矿井地球物理勘探方法研究论文

现代找矿勘查技术的进步使2000m以内的勘查成为可能(Gordon，2006)，基于现代勘查技术所取得的成果对深部矿体的预测水平得到了提高，向深部要资源的时机已经成熟。

最近20年来，在金属矿产勘查中，新理论、新概念不断涌现，新技术、新方法不断应用，有力地促进了矿产勘查的发展，为金属矿产勘查注入了生机与活力。其中，地面时间域电磁法(TEM)、可控源音频大地电磁法(CSAMT)、高精度重磁法、金属矿地震方法和三维地震层析成像技术等以大探测深度为特征的地面物探方法及钻孔地球物理方法在矿产勘查中的推广使用(Cas等，1995;Salisbury等，1996;吕庆田等，2001，2004)，为矿集区找矿发现———隐伏矿的预测和寻找带来了新的机遇。

2.4.1 现代地球物理探矿技术发展现状

在过去，一些勘探者认为物探方法是一个“黑箱子”，多解性高、可信度低。而现在，随着技术的不断进步和大量的实践应用，最终使每个勘探者都认识到物探技术是一种非常有效的找矿方法。物探高新技术的研发和应用已成为西方很多国家，尤其是加拿大、澳大利亚和美国等矿业发达国家矿产勘查的重要组成部分。

物探技术进步主要体现在两方面:一是新发明;二是对已有技术的完善升级和更新换代，使测量的精确度和准确度不断提高。新的更强大、更复杂的航空物探方法(如Falcon、MegaTEM、SPECTREM、TEMPEST、HOISTEM、NEWTEM、Scorpion，等等)已成为矿产勘查的重要生力军，从而使区域填图和靶区圈定的工作效率得到极大的提高(TheNorthern Miner，2007;张昌达，2006)。

航空物探方面近年来发展迅猛。澳大利亚合作研究中心矿产勘查技术部研制的世界上最先进的航空矿产勘查系统(TEMPEST)使用高灵敏度磁探头测量地质体产生的微弱二次磁场，探测深度可达300m。澳大利亚的“玻璃地球计划”(GlassEarth)包括航空重力梯度测量、航空磁力张量梯度测量、先进的电磁方法、矿物化学填图、钻探新技术和三维地震，其中航空磁张量测量技术和航空重力梯度测量技术是重点研发内容。英国ARKEX公司研制成功目前最先进的超导航空重力梯度测量系统，使测量精度提高10倍。澳大利亚BHPBilli-ton公司的航空重力梯度张量测量系统(Falcon)曾经获得澳大利亚联邦科学和工业研究组织(CSIRO)2000年度科学研究成果奖。它脱胎于美国的军事技术，是美国出口管制产品，美国曾经阻止该公司用Falcon(猎鹰)系统在中国进行探矿飞行(张昌达，2005)。加拿大GEDEX公司研发的高分辨率航空重力梯度仪(GedexHD-AGG)于2006年11月获得了伦敦矿业周刊(MiningJournal)颁发的矿业研究(MiningResearch)大奖，据称该仪器能够探测到12km深处的固体矿产、石油和天然气，其准确性和速度大大提高了勘查效率，降低了勘查的风险、时间和成本。

在地面物探方面，也取得长足进步。加拿大凤凰公司在完善V-5大地电磁系统的同时，推出了V5-2000型和V8阵列式大地电磁系统。加拿大的EM-57、EM-67系列已成为时间域电磁仪器的代表。美国Zonge工程与研究组织相继推出了GDP-16，GDP-32多功能电磁系统，以及能够进行长周期天然场大地电磁测量的多功能大地电磁系统。美国EMI公司在完善MT-1大地电磁系统的同时推出的EH-4电磁系统，已成为矿产勘查的重要手段之一，另外还推出了MT-24阵列式大地电磁系统。Nabighian等(2005)认为没有其他的地球物理方法像磁法一样有十分广阔的应用范围，从行星尺度到几平方米的面积，既花费少又能够提高丰富的信息，而电磁法及重磁法的组合已成为重要的发展方向和勘查手段。电磁法系统多具有频率域和时间域工作方式，能够进行多方法数据采集，如激发极化法、瞬变电磁法、可控源音频大地电磁法等。电磁法和重磁法物探技术呈现出向数字化、智能化、多功能化、集成化方向发展的趋势。

