drummond

地震勘探寻找深部隐伏矿体简

介

地震勘探寻找深部隐伏矿体

姓名：周建勇学号：2001140320（中

国地质科学院)

摘要：自然资源中最重要的组成部分是矿产资

源，也是人类社会发展的关键物质基础。新形势

下，社会经济对能源的要求也越来越高，而我国

的矿产勘查技术还较落后，加强地质矿产地勘

察，必须要提高地质矿产勘查及找矿的技术。在

矿产资源方面，我国今后10年所需的45种主要

矿产中有1／4不能满足国民经济建设的需要，

一些大宗矿产(如铜、铁、锰、铬、贵金属及磷、

钾盐等)的探明储量或优质矿不足，缺口较大，

矿业形势十分严峻。在隐伏大型金属矿床的勘查

方面，目前的地球物理勘探手段在探测深度和定

位精度上都存在一定问题。地震勘探是弥补这一

缺陷的重要技术，本文简单介绍几种地震勘探技

术和地震勘探发展方向。

1引言

多年来，电磁法、激发极化法和重力勘探等非地

震地球物理方法是金属矿勘探的主要方法．当矿

体埋藏较浅(<500m)时，这些方法的勘探效果较

好，但由于方法原理中固有的缺陷，其勘探能力

和精度随着勘探深度的增加急剧下降。与之相

比，地震方法具有精度高、探测深度大、分辨率

高和探测结果准确可靠等特点，可以弥补重、磁、

电方法在寻找深部隐伏矿方面的不足。在地质找

矿难度日益增大，以寻找盲矿和深部隐伏矿为中

心的勘探形势下，地震方法再次引起人们的重

视。事实上，很长时间以来，人们就认识到开发

有效的地震方法来解决金属矿勘探的必要性。20

世纪80年代，Green等在加拿大地盾区，为了

寻找放射性核废物藏址，利用地震方法对地下复

杂的裂缝系统进行成像；其后，Petorius等联

合应用地震和测井方法对南非Witwatersrand

盆地的主要地质构造进行成像．这两个重要的应

用实例不仅证明了地震方法用于硬岩勘探的潜

力，而且引发了近十几年来各国学者对金属矿地

震勘探方法理论与应用技术的系统研究．由于综

合地震方法技术的探测深度范围较大，且分辨率

较高，并可获得从浅至深的地质构造信息，能够

对地下精细结构进行探测，达到多目标深度勘探

的目的，特别适合于灾后覆盖地区或者荒漠戈壁

区开展工作，以解决覆盖区下的控矿构造、与矿

体有关的局部不均匀体和隐伏岩体分布等地质

问题。

2国内外研究现状

早在20世纪50年代，前苏联首先进行了横波勘

探的研究和实践，后来法国、美国、加拿大、德

国等也相继开展工作，主要是为解决油气藏、煤

炭等资源勘探的特殊问题而提出的。由于地震方

法在穿透深度和分辨率上的优势，国外自20世

纪80年代以来，已广泛开展了用地震勘探寻找

隐伏金属矿的研究，所采用的技术主要是纵波反

射地震，如澳大利亚、加拿大、美国、英国、南

非、瑞典和德国等国家，取得了一些成功的经验，

但目前还没有达到生产普及实用阶段。例如：瑞

典MartsGustavsson等进行过井间地震方法勘

探铁矿的实验，证明地震方法用于陡倾构造效果

明显。澳大利亚学者进行过多方面矿产物探的探

索试验。美国学者进行2D和3D地震方法勘探金

属矿试验，在新墨西哥斑岩铜矿上取得了一定效

果。加拿大一批学者进行过卓有成效的金属矿地

震勘探，DavidW．Eaton等指出现代的地震勘

探数字记录装备完全适用于矿产勘探，高频地震

成像技术是未来的趋势英国与南非学者联合进

行了多项地震方法勘探金属矿的研究工作，

GrahamStuart及MarkA．S．Gibson在南非进

行了3D地震勘探寻找金矿的研究。3D地震不仅

可以提供预期矿体层的结构和深度，而且能够提

供详细的3D地震属性分析，还能提供小规模断

层(10～20m范围)的重要信息以及矿区岩性变

化。C．C．Petorius等人进行3D反射地震勘探

南非金矿的研究，在过去二维地震勘探经验和资

料的基础上，成功地借助三维地震描述了从1000

到3500m深度范围内的3D地质结构，得到从

20m到1200m的断层成像，由3D地震数据重

建的矿脉阴影俯视图，分辨率高，形象直观。德

国学者BendMilken等2000年在北美Bradbury

盆地大型铜一镍矿区投入3D地震方法进行矿产

勘探试验，表明高分辨率地震方法能够提供广阔

的撵测半径(范围)多达数百到数千米，并且能够

进行准确的深度估计。在我国自20世纪90年代

就开始尝试二维纵波地震勘壹金属矿的试验研

究工作，在研究程度较高的老矿区控矿构造等探

测方面取得了一定效果。大量学者进行了金属矿

纵波反射地震技术的调研。可行性分析、资料处

理、存在的问题、发展方向等探讨研究，指出反

射地震搛测隐伏金属矿的潜力。吕庆田等总结了

铜墟狮子山金属矿地震反射结果及对区域找矿

的意义．表明在地表到地下2km范围内，按照

“岩体+赋矿屡位”的找矿模型在铜陵矿集区进

行深部我矿仍有巨大潜力，TonglinLi用反射

地震方法研究新疆土乌斑岩铜矿沉积构造．结果

表明地震方法对于浅层．适度愤斜的斑岩铜矿的

侧面成像是一个很好的辅助工具．尤其对于矿区

钻井前确定深部剖面的结构讴有意义，综上所

述，金属矿纵波地震勘探方法在国内外电日益受

到重视，已完成一定的试验研究．取得了部分效

果．展示出较强的发展漕力。

3金属矿地震勘探采用的方法技术及其现状

3.1反射波法

在地震勘探中，反射波法是最常用的一种方法技

术。在金属矿勘探中，反射波法主要用于探测与

金属矿有关的地质构造(控矿构造或破矿构造)、

圈定断层，确定含矿构造的形态、研究基岩(底)

