金屬礦勘探中的地震勘探成像方法技術(shù)的應(yīng)用分析

桑 建

（新疆維吾爾自治區(qū)有色地質(zhì)勘查局地球物理探礦隊，新疆 烏魯木齊 830011）

傳統(tǒng)金屬探礦主要采用的技術(shù)包括激發(fā)極化法、磁法、重力勘探法等，在淺層礦產(chǎn)應(yīng)用中具有較好的效果，而對于深層金屬礦的開發(fā)勘探力不從心，容易出現(xiàn)深層礦產(chǎn)結(jié)構(gòu)掌握不準(zhǔn)確、不清晰等弊端，需要通過技術(shù)進步來使用探測深度大、分辨率高的新型地震勘探技術(shù)。近些年，國內(nèi)引入了反射波法、地震層析成像法等先進的技術(shù)，但是這些技術(shù)在國內(nèi)的應(yīng)用上，還有很多需要解決的問題，包括如何結(jié)合實際發(fā)揮先進技術(shù)最大的效果、如何為深層次勘探提供高分辨率效果、如何在礦業(yè)領(lǐng)域推廣等。本文主要是對地震勘探成像方法技術(shù)在金屬礦勘探中的技術(shù)種類和應(yīng)用方法進行研究，具有較好的理論和實踐參考價值。

1 金屬礦地震勘探的難度分析

進入21世紀(jì)以來，在人類社會以經(jīng)濟為主導(dǎo)的發(fā)展模式下，工業(yè)文明對生態(tài)文明的影響也從“區(qū)域性”轉(zhuǎn)為“全局性”、從“小眾化”轉(zhuǎn)入“規(guī)?；保萍及l(fā)展提升了人類對自然資源的索取能力，但仍然無法滿足消耗需求。就各類礦產(chǎn)而言，地球淺層的資源幾乎已經(jīng)開發(fā)殆盡，為了滿足現(xiàn)實需求，各國紛紛轉(zhuǎn)向地球深部開采，新一輪的資源競爭拉開序幕；數(shù)據(jù)顯示，世界上最深的礦產(chǎn)開采資源已經(jīng)達到了4000-5000米以上，但是國內(nèi)的礦產(chǎn)資源勘探能力還是停留在2000米左右，這表明國內(nèi)的礦產(chǎn)深度開發(fā)還具有廣闊的空間。

采用金屬礦地震勘探技術(shù)進行礦產(chǎn)地層的結(jié)構(gòu)性勘查，具有分辨率高、準(zhǔn)確性好的優(yōu)勢，能有效解決金屬礦產(chǎn)開采中的地質(zhì)勘查問題，全面掌握金屬礦的地下構(gòu)造，提高礦產(chǎn)產(chǎn)出效果。但就應(yīng)用而言，金屬礦地震勘探的還存在一些困難，主要包括三個方面：①金屬礦地質(zhì)條件的構(gòu)造比較復(fù)雜。地層往往是由地層傾角比較大的變質(zhì)巖和巖漿巖構(gòu)成，巖體的信噪比不高，反射面斷斷續(xù)續(xù)，散射響應(yīng)比較多樣，難以實現(xiàn)對圍巖構(gòu)造的成像。②金屬礦地震數(shù)據(jù)采集比較復(fù)雜。金屬礦的地表條件不好，地形起伏多變，巖石裸露和植被茂盛等多種情況都會出現(xiàn)，造成野外工作環(huán)境差，靜態(tài)矯正資料和數(shù)據(jù)處理的難度都比較大，采集數(shù)據(jù)中會受到面波、聲波、地下轉(zhuǎn)換波等多種干擾。③金屬礦地震數(shù)據(jù)分析比較復(fù)雜。地震數(shù)據(jù)記錄的波場信號組成方式多樣，需要進行深入處理。特別是目前還沒有找到有效分類復(fù)雜地震波場和噪聲的手段，對復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造、金屬礦中的散射體等，分析技術(shù)能力有限。加上地質(zhì)波關(guān)系復(fù)雜，地震層和層位之間的關(guān)系比較復(fù)雜，導(dǎo)致對標(biāo)準(zhǔn)差的尋找準(zhǔn)確率不高。

2 地震勘探成像方法新技術(shù)分析

2.1 反射波地震勘探成像法

該方法是利用人工地震來對地層內(nèi)部進行進行勘探的方法。是應(yīng)用于油氣勘探上的主要手段，應(yīng)用在金屬礦勘探上還屬于新技術(shù)。反射波法的優(yōu)點是能比較準(zhǔn)確地還原地下勘探范圍的深度、結(jié)果和地質(zhì)形態(tài)和構(gòu)造，對地層巖性的判斷準(zhǔn)確性比較高。目前反射法地質(zhì)勘探成像法已經(jīng)形成比較成熟的勘探數(shù)據(jù)采集、利用的方法技術(shù)。金屬礦勘探中，大部分的勘探表面都具有地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變、巖層形狀形態(tài)種類多，表層是軟土、巖石等材料，起伏變化比較大的特點，勘探中需要處理好巖層橫向連續(xù)性比較差的問題。在礦產(chǎn)的淺層和中層區(qū)域，礦產(chǎn)會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)形狀不規(guī)則，巖層介質(zhì)不均勻，地層界面不穩(wěn)定等情況，這時利用反射波地震成像法，就需要解決地震波常采集的數(shù)據(jù)比較差、質(zhì)量不高的問題。所以在反射波法應(yīng)用中，需要結(jié)合地層情況，地震數(shù)據(jù)采集情況，其他勘探法的資料，以及歷史勘探成果，對波場資料進行具有合理性的修改補充，或者是刪除[1-3]。

