0 引言

 

  新中國成立后, 面對一窮二白的落后工業面貌,國家提出礦業先行的號召。1958年以來, 建立起許多大型礦產基地, 我國的礦業得到了較大的發展, 為社會主義建設事業做出了巨大貢獻。

 

  20世紀70、80年代, 隨著地質找礦工作的不斷深入, 露頭礦和近地表礦已基本查明。特別是我國東部較發達地區, 地質工作程度較高, 露頭礦、易識別礦越來越少, 找礦難度越來越大, 地質找礦逐漸轉向已知礦區的周邊以及深部隱伏礦的勘查;在中西部地區地質工作程度相對較低, 一方面繼續尋找淺表礦, 另一方面采用新技術進行隱伏礦的勘查。

 

  20世紀80年代以來, 隨著我國改革開放的實行和深入, 在礦產資源勘查的理論和技術方面與國際交流迅速增加, 尤其是物探、化探新方法新技術的引進, 有效地提取深部多種找礦信息, 成為尋找隱伏礦的主要手段。我國物、化探工作者, 在引進新方法、新技術和消化吸收的同時, 也自主研發了一些適合我國實際需要的新方法、新儀器等。

 

  1 物探勘查方法技術

 

  物探是地球物理勘查的簡稱, 包括重力、磁法、電法、地震、放射性和地溫等六大類方法。據統計,物探方法在尋找和擴大能源礦產、黑色金屬礦產、有色金屬礦產、非金屬礦產和地下水等方面, 起著主要的作用, 效果明顯優于化探。

 

  1.1 航空及地面甚低頻電磁法(VLF)

 

  甚低頻電磁法(VeryLowFrequencyElectro-Magnetism, 簡稱VLF)。其基本原理是:利用頻率為15 ～ 30kHz的甚低頻軍事或廣播電臺發射的電磁波作為場源, 在地表、空中或地下測量其電磁場的空間分布, 從而獲得淺層地質體的電性局部異常, 其探測深度較小(一般在50m左右), 作為一種物探勘查方法, 在我國應用是20世紀80年代從國外引入以后。

 

  該方法在圈定良導斷裂破碎帶、蝕變帶, 追蹤含礦構造, 尋找低電阻率的巖(礦)脈, 圈定礦化范圍等方面具有鮮明的特點。其儀器設備輕便, 野外觀測方法簡單, 資料處理速度快。但應注意地形、電纜等人文干擾異常的識別和改正。當第四系覆蓋較厚時,對于埋藏較深的地質異常體所反映的有效信息較弱。因此, VLF一般用于淺覆蓋區及外圍的剖面或掃面工作。目前, 我國已經可以生產較為先進的甚低頻電磁儀, 如重慶地質儀器廠生產的DDS系列,在我國的金屬礦產勘查中取得了一定效果。

 

  1.2 地震層析成像(CT)

 

  地震層析成像(ComputerizedTomography, 簡稱CT)就是用醫學X射線CT的理論, 借助地震波數據來反演地下結構的物性屬性, 并逐層剖析繪制其圖像的技術。其主要目的是確定地球內部的精細結構和局部不均勻性(楊文采, 1993)。這一技術起源于20世紀30年代, 技術理論成熟、分辨率高、探測深度大, 尤其在深部探測方面具有明顯的優勢, 因此主要應用于能源礦產的勘探以及地球內部物理結構及地球動力學研究。在20世紀80年代以后, 才將其應用于金屬礦的地球物理勘查工作, 近年來, 我國學者在銅陵礦集區等金屬礦勘查中應用了這一方法, 積累了不少有益的經驗。

 

  1.3 大地電磁測深(MT)

 

  大地電磁測深(Magneto-Telluricsounding, 簡稱MT)是以天然交變電磁場做場源的被動場源電磁測深法。它是通過被動場源引起在地表觀測到的電、磁場強度的變化來研究地下巖(礦)石電性及分布特征的一種方法(陳樂壽等, 1990)。

 

