周久林
(湖北省地質(zhì)礦業(yè)開發(fā)有限責任公司,湖北 武漢 432000)
物化探技術(shù)為綜合性礦產(chǎn)勘查技術(shù),主要分為物探、化探技術(shù)兩大類,在實際勘查作業(yè)中通?;旌蠎谩N锘骄C合技術(shù)可詳細記錄特定范圍內(nèi)地質(zhì)物化數(shù)據(jù),如巖層巖體微量元素、同位素或指定元素,以此準確得出地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征,判斷是否存在礦產(chǎn)資源,及礦產(chǎn)類型、分布、埋深范圍等,為礦產(chǎn)開采作業(yè)奠定基礎,且具有成本低、效率高等優(yōu)勢,因此物化探技術(shù)在礦產(chǎn)勘查領(lǐng)域中被廣泛應用。
物化探技術(shù)中的物探技術(shù)主要是根據(jù)地球物理效應明確地球物理場變化情況,繼而得出地質(zhì)構(gòu)造與巖層巖性。物探技術(shù)實現(xiàn)的依據(jù)在于不同巖層巖體的彈性、磁性、密度、放射性、導電性存在差異,采用物探技術(shù)后,可呈現(xiàn)出不同的物理場變化,效果直觀且高效。在礦產(chǎn)勘查作業(yè)中,常用以下幾種物探技術(shù):
1.電磁法
電磁法以電磁波為場源,借助電磁波的反饋得出電磁場在特定范圍內(nèi)的分布情況,并根據(jù)電磁波勘查結(jié)果繪制淺層地質(zhì)局部圖,分析該區(qū)域內(nèi)是否存在異常數(shù)據(jù)。電磁法多應用于礦山斷裂破碎帶的勘查作業(yè)中,可準確得出地下50 米范圍內(nèi)地質(zhì)情況。電磁法具有數(shù)據(jù)獲取快、設備易攜帶、數(shù)據(jù)處理便捷等優(yōu)勢,可根據(jù)實際地質(zhì)環(huán)境判斷是否選擇該技術(shù)。
2.大地電磁勘探法
大地電磁勘探法可進一步分為磁法勘探與電法勘探,其中電法勘探手段的應用頻率較高,主要憑借礦石、巖石的電性差異了解地質(zhì)結(jié)構(gòu)及水文分布,分析區(qū)域范圍內(nèi)是否存在礦產(chǎn)或危險地帶。該技術(shù)可進一步細分為直流電阻率法、直流激發(fā)極化法、可控源變頻大地電磁法、瞬變電磁法等。(1)直流電阻率法。該方式以巖石電阻率的差異為依據(jù)展開礦產(chǎn)勘查,將電流場設置為勘查區(qū)域內(nèi),通過觀測電流場分布規(guī)律了解巖層導電性,繼而判斷出特定區(qū)域的巖體構(gòu)成,該技術(shù)主要用以探尋煤礦、地下水、有益礦產(chǎn),勘查結(jié)果可直接用于找礦作業(yè)。(2)直流激發(fā)極化法。該方式主要通過間歇式正負供電方式激發(fā)二次電位,通過觀察分析二次電位情況計算導出電阻率、充電率、極化率等數(shù)據(jù),對勘查結(jié)果進行量化,具有勘查準確的優(yōu)勢,可勘查200 米以內(nèi)地質(zhì)情況,但該方式所使用的儀器設備較為笨重,因此直流激發(fā)極化法的應用存在一定局限。(3)可控源變頻大地電磁法。該方法可勘查人工電磁場、天然電磁場的變化情況,對礦產(chǎn)資源定位勘查的效果較好,可勘查1 千米以內(nèi)的地質(zhì)情況,且適用范圍廣,可在煤田、金屬礦、地下水的勘查作業(yè)中發(fā)揮出優(yōu)異效果??煽卦醋冾l大地電磁法在實際應用時,若勘查深度為500 米以內(nèi),則需布置人工電磁場,若勘查深度超出500 米,在通過觀測天然電磁場獲得地質(zhì)數(shù)據(jù)[1]。(4)瞬變電磁法。