2.2 散射波地震勘探成像法

散射波法對非均勻介質(zhì)地質(zhì)勘探上具有很好的優(yōu)勢，能有效處理反射波法無法處理的復(fù)雜地質(zhì)情況。這是因為地表非常難以接收到這些復(fù)雜部位的反射波，所以也就無法對這些部位進行成像。此時對復(fù)雜結(jié)構(gòu)的反射波進行接收處理，就能基于這些數(shù)據(jù)實現(xiàn)對礦產(chǎn)結(jié)構(gòu)情況的成像。散射波對金屬礦產(chǎn)進行勘探，主要是利用到金屬礦和周圍巖層之間在密度和波速上的差別。比如巖體內(nèi)部分布均勻時，散射波就比較少。如果內(nèi)部存在多種金屬礦體，巖體就會結(jié)構(gòu)分散，不均勻，散射波數(shù)據(jù)就會被采集。不同巖層內(nèi)部散射波的強弱，就能代表金屬礦產(chǎn)可能存在的部位。

2.3 地面地震層析勘探成像法

金屬礦產(chǎn)進行地震勘探時，能將地面層、表層的速度、不均勻構(gòu)造數(shù)據(jù)進行采集后，通過長時間段內(nèi)的數(shù)據(jù)排列，得到地面地震層析的圖像，從而對金屬礦所在區(qū)域的地震結(jié)構(gòu)進行研究。地面地震層析勘探成像法是一種具有代表性的地球物理反演方法，主要通過對地層建立模型參數(shù)，正演、反演，以及對解進行評價等方法進行研究。建立模型參數(shù)化功能，就是金屬礦形成接近地下結(jié)構(gòu)模型的過程，是金屬礦成像之前的關(guān)鍵性地層結(jié)構(gòu)描述的方法，模型的效果會直接決定對地層的成像效果。

3 地震勘探成像方法技術(shù)實例應(yīng)用分析

以下結(jié)合我國M省內(nèi)M金屬礦區(qū)展開地震勘探成像方法技術(shù)應(yīng)用實證分析。

3.1 基本情況概述

M省的M金屬礦區(qū)采用的是露天開發(fā)方式。由于開采的時間比較長，以及開采技術(shù)有限的影響，導(dǎo)致對礦區(qū)目前空區(qū)分布、礦產(chǎn)分布情況不是很清楚，給露天開采帶來了安全隱患，導(dǎo)致開采效率不高。整個礦區(qū)平臺面還比較平整，表層主要是爆破采礦形成的2-4米的碎石層。地下礦區(qū)空洞的數(shù)量、大小和狀態(tài)都不同，已經(jīng)知道的大小在3米到60米高度不等。以前礦區(qū)為確定礦產(chǎn)的區(qū)域，會采用鉆探法進行探測，也先后使用過高密度電測法、電磁法等，但對礦區(qū)礦產(chǎn)層結(jié)構(gòu)、成像效果都不是很滿意。

3.2 反射波法地震勘探成像技術(shù)應(yīng)用

首先對需要進行地震勘探成像的礦區(qū)進行靜態(tài)下的校正操作。就是依據(jù)測量的數(shù)據(jù)對地表的起伏變化，降速帶的變化情況以及消失的條件，通過對反射波的連續(xù)數(shù)據(jù)采集，得到其形態(tài)變化到恢復(fù)正常的各種連續(xù)數(shù)據(jù)之后。就可以對靜校正數(shù)據(jù)進行疊加成像處理，主要目的是讓反射波在處理中始終處于和振幅相關(guān)的狀態(tài)，這時采用的技術(shù)通常是振幅疊加、補償、歸一化處理等。在對金屬礦區(qū)的數(shù)據(jù)進行解釋分析中可以發(fā)現(xiàn)：地質(zhì)結(jié)構(gòu)的淺層和巖體數(shù)據(jù)是，當(dāng)整體變化速度是2500-6000m/s，密度2.51-2.58g/cm2，電阻率在1.38-3.16Ω·km，反演剖面的深度可以達到500米以上。

在數(shù)據(jù)分析中發(fā)現(xiàn)，如果速度處于中低速狀態(tài)，密度、電阻率也體現(xiàn)的是中低速狀態(tài)下的特征時，通過查詢相對應(yīng)的地面地質(zhì)資料，可以分析認為該地下結(jié)構(gòu)是一種高山角的異常結(jié)構(gòu)巖體。地質(zhì)結(jié)構(gòu)的深層巖體數(shù)據(jù)是，整體變化速度8500-40000m/s，密度2.53-2.71g每立方厘米，電阻率在2.6-4.7Ω·km，反演剖面的深度可以達到近20000米。

在數(shù)據(jù)分析中發(fā)現(xiàn)，如果地層整體速度處于中低速狀態(tài)，深度小于15000米時，密度、電阻率也體現(xiàn)的是中低速狀態(tài)下的特征，通過查詢相對應(yīng)的淺層地質(zhì)資料，可以分析認為該深層地下結(jié)構(gòu)是高山角的一種異常結(jié)構(gòu)巖體。

3.3 應(yīng)用效果分析

綜上應(yīng)用效果分析，傳統(tǒng)的金屬礦產(chǎn)的地震勘探效果不滿意的原因，主要包括地震地質(zhì)條件比較復(fù)雜，傳統(tǒng)技術(shù)因為成像覆蓋次數(shù)比較少，對數(shù)據(jù)的成像導(dǎo)致像素低，準(zhǔn)確性不好。因此本文對目前比較先進的反射波、散射波和地面地震層析三種勘探成像技術(shù)的優(yōu)點進行分析。并將反射波法應(yīng)用于M礦區(qū)進行仿真實驗，結(jié)果證明反射波法能較好地實現(xiàn)對地質(zhì)結(jié)構(gòu)的成像和處理，為金屬礦的勘探提供了有力的技術(shù)保障。