三维一体化勘查技术应用与示范
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发布时间：2022-05-15 01:36
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时间：2023-11-20 16:41
围绕云南个旧超大型锡铜多金属矿床三维一体化找矿科研基地建设为目标，以总结、凝练不同时期找矿勘查经验为基础，结合新理论、新方法和新技术的优化集成，总结提取综合找矿关键技术和评价标志，深入研究高空(遥感、航测)、地面(重、磁、电、震、电磁法、化探)以及地下坑道、钻孔三维一体勘查方法有效性组合模式及技术指标，为矿产资源三维一体化勘查技术提供了示范。
(一)高空勘查
高空勘查(遥感、卫重、航磁、航空放射性)识别隐伏岩体、控矿构造的途径，揭示区域重要赋矿地层、构造(区域深大断裂、主要地学界面)、岩体的隐伏状况，推断隐伏地质体和深部地质体的分布，编制对成矿地质背景分析和成矿区带划分具有重要意义的三维推断综合信息地质图，进行成矿远景区及深部找矿潜力评价研究的技术路线示范。
1.航空地球物理勘查技术
航空地球物理勘查具有快速、高效、经济、受地形影响小的特点，可以在沙漠、沼泽、湖泊、海洋、森林和地形切割严重及人员无法到达的地区实施资源勘查。实现资源的快速高效、多尺度、大深度的立体探测。
航空地球物理有效性评价：航空重磁勘探成果是用于研究区域地质构造和地质找矿的有效方法，对金属矿产勘查有着重要的作用。重磁勘探能在有利的条件下直接寻找矿体，或通过研究与矿床有关的岩体或构造来达到间接找矿的目的。
2.航空遥感勘查技术
研究以云南个旧锡铜多金属成矿区为例，进行航空遥感地质固体矿产勘查规范性应用研究，主要包括如下两方面：①线环构造解译(数据：ETM+(129044：2000/11/02)；②多光谱遥感蚀变异常信息提取(数据：ETM+(129044：2000/11/02)
航空遥感勘查有效性评价：航空遥感勘查技术关键在于遥感数据的获取。个旧目前获取的数据包括搭载在landsat-1、landsat-2卫星上的多光谱扫描仪的MSS影像数据(分辨率80m)、搭载在landsat-4、landsat-5卫星上的专题制图仪TM影像(分辨率30m)以及高光谱卫星遥感(EO-1卫星Hyperion数据。利用航空遥感数据在固体矿产勘查中主要有如下3方面的特征。
(1)遥感影像以其宏观性、客观性和地质信息的丰富性、多层次性在地质研究和矿产预测中取得了愈来愈明显的效果。不但遥感影像中的线性构造，环形构造对控矿地质构造的研究提供着许多信息，而且基于岩石、矿物波谱曲线的遥感蚀变信息的提取，对于圈定蚀变带，进行成矿靶区预测有重要意义；
(2)遥感的发展趋势是空间分辨率的提高与光谱分辨率的提高。前人利用遥感数据主要是TM数据。利用TM数据研究个旧地区的构造信息还是十分有效的，但是若想要提取更加精确的构造和蚀变信息，就必须使用更高分辨率的遥感数据。目前，市场上分辨率较高的遥感数据有SPOT、Quickbird等；
(3)综合信息成矿预测：提取构造带、蚀变带是本区遥感信息提取的主要目标。采取构造信息和蚀变信息提取两种方法相结合策略，结合工作区的物探，化探和地质信息进行多源信息综合分析，以圈定成矿远景区。
(二)地面地球化学勘查
