|
|
论低成本绿色勘探找矿方法
祁福利1 寇伟2
黑龙江省地矿投资集团有限公司1 郑州地象科技有限公司2
摘要：绿色勘探的关键是要“运用先进的勘查手段、方法、设备和工艺”，来实现对生态环境最少的扰动和破坏，而目前采取的勘查手段和修复措施多是以增加成本为代价实现绿色勘查。本文在对现有勘探技术和找矿方法进行简单分析评价的基础上，推荐两种较新的先进物探技术，并探讨了用其实现低成本绿色勘探找矿的实施方法。
关键词：绿色勘探，物探技术，热液成矿，找矿方法
勘探找矿历来都要经过由表及里、逐层揭露和认识的过程，是一项投入大、耗时长、成功率低的工作。开始都是通过地表出露标志性矿物质或其衍生物发现苗头，然后通过浅层挖槽、物化探、钻探逐步认知，凭借可获取的较少信息和以往的经验来预测矿体、圈定矿区。这种传统的地质找矿方法存在几个问题：一是最初都是靠发现地表出露含矿苗头才开始进一步找矿工作的，绝大多数露头信息都被发现试找过了，以后怎么找矿？二是地表露头的标志物可能只是热液成矿在浅层成矿空间形成的不连续窝矿，挖了一窝就找不到主矿体了；三是浅中层矿体采完了，不知道深部是否还有矿、周围是否还有矿；四是现有物探技术效果较好的是地表挖坑化探和时间域透视性磁探两种单点勘探方法，间距大了会漏掉矿脉，间距小了费工费时费钱做不了；五是槽探和钻探虽然结果直接明了，但占地多、投入大，只能作为验证确认手段。
目前，很多已经拿到探矿权的投资人迟迟没有开展大规模探矿工作，已经采的差不多的老矿区边深部找矿没有突破性进展，并不是没有资金投入，而是对地下是否有矿、何处有矿没有一点把握，仅靠地面勘查结果和猜测投入风险太大，不敢盲目投资开展探矿工作。
一、运用传统找矿方法只能靠增加成本实现绿色勘查
2018年8月1日由中国矿业联合会制定实施的《绿色勘查指南》将绿色勘查定义为：“以绿色发展理念为引领，以科学管理和先进技术为手段，通过运用先进的勘查手段、方法、设备和工艺，实施勘查全过程环境影响最小化控制，最大限度地减少对生态环境的扰动，并对受扰动生态环境进行修复的勘查方式。”从定义来看，最关键的就是“运用先进的勘查手段、方法、设备和工艺”，来实现对生态环境最少扰动的绿色勘查。
以地质找矿为目的的固体矿产勘查工作，是通过测绘、地质、地球物理勘探、地球化学勘查、遥感地质调查、槽探、坑探、钻探等手段来实现的。其中经常采用的槽探、坑探、钻探等工作手段，对生态环境造成的破坏较大，工程竣工后需要对破坏地段进行恢复治理，有些工程对生态环境形成几乎是毁灭性的破坏，生态环境很难完全恢复。
从整个固体矿勘查流程来看，最大的短板始终在于前期地面勘探效果不佳。按道理讲，地表有露头发现矿脉踪迹就应该部署开展地面物探，查清地下矿脉的分布之后，再有目标的进一步开展槽探和钻探工作。但是，由于物探技术、方法和设备存在一定问题，物探效果不佳、可信度低、起不到应有作用，在找矿勘查中不被看好和重视。实践中往往是依靠槽探和钻探手段找矿，先挖槽看看矿脉走向，迎面打几个斜孔取样看看是否存在有开发价值的矿脉、能否形成矿体，有的话就加密钻探，没有的话就撤。这种做法一是成功几率不高，即使是地下有矿、钻孔位置选择不对也找不到矿；二是全靠钻探趟路成本过高、对剖面矿体描述准确性不高，钻孔设计有误时会导致多报或漏报矿脉、矿体；三是一般只有在地面发现矿脉露头及判定其走向时才会投入钻探，但是随着这种机会的减少、依靠钻探找矿成功的几率亦越小；四是在老矿区深部及周边找矿，在缺乏精准物探找出深部及边围隐伏矿体的情况下，盲目定位深钻或四外扩张式钻探的成本更高。