該技術(shù)應用時,需運用接地線源或不接地線源發(fā)射一次性脈沖磁場,借助脈沖磁場間歇,借助接地電極給予地下介質(zhì)一定刺激,以此產(chǎn)生二次感應渦流場,在此基礎上即可勘查出巖體介質(zhì)導電率[2]。瞬變電磁法的地質(zhì)勘查分析主要發(fā)生在測量斷電后,此時需記錄斷電后的二次感應場變化規(guī)律,通過分析該規(guī)律得出特定范圍內(nèi)的地質(zhì)特征。該技術(shù)最顯著的優(yōu)勢在于勘查效率優(yōu)異,二次場觀測可迅速定位高阻圍巖中的低阻地質(zhì)巖體,兼顧勘查效率與準確性,且可同時完成特定巖體或礦體的剖面測量。但瞬變電磁法的應用存在一定局限,若勘查區(qū)域內(nèi)存有大量金屬,或在鉛鋅礦區(qū)、石墨層區(qū)域,則會對礦產(chǎn)勘查結(jié)果造成干擾,繼而產(chǎn)生勘查誤差,因此在礦產(chǎn)勘查作業(yè)中,應結(jié)合實際地質(zhì)環(huán)境選擇勘查技術(shù)。
3.地震層析成像法
地震層析成像法以醫(yī)院CT 斷層掃描與X 射線電磁波以技術(shù)基礎,用以確定區(qū)域范圍內(nèi)地下物性參數(shù)及相關(guān)分布情況,并根據(jù)技術(shù)反饋結(jié)果逐層剖析,最終得出地質(zhì)結(jié)構(gòu)圖像,直觀化展示出礦產(chǎn)勘查結(jié)果。CT 斷層掃描與X 射線電磁波的實現(xiàn)主要是因為彈性波阻抗在不同地層中呈現(xiàn)出不同特征,此時可根據(jù)彈性波反饋情況進行地震層析成像,以此準確得出勘查區(qū)域的地下空間信息。
物化探技術(shù)中的化探技術(shù)主要依托于球化學指標實現(xiàn),通過觀測計算天然物質(zhì)資源化學指標,得出勘查區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征及礦產(chǎn)分布情況。不同天然物質(zhì)資源的化探勘查方式存在差異,主要可分為非金屬礦化探、金屬礦化探、海洋化探、地熱化探等,從礦產(chǎn)勘查角度來看,常用以下化探技術(shù)進行勘查:(1)巖石測量法。該技術(shù)的應用需建立在巖體樣品采集基礎上,針對所采集的巖體樣品進行地球化學特征、元素含量組成分析,以此判斷巖體化學指數(shù),了解該巖體樣本所處區(qū)域的基本特征。(2)多目標化學調(diào)查法。該方式主要是運用1:25 萬的采樣密度及采樣網(wǎng)度,對勘查區(qū)域的沉積物樣本、生物樣本、土壤樣本進行化學測量,分析多目標樣本中是否含有微量元素,以此判斷該區(qū)域礦產(chǎn)組成,因此多目標化學調(diào)查法多應用在找礦作業(yè)中。(3)土壤測量法。該技術(shù)主要通過分析礦產(chǎn)勘查期間地表覆蓋物判斷該區(qū)域地質(zhì)組成,若出現(xiàn)數(shù)據(jù)異常元素,則可進一步勘查。土壤測量法以勘查區(qū)域土壤樣本為分析對象,以采樣密度為劃分依據(jù),主要可分為土壤化探普查、土壤化探詳查,其中土壤化探普查以“件”為單位進行土壤采樣,比例尺為1:50000,且采樣密度處于10~18件/km2 范圍內(nèi),可普遍探查出十幾種元素的含量數(shù)據(jù);而土壤化探詳查以“點”為單位進行土壤采樣,比例尺為1:10000,采樣密度處于200~500點/km2 范圍內(nèi),僅可探查出指定元素的含量組成,勘查結(jié)果更為詳細精準[3]。(4)水系沉積物測量法。該方式通過采集淤泥、細砂等沉積物進行礦產(chǎn)元素分析,以此為依據(jù)完成礦產(chǎn)勘查作業(yè),為保障水系沉積物勘查效果,應關(guān)注礦產(chǎn)在沉積物中的多種形態(tài),即次生礦物、原生礦物、粘土、鐵錳化合物共沉淀物等。