起伏、探测沉积金属矿或似层状金属矿等，用于

间接找矿。

Huhlin等利用反射波地震勘探方法成功地对发

育在花岗岩层中的裂缝带以及2km以内的主要

地质构造进行成像。指出地面反射波地震勘探方

法能够对倾角高达60。～70。的构造进行成像。

同时对用于硬岩勘探的地震资料采集和处理方

法进行了总结．Drummond等根据成矿系统理论，

在澳大利亚北部MountIra矿区利用反射波地震

方法对地下控矿构造(Paroo断层)进行成像，从

而圈定矿体所在部位。在地震剖面的两侧，Paroo

断层近直立展布，并且横切来自UrquhartShale

层(该区主要含矿层)，连续性较好的强反射轴；

向东，Paroo断层倾角变缓；其最浅控矿构造向

北部延伸。结果证明，反射波地震方法能够查清

区域窄旷构造的展布形态。Greenhorn等利用反

射波地震方法在巷道内对已开采矿体采掘面下

部的构造进行勘探，利用三分量VSP成像技术对

未知矿体分布范围和控矿构造进行探测。此外，

在其他多个国家多个地区的二维、三维地震试验

中，利用反射波地震成像技术来确定主要地层分

界面、断裂展布和控矿构造形态，从而达到寻找

隐伏块状硫化物矿体的目的。

内蒙古准苏吉花斑岩性钼矿是一个中型金属矿

床，受勘探成本的限制，没有进行打钻。无法对

深部的矿体和控矿构造进行探测。我们在此采用

了高精度放射地震测量。采用两套大功率地震

仪，5m道间距，960次接收，80次水平叠加的

方法，获得了清晰的能反映地下地质情况的高精

度反射地震剖面，为寻找深部隐伏矿体确定了新

的靶区。

拜仁达坝多金属矿是一个新开发的矿山，勘探程

度较低，一些问题尚不完全清楚。地质上认为在

41号测线以西被第四系覆盖的NE走向的山谷可

能为一几何尺度较大的断层。若该断层存在应为

一导矿断层，该断层附近还应有容矿断层。希望

通过本次地震方法探测该山谷是否与断层有关，

并根据钻孔揭示的矿体追踪矿体的横向延伸。

根据拟解决的地质问题，我们系统的展开了高精

度反射地震和地震层析试验探测，获得了高质量

的地震资料，并取得了以下成果：

根据获得的地震剖面，对矿体进行横向追踪，从

而研究矿体的横向分布。

根据探测结果发现在钻孔ZK405和ZKSW1之间存

在一条几何尺度较大的断层，该断层为NE向的

华力西期断裂，魏道矿断层，控制矿区的岩脉分

布。由此推测该断层以西还有多金属矿体分布。

该结果如今已被证实。

采用1s的记录长度和较大的能量炸药震源激发

地震波，基本上没有得到石英闪长斑岩底界面的

反射，推测该区石英闪长岩较厚，为2000m。

3．2折射波法

在国外金属矿地震勘探的早期，折射波法被广泛

应用．在金属矿勘查中，折射波法主要用于含矿

基岩或綦底和控矿构造的填图，研究风化壳等。

在乌兹别克西部的金属矿区，采用对比折射波法

划分了低速异常条带。分析低速异常条带的形态

可评价矿床外围的背景，这是因为该矿区所有矿

床都与界面速度低的局部异常有关。在俄罗斯，

科研人员成功应用折射波法开展金属矿地震勘

探的实例还很多。尽管折射波法在金属矿地震勘

探中可以利用，在变形和错断比较严重的地区，

折射波法的应用受到一定的限制。当探测地质界

面的几何形状比较复杂、高速层下出现低速层