自从倡导绿色勘查以来，有关地质矿产勘查施工企业在实践中创新和改进了许多勘查方法和手段、增加了大量的人财物投入来实现绿色勘查。但从技术创新和方法来看，大多都是以浅钻代替槽探、一基多孔或一孔多支、采用轻型钻探设备等方法来减少勘查占地，施工中采取措施减少环境破坏，施工后进行生态恢复治理。这些改进对于找矿效果没有任何作用，钻探工作量一点没有减少，勘查经费比以往大幅度增加，其成果仅仅是绿色环保。
二、传统物探手段难以满足低成本绿色勘探找矿要求
现有勘探技术虽各有所长，但都不完全符合低成本绿色勘探找矿的要求。低成本绿色勘探找矿的标志：一是绿色环保，不破坏生态环境，不需要征用农田、不损坏农作物和植物；二是低成本，包括省钱省时省力三个方面；三是准确率要高，最终目标是要找到矿藏，即使是再环保节省的方法，勘探准确率低、找矿效果差，总折腾不出成果就是最大的浪费。
常用的勘探找矿方法有化探法、直流电法、磁法等，近些年开始尝试应用地震法、瞬变电磁法、大地电磁法及可控源法等物探手段找矿，因单独使用这些方法都存在一定的多解性和不确定性，在实践中往往不得不采用综合物探法——将多种物探方法同时使用、相互印证和补充，但结果却很难一致并达到综合之目的，效果并不理想。
（1）直流电法勘探找矿。在找矿施工中最常用的是激发极化法（简称激电法），它是以不同岩、矿石激电效应的差异为基础，通过对大地施加直流电后断电来观测和研究大地激电效应来探查地下地质结构。一般是用中梯装置、联合剖面等装置扫面寻找异常区域，用激电测深法鉴别不同深度地层岩石与矿石之间存在的激电效应差来鉴别是否存在金属矿脉。由于直流电无法逾越高阻层且易被低阻层短路而无法继续深入地下，施工时需要远距离布设电极，在复杂地质、地形环境下很难开展工作，对于采集信息的准确性及不同岩性的差异很难确定，找矿效果差、效率低、费钱费时费力，不适合作为主要找矿手段进行面积性勘探，仅适合查明矿脉之后用激电测深来鉴别是否为金属矿脉。
（2）磁法勘探找矿。它是通过观测和分析由岩石和矿物等探测对象磁性差异所引起的磁异常，进而研究地质构造和矿产资源分布规律的一种地球物理方法。它主要用来查找各种类型的铁矿以及和磁铁矿或磁黄铁矿共生在一起的钼、铜、镍、锡等矿种。磁力勘探对于地表浅层地质异常较为敏感，随着矿体埋藏深度加大、矿体磁性异常强度弱化很难测到，所以仅适合用来确定致矿目标区域，尤其是适合卫星磁法和航磁测量大面积提取地磁信息来预测隐伏矿产区域。
（3）化学勘探找矿。它是指通过相应的化学方法对于矿产资源中所含有的化学物质实施探测，以此实现矿产资源勘查之目的。由于化探是在测点直接取样分析，多解性少，其浅层勘查效果明显优于物探。其缺点是单点采样需带回实验室分析，而且是每种方法、每种元素都要单独做实验分析，时间长、费用高。所以，不可能将化探作为面积性勘探手段，只能在通过其它手段初步掌握地下矿脉分布之后，选择特殊点取样化验了解矿元素属性。
（4）地震勘探技术找矿。它是利用地震反射的原理，由人工激发的地震波在弹性不同的地层内传播，通过岩石的声阻抗等方式检测反射体的特点及规律来勘测地下的地质情况。地震勘探技术在油气、煤田、盐岩和一些层状沉积矿床中经常使用。由于金属矿勘探所涉及的地震地质条件和要解决的地质问题十分复杂，原来用于层状矿床的地震勘探技术无论在理论还是方法技术上都不能直接套用于金属矿勘探，另外应用地震勘探方法找矿的成本过高，即使是找到小块金属矿体、其规模与油气田和煤田相比也相差甚远、得不偿失，故地震技术不适合用于金属矿勘探。