在礦產(chǎn)勘查作業(yè)中,通?;旌蠎枚喾N物化探技術(shù),完成勘查后需整合數(shù)據(jù),將勘查數(shù)據(jù)中與礦產(chǎn)資源相關(guān)的信息標注于航磁異常圖上,以此得出礦產(chǎn)高磁異常帶。高磁異常帶中的異?,F(xiàn)象主要表現(xiàn)為橢圓形、圓形,礦區(qū)周圍正磁場較為穩(wěn)定,呈現(xiàn)出局部升高特征,而負磁場較為寬緩平靜,以此可得出礦產(chǎn)分布情況,并根據(jù)負磁場具體表現(xiàn),分析該礦區(qū)巖石磁性,繼而判斷出該礦區(qū)的巖體組成。若礦區(qū)磁場正磁升高異常、負磁局部異常,則證明該礦區(qū)的礦產(chǎn)資源存在磁性,此時負磁局部異常與正磁升高異常的銜接處,為礦區(qū)礦產(chǎn)資源遷移活化的最佳位置,以此可判斷出礦產(chǎn)勘查目標。礦區(qū)礦床分布及礦石分布情況,可運用偶極測探裝置、對稱四級測探裝置、三級測探裝置等物化探技術(shù)裝置進行詳細勘查,其中對稱四級測探裝置的應用頻率最高[4]。在實際礦產(chǎn)勘查作業(yè)中,需確保勘查裝置全面覆蓋整個勘查區(qū)域,逐步測量礦床分布情況,為進一步明確礦產(chǎn)分布情況,應借助物化探技術(shù),使測探裝置電極始終保持對稱分布狀態(tài),適當增加SN 電極距離,不斷加深勘查深度,以此得出勘查區(qū)域范圍內(nèi)的礦產(chǎn)分布情況,為后續(xù)礦產(chǎn)資源開采作業(yè)提供依據(jù)。通過物化探技術(shù)得出礦產(chǎn)勘查數(shù)據(jù)后,可進一步計算出礦床埋深及分布情況,在此基礎上將數(shù)據(jù)反演成圖,以此得出最終礦產(chǎn)勘查結(jié)果,直觀化呈現(xiàn)出礦產(chǎn)分布信息。
將物化探技術(shù)應用到礦產(chǎn)勘查中,可得出勘查區(qū)域范圍中的隱伏體結(jié)構(gòu),根據(jù)物化探剖面信息,采用激電中梯測量判斷各剖面中的視極化率強度,以此得出礦產(chǎn)及其他巖體的分布形態(tài)。視極化率異常代表著區(qū)域范圍內(nèi)存在隱伏礦體,為精準定位隱伏礦體,需以采礦區(qū)礦化現(xiàn)象為依據(jù),運用物化探技術(shù)判斷出尚未集中局部礦化的高極化體的位置,以此得出隱伏礦體位置。采用物化探技術(shù)勘查隱伏體存在不確定性,為保障隱伏體勘查效果,應合理分析相關(guān)數(shù)據(jù),嚴格控制物化探技術(shù)參數(shù)。在實際礦產(chǎn)勘查作業(yè)中,可將隱伏體勘查結(jié)果與礦床分布結(jié)果對應分析,以此判斷隱伏體的電極效應,及其電場排列方式。此外,在運用物化探技術(shù)測量隱伏體時,可隱狀體地下直流電,借助直流電為礦石資源“充電”,此時重點測量礦石資源的“放電”過程,以此可得出勘查范圍內(nèi)隱伏體的具體位置。相較于其他勘查技術(shù),物化探技術(shù)的隱伏體勘查測量更為效率。
為進一步驗證物化探技術(shù)在地質(zhì)勘查作業(yè)的應用效果,本次研究通過對比實驗加以論證。在對比實驗中,將傳統(tǒng)礦產(chǎn)勘查技術(shù)作為對照組,將其與物化探技術(shù)進行對比,以此得出物化探技術(shù)在礦產(chǎn)勘查作業(yè)中的實際應用效果。為提高對比實驗結(jié)果準確性,對比實驗環(huán)境嚴格控制,設定統(tǒng)一參數(shù),將礦產(chǎn)勘查結(jié)果準確度作為衡量應用效果的關(guān)鍵指標。傳統(tǒng)礦產(chǎn)勘查方式與物化探技術(shù)方式應用過程嚴格控制,其中物化探技術(shù)的對比實驗過程主要通過激化效應完成,對地面作放電處理,觀察并記錄電極變化情況,并根據(jù)對比實驗數(shù)據(jù)計算機化率,公式如下:
