中国固体矿产物探的回顾与展望

  中国的固体矿产(本文仅涉及金属、非金属矿)物探从1936 年丁毅先生在安徽当涂铁矿上进行电法测量起已走过64 a , 从1950 年东北地质调查所在鞍山等地用磁法和电法进行工作算起, 新中国的物探正好走过了半个世纪。回顾这50 a , 中国物探走出了自己的路, 中国固体矿产物探在找矿和技术进步方面均取得丰硕的成果, 总体水平处于世界前列, 确立了固体矿产物探的世界大国地位, 同时也积累了丰富的经验, 为迎接新世纪的挑战奠定了雄厚的基础。

 

  展望新世纪和我国经济建设第三步目标, 我国固体矿产物探在社会主义市场经济条件下还要进一步发挥独特的作用, 要迎接更难的找矿任务, 适应新的形势, 制订新的工作对策, 在技术上要有更多的创新, 以迎接新的机遇和挑战。

 

  1  回顾

 

  1 .1  中国的特殊国情

 

  前40 多a , 我国的地质工作方针是立足国内资源来建设国家, 国家需要的矿都要找。在计划经济体制下, 地质工作靠国家投入来开展, 是国家计划的组成部分。国家财政条件好, 投入就多, 对矿产需求急, 投入就大, 队伍就发展, 反之就受到限制。到90 年代初, 固体矿产物探在地质工作投资中的比例仅为5 %左右(当时矿产地质工作程度高, 钻探工作量大), 比其他类矿产物探投资比例低。

 

  我国固体矿产资源的特点是成矿条件复杂、用量大的几种矿并不丰富, 巨型矿并不多, 而复合矿、贫矿不少。为满足国家立足国内资源搞建设的需要, 大矿、小矿、深埋矿、复合矿、贫矿都要找, 一些矿的物性条件对现有的物探方法并不有利, 这些就决定了我国物探的找矿难度,需要开发和应用各种物探方法技术。

 

  我国的地形、地貌条件多种多样, 特别是山区多, 再加上前述矿产的特点, 就更增加了物探的工作难度, 简单照搬国外的方法技术和经验不行, 要经过我们的改造、完善和再创造才能较好地完成我国的地质找矿任务。

 

  1 .2  中国固体矿产物探的世界大国地位和处于世界前列的总体水平1 .2 .1  固体矿产物探的找矿成果丰硕

 

  根据《中国矿床发现史·物探化探卷》所提供的史例可知, 物探曾用于40 多个矿种的勘查,并取得良好的地质效果, 物探或以物探为主与化探综合发现和扩大的大、中型金属、非金属矿床近500 处, 其中金属矿近400 处(80 %以上的铁矿是物探发现或扩大的, 铬矿6 处, 锰矿4处, 铜和铜镍矿60 处, 铅锌矿近40 处, 钨、锡、钼等有色金属矿近30 处, 金、银、铂等贵金属矿近50 处)、非金属矿80 余处。各类矿种的小型矿可谓不计其数。另外, 在很多矿床上都进行了详查、勘探性工作, 在详细圈定矿体、确定产状、发现打漏矿层方面发挥了重要作用。

 

  1 .2 .2  固体矿产物探工作规模大而系统

 

  我国国土面积已由航空磁测完成全覆盖(台湾地区除外)。1∶100 万比例尺区域性重力调查起步晚, 但也已完成近750 万km2 的测量面积, 编制了质量较高的1∶500 万重、磁图件。其他测量方法(如放射性测量)也完成了数百万平方公里的测量面积。围绕矿产勘查而进行的各种比例尺的物探测量面积总数也很大, 以地矿部门为例, 1∶5 万航磁:250 万km2 ;1∶5 万综合物探:约70 万km2 ;地面磁法大比例尺(1∶1 万～ l∶2 .5 万)测量:30 万km2 ;地面电法测量面积虽较磁法的少, 但也近10 万km2 。金属矿地下物探工作也达到一定规模, 特别是井中磁测工作量较大。

 

  在我国, 从事固体物探工作的有多个部门。到90 年代中期, 各省、区均有队伍, 一些大矿山也有队伍, 有一些队伍还专攻某类矿(如金矿、有色金属矿、贵金属矿等)。技术人员高峰期曾达到上万人。

 