（5）瞬变电磁法找矿。它是通过向地下发送脉冲电流讯号作为场源、断电后采集电磁感应信号来分析地下介质物性参数变化的物探方法。由于是向大地短时发送高压大电流交变脉冲信号，瞬变电磁法属于时间域电磁探测法，比直流电法的垂向探测深度大、穿透能力强，深度达到300m～400m，且不受覆盖层下的良导电体或高阻层的影响。但是瞬变电磁法是时间域方法，其采集的是重叠回线装置框内地下反射电磁波的综合信息，就像X光机一样只能平面透视、不能纵向剖切成像，判断不出异常的深度位置；采集信号为回线框内地下同体积介质反馈信息，体积效应明显；在用于找矿时对于高低值异常反演分析尚缺乏较为成熟的方法和合理的解释。所以说，瞬变电磁法不适合应用于找矿。
（6）大地电磁（MT）法找矿。它是以地下电磁场为场源来研究地球内部电磁特性结构的一种重要的频率域电磁物探方法，是依据不同频率的电磁波在不同深度层介质中具有不同电磁反应特性的原理，在地表测量由高频至低频自下而上的电磁波能量值响应序列获得大地由浅至深的电磁特性结构，通过计算机软件直接出表出图，客观地反映地下各层岩性的电磁反应信息。目前在物探领域应用较广的根据大地电磁测深法原理研制的物探仪，主要为国外进口的V8、GDP-32、GSM07等包括大地电磁法（MT）、音频大地电磁法（AMT）及可控源音频大地电磁法（CSAMT）方法在内的综合物探仪，因其在对原理的解释、采集信号及其反演方法上效仿直流电法仪，以致形成体积效应大、分辨率低、抗干扰性能差等痼疾，勘探结果存在多解性和不一致性，严重影响了在找矿等应用中的实际效果。
三、可实现低成本绿色勘探找矿的先进物探技术
《绿色勘查指南》倡导“运用先进的勘查手段、方法、设备和工艺，实施勘查全过程环境影响最小化控制，最大限度地减少对生态环境的扰动。”实际上指明了先进的物探技术应该具备的几个主要特质：一是要先进，要站在国内外物探行业的前沿，而不是亦步亦趋地跟在国外物探厂商的后面单纯高价购买、照抄模仿、小打小闹的改进赶超；二是要准确，要能够快速准确地提取到地下岩性的物性反映信息，不能因为物探仪器本身的准确性限制和抗电磁干扰能力差，就以物探的多解性来搪塞，就要通过所谓的综合物探靠多种物探方法来相互验证，实施勘查过程中反反复复地折腾；三是效果好，评价勘探效果好与差的标准除了采样信息准确之外，还要成像清晰分辨率高，纵向分辨率要达到分米级、横向分辨率要达到密级，目前多数物探仪纵向分层和横向点间距都是几十米，使用制图工具画出的等值曲线图大片大片的蓝红黄绿色区块，只能看出大的地质构造，看不出是否存在矿脉和矿体。
我们推荐符合低成本绿色勘探要求的两种较新的物探方法，一是利用遥感技术通过成像分析圈定有利于成矿的靶区范围，二是利用MT-VCT大地电磁镜像测深技术在靶区开展详细勘探查找矿脉分布及成矿构造。
1、利用遥感技术确定成矿靶区
遥感技术是通过遥感卫星所带的各种遥感器收集、记录地球和大气目标辐射或反射的电磁波谱、光谱等信息，由信息传输设备发送回地面进行处理和加工，判读并提取各种地球环境资源、景物、地质等信息。目前我国发射并正在使用的有国土资源、环境、气象、海洋、减灾等专业领域的遥感卫星，用于综合探测的“北斗一号”卫星遥感系统装有多种波段的摄像机、多光谱扫描仪、微波辐射计、测试雷达、专题成像仪等，并且在不断向多光谱段、多极化、高分辨率和微型化方向发展。另外，还有一些国外的商业探测卫星可供有偿使用，其数据空间分辨率已达到0.5米，遥感影像图制图比例尺可达1：5000。
