变电磁法（Transient EM, 或TEM）

在一次场关断期间测量地下介质中感应电流产生的随时间衰减的二次场——瞬变电磁测深，最大探测深度可达到600米以上，该方法适用于探测低阻覆盖下的良导矿体，如块状硫化矿体。

另外，TEM剖面测量可用于快速发现和圈定良导电异常地质体的平面位置。

· 可控源音频大地电磁法（CSAMT）

是一种人工源的音频大地电磁测深技术，采用大功率（>20KW）接地电偶极发射，在0.1Hz – 10KHz频率范围内进行测量，通过反演解释获得地下二维电阻率断面，从而圈定目标地质体。其探测深度从几十米到1500米以上，也是目前地质找矿中最常用且勘探深度最大的物探方法技术之一。

· 金属矿地震技术（硬岩地震）

能源矿产资源勘查中成熟的高分辨地震技术用于金属矿勘查，特别适合于研究程度较高的矿区查明深部控矿构造、圈定容矿岩体甚至直接寻找深部隐伏矿体。

目前主要使用：反射波、折射波、散射波勘探技术。

特点：勘探深度大、空间分辨率高

· 分布式（阵列）宽带电磁法：AMT/MT

利用天然场音频大地电磁测深和大地电磁测深探测深度大的特点，采用小点距分布式（阵列）采集方式，通过二、三维反演技术提高空间分辨率和抗干扰能力。测量频率范围：0.01Hz– 10KHz，探测深度从几十米到数千米。

· 地-井TEM（轴向单分量或三分量）

TEM法的工作方式之一。特点：接收探头更接近目标体，受地面电磁干扰小，空间分辨率高、方位信息准确、探测深度大（>2000米）

· 跨孔电磁波CT测量技术

是一种探测钻孔之间矿体或其它异常地质体（如空洞、地下水通道等）分布的高分辨率物探方法技术。其工作频率范围从几十KHz 到几百MHz。在金属矿区横向探测距离可达数百米。

· 物探数据的二、三维反演解释技术

- 区域重磁三维反演、物性反演和三维可视化技术

- 瞬变电磁法（TEM）二维成像和三维反演技术

- 可控源音频大地电磁法（CSAMT）反演技术

- 金属矿三维地震数据采集与处理技术

- 阵列电磁二、三维反演技术

等技术的研究、发展和实用化取得引人瞩目的进步，大大提升了物探成果的准确性和空间分辨能力。

物探找矿的基本技术思路

· 物探技术应用的必备条件：勘查目标的地球物理前提。

· 物探技术应用的技术方法选择：勘探地质目标的空间物性结构。

· 物探找矿的基本技术思路：‘直接找矿’与‘间接找矿’并举的战略。

地面物探与地下物探组合运用的战术

直接找矿：发现矿致异常—提出找矿靶位

用物探等勘查技术方法取得直接是深部矿床（矿体）发出的信息—物探等勘查技术方法的异常，根据物探等勘查技术方法的基本原理和已建立的地质—地球物理等勘查技术方法找矿模型，研判异常是否为矿致异常，也就是对异常进行定性解释；若认为是矿致异常，经过定量解释后，对矿床或矿体进行定位、定深、定形态，通过钻探（或其它深部探矿工程）发现深部矿体，这就是直接找矿方式。

间接找矿：进行立体填图—圈出矿体可能的空间部位

用物探等勘查技术方法取得深部控矿、容矿、含矿地质体或地质现象（岩体、地层、接触带、破碎带、火山机构、褶皱带、沉积盆地等）的信息，经过解释和定量反演，编绘成前述目标地质体（特别是深部目标地质体）的推断立体地质图，根据成矿规律、成矿模式和矿产预测准则，在推断立体地质图上圈出矿床（矿体）可能的部位，通过钻探（或其它深部探矿工程）发现深部矿体，这就是间接找矿方式。

当矿体与围岩的物性无差异，不能满足物探直接找矿条件时，或物性虽有差异，但矿体规模小而埋深又大，不能满足物探在地表直接找深部矿的条件时，为了在地表找深部矿，应该采用物探间接找矿方式进行深部找矿。物探间接找矿时的目标地质体深度虽然大，但其体积远大于矿体，因此，发现它们要容易些。物探间接找矿在技术上遇到的难题也只有采用综合方法才能较好解决。

在物探进行直接找矿的实际工作中，还应该同时运用间接找矿工作方式。

· 一是有利于更好地判断所发现的异常是否为矿致异常；

· 二是当遇到矿体小且埋深大，使得异常弱或不明显时，还可以在地表按间接找矿方式进行深部找矿，一旦有钻孔后，再及时采用井中物探进行直接找盲矿。

物探找矿的方法组合

采用何种物探方法进行探测有效，主要决定于探测目标的物性差异、埋深和形态等条件，因此需要建立矿床的地质—地球物理找矿模型，它是指导物探找矿工作的依据。

物探间接找矿时的目标地质体基本有以下几种，立体地质填图需填出的是多个地质体的组合。在实际勘查中应采用哪些方法组合，还要根据填图的具体目标地质体的物性特点选定。

二

国内外勘查地球物理新技术与应用实例

勘查地球物理技术创新：

2-D和3-D多参数电磁测量技术

7C1

265E

· 主动源+被动源2-D电磁测量技术

更高的矿化分辨能力

301A

更准确的矿体定位能力

36E5

更强的深部隐伏构造探测能力

瞬变电磁（TEM）勘查技术

· 常规(传统)TEM

案例一：

CFF9

案例二：瞬变电磁法在加拿大Sudbury 铜镍矿集区深部1180米发现特富铜镍矿体

可控源音频大地电磁测深（CSAMT）技术

CSAMT野外布设

3099

实例一：红透山铜矿40线CSAMT反演电阻率断面

10551

实例二：某金矿30号脉256线EH4地球物理测量视电阻率剖面等值线图及地质剖面图

14AE9

SIP/CR法

SIP的应用领域：

浅埋深（h<=1000米）金属矿勘查vSIP法在金属矿勘查中有两个主要功能：

按极化物质在目标体中结构差异来识别目标体的地质属性（即区分矿与非矿）。此项功能又可细分为两项任务：

· 识别金属硫化物IP异常与含碳质地层IP异常；

· 在矿化背景中寻找相对富集地。

寻找深部（h<=1000米）隐伏矿（或找盲矿）；SIP法一般用在钻探等地质工程勘探前的物探详查阶段，地质任务是对勘探目标体的地质属性做判断此外，在该探深区间还能进行煤碳、石油、天然气、水、地热、污染、工程等地质目标勘查。只要地下介质中有导电性ρ和激电性IP物性差异的局部地质目标体，都能用SIP进行勘查。

偶极－偶极IP法野外生产布设图

43A7