在物探技术发展的进程中，我国的步伐相对而言比较缓慢，目前还主要处于技术引进阶段，这与我国矿产勘查的快速发展形势很不适应。目前，国家提出要加快自主开发科学实验仪器设备的步伐，物探技术方法的自主研发也应成为这一战略目标的重要组成部分。中国地质调查局正在组织一批应用于深部找矿勘查的物探方法仪器研制。

2.4.2 金矿地球物理探矿方法基本原理及工作方法选择

尽管Au本身有突出的物理性质(密度大、良导电)，但由于Au在地壳中的丰度低，即使是具有重要经济价值的金矿床，Au的含量也不会改变含Au地质体的物理性质。微量元素Au是难以用物探方法直接检测到的。

金矿床地球物理勘查工作的基本思路是通过研究金矿床(体)与某些具有地球物理异常响应的特殊围岩、找矿标志层、控矿构造(尤其是断裂剪切带)，以及与硫化物(黄铁矿)的伴生关系，观测相应的地球物理场响应(异常)，解决的是与成矿有关的构造(尤其是深部构造)、岩体、地层、矿源层和硫化物矿化带，以及蚀变带的空间分布等地质问题，进而达到间接找矿或矿床评价之目的(刘光鼎等，1995;赵鹏大，2001;李大心，2003)。

与金矿相关地质体与围岩存在物性参数的差异，是地球物理勘查的基础;被观测的地下介质的物理属性有介质的密度、磁性、电性、弹性、放射性和温度等参数。相应的地球物理勘查方法包括电法以及电磁法勘探技术，磁法勘探技术、核法勘探(放射性测量)探矿技术，重力勘探技术以及浅层地震勘探技术等。相对金矿而言，针对不同地质体，选择不同的探矿技术。

(1)追索含金破碎带

用电阻率法、甚低频法及其他电磁场法追踪含矿破碎带(低阻带);用磁法追踪磁性岩中的挤压破碎带(高磁背景中的低磁带);用放射性法圈定破碎带(高放射性带)。这些方法有时还可以了解其产状。

(2)追索含金石英脉

主要用电法(高阻、高极化)和放射性法、磁法，并可了解其产状。

(3)寻找含金硫化物富集带

用电法(低阻、高极化)来进行普查和寻找，可以确定含金地质体的位置、范围、大致产状和埋深。

(4)寻找伴生金矿

利用物探方法对贱金属矿床的直接指示作用，而贱金属矿床伴生金原理开展找矿。如磁法、电法、重力等法寻找和圈定伴生金矿的范围、埋深及大致产状，为工程验证提供依据。

(5)查明与成矿有关的各种小型构造、成矿地质体

磁法、电法、地震等查明第四系或基岩覆盖下的各种容矿构造和成矿地质体(如含矿斑岩等)空间分布。

(6)进行中、大比例尺填图

方法有磁法、电法和放射性法等。填图的目的是确定与金矿有关的岩石-岩性因素。碳质和石墨化地层、火山沉积杂岩及显示金矿化的其他标志，如:近矿围岩蚀变带、硅化带、绢云母化带、滑石菱镁片岩化带、黄铁细晶岩化带。

2.4.3 金矿地球物理技术找矿中应注意的问题

由于金矿本身的特殊性，造成利用地球物理技术找矿的复杂性，造成获取地球物理信息地质解释的不确定性。如金矿成因类型、矿物组合、构造环境的多样性，决定了金矿地球物理性质及几何特性的多态性;尽管某些类型金矿就其矿石物理性质而言与围岩有着明显的差异，但也往往由于矿体规模小、地球物理场的信息弱，以至难以观测到可以辨识的异常;复杂的地质环境所造成的地质干扰背景，常常掩盖了有用的信息。这一切都将导致异常解释发生困难或出现失误。就总体来说，金矿物探异常的解释较其他矿种和领域的物探异常解释来说，难度大、复杂性高。

由于金矿物探异常以及异常解释的复杂性，故这种间接性虽然拓宽了物探找金的应用领域，但同时也使物探异常的多解性更为突出。因此，物探找金的作用不宜过分夸大。

在部署物探找金工作时，要针对不同勘查阶段所探测的金矿宏观目标物以及需要解决的地质问题。积极挖掘物探找金的综合信息。正是由于金矿类型多且地质背景往往比较复杂，因此引起的地球物理场十分复杂，加之金矿物探的信息比较微弱，异常解释的难度大，所以单一物探方法找Au往往很难奏效。