  20世紀60年代, 我國開始研究并于1980 年前后應用于礦產勘查。由于其具有探測深度大(可探測至上地幔), 不受高阻層屏蔽, 分辨能力強(尤其是對良導介質), 工作成本低(相對于地震勘探)和野外裝備輕便等特點, 在地球巖石圈深部結構研究、地震預報、油氣勘探、地熱田調查中顯示了重要作用(趙國澤等, 1998;詹艷等, 1999)。

 

  大地電磁測深對于地下低阻層(良導電體)相當敏感, 這是大地電磁測深方法能夠在(隱伏)金屬礦勘探中發揮作用的主要地球物理依據。就金屬礦床而言, 礦體與圍巖之間, 蝕變圍巖與未蝕變巖石間, 一般均存在較大的電性差異。礦體中金屬硫化物的富集會使其電阻率明顯降低。而控礦脆性斷裂、韌性剪切帶、蝕變破碎帶的出現, 均可導致礦體與周圍巖層(體)間明顯的電性差異。這使大地電磁測深方法成為解決此類問題的有效手段。

 

  1.4 瞬變電磁法(TEM)

 

  瞬變電磁法(TransientElectromagneticMethods,簡稱TEM)是電磁測深法的一種, 但它是有別于大地電磁測深(MT法)的以脈沖電流訊號為場源的主動場源時間域電磁勘探技術。TEM以電磁感應理論為基礎, 通過研究探測目標物感生出的渦流場在其周圍空間形成的二次電磁場隨時間變化的響應特征, 推測目標物的空間形態, 從而達到探測目的。基于此, TEM對于尋找高導電性的較大礦體的效能突出。另外, TEM還具有探測深度較大, 受地形影響較小, 施工環境寬松, 作業方便等優點。這使得該方法在一些地理景觀復雜的礦區得到了廣泛的應用, 找礦效果明顯。

 

  1.5 可控源音頻大地電磁法(CSAMT)

 

  可控源音頻大地電磁法(ControlledSourceAudio-frequencyMagnetotellurics, 簡稱CSAMT), 是20世紀80年代興起的基于大地電磁法(MT)和音頻大地電磁法(AMT)而發展起來一種主動場源頻率域電磁勘探技術。它用一個發射偶極AB供電, 電極距離為1 ～ 2km, 測量工作布置在供電偶極中垂線±30°的扇形面積內, 測線與供電AB極連線平行。

 

  這時的場源可以認為是平面波, 通過不斷變換供電頻率便可達到電阻率測深的目的。在山區可根據地形靈活選擇發射機位置。測量時只移動接收機便可進行面積性測深工作, 從而提高了效率, 降低了成本。

 

  CSAMT法勘探深度大(可達2km以上), 同時由于其可以通過“變頻”改變探測深度的不同, 而兼有測深和剖面研究的雙重特點, 是研究深部地質構造和探尋隱伏礦的有效勘查手段。對于地面甚低頻電磁法(VLF)難以發揮作用的厚層覆蓋區, 可以選用CSAMT法。王繼倫等曾在內蒙古蓮花山、紅花溝、撰山子金礦區以及遼寧柏杖子、青龍溝、盤道溝金礦區進行了以CSAMT法為主的綜合物探專題研究工作, 圈定出了找礦的有利構造及巖性地段, 取得了較好的地質找礦效果。此外, 還有不少學者進行了CSAMT的應用研究工作[ 14 -16] , 他們的研究中涉及CSAMT的成果都大致體現了其上述優點。

 

  1.6 連續電導率剖面測量系統(EH4)

 

  EH4連續電導率成像系統是由美國Geometrics公司和EMI公司于20世紀90年代聯合生產的一種混合源頻率域電磁測深系統。結合了CSAMT和MT的部分優點, 利用人工發射信號補償天然信號某些頻段的不足, 以獲得高分辨率的電阻率成像。

 