伴随着遥感技术的快速发展，高分辨率遥感找矿技术已成为重点调查区或探矿权区矿产资源勘查的重要技术手段。由于任何物体都具有光谱特性，在同一光谱区各种物体的反映不同，而同一物体对不同光谱的反映也有明显差别。遥感技术就是根据这些原理，针对不同物体反映在图像上的色调、颜色和纹理也存在相应的差异，根据岩石矿物呈现的光谱特征，结合图像增强、变换和分析等方法将其提取出来。利用高光谱遥感技术不仅可以实现矿物种类的识别，也可以通过对这些细微的变化的探测，掌握地质作用演化信息，可以开展1：1万或更大比例尺的遥感地质调查与评价，解译出较小的断裂构造、破碎带，圈定出较小的岩体或脉岩，直接判断可能存在的矿化或矿床信息，进而圈定矿化与成矿远景区以及提供优质靶区。
2、利用MT-VCT大地电磁镜像测深技术查找矿脉分布及成矿构造
MT-VCT大地电磁场镜像测深技术是由郑州地象科技有限公司研发并具有理论创新的大地电磁物探方法，与国外MT物探仪同属于天然场源的大地电磁法，但是在理论、架构、应用上都有很大的差异：（1）MT-VCT的有效场源是来自于地球内部的动态电磁场， MT-VCT找矿仪把地表之上所有电磁信号都视为干扰信号而将其屏蔽掉，抗干扰能力很强，采集信号真实可靠一致性好；（2）MT-VCT在地表采集的是电磁波穿过介质层作用后相对稳定的剩余能量值，反映的是地层介质的电磁特性，与介质层电阻率无关，不存在低阻层和高阻带的困扰；（3）因电磁波的电场和磁场信号都可用以独立表征各地层介质的电磁特性，故此MT-VCT仅采用一个垂放于地面上的高灵敏度电磁传感器采集自下而上的电磁波能量序列值，即可完全表征大地由浅至深介质的电磁反应特性：（4）因电磁波穿过固定不变的地壳混合介质层到达地面后的剩余能量值符合镜像法的唯一性定理要求，每个频率点的测值与地下相应波长深度层的电磁波能量值互为镜像关系，即每一个频率点都对应着一个固定的波长（深度层），由此建立了MT-VCT探测仪一万米深度内的频率（波长）与深度一一对应的对应关系表。
MT-VCT大地电磁镜像测深探矿仪的性能指标及特点：MT-VCT-800M型探矿仪的探测深度为800米，纵向分辨率400米之上为20厘米/层、400—800米为50厘米/层；探测仪的探头重量3公斤、机箱3公斤，一个人即可勘探施工；探头放置在水泥地、岩石、山林、田间、冻土上及浅水里都可以探测，单点采集数据时间为56秒；仪器整体抗干扰能力强、采集信号保真度高，勘探结果一致性高、不存在多解性问题；勘探点间距一般设为1—10米，横向分辨率高；运用独创CT二维彩色剖面图自动成像技术生成的线剖面彩色图表，可以清晰描绘地下地质构造及矿脉分布情况。
四、探索运用先进物探技术实现低成本绿色勘探找矿的方法
以往开展地质勘查找矿工作，要么是不相信物探方法，直接从露头、地质踏勘分析到槽探、钻探；要么是采用多种地球物理勘探方法对勘查区进行多尺度、多元方法探测，先利用重、磁、电、震等方法圈定大范围有利成矿区域，再利用化探、磁探等多种方法进行精细探测，以提高勘探结果的精准度、减少地球物理多解性。前者存在较大的盲目性和钻探风险、容易遗漏矿体，后者兴师动众、劳民伤财、效果一般。
我们根据综合分析现有找矿方法及总结近几年的实践经验，提出低成本绿色勘探找矿的分阶段实施方法：
1）通过收集与勘查区有关的遥感地质调查与评价资料、国家地质图数据库、国家矿产资源数据库、国家物化遥勘查数据库等资料，结合勘查区现有地质找矿成果及勘查资料，进行全方位、多层次解译分析，初步框定可成矿区域。