  1 .2 .3  固体矿产物探方法技术种类多且有创新在我国, 世界上常用的七大类物探方法(含测井)及其40 余个方法亚种均曾使用过, 有些仪器和方法技术有创新或达较高水平, 其中实用而有效的勘探方法和仪器有航空光泵磁力仪、双频激电仪、短导线激电仪, 井中三分量、地下无线电波法、伽马能谱、氡及其子体等测量方法技术和相应的设备。高精度航空磁测及区域重力调查技术系统处于世界前列或世界先进水平。为找金属矿发展的多种电法系统(适于山区普查的几种轻便型激电系统、甚低频电磁系统, 适于大探测深度的瞬变电磁系统、人工场源频率测深系统以及阵列音频天然场电磁系统等)的设备、数据处理及二维正、反演软件都是自行研制, 并具有世界先进水平。金属矿地震虽只有少量试验研究性工作, 但已解决了一些地质问题, 提出了利用散射波、多波勘探的思路。

 

  结合我国情况, 方法的运用有创新。例如为找深部磁性矿和复杂形体的磁性矿, 在弱磁异常、复杂磁异常、斜磁化磁异常、井中三分量磁异常研究方面的水平处于世界前列, 国际上少见这方面的应用实例。又如, 为找规模不大的铬矿而研究、实施的高精度重力观测技术和提取微弱异常的方法技术等也属世界少有。

 

  在总结方法技术经验的基础上, 全行业制订了各种物探方法的技术规程、规范达25 种(主要用于固体矿产物探)。这标志着它们已被成熟地应用, 并达到标准化程度, 这在世界上也属仅有。

 

  1 .2 .4  固体矿产物探在任务选定、工作部署和方法运用方面经验丰富并具中国特色固体矿产物探只有任务选定正确、工作部署合理、方法运用科学, 才能充分、有效地发挥物探特长, 产生好的找矿效果。

 

  1 .在物性条件具备直接找矿的前提下, 物探能发挥直接找隐伏矿和盲矿的作用。一些物探方法(如航空物探方法、轻便的电法)适于大面积的矿产预查、普查, 可在地质普查前发现找矿线索。物探先行、开展面积性工作和找隐伏矿的部署工作原则是几十年来物探发挥重大作用的战略因素。

 

  2 .在物性条件不具备直接找矿的情况下, 现有的方法又难以直接探测到深埋矿体时, 物探工作者提出了“直接找矿与间接找矿并举”的找矿战略思想, 同时还提出了运用矿床的地质—地球物理模型指导找矿的思路。具体作法是:用物探资料进行“立体”填图, 研究控矿构造, 发展能进行这类工作的方法技术, 根据研究和建立的各类矿床的地质—地球物理模型圈出矿床(体)赋存的部位。这些对策的实施在许多有色金属矿、贵金属矿和非金属矿上都产生了良好的找矿效果。

 

  3 .充分运用物探资料, 特别是区域性物探资料研究区域控矿构造, 与地质、化探、遥感资料综合研究, 进行成矿预测, 圈出成矿区带和找矿远景区段, 既为矿产地质工作的区域规划提供重要的依据, 也为正确部署物探的普查工作提供依据, 避免了仅靠单一地质资料和凭借地质人员经验提出物探任务和工区的局限。这些做法大大提高了地质和物探找矿的成功率。

 

  4 .在做物探资料解释时, 要充分估计到地质情况的复杂性和物探反演中的不确定性。基本经验为:从已知到未知和发现新类型、新矿种并重;要充分估计并善于分析成矿地质条件的复杂性;异常定性解释时要重视实测物性, 定量解释时正、反演计算要结合并尽可能运用综合方法的资料;要充分估计到异常定性、定量解释的复杂性和某些不确定性;既重视有一定强度的异常, 又要注意弱、缓异常的研究。

 

  5 .强调异常查证和查证后工作的必要性, 并为此制订一套管理办法(它在某个侧面反映了计划经济体制下, 物探工作单独立项、投资的现实), 对促进物探方法取得找矿效果具有重大意义。异常查证工作的程度一般应循序渐进, 关键是踏勘检查;对验证异常首孔不见矿的原因要做具体分析;对有希望的异常要敢于坚持验证到底;重视验证后的再解释和井中物探工作。

 

  上述多属物探技术管理层考虑的若干战略问题, 但有不少是技术经验的总结, 是为了能正确运用物探并发挥其作用, 具有中国特色, 世界少见。

 

  1 .3  我国固体矿产物探的成就来之不易是奋斗的结果我国固体矿产物探的路子是在党的领导下靠我国物探工作者自己“闯”出来的。由不为人理解、重视到逐渐取得信任, 进而成为地质工作中不可缺少的重要组成部分, 并被认为是地质工作运用新方法、新技术的一种体现, 固体矿产物探工作者经受了各种考验, 终于有了今天的位置。我国固体矿产物探队伍是一支特别能战斗的队伍。