  其核心仍是被動源電磁法, 主動發射的人工信號源探測深度很淺, 用來探測淺部構造;深部構造通過天然背景場源成像(MT)。伍岳等在砂巖型鈾礦床上應用研究指出[ 17] :EH4在高阻覆蓋區具獨到的優越性, 可以穿透高阻蓋層;而當基底為高阻時, 且基底與上覆砂巖有明顯電性差異時, EH4 能準確而清晰地探測出基底的埋深和起伏。申萍、沈遠超等采用EH4對橫跨中國東西的9種不同成因類型的25個礦床進行了研究, 結果表明:EH4 連續電導率成像結果能夠直觀地反映礦化異常在剖面的形態、規模、礦化強度等, 是隱伏礦定位預測的方法之一。

 

  1.7 淺層地震技術

 

  淺層地震技術是地震勘探方法的一種, 它是用人工激發的彈性波在巖石中的傳播來研究地下地質結構和巖性信息的一種方法。該方法最初用于油氣勘查, 目前仍是這一領域的主導方法。該方法比一般方法探測深度大(可達地表以下3km左右), 經圖像處理后能對地下構造的形態和分布做出精細的地質評價。

 

  在20世紀60 ～ 70年代, 國外即在金屬礦區進行了地震勘探試驗, 蔡新平(1994)等在我國較早地將淺層地震方法應用于金廠峪金礦區隱伏地質結構的研究, 有效地指導了深部找礦[ 21] 。韓金良等在山西堡子灣金礦隱伏礦體預測中應用淺層地震技術,效果明顯, 并指出該方法有推廣的必要[ 22] 。總體來說, 在我國金屬礦地震勘查技術仍處在試驗階段。

 

  綜上所述, 需要指出的是在使用上述物探方法

 

  進行地球物理勘查工作之前, 首先要對測區內的地層、巖體、礦石等采集足夠數量的標本進行電性參數的測定, 從而確定是否具備開展地球物理勘探的物性條件。同時應注意各種方法的綜合使用以對異常進行相互印證, 僅用單一的方法對隱伏礦進行成礦預測是很困難的, 也不符合當前隱伏礦產勘查的發展趨勢。

 

  2 化探勘查方法技術

 

  化探是地球化學勘查的簡稱, 在尋找和擴大貴金屬礦產方面, 由于其多解性少, 具有直接性, 其勘查效果明顯優于物探。隨著勘查與化學分析技術的進步, 以水系沉積物測量為代表的傳統化探方法(還有礦床原生暈法、土壤測量法等)愈加成熟, 解釋方法也正朝定量化、綜合化和模式化方法迅速發展。伴隨著地質找礦的深入, 露頭礦和近地表礦已基本被查清殆盡, 隱伏礦的尋找成為今后礦產勘查的發展趨勢。近年來, 一些高靈敏度、高精度的化學分析儀器, 提高了人們對地球物質特殊存在形式和遷移運動機制的認識, 同時促進了人們對地球化學勘查方法的開發研究, 提出了不少隱伏礦床地球化學勘查的新理論和新的方法技術。

 

  傳統的化探方法中, 氣體地球化學測量方法是利用各種氣體物質進行找礦的重要勘查方法之一。

 

  這種氣體測量是測定本身呈氣體的元素或分子, 如:

 

  汞蒸氣、氡氣、CO2 氣體、烴類氣體等, 這與新發展起來的深穿透地球化學中的地氣(地球氣)則不同。

 

  后者是測定氣體中的納微金屬顆粒, 而這些金屬顆粒并不是以氣體形式存在, 而是以某種方式存在于氣體中(或被其攜帶)。汞氣測量是氣體測量方法中研究最多應用最廣也是最成功的方法之一, 下面將其原理及應用做以簡要介紹以便與下面的深穿透地球化學方法進行簡略對比。

 

  2.1 汞氣測量及熱釋汞量法

 

  汞及其化合物的地球化學性質有兩個方面的重要特征:一方面汞是典型的親硫元素。這使它在內生成礦作用中, 以各種形式分散進入各種硫化物中,使汞呈高度分散狀態;另一方面, 汞及其化合物具有很高的蒸汽壓, 與其他金屬元素相比, 汞為最易揮發的金屬元素。汞易于從各種化合物還原成自然汞,而自然汞在相當寬的氧化還原電位和酸堿介質內是穩定的。汞具有較強的穿透力, 一般地說, 由地下深部上升的汞蒸汽, 沿著構造斷裂、破碎帶上升, 從地面一下幾百米甚至幾千米, 可以一直到達地表, 即使疏松覆蓋物較厚, 地表土壤中仍有汞的異常顯示。