式(1)中,η-極化率;t-測量時間;T-供電時間;△v(T,t)-直流電供電時間、測電時間;△v2(T,t)-斷電后二次場電位差。將對比實驗激化率與極化率分布圖進行對比,以此得出對比實驗中,物化探技術(shù)的礦石種類勘查結(jié)果,進一步結(jié)合磁化法判斷礦產(chǎn)資源埋深,采用對比驗證的方式計算出物化探技術(shù)的礦產(chǎn)勘查有效性。在進行物化探技術(shù)對比實驗的同時,采用傳統(tǒng)礦產(chǎn)方式進行同步勘查,將兩種技術(shù)所得結(jié)果進行對比,即可得出物化探技術(shù)在礦產(chǎn)勘查中的實際應用效果。
在本次對比實驗中,為消除實驗誤差干擾,共開展了12 次對比實驗,最終得出了傳統(tǒng)勘查技術(shù)與物化探技術(shù)的勘查準確度。物化探技術(shù)在12次對比實驗中的精準度較為穩(wěn)定,精準度90%以上,而傳統(tǒng)勘查技術(shù)隨著實驗次數(shù)的增加,精準度逐漸下降,最終穩(wěn)定在70%左右,由此可見,物化探技術(shù)在礦產(chǎn)勘查作業(yè)中的應用效果優(yōu)異,具有較強應用價值。
某銅礦礦區(qū)開發(fā)潛力巨大,預測銅礦含量至少3000 萬噸,本礦區(qū)東西、南北長度分別為4.8km、5.2km,本次以該銅礦為研究對象,分析物化探技術(shù)在礦產(chǎn)勘查作業(yè)中的實際應用效果。該礦區(qū)結(jié)合實際情況后最終選定物探技術(shù)中的地震層析成像法、電磁法,兩種方式聯(lián)合使用,對礦區(qū)地下200 米進行礦產(chǎn)勘查,選擇化探技術(shù)中的土壤測量法、巖石測量法、水系沉積物測量法,對礦區(qū)內(nèi)巖石元素含量展開實質(zhì)性分析,搭建地球化學模型,計算各樣本內(nèi)指定含量,在此基礎上進行土壤測量,以1:10000 為測量比例尺,用以詳細勘查范圍區(qū)域內(nèi)的銅礦資源,同時借助水系淤泥、細砂明確銅礦資源的具體情況。在該銅礦礦區(qū)勘查中,采用物探技術(shù)及化探技術(shù)形成技術(shù)組合,以此保障礦產(chǎn)勘查結(jié)果質(zhì)量。在本次銅礦勘查作業(yè)中,借助物化探技術(shù)不僅完成了銅礦普查目的,還完成礦區(qū)內(nèi)隱伏礦篩選定位,并進一步細化了銅礦儲量,對盲礦段、盲礦帶分析后發(fā)現(xiàn)銅礦資源遠超原預測值,除此之外,在勘查過程中明確了礦區(qū)水文結(jié)構(gòu),為銅礦開采防排水作業(yè)提供了信息依據(jù)。
結(jié)束語:綜上所述,礦產(chǎn)資源類型多樣,物化特征復雜,在礦產(chǎn)勘查作業(yè)中,應結(jié)合實際環(huán)境條件選擇適宜的物化探技術(shù),設計行之有效的技術(shù)組合,以此確保物化探技術(shù)可在地質(zhì)勘查作業(yè)中發(fā)揮出其原有效果。物化探技術(shù)勘查結(jié)果為礦產(chǎn)開采作業(yè)的依據(jù),因此在物化探技術(shù)應用期間,必須詳細分析勘查數(shù)據(jù),考慮多種因素,不斷降低勘查誤差,以此確保勘查結(jié)果有效性。