在金矿物探的全过程中，始终要强调综合方法、综合解释。在某一探区布置金矿物探工作，应针对具体的勘探问题或地质地球物理条件优选最有效的物探方法手段或实施多种探测方法最佳技术组合，发挥多种地球物理参数信息精细分析，以及结合化探和地质资料综合解释的优势。实践表明，科学地综合各种物理场和物理参数的信息，对确定金矿赋存空间、圈定金矿化带和金矿体，以及确定与Au有关的金属矿含量等，都可获得明显的效果。事实上，某种参量的潜在信息量，只有通过与其他参量的综合应用才能发挥出来。而且几种方法提供的综合信息，也绝非单一方法所提供信息量的代数和。在找矿过程中，应力求搞清矿化带或矿化富集部位的宏观物理特征，然后选择最有代表性、针对性的方法，以一定的观测网度和精度获取与矿产资源有关的综合地球物理信息，并通过地质解释，以形象、直观的图示方式，赋给各种物性体以明确的地质含义。

与寻找其他贱金属矿床不同，利用地球物理探矿寻找金矿难度更大。虽然如此，金矿地球物理技术在危机矿山接替资源找矿中仍发挥了突出作用。武警黄金地质研究所利用高密度电法、EH4等仪器方法在多个金矿山开展找矿工作，在河北峪耳崖金矿外围深部300m以下发现金矿体，在内蒙古苏右旗毕力赫金矿区新发现大型隐伏斑岩型金矿体。从不同侧面证实物探技术在危机金矿山深部资源勘查突破的重要性。

