金属矿地球物理勘探技术与设备:回顾与进展

地球物理勘探技术是深部矿产资源勘查的主要技术手段.长期以来,我国地球物理勘查技术和仪器严重依赖国外进口,国产勘查技术无论仪器设备,还是方法、软件尚不能满足日益增长的深部矿产勘查需求."十二五"国家高技术研究发展计划（863计划）资源环境技术领域设立了"深部矿产资源勘探技术"重大项目,以提高深部矿产资源探测的深度、精度、分辨率和抗干扰能力为目标,研发高精度重磁探测技术、电法及电磁探测技术、地震探测、钻探和井中探测技术和装备.经过4年的攻关研究,突破了高精度微重力传感器、铯光泵磁场传感器、宽带感应式电磁传感器等10余项关键技术;研发、完善和升级了地面高精度数字重力仪、质子磁力仪、大功率伪随机广域电磁探测系统、分布式多参数电磁探测系统等18套勘探地球物理仪器设备;创新和完善了20余项勘探地球物理数据处理、正反演方法,研发和完善了2套适合金属矿数据处理及解释的大型软件系统,和8套其他专用软件系统,大幅度提升了我国地球物理勘探技术水平.本文旨在介绍项目取得的主要成果,首先回顾我国地球物理勘探技术的发展历程,然后再重点介绍"深部矿产资源勘探技术"重大项目取得的主要成果和进展,最后对发展我国地球物理勘探技术提出作者的看法和建议.     

电磁法在深部找矿中的应用现状及展望

地球物理勘探方法(尤其是电磁法)在发现金属矿产资源中取得了很大的成功.一般认为离地表500米以内的金属矿床已基本上被发现和勘探利用,并且正在迅速枯竭.由于在新的采矿区安装新的采矿设施非常昂贵,因此当前面临的挑战是在老矿区内及其周围寻找适合开采的深部矿体(0.5km～2km).寻找深部矿体需要大尺度的地球物理方法支撑,本文用有限篇幅介绍了电磁法在深部找矿中的应用现状、电磁法数据处理和解释研究进展及仪器设备研制进展,以典型案例说明了它们在深部找矿中的应用效果,对电磁法技术在深部找矿中的应用前景作出了展望.     

金属矿产资源探测的地震方法:综述与展望

当前,由于金属价格的不断升高和寻找浅层矿床难度的日益增大,矿产资源的勘探和开采必将向更深层发展.因而,地震方法已经成为用于金属矿探测的一种更重要的工具,以实现对深埋矿藏的构造进行清晰成像,帮助深层矿床的直接定位.本文回顾了硬岩环境下的地震方法,涵盖了岩石物理性质、地震采集处理解释技术等.通过梳理来自中国、澳大利亚,欧洲,加拿大,南非等国家的一系列广泛的研究案例,本文逐一论述了二维反射地震方法、三维地震方法、被动源与主动源联合地震方法、地震与其他地球物理场的联合反演等所涉及的基本原理、技术进展扣取得的探矿成果.在此基础上,本文讨论了当前金属矿地震探测中的得失,展望了未来技术发展和进步的潜在方向,以供勘探地球物理同行参考.特别建议了,必须开发金属矿勘探专用的地震数据处理与解释技术,诸如被动源与主动源的联合成像技术、多地球物理场联合反演技术、矿体的超分辨率反演技术、矿体内部非均质性的分析技术、矿体人工智能解释技术等,力争实现我国金属矿地震探测技术的原始创新.     

地球物理方法在山东某隐伏金矿勘探中的应用研究

深部找矿是当前矿产资源勘查工作的重点,需要新的理论和技术方法的支持。本文以在山东某金矿为例概述了该矿区的地质概况和地球物理特征,介绍了广域电磁的原理、仪器和工作方法,在该矿区开展广域电磁法勘探工作。通过对勘探结果的反演剖面图进行解译和推断异常,圈定靶位,验证了新型物探方法在深部找矿应用中的有效性。     

航空电磁勘查技术发展现状及展望

航空电磁作为一种高效的地球物理勘查技术手段,其发展在国外(加拿大、澳大利亚等国家)已十分成熟.然而,在我国该项技术仍处于发展当中,在国内目前尚未形成具有实际探测能力的航空电磁系统和解释手段.这一现状严重影响了我国对地形地质条件复杂区域(比如广大西部地区)矿产资源勘查的需求.本文旨在通过系统介绍航空电磁勘查技术中的基础理论、关键技术、仪器系统、数据处理、解释及应用,并对未来我国航空电磁勘查技术的发展提出建议,使读者了解该技术未来发展方向和研究热点,以期该项技术在我国得到快速发展并获得广泛应用.     