 

  在新中国成立后的前30 a , 国家基本处于受封锁和不开放的状态, 贯彻自力更生的方针,大多数物探仪器设备是自己设计、生产的, 固体矿产物探常规仪器设备一直是靠国内制造, 一些科技含量高的仪器也自行设计并生产, 满足了工作需要。这在当时是绝对必要的, 就是在改革开放后也节约了设备投资和外汇, 对于投资不多的固体矿产物探具有重要意义。一些方法技术和设备在引进后经过消化、吸收、改造和中国化后又有许多创新, 有一些方法技术则是仅根据参考文献中的方法原理、理论公式、仪器框图而独立研究成功, 并达到世界先进水平。

 

  我国固体矿产物探工作经费不充裕, 人员待遇不高, 工作和生活条件均较差, 但他们坚持了下来, 默默无闻地奉献着。我国固体矿产物探就是在这样的环境中取得了丰硕的找矿成果和技术进步, 确立了固体矿产物探大国的地位, 实在来之不易。我国固体矿产物探工作者所具有的奉献精神、艰苦奋斗精神、善于学习又勇于创新的精神是取得这些成就的根本原因。

 

  这些宝贵的精神财富和积累的丰富经验、知识, 加上已建立起来的方法系列和技术系统,是面临新世纪机遇和挑战的强有力的武器。面对新形势, 人们的思想必须尽快跟上和适应, 并物探方法、技术的主攻方向和要解决的主要技术问题是:

 

  1 .提高空间(垂向和横向)分辨率, 扩展对目的物的有效探测范围;2 .增加探测目标(尤其是物性反差弱的目标)的识别、区分和描述的能力;3 .具有适应特殊工作条件(如高山、沙漠、厚覆盖区、岩溶区、各种人文干扰等)的能力;4 .具有快速扫面, 及时提供解释结果, 并给出直观形象显示的能力。

 

  2 .3  我国固体矿产物探和区域性物探的工作任务2 .3 .1  固体矿产物探1 .为在西部开展物探预查、普查工作, 主要采用高精度航磁和航放测量, 在地形允许地区采用航电测量(特别是时域电磁法)。在Ⅳ, Ⅴ级成矿远景区应开展地面的面积性电法测量, 山区以频率域激电和被动源电磁法为主, 较平坦区则以大功率多功能电法为主。

 

  2 .在工作程度高的地区(已知矿带、矿区外围和老矿山周围及深部), 找隐伏矿和埋藏深的大盲矿是主要任务, 宜采用高精度重、磁测量和大探测深度的电磁测深测量及大功率激电普查, 查明深部构造、控矿因素及发现深部盲矿。在地震地质条件适合而又有需要的情况下, 应采用地震法较精细探测控矿因素。

 

  3 .对于所有钻孔(特别是异常查证孔、资源评价孔)均应进行井中物探及相应的测井工作,以寻找孔底、孔旁盲矿和获取物性参数, 为异常再解释和找深部矿服务。

 

  上述各项工作均需改进、完善现有的方法技术, 并制订相应的技术标准。

 

  2 .3 .2  区域物探

 

  1 .尽快完成陆地1∶100 万区域重力调查, 争取逐步完成陆地1∶25 万重力调查可测区的测量。在新一轮1∶25 万区域地质调查中, 要把使用航磁、航放和重力成果作为常规内容。有计划地更新我国以往低精度航磁资料, 在建立航磁控制网的基础上, 实现新的全国航磁编图。

 

  2 .逐步开展区域性电法调查, 了解地下浅层、结晶基底、地壳及上地幔的宏观电性结构, 进行中浅层电性立体填图, 为研究地下地质构造问题提供重要依据。

 

  3 .开展区域性浅层测温调查。研究和了解地热场的分布情况, 为找地热田、某些矿产和研究基础、深部地质问题提供重要的参数。

 

  4 .开展全国区域岩矿物性调查, 当前以常规的物性参数为主, 从收集整理分散于各部门、各单位的数据入手, 根据需要逐步进行补测, 最终建立起物性数据库, 为物探的设计、解释服务, 也为用物性资料研究构造问题服务。

 

  上述各项工作, 有的是拟新开展的, 方法技术均要研究, 就是重、磁等方法也有待提高精度和解释方法的水平。

 

  2 .4  固体矿产物探重点发展的关键技术

 