时，折射波法的应用也受到限制。

3.3散射波法

在地下介质十分不均匀的地震地质条件下，在所

获得的地震记录上，反射波已不是主导地位的地

震波场了，折射波、散射波(或绕射波)及衍射波

等地震波场也相当发育。在金属矿勘查中，散射

波地震方法主要用于探测块状硫化物矿床。根据

地震剖面上的散射波场探测金属矿床取决于该

金属矿与围岩之间的密度和速度差，一般来说，

当这种差异较大时(如块状硫化物矿床)，利用散

射波地震方法能够寻找与矿体有关的局部不均

匀体，有效地进行探测，结合中国东部典型铜矿

一铜陵冬瓜山铜矿与中国西部典型锡矿一云南

个旧锡矿的地质模型，模拟了散射波地震记录，

并通过散射成像方法获得了高质量的偏移结果，

从数值模拟角度证明了散射成像在金属矿地震

勘探中具有较好应用前景。

3.4地面地震层析成像

地面地震层析成像是利用地震记录上首波的走

时反演地下速度结构的一种地震方法。利用该方

法可准确地探测底层的速度分布。与反射地震方

法相比，地面地震层析成像方法的纵向分辨率较

低，横向分辨率较高。因此，在金属矿勘查中，

地面地震层析成像主要用于根据介质速度的差

异探测地质构造、隐伏岩(矿)体和断层的分布、

同岩与矿体的接触带；根据介质波速的差异，推

断岩石的岩性等；在有利的条件下，探测几何尺

度相对较大的不规则矿床。并且，地面地震层析

成像可以为反射地震数据处理提供准确的静校

正资料。Milliliter等以加拿大Sudbury矿区

为例，讨论了地震方法在金属矿勘探中探测和描

述矿体形状与规模的潜力，首次指出：大型块状

硫化物矿体能产生典型的地震反射响应；对野外

采集和处理参数进行调整后，高分辨率地震方法

能确定地下主要岩性界面及其构造形态，并圈定

隐伏于地下深部的大型块状硫化物矿体。

3.5井中地震方法

在金属矿勘探中，采用的井中地震方法包括：跨

孔地震层析成像、井一地地震层析成像、垂直地

震剖面(VSP)等．垂直地震剖面(VSP)是苏联科学

院地球物理研究所于1959年首次提出来的一种

地震勘探方法，随后在不同地区进行大量试验，

在20世纪60年代中期投入实际生产，并取得了

较好的地质效果。70年代初期，美国引进了这

项技术，开展了少量的试验工作，也取得了某些

新的进展。在陡倾角构造发育地区(倾角大于

65。)，地面地震勘探技术受野外采集方式和处

理方法的限制，应用效果不理想。VSP技术通过

在井中接收，使来自陡倾角和翻转构造、传播方

向朝下或者与地面平行的反射信息得以记录下

来，可替代地面地震勘探技术对地下构造进行成

像。由于金属矿勘探中多数探井不是垂直井，国

外学者使用“井下地震成像技术”(DSI)这个名

词来取代VSP．早期的VSP技术主要用于获取地

下详细的速度信息，在地面地震资料和井钻遇的

地层界面之间建立联系以及优化复杂地区的地

震资料处理。Eaton等以位于加拿大安大略省

KiddGreek矿体附近，孕育在陡倾角褶曲火山

岩层中的硫化物矿体为例，讨论了DSI方法对金

属矿体和控矿构造进行成像的能力。在最终剖面

上，获得了来自已知块状硫化物矿体的反射信息

和主要地层分解面的展布形态。证实在适当的条

件下，DSI方法能探测到块状硫化物矿体，并有