重磁方法在国内外金属矿中的研究进展

重磁勘探技术是国内外发展最早的查找多金属矿体的地球物理方法,其以多金属矿体与围岩之间的密度或磁性差异为物理基础,对密度和磁性差异较大的地质体分辨能力强.随着仪器设备的发展,航空重磁测量技术使地形陡峭地区的测量成为了可能,其勘探深度大、效率高、工作限制条件较少等优点也越来越受到物探工作者的关注.通过重磁勘探可以直接对致矿目标体进行勘探,也可用于圈定断裂和岩体的空间分布,查明成矿相关地质构造和划分构造单元等,为勘探金属矿起到关键的指示作用.在过去的几十年里,重磁勘探技术在国内外大量的金矿、铜矿、铁矿等有色多金属矿产的勘探发现中起到了至关重要的作用.本文主要对重磁勘探在金属矿勘察方面的原理、仪器、数据处理方法、反演解释及其应用的进展进行了比较全面的论述,总结了未来高精度重磁测量和数据处理技术方面的发展前景.     

深部地质资源地球物理探测技术研究发展

随着经济发展,人类经济社会对资源与能源的需求日益增加.我国在采资源正在枯竭,供需矛盾不断加大,对外依存度较高.国家对陆地盲区、深地和深海的资源勘探极为重视,同时未来勘探对象更为隐蔽、地质条件更为复杂,勘探与开采难度越来越大.地球物理方法作为勘查技术中最有效准确的预测方法之一,为满足勘探任务的需求,近年来地球物理勘探在研究新技术、新方法、仪器研发和数据处理解释等方面取得突破性进展.本文详细阐述我国的金属矿、煤矿、油气以及非常规油气资源的勘探开发现状,归纳了相应领域的地球物理技术新进展,对深地资源的勘探开发进行了展望,为资源与能源开发提供参考.     

激发电位測深法

利用金属矿体通过电流以后能产生电化学极化的現象,引起次生的激发电流,以普查勘探金属矿可以认为是研究金属矿地球物理勘探方法的一个重要进展.一般地球物理勘探方法的作用,除了磁法探寻磁鉄矿体以外,都还处于很不“直接”的阶段,例如使用重力法、电阻率剖面法、自然电流法等等所取得的物理現象,常常很难作出肯定的推断解释,因为它們常不肯定表示矿体的存在;一种現象可以为几种可能的地貭因素所引起,除非进行山地揭露,很难断定什么是現象的引起者.     

深部金属矿产资源地球物理勘查与应用

随着找矿勘探工作程度的不断深入,许多露天的和近地表的金属矿产资源已基本上被查明,在地表浅部(第一深度空间:0~500 m深度)找到大型或超大型金属矿床的难度将必越来越大,而金属矿产资源的短缺已在日益加剧.为了缓解当今的资源危机,必须进行深部找矿勘探(第二深度空间:500~2000 m深度).这是因为在地壳深部具有良好的成矿环境和找矿潜力,地球物理勘探技术的发展与成效已使得深部找矿成为可能.本文通过分析和讨论国内外典型金属矿产资源找矿过程的实践表明:地球物理勘探方法发挥着重要作用,因为它具有大探测深度、高精度和高分辨率的特点,可为深部金属矿勘查提供有效信息,是第二深度空间找矿勘探的有力手段.近年来,国内外的实践表明,深部矿产资源的地球物理勘探取得了尚在不断取得重要成效.     