我这里有重磁的正反演……刚刚写完~不过我的重点是重磁异常正反演的数学研究呃 刚刚发现 图片都发不上来的说……公式都是图片……引言重力勘探是利用地球内部各种岩(矿)石间因密度差异而引起的重力场变化来查明地质构造和寻找有用矿产的一种地球物理勘探方法。磁法勘探是利用地壳内各种岩(矿)石间磁性差异所引起的磁场变化(称为磁异常)来寻找有用矿产和查明地下地质构造的一种地球物理勘探方法。这两种方法观测的是天然地球物理场的变化，都属于天然场方法。在地球物理勘探中都是应用广泛的物探方法。然而，岩石物性研究曾是我国地球物理工作的薄弱环节，随着石油重磁勘探从区域向局部、从低精度向高精度、从定性解释到定量解释、从构造解释到岩性解释、从单一方法到多方法综合勘探的发展，对岩石物性及物理-地质模型的研究提出了越来越高的要求。重磁场的正演问题是重磁勘探解释的理论基础给定地下地质体中密度不均匀体和磁性体的几何参数（位置、形状、产状等几何要素）和物性参数（密度差和磁化强度矢量），求它在外部空间任意点的重磁场，称为重磁场的正演问题。反之，由重磁场来推测地下密度不均匀体和磁性体的几何参数和物性参数，则称为重磁场的反演问题。研究正反演问题的方法有许多，常用的有数学场论分析、数值分析、解析延拓等数学方法和频谱分析、界面迭代、物性不均匀时界面等地质方法。本文主要就重磁场异常时的正反演研究中的数学方法做归纳总结。一．重力异常的正反演方法：重力异常（gravity anomaly）指地球表面一点的实测重力值归算到大地水准面上与该点理论重力值之差。它可以反映出地球的自然表面与大地水准面不符，也可以反映地球内部质量分布的不均匀。在地质勘探中：是把地下物质及其密度分布不均匀引起重力的变化称为重力异常。它往往与地质构造(例如背斜、向斜，盐丘、断裂、岩体等)及矿体的存在有关。根据对地球表面重力异常分布的研究，可以获得有关地质资料，因对实测重力值归算方法不同，重力异常分为空间异常、布格异常、均衡异常。具体如下图所示： a: 表示正常重力值所对应的地质质量分布；b: 表示在地球自然表面上A点进行重力观测的观测值；c: 自由空间异常值 ； d: 地形改正，也称法依异常；e: 布格异常； f: 均衡重力异常；为了解决上述问题，我们这样来考虑，假设已知各种简单性体的地质体，分析其异常特点，解决的办法是用数学将不同形体的异常计算出来，分析其异常特点，找出异常和地质体的性质，产状，位置，大小之间的联系，达到地质解释的目的，前者根据已知形体，计算其异常，称之为正演问题，反之根据异常特点，说明地址特点，称之为反演问题，对我们来说，反问题是目的，正演问题是基础，两者亲密相关，不可分割。1. 有关场论知识设有一任意形状的地质体，其体内任一点的坐标我们用A表示，p点的坐标用P表示，如图，根据万有引力定律，物体中的任意质量单元dm由场论可知，物体Q在其外部某一点p的引力为:式中 G为引力常数（ CGS）；是物体Q的剩余密度；dv是物体的Q内的体积元；R是小体积元到P点的距离；下标Q表示积分是对地质体Q进行的。设r为dm到任一点的距离，设A坐标是（ζ，η，ε）,任意点p的坐标是（x,y,z）表示，则式中的：对其求一次导数得：分别对三式求x,y,z的导数:将上式中的三式相加得：v而 =所以得到： 0上式为拉普拉斯方程，对产生引力物体以外的任意一点都适合。2. 解正演问题的基本公式在正演问题中，一般令r为dm与P点之间的距离,dm的坐标是（ζ，η，ε），p点坐标是（x,y,z）,所以有r=dm的重力异常为de的铅垂分量，即式中 表示质量单元在P点的引力与铅直方向的夹角。考虑到dm= 为剩余质量与体积单元的乘积，于是整个地质体在该点引起的重力异常应当是对它的全部体积的积分，即：3、简单形体重力异常的正反演问题（以球体为例）对于一些等轴状，球体可近似看成是均匀的地质体，如穹窿，盐丘，侵入体等具有实际意义，另一方面，是为了方便讨论其他形体的正反演问题。设有一球体，剩余质量为M，半径为R，求埋藏深度为D，采用直角坐标，则由球体引起在xoy平面上的引力。如上图，计算得：式中r为球心到p点的距离，当观测点是沿x轴上分布，则y=0，那重力异常沿x轴上的值可用下式表示：（1）从上述两式，不难看出，穿过球体中心的任意剖面上的重力异常曲线的形状都是一样的，并且曲线对纵轴是对称的，那么在平面图上，曲线为一系列同心圆，在球体顶部及外部，等异常线较稀，而球体边缘部分等异常曲线较密，根据已知产状的地质体，利用公式计算得到的异常曲线，我们称之为理论曲线，根据这曲线，我们可以研究地质体的埋藏深度，范围大小。同时按公式（1），令x=0,即观测点在球体正上方0点， 最大，用 表示，则当x远离o点时，引力作用逐渐减小， 也随之减小，当x趋于无穷大时， 趋于0，但在实际工作中，由于观测系统精度的限制， 减小到一定程度时，就测不出了，在此为了说明异常范围的大小，我们规定：当 减小到最大值的0.1倍以下时，可以认为异常没有显示，令g=0.1 ，有上述（1）式有：解上式得： =2D这就是说，当观测点远离原点时，其水平距离为二倍于球体的埋藏深度，这时观测到的重力异常可以忽略不计，由此可见，地质体引力大小和其埋藏深度之间关系是：当D越大时， 越小，异常范围越大， 曲线变化越平缓，D越小 越大，异常范围越窄，曲线变化越陡。还有地质体的剩余质量越大，重力异常值越大，异常范围显示亦越大。讨论了正演问题，下边简单分析一下反演情况。为求得球体的埋藏深度，我们利用了重力异常曲线上的半极点，设半极点的横坐标是x1,然后将重力异常的半幅值和x1代入上述公式得：解上式得：D=1.305x1由此可见只要找出异常半幅值的横坐标再乘以1.305即得球体的埋藏深度，再将上述结果带入 = 可得剩余质量M值。如果知道球体对围岩的剩余密度 ，我们还可以求出下式求出球体的半径R值。由于 , ，有了球心深度D和球体半径R，我们还可以求得球体顶部的埋藏深度H:H=D-R在这里需要指出的是：球体和围岩的密度差，实际上经常是不知道的，这样球体的半径就不能确定，这时如果我们还要问：球体的半径是多大，那么其解答是非单一的，因为只要保持M不变，不论球体的大小，其异常曲线完全相同，就是说，同一异常曲线，可以解释为大球体或小球体所引起，这就是物探解释人员所说的多解性，为此在作物探资料解释时，应尽可能确定有关参数，如密度等。由上所述，对于简单的规则形体，可导出其简单的函数关系，计算其引力引起的异常，但实际上，地质体的形状是复杂的，想找出其函数关系是困难的，为了解决这类问题，人们采用了很多新的方法，如量板法等等，这些方法很复杂，我们现有的知识不能完全了解并接受，因此这里没有办法做详细的介绍，希望以后能够多接触到这些知识，并且能灵活的掌握和运用。