  为提高固体矿产资源调查、评价的效率, 实现第三代物探目标, 在建立我国完整的物探方法技术系列时, 重点发展下列关键技术。

 

  2 .4 .1  第三代航空物探技术

 

  第三代航空物探技术的目标是在各种地域(中高山区、沙漠、海洋)实现中大比例尺、高精度、多方法、多参数的综合性航空物探测量, 利用其测量速度快的优势, 为各种地质调查的开展提供先导资料。各项校正及数据整理方法更完善和先进;数据处理、反演和解释方法按任务和方法特点形成完整的系统;运载工具因地而异, 实现多样化(固定翼飞机、直升机、动力滑翔机、遥控无人机、动力飞艇等)。

 

  2 .4 .2  新一代电勘查方法技术

 

  电法的变种多, 可测参数多, 应用范围广, 是发展潜力较大的一种物探方法。为适于山区普查找矿和进行区域电性调查, 要着力完善和研究各类被动源电磁法、轻便型主动源电磁法和激电法, 还要大力研究和开发各种观测方式的被动源激电法。电法仪器要实现多功能、多分量、多参数测量, 频率域、时间域全信息收录。

 

  2 .4 .3  复杂介质条件下的地震勘查技术

 

  地震勘查方法是空间分辨率最高的物探方法, 深、浅目标均能探测, 可用多种类型地震波工作, 发展潜力较大。在地质结构复杂地区, 特别是金属矿区, 遇到许多难题, 为此, 需对复杂介质中弹性波的传播理论进行系统研究, 对各种地质—地球物理模型开展多类型地震波的数学和物理模拟研究, 进而提出不同模型的最佳地震勘查波类型的组合, 并从方法、仪器、数据采集、处理和解释方面进行系统的研究, 形成完整的解释系统。

 

  2 .4 .4  “直接”探测矿产的新方法、新技术相当多的矿物具有该类物质专属性的物理特征, 研究和探索能“直接”探测它们的新方法是可能的, 也是地质勘查工作的需要。因此, 要在跟踪世界新原理物探方法动态和吸收物理、化学最新发现、最新成就的基础上, 探索、研究和开发对目的物物质属性能做专一检测的新方法、新技术。可考虑的有:改进谱激电法, 研究和开发压电、压磁、震电磁辐射、核电磁辐射法及各类极化曲线法等方法, 还要探索建立在矿物其他物理性质基础上的新原理、新方法、新技术。

 

  2 .4 .5  物探智能化多参数互约束解释系统

 

  为提高物探解决地质问题的能力, 往往要采用综合方法, 但目前缺乏智能化、地质与物探多参数相互约束的二维及三维定量解释系统。为此, 首先要完善和研究物探单参数三维反演实用技术, 研究和开发多参数解释、互约束反演及联合反演技术。在解释系统的运作和成果显示方面要实现动态可视化。

 

  2 .4 .6  物探新探测器的研究

 

  吸收超导、微电子等技术用于物探, 使物探的探测器、收录、处理系统、发射源等有重大变革。首先使已研究的超导磁场测量仪实用化并可测分量, 研制实用的超导重力仪及重力梯度仪, 探索、研究高温超导、高强度磁偶源发射装置, 研究地下无线电波、声波定向发射和接收的技术与装置。探索将微电子技术、微型机械技术、高效储能技术等最新科技成就用于物探新探测器的可能性。

 

  2 .5  几点意见

 

  为实现前述目标, 要在诸多方面采取相应措施, 针对当前情况提出以下想法。

 

  1 .在综合性地质规范及标准中, 要反映和体现出采用物探方法的必要性, 并进入地质工作流程。

 

  2 .在固体矿产大调查工作的投资中, 物探要占一定比例, 特别是地质工作程度不能只做到“推断的资源量(333)” , 还要重视探矿工程量, 物探要为地质推断提供重要的科学依据。分析90 年代前的统计资料后认为, 今后固体矿产物探费用的比例占固体矿产勘查费用的10 %以上才是恰当的。

 

  3 .今后, 物探将面临着更多的找矿困难, 建立一支队伍精干、装备精良的“ 地质野战军” ———专业物探队是十分必要的。物探仪器必须随技术进步、任务变动而不断更新, “野战军”的装备问题应有一套措施, 关键是经费。

 

  4 .为了解决今后面临的技术难题, 除自行研究外, 还要引进新的技术、设备。但所有新的  技术、设备真正能发挥作用往往要有个过程, 为此, 要有专人关注这些新技术、设备运用中的问题和经验。在设立科技攻关项目时要适度安排超前的探索性项目和具创新的项目。