地球物理勘查的准确度提高分析

当前由于我国经济飞速进步,社会对于矿产资源的需求日益加重,为了保证矿产资源供应,金属矿物的勘探是目前地质工作的关键的任务。目前在矿产业,利用地球物理勘查的技术为寻找深度埋藏的矿物质和寻找矿产提供了技术的支持。当前,地球物理勘探的技术越来越成熟,本文就是针对地球物理勘查的准确度的提高的问题进行讨论,借此为地质矿产勘查的相关人员提供参考的价值。     

2.5维海洋可控源电磁反演算法及影响参数研究

海洋可控源电磁法作为一种较新的地球物理勘探方法,在国外已被成功应用于海洋油气资源与天然气水合物的探测中,而我国在这方面的研究开始较晚.本文编写了基于非线性共轭梯度算法的海洋可控源电磁2.5维反演程序,结合理论数据对反演代码的正确性进行验证并讨论了反演参数对反演运算速度及效果的影响.研究结果表明,1)本文编写的2.5维反演程序正确可靠,计算结果与理论模型一致,2)在非线性共轭梯度反演计算中,正则化因子、预条件矩阵、线性搜索及共轭梯度更新因子等参数对实际的反演速度及精度都存在一定影响,可根据不同的勘探需求,调整反演参数以达到较好的反演结果.     

电磁法方法和仪器学术会议

中国地球物理学会于1987年5月28日至6月3日在湖南省大庸市召开了电磁法方法和仪器学术讨论会,到会的有全国11个部门40个单位的61名代表,中国地球物理学会常务理事王敬尧、湖南省分会理事长程方道同志出席了会议。 电磁法是勘查金属与非金属矿、能源、地壳结构、工程地基、废料处理和地震灾害预报等方面的重要手段。我国电磁法开始于五十年代,经历了几代人的努力,有了较大的发展。这次会议是地球物理学会召开的首届电磁法的专业学术讨论会,共收到论文50篇,在会上交流了34篇,内容十分丰富。代表们感     

深度视电阻率成像在航空瞬变电磁法探测矿体的研究及应用

深度视电阻率成像是航空瞬变电磁法中数据处理及分析的重要过程,能够提供具有参考价值的导体深度、垂向延伸等信息,并能准确提供每条航空瞬变电磁测量系统测线上的一维层状介质视导电率结构断面.而航空瞬变电磁法作为一种先进的地球物理勘探技术,近年来在国外多金属矿产勘查中应用效果显著.本文简要介绍了视电阻率的分析处理方法,以几组不同导体的MAXWELL板状模型为例,计算一维视电阻率深度,得到直观的视电阻率深度成像图.此项技术首次在黄土坡矿床开展测量试验的处理中,获得良好的效果,加快了航空瞬变电磁法的处理工作进程.     

多种频率域电磁法在冷水坑矿集区的应用效果对比

江西省冷水坑矿集区具有浅部斑岩型矿体与深部层控叠生型矿体的复杂组合.利用现代地球物理方法对矿集区地下深部结构进行了探测,对圈定地下容矿、示矿地质信息和认识地下深部成矿过程具有重要意义.本文以位于江西省贵溪市境内的冷水坑银铅锌矿田为试验研究区,开展了混场源音频大地电磁测深法(EH4)、音频大地电磁测深法(AMT)以及可控源音频大地电磁测深法(CSAMT)三种不同频率域的探测试验,研究和总结了频率域方法以及不同仪器电磁法数据采集特点和应用效果,为频率域电磁法勘探提供借鉴和参考.通过对冷水坑矿集区典型勘探线上三种电磁方法的数据处理,绘制了视电阻率和相位单点测深曲线、原始拟断面及二维反演断面图.发现单点曲线形态基本一样.由于AMT在低频段受矿区工业干扰,视电阻率曲线呈45°上升;视电阻率、相位拟断面对地下电性分层结构基本一样,总体可分为三层,且分层结构较清晰;二维反演断面能够较好反映地下高低阻异常响应,但响应效果有所差异且CSAMT法效果较好.因此在干扰严重地区,建议选用人工源发射的可控源音频大地电磁测深法(CSAMT).     

黑龙江下嘎来奥伊河上游铅锌多金属矿航空电磁异常特征及找矿意义

在黑龙江下嘎来奥伊河上游铅锌多金属矿区应用VTEM系统开展航空瞬变电磁、航磁测量,对比分析航空瞬变电磁dB/dt、时间常数、视电阻率及航磁ΔT、反演视磁化率特征与已知矿体地质特征的关系,探索航空瞬变电磁、航磁测量在该类型矿床的探测效果.结果表明航空瞬变电磁、航磁异常与已知矿体吻合度高,在已知铅锌矿体位置,航空瞬变电磁dB/dt呈明显单峰异常,时间常数为高值区,视电阻率为低值区;在已知铁矿体位置,航磁异常明显,反演视磁化率为高值区.总结该矿床航空瞬变电磁、航磁异常特征,建立找矿标志,进行找矿预测,有效地指导了下一步外围找矿工作.本次研究为在大兴安岭高覆盖地区寻找同类多金属矿产提供了一种高效的勘查方法.     