 

  土壤汞異常往往指示斷裂構造頂部的投影位置。然而當直接采樣介質為氣體(如壤中氣汞量法、地面大氣汞量法等)時, 受氣候、環境, 尤其是降雨等自然因素和操作上繁瑣、操作過程中主觀因素的影響,測量結果重現性不理想。Klusman(1990)更認為:

 

  汞蒸汽測量除對汞礦外實質上是一種間接找礦方法, 因而它比在殘積層分布地區土壤測量這種直接找礦方法在可靠性與應用的廣泛性方面都要差得多。而土壤汞量法有較好的重現性, 尤其是熱釋汞量法(利用汞及其化合物的熱穩定性較差, 直接加熱固體樣品, 讓樣品所吸附的汞釋放出來, 然后用原子吸收型測汞儀進行測量)操作簡捷、成本低廉、重現性好, 而且該方法應用具有及時性, 因而具有很好的應用前景, 是20世紀冶金地質化探工作十大創新成果之一[ 23] 。由于汞與金在地球化學方面的諸多共同點(周期表位置緊密相鄰, 電離勢、離子半徑、電價等接近), 汞礦化或汞異常使汞作為金的主要遠程指示元素對金礦勘查(尤其對含金石英脈和含金破碎帶)具有重要的指示意義。

 

  目前比較先進的化探方法是深穿透地球化學方法, 它包括地氣測量方法、活動態金屬離子法、金屬元素活動態測量法等。

 

  2.2 地氣測量方法

 

  這里的地氣測量方法不同于傳統的測試對象為Rn、CO2 、Ar及Hg的氣體地球化學方法, 而是瑞典學者LMalmqvist和KKristiansson于20世紀80年代提出的以Geogas著稱的地氣法[ 24, 25] 。他們在尋找鈾礦的過程中, 通過對地表氡(222Rn)的測量得到啟示并認為:地下深部的氣體呈微氣泡形式上升,通過礦體時將成礦元素附著于氣泡表面帶到地表。

 

  他們研制了地氣捕集設備, 并成功地在瑞典和新西蘭進行了地氣采集試驗[ 26, 27] 。隨后, 俄羅斯CB戈里格良在1985年發現了元素自深部向地表的發射遷移現象, 發展了離子測量找礦法, 并研制了射氣捕集裝置。德國和捷克聯合研制出與瑞典地氣法相似的"元素分子形式法"MFE(MolecularFormsofElements,1991)。20世紀80年代末90年代初“地氣法”引入我國后, 王學求等于1990年在山東大尹格莊金礦進行了首次氣體動態采樣試驗, 發現礦體上方氣體中異常金的存在。其后把此項技術命名為:

 

  地球氣中納微金屬測量NAMEG(NanoscaleMetalsinEarth-Gas), 簡稱地球氣測量, 我國學者伍宗華(1995)稱之為氣溶膠體測量。

 

  雖然隱伏于地下深處的有用礦產通過射氣向上遷移并攜帶納微金屬溶膠等微粒的原理目前尚不清楚, 但是這不妨礙人們捕集這些元素微粒并進行檢測作為一種新的化探方法應用于地質找礦。國內外的研究應用成果表明, 地氣測量可以反映地表以下400m左右的金屬礦, 也可反映埋深4000m的油氣田環狀構造。地氣異常檢測是揭示深部隱伏斷裂的有效手段, 常出現在隱伏斷裂的正上方, 異常的寬度基本反映隱伏斷裂破碎帶的寬度。地氣土壤測量取樣時, 其異常所反映的往往是深部礦化, 與地表土壤元素分布完全不同。另外, 由于地氣的客觀存在性,其異常具有很好的再現性, 不受工業電源、建筑及工作時間的限制。因而, 地氣測量法已經成為隱伏金屬礦勘查的一種重要手段。

