干货 | 地面地球物理方法技术综述

主要内容：

一、地面物探方法技术概述

二、国内外勘查地球物理新技术

三、勘查地球物理技术发展趋势

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。

物探直接找矿方法组合表

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。

物探间接找矿方法组合表

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：

01

2-D和3-D多参数电磁测量技术

• 主动源+被动源2-D电磁测量技术
  

更高的矿化分辨能力

更准确的矿体定位能力

更强的深部隐伏构造探测能力

02

瞬变电磁（TEM）勘查技术

• 常规(传统)TEM

   案例一：

   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

03

可控源音频大地电磁测深（CSAMT）技术

CSAMT野外布设

   实例一：红透山铜矿40线CSAMT反演电阻率断面

   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

04

SIP/CR法

   SIP的应用领域：

浅埋深（h<>

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<>

   偶极－偶极IP法野外生产布设图

   SIP法轴向偶极－偶极测深剖面布极图
（各道跑极方式形成测深窗口窗口顶底水平状）

   用SIP法识别碳质与硫化物IP异常，找到斑岩型铜钼矿

高τ高m低c低ρ

低τ低m高c高ρ

高τ高m低c低ρ

用SIP法排除了时域IP异常的碳质成因，在中国东部某地找到了斑岩型铜钼矿

高m高τ低ρ

低τ低m高c高ρ

区分的物理依据是极化体的结构差异

05

大地电磁测深（MT）技术

MT探测深部地质构造、岩浆通道

06

井中地球物理测量技术

井中物探常用工作方式

   VSP

   井中地温及地温梯度测量

   伽玛测井

   伽玛射线测井

   地-井TEM三分量测量技术

地-井TEM法的原理及用途示意图

   国外典型实例——加拿大萨德伯里铜镍矿区林兹里深部矿床  

钻孔1地-井TEM测量结果

该区的铜镍矿床均产于东西长约60 km，南北宽约27km的一个大的椭圆形的岩盆状岩体的边缘，围岩为元古代白水群的砂岩、石英岩、角闪岩和凝灰岩。大部分矿床分布于岩体南缘接触带。

钻孔在570米处穿过矿体中部，为正异常。

钻孔3地-井TEM测量结果

钻孔未穿过矿体，在740米处为典型的“孔外”型异常。

钻孔6地-井TEM测量结果

钻孔未穿过矿体，在1000米处为典型的“边缘”型异常，在1035米处出现了难于解释的负异常。

钻孔7地-井TEM测量结果

钻孔未穿过矿体，为典型的“孔外”型异常。

07

金属矿地震勘探技术

2-D 地震剖面，反射层：V-火山岩层序顶部；G-Geco矿层

3-D 地震勘探圈定1300米深隐伏硫化物矿体

主要发现：

• 火山岩层序顶面，区域上重要含矿层，深部的延伸形态；指明找矿方向；

• Geco含矿层的深部延伸，该矿层已经发现若干矿床。钻探验证了地质解释。

   实例1：加拿大Sudbury铜镍矿三维地震勘探

   实例2：在加拿大Bathurst矿集区，利用三维反射地震在1300米深发现块状硫化物矿体

2-D，3-D地震勘探技术 Seismic Survey 

08

三维可视化反演技术

地球物理参数三维可视化反演技术（Visualized3-D Geophysical Parameter Inversion）

中酸性岩体磁三维物性反演结果（磁化率）

3-DMagnetic Parameter Inversion 

重力三维物性反演结果（剩余密度）

3-DGravity Parameter Inversion (Residual Density)

交互式重、磁三维反演

Interactive 3-D Gravity/magneticInversion

IP三维反演

   实例1：西澳Pilbara铁矿带物探多参数反演

   实例2：重磁三维反演发现的深部盲矿体

   实例3：Oyu Tolgoi激电IP三维反演

重力三维反演建立的玄武岩三维分布 - 金矿母岩

09

深部金属矿勘查三维地质填图综合地球物理技术

   地质（钻孔）、地球物理、地球化学综合技术三维地质填图

九瑞示范区1:5万航磁数据三维视磁性反演结果

九瑞示范区布格重力异常三维视密度反演结果水平切片组合图及体视图

地层物性柱

九瑞示范区物性（磁性、密度、电阻率）统计结果

九瑞示范区立体填图地层分层单元（密度）

01线、02线地震勘探时间剖面图

综合剖面图（综合方法、综合地质解释）

三维地质建模

综合地球物理解释剖面三维组合图

三

勘查地球物理技术发展趋势

   当今地质找矿面临的挑战

出露地表或浅埋藏矿大部分已被发现或开采，需要寻找：

   地质找矿对勘查技术新要求

• 大探测深度、高灵敏度、高分辨率、抗干扰的性质，能取得深部直接矿化的信息，探测深度达1000m-2000m以上；

  
  

• 集成性和综合性：在一次探测中能获得多种性质的找矿信息；能有效分析与综合各种找矿信息；

  
  

• 探测目标 (尤其是物性反差弱的目标)的识别、区分和描述的能力；

  
  

• 具有适应特殊工作条件(如高山、沙漠、厚覆盖区、岩溶区、各种强大的人文干扰等)的能力；

  
  

• 具有快速扫面,及时提供解释结果,并给出直观三维地质模型的能力；

  
  

• 快捷有效：方便应用，成本相对较低，并能获得良好的实际找矿效果。

   地质找矿对勘查技术新要求

要求更好的2-D和3-D地球物理技术来探测和分辨深部矿体。

要求更好的综合地质地球物理地球化学遥感多元信息技术来构建三维地质模型。

作者：林品荣