透射波勘探在寻找金属矿中的探讨

传统地震勘探大都是以考察地层速度界面为主的反射波勘探,而在金属矿勘探中,由于矿体与围岩的物理性质差异较小,所以未必能形成天然的反射界面,从而严重影响了反射波勘探的效果.本文从透射波勘探理论出发,详细阐述了基于极值法波场二次重构技术下,矿体正演地震波场响应特征.再将子空间联合反演技术运用于矿体反演中,并取得实效.说明透射波勘探在固体矿产勘查中具有较强的可行性.     

多道瞬变电磁法(MTEM)国外研究进展

多道瞬变电磁法(Multi-transient electromagnetic method,MTEM)最早由英国爱丁堡大学学者提出,该方法不仅融合了地震勘探中的数据采集和处理解释方法,而且把电磁法勘探中的几何测量和感应测量结合在一起,它是目前石油和矿产资源勘查领域具有发展潜力的电磁勘探方法.本文首先对MTEM方法的提出和发展过程进行了回顾,然后分析了其采用大功率接地源形式、伪随机码发射源、多道观测、类地震资料处理等特点等.最后介绍了采用MTEM在陆地、海洋等勘探环境下进行的探测和监测实际勘探例子.该方法成功的应用,为推进我国多道瞬变电磁深部探测系统研发起到了积极的作用.     

瞬变电磁法在雷门沟钼矿勘查中的应用效果分析

雷门沟钼矿属于角砾岩型钼矿床,就其赋存状态来说,从里到外为角砾岩钼矿体-角砾岩-正常围岩,矿体边界不清,矿体地表没有出露.角砾岩和围岩视电阻率差异明显,物探方法在该区具有物性前提.瞬变电磁法在该区的应用,取得了较好效果,建立了地质地球物理模型,为合理布置勘探工程寻找钼矿提供了依据.本文在简要介绍瞬变电磁法原理的基础上,以雷门沟钼矿勘查为例,重点对该方法技术的数据处理、资料解释、应用效果及一些技术问题进行了分析论述.     

电磁与地震联合反演研究现状与未来发展

不同的地球物理方法有各自的应用、优势和局限性,正是因为局限性的存在,单一地球物理方法在地球物理反演中具有一定的不足,例如反演精确度等,因此将多种地球物理方法进行联合反演要比单一方法反演具有一定的优越性.本文介绍了联合反演的分类方法,说明电磁与地震理论的相似性,以及物性上的联系,重点分析近几年国内外电磁和地震联合反演的研究进展、现状及存在的问题.对于不同类型物性参数在联合反演中的耦合问题,指出岩石物理方法适用范围.最后预测电磁和地震联合反演的发展方向,包括优化算法从线性到非线性,进一步到更高级算法;进行更多方法结合的联合反演;在维度上的拓展,一维到二维、三维,甚至四维.另外,加强联合反演岩石物性等先验信息的结合以及结构法反演前景广阔,需要进行更多实际应用验证.     

多通道瞬变电磁m序列全时正演模拟与反演

传统瞬变电磁方法主要用于金属矿勘查,无法满足油气资源高阻目标体的勘探需要.多通道瞬变电磁(MTEM)系统的出现解决了这一问题.该方法采用伪随机序列发射波形和拟地震观测方式,测量同线电场分量,记录全时发射电流及多道观测数据,实现对高阻薄层的高精度探测.鉴于国内对此方法的研究还处于理论探索阶段,尚未进行相应的仿真模拟和数据处理工作,本文针对m序列发射波形多通道瞬变电磁法的全时正演模拟和反演解释进行研究,为国内正在进行的MTEM仪器系统研发及数据解释提供理论指导.我们利用方波响应移位叠加和电流导数与阶跃响应褶积两种方法实现理论m序列和实际发射波形的全时正演模拟;再通过相关辨识技术,削弱噪声影响,计算脉冲响应;最后对积分得到的阶跃响应进行共中心点道集数据联合反演,获取地下电性分布信息.