 

  2.3 活動金屬離子法

 

  活動金屬離子法(MobileMetalIons, 簡稱MMI)是澳大利亞的AMann與RBirrell等在20世紀90年代初發展起來的。據其介紹, MMI法經過長達6年的野外和實驗室研究、試驗和開發, 以及90 多次勘查實踐, 已經成為一種尋找隱伏礦的實用方法。

 

  Mann等于1995年第十七屆國際化探會議上正式提出了該方法[ 31] 。MMI法的依據是深部礦體的金屬活動離子可以穿過上覆的成礦后沉積的空白巖石及外來的厚層運積物而達于地表。使用某種特殊試劑可以把這種金屬活動離子提取出來, 這種金屬活動態離子異常較準確地經常位于礦體垂直上方, 偶爾也在傾斜上方, 假異常很少遇到。MMI法能夠準確地圈定盲金礦以及隱伏鎳和賤金屬礦化, 并已在澳大利亞、非洲、智利和美國等許多地區覆蓋厚度幾米至700m的礦床上圈定出39個含金、賤金屬和鎳礦化的礦體。以MMI技術開發應用的WamtechPty公司聲稱他們迄今已有74個找礦例案, 找礦成功率達86.5%。雖然如此, 關于活動態金屬離子如何從深部達于地表, 原作者對此卻也不能明確說明。估計像該方法的提出者所處的澳大利亞深風化殼地區,風化過程中元素的化學釋放是主要原因, 但這對運積物地區卻不能成立, 而且這樣的遷移機制也無法解釋幾百米深的礦體上方發現異常的現象。這說明, 迄今為止人們對于深部礦體的元素向上遷移的機理還不能完全了解[ 29, 32, 33] 。

 

  2.4 金屬活動態提取法

 

  金屬活動態提取法(LeachingofMobileFormsofMetalsinOverburden, 簡稱MOMEO)和上面提到的MMI法均源于早期的偏提取技術。MOMEO方法的思想是:金屬礦床本身及其圍巖中, 與礦有關的超微細金屬或金屬離子以及化合物, 會在某種營力的作用下, 如地下水、地氣流、蒸發作用、濃度梯度、毛細管作用等向地表遷移。在到達地表后, 被上覆土壤或其他疏松物的地球化學障所捕獲, 并在原介質元素含量的基礎上形成活動態疊加含量。使用適當的提取劑將這些元素疊加含量提取出來, 從而達到尋找和評價隱伏礦的目的。由此可見, 金屬活動態提取法與傳統的偏提取在理論與方法上存在諸多差異:偏提取技術提取的是地化樣品中離子態性狀的金屬元素, 故對那些易呈離子形式的金屬元素(賤金屬和多金屬)的勘查工作較有效;而金屬活動態測量提取的是地化樣品中呈離子態形式的金屬, 也包括超微細金屬, 它是針對金屬活動態本身的提取。

 

  因此, 對不易形成離子形式而多以超微細活動態形式存在的金的找礦效果較突出。這與中國學者最初提出金屬活動態提取法MOMEO(王學求, 1989;王學求等, 1995、1996)時, 主要用來尋找貴金屬中的金不謀而合[ 29] 。后經在新疆西天山、膠東, 烏茲別克斯坦的穆龍套金礦、澳大利亞的奧林匹克壩礦區進行的一系列試驗均取得了較好的試驗成果。

 

  3 應用與問題

 

  1)當前礦產勘查的發展趨向是應用綜合勘查技術進行找礦預測, 這需要各種勘查手段的密切配合, 協同作戰, 以減少多解性, 而僅用一種物探或化探的手段去進行隱伏礦的找礦預測是不現實的。

 

  2)物化探方法的運用必須以工作區的成礦地質背景為基礎, 物化探信息必須結合工作區的成礦地質條件來解釋。在進行物化探勘查過程中始終堅持地質—物化探(結合地質理論進行合理分析、解釋)—地質的思路, 而不能脫離成礦地質條件, 孤立使用某種方法, 只有這樣才能解決地質與找礦的實際問題。