2）无论是多期运动还是同期运动，都应该是先有张性断裂、后有热液上侵喷发或填充，所以金属矿脉的成因是热液、矿体的分布取决于断裂构造。因此，在初步框定可成矿区域内、或已探明矿床和已开采矿区的外围，需要进一步综合分析已掌握资料，找出成矿可能性较高的次级断裂构造，确定断裂构造的所在位置、大致走向，进而圈定找矿勘探靶区。
3）在勘探靶区首先设计几条垂直于断裂走向、横跨整个断裂构造成矿区域的初步勘探线路，以便呈现热液沿断裂构造向上充填成脉的完整形态。完成初步勘探后将剖面图与勘查区已有矿体勘探剖面图模板或其它地区同类型矿体勘探剖面图进行对比分析，观察高值矿脉的分布形态和密度，判断其是否存在生成与构造空间一致的矿脉和矿化带，是否能够形成层状、窝状、带状等形状并且有开发价值的矿体。
4）经过综合分析对比靶区初步勘探MT-VCT成像剖面图，若是存在高值矿脉较多、连续性较好、厚度较大、密集分布的可能形成矿体的勘探剖面，将其作为进一步详细勘探的区块，按照1--3米的点间距先设计几条并行勘探线路进行探测，边探测、边分析、边向外延续，根据每个剖面图上矿脉的分布形态及密度圈出可能形成的矿体，综合分析后初步预测并描绘出矿体的立体构成。
5）根据勘探找矿成果，选择几个矿脉接近地表的点位取样化探，根据化验结果初步了解矿脉的性质、各种金属矿元素的含量，对各种成矿因素进行综合分析后确定是否有进一步勘探的价值。
6）若是化探结果显示矿脉中所含金属矿元素及含量有可能成矿，在显示最有可能成矿的剖面图上选择最佳点位，设计钻孔深度、倾角进行钻探取样，由取出岩芯的化验结果即可清楚金属矿物质成分及其品位，再把钻探遇到矿脉的深度位置、厚度、结晶程度等情况与剖面图显示的相应情况加以对比，若是两者基本吻合，就可以确定勘探结果是可信的，只需根据预测矿体分布情况再布设较少钻孔即可确认矿体构成。
五、应用MT-VCT探矿仪实施绿色探矿的方法
1、MT-VCT探矿仪实施低成本绿色勘探的优势
MT-VCT大地电磁镜像测深探矿仪属于大地电磁法仪，其场源是地壳之下辐射到地表上的电磁波、采样数据反映的是地下各层介质对电磁波的衰减特性、探测深度由镜像原理的波长所决定。按照这一理论所设计的探测仪仅用一个磁传感器采集地下电磁波的磁分量值，并通过各种措施屏蔽地表之上的电磁干扰以保证采集地下信息的可靠性，由镜像原理形成的频率与深度一一对应关系表。MT-VCT-800M型探矿仪的纵向分辨率为20厘米/层，横向分辨率由勘探点间距决定，一般可据实际情况设定为1—5米，设计探测深度为800米，其增强型的探测深度为1200米，单点测深时间仅用1分钟。
应用MT-VCT探矿仪找矿的优势：一是将单磁感应探头放在地上即可采样，沿小路、田埂、水泥路及在山林中均可勘探，不会破坏农作物和植被；二是仅用一个人肩背仪器、手提探头探测，1分钟内即可采集完测点数据，一天可测300多点，简便、速捷、效率高、成本低；三是抗电磁干扰能力强，且不受季节、区域、时间等外部因素影响，勘探结果一致性好，不存在多解性和不确定性；四是可生成纵深0.2米/层、地面横向990点（点间距1—10米任选）的高清晰度垂切彩色线剖面图，地下大小矿脉及其分布一览无遗。
2、应用MT-VCT探矿仪勘探找矿的标的
虽然不同矿体的种类、形态、构造环境和条件都各不相同，但几乎所有金属矿体的形成都与热液活动相关，要么是热液活动直接形成的，要么是受热液活动影响间接形成的。只要是有热液与围岩接触产生碱交代蚀变反应使矿元素从热液中释放出来，与同时迁移出来的硅混合沉淀形成含矿硅脉，可以说只要有含硅岩脉的存在其中就有可能存在矿物质。而自下而上的电磁波遇到重结晶形成的矿脉会显示明显的高值异常，应用应用MT-VCT探矿仪找矿并不能直接显示有什么金属矿，在剖面图上清晰显示的高值异常点线只是热液活动后重结晶的矿脉，探测的目的就是找到这些矿脉并清晰描绘其分布形态，圈出矿脉密集可能形成矿体的空间位置，至于矿脉含有什么金属元素、品位如何、是否具有开采价值，尚需通过地面化探和槽探、深部钻探取样后才能最后确定。