效地对控矿构造进行成像。Adam等在加拿大魁

北克省北部Abitibi矿区的两口井中应用DSI方

法对位于地下1km处的已知矿体(BelIAllard)

进行勘探。Adam等指出，对于形状复杂的矿体，

最优激发炮点的位置取决于地质体的深度、倾

角、走向以及检波点位置；对于这种形状复杂、

中等倾角的地质体，要采用大炮检距的观测系统

进行勘探。最终处理剖面和波场正演结果证实，

矿体具有强反射特征，说明了DSI方法可用于金

属矿勘探。

4金属矿地震勘探存在的问题

金属矿床的地质背景复杂可以概括为以下几个

方面：

(1)金属矿地区地质构造(含控矿构造)复杂，地

层倾角一般较陡，所涉及的岩石类型主要为变质

岩和岩浆岩；

(2)金属矿体的几何尺度一般较小，且形状极不

规则；

(3)表层条件复杂，地形起伏较大、风化层厚度

变化大及潜水面较深，地表岩石裸露。其次，与

油气等能源勘探相比，金属矿勘探所涉及的地震

地质条件和要解决的地质问题更加复杂，具体表

现在以下几个方面：

①金属矿床形态复杂，矿体规模小，地层界面横

向连续性差，难以满足现有反射波地震方法所依

据的镜面反射条件，且矿体尺度与地震波波长相

当，往往会产生地震波散射而非镜面反射波。

②在纵向上，含金属矿地层速度高(大于6000m

／s)且各层速度接近，垂向速度梯度小，不同类

型岩石的密度变化显著，波阻抗差主要取决于密

度差异。

③在金属矿勘探中，目的层界面的波阻抗差一般

较小，有效地震信号弱；结晶岩所特有的非均质

特点以及复杂构造的三维效应致使波场图像复

杂多变，分离和识别有效波十分困难。

④在金属矿勘探中，目的层深度相对较浅，背景

速度高，信号的有效频宽为30～200Hz；而在

油气勘探中，最深日的层深度可达数千米，信号

的有效频宽在1~120Hz。

5技术发展方向

近年来，地震勘探方法的研究取得了很大的进

展，国内外一系列的研究试验结果证实了地震方

法用于金属矿勘探的可行性和潜力。在金属矿勘

探开发的不同阶段，地震方法不但可以较大深度

范围内，精确地查清浅、深层地质构造之间的关

系，圈定地下隐伏岩体，探讨测区断裂系统和构

造一岩浆对矿体成矿的控制作用，确定主要岩层

分界面的空间展布形态，甚至在有利条件下，可

探测与矿体有关的局部不均匀体，直接罔定隐伏

矿体。目前，金属矿地震勘探技术研究仍处于实

验阶段，金属矿勘探所面临的复杂地质问题对地

震技术甚至理论提出了挑战，但同时也为我们提

供了广阔的研究空间。随着散射波地震方法研究

的不断深入，地震方法在金属矿勘探中将会发挥

更重要的作用。

(1)近年来，地震波散射即地球三维非均匀性引

起的地震波场变化的研究取得了很大进展，但总

体上，它还是一个较新的研究领域，在矿产勘探

等许多方面的应用才刚刚开始。

(2)电法、磁法勘探是金属矿勘探的基本方法，

但在勘探中所涉及到的特殊地震地质条件使得

金属矿地震勘探问题落入地震波散射领域，若要

从根本上解决问题，要求采用基于地震波散射理

论的地震方法技术，即散射波地震技术，并结合

电法、磁法等物探方法，这也是金属矿地震勘探

技术在理论和应用领域的发展方向。

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