3、应用MT-VCT探矿仪勘探找矿的思路
绝大多数热液活动都与断裂构造有关，而大部分金属矿体都是岩浆在深部沿主断裂上侵、到中浅部受阻后沿V形含水构造扩散或沿次级断裂构造继续上侵，在断裂构造内充填大大小小的容矿空间、并与围岩产生交代蚀变作用重结晶形成矿脉。因此，大多数金属矿热液成矿的矿体分布形态与热液逆向充填的原有张性断裂构造的含水裂隙分布形态一致，而由张开的裂缝经后期不断填充形成的含水张性断裂构造呈V形含水裂隙向构造中心集聚状态，V形构造的底部会形成热液横向流动的通道，而两侧裂隙和孔隙发育较好的空间就可能形成矿体。从现有矿体多在断裂两侧的山坡上露头成矿，就足以证实了这种V形断裂构造两翼成矿的推断。
4、应用MT-VCT探矿仪勘探找矿的实施办法
一般断裂构造在浅层都是呈V形向两翼外延，为了呈现热液沿断裂构造向上充填成脉的完整形态，横切断裂的初步勘探线路长度从断裂中心向两侧扩展应该适当的长一些，视地形设定总长度在500—1000米之间，点间距以3--5米为宜，设计勘探线路应尽可能选择不破坏生态环境和损坏农作物的道路、田埂、小径等。对初探剖面图分析后，找出连续高值矿脉较多、积聚密集的剖面，将有可能形成矿体的区段圈定为进一步详细勘探的区块。详细勘探线路长度以涵盖完整成矿构造为准，点间距可设为1--2米，以免错漏矿脉；按照10—20米的线间距从初探选定可能成矿线路向两侧并行扩展勘探，边探测边分析、直到矿体尖灭为止。将所有线路剖面图上圈出的矿体综合在一起，便可预测并描绘出矿体的立体构成。
5、根据勘探结果为后续化探和钻探精准选定孔位
在基本查明勘查区内有可能成矿的矿体轮廓之后，通过高值矿脉的密集度、连续性、分布形态及高值的相对大小，来判断是否有可能成矿、能否形成有开采价值的矿体。如果判定可能成矿，则可在离地表较近的矿脉所在位置选择几个化探点位，通过化探查明矿脉中所含矿元素的种类。待化探结果显示有开发价值后，在矿脉较为密集的成矿中心位置选择1个或个钻探孔位，根据预测勘探分布形态设计钻探深度和倾角，通过钻探结果验证矿物质性质及含量，对比分析实际钻探矿脉的厚度与勘探剖面图显示厚度是否吻合，最终确定是否有开采价值。
总之，应用MT-VCT探矿仪找矿，前期不需要办理探矿权、无须征地扰民，施工时尽量选择人能正常行走的地方布线勘探，找到高值异常矿脉并确定其分布形态及密度后，再有目标地确定孔位进行少量的化探、钻探工作，既可实现绿色环保、又能节省大量的人财物投入。
参考文献
[1] 杜乐天，碱交代岩研究的重大成因意义，矿床地质，2002（21卷增刊）
[2] 滕民强，寇通，初论金属矿成矿特点与物探找矿方法，[J]工程技术，2021(7)
[3] 寇伟，寇通，对于矿脉、矿体、矿床及找矿的初步认识，[J]工程技术，2020(4)
[4] 寇伟，寇通，热液“淬火”变晶成矿喻说——兼论矿脉在MT-VCT成像剖面图上的物性反映，[J]工程技术，2020(7)
[5] 寇伟，寇通，从浅成低温热液型银矿MT-VCT法物性反映谈其成矿特征，[J]工程技术，2020(12)
|
|
雷达卡
发表于 2021-9-13 16:06
提升卡
沉默卡
喧嚣卡
变色卡
抢沙发
显身卡
:zt:zt:zt:zt
发表于 2021-9-14 08:31