研究不同勘探时期所采用的找矿勘查方法、技术参数、找矿勘查成果及存在的主要问题，特别是示矿异常提取，找矿靶区圈定和隐伏矿识别、勘查深度增强等成功经验和失败教训，系统总结从地表砂锡矿开采逐步勘查到层间氧化矿、岩体接触带矽卡岩型硫化矿到2007年以后新发现的岩体内部蚀变花岗岩型锡铜多金属矿床的发现历史成果，提出在地面尺度下矿产勘查关键技术参数与工作流程，结合典型地质、地球物理、地球化学综合勘探剖面和部分深孔资料，进行矿区外围、深部找矿靶区圈定及预测评价研究的技术路线示范。
1.区域水系沉积物测量
通过对河流沟谷中的沉积物(包括湖泊近岸沉积物)的系统采样分析，研究元素在水系沉积物中的分布，发现地球化学异常，圈定找矿远景区和成矿有利地段，为进一步详细地球化学勘查和地质测量提供依据。沟谷水系中的沉积物主要是地表水冲刷作用将地面斜坡上的疏松物带入沟谷，并沿沟谷继续搬运迁移，其中形成异常的物质沿着搬运方向呈拉长形式展布。因此，化探人员俗称为分散流。此类异常的物源追索，要逆着沉积物的搬运方向进行，异常源可能位于异常样点上游几百甚至几千米，矿与异常的空间关系疏远。但是由于这类异常物质搬运距离远，形成的异常易于发现，可以用稀疏的样品发现它，因此特别适用于概略普查阶段使用。
区域水系沉积物技术参数及有效性评价：
采样及测试要求：①采样介质：水系沉积物测量一般采集细粒物质(粉砂或淤泥)，如果缺失这类沉积物的采样地点，可采集细砂。金属在不同粒级的沉积物中含量不同，在工作中难以在所有采样点上采到同类物质。因而将采集的样品统一过筛(一般过80孔筛)可以大大抑制因采样粒度差异而产生的可变偏倚。在风成砂覆盖的地区需采极粗粒的物质以消除风成砂的干扰；②采样密度：水系沉积物测量的采样密度与欲圈定的靶区大小和欲获得的信息量多少有关。1：20万区域水系沉积物采样密度1～2个/km2，然后按4km2网格组合一个样品，在全国性计划中，水系沉积物测量采样密度为每平方千米1个点，将4km2内的样品组合送交分析，这在全国是最高的采样密度。个旧区域水系沉积物为4km2；③每个组合样测试39种元素(其中化合物6种)。因此水系沉积物测量能够在区域范围内发现地球化学异常，获得找矿信息。
2.构造地球化学
构造地球化学主要研究控矿构造复合转变和在一定地球化学条件下成矿元素的空间分布规律，探讨构造应力场控制下成矿流体的运移规律和化学元素的演化过程，揭示有用物质组分在各种构造环境中的赋存规律，指导成矿预测、找矿勘探和生产开拓。构造地球化学勘查技术方法是20世纪70年代以来隐伏矿床找矿勘查新技术新方法的重大进展，能够进行大深度的矿体的成矿物质组成的直接定量评价。原苏联最早应用断裂构造地球化学方法进行隐伏矿找矿，取得了显著的效果。我国20世纪70年代初开始介绍地球化学化学勘查方法，80年代中期以后开始应用此法进行隐伏矿床找矿实践，构造地球化学可以有效地根据地表元素形成的异常推断深部隐伏矿化。
构造地球化学方法在个旧矿区找矿勘查具有可行性，主要有以下3方面有利条件。
(1)个旧矿区地层条件相对单一，主要为个旧组碳酸盐岩，断裂构造岩地球化学数据能够一定程度上排除各种背景的干扰，与围岩相比，构造岩含量较高，能够增强深部成矿信息，一般前者是后者的几倍，几十至几百倍，构造活动使断裂成为成矿物质集散的通道，从而导致断裂和接触带中的矿化异常尤为明显，因而构造岩中所包含的成矿信息也最多。
(2)个旧各类型矿体受断裂及裂隙构造控制。首先，对于远离花岗岩接触带的脉状硫化物矿床，东西向的主干断裂、与主干断裂伴生的次级裂隙以及断裂与有利岩层的交会部位。一般沿主干断裂的走向偏转部位矿化最好、沿断裂面倾向由缓变陡的部位矿体厚大，与主干断裂相交或平行产出的次一级裂隙，破碎带变宽，矿体变厚且富；其次，对于远离接触带的层状矿床(层间氧化矿)，矿体的定位及形态主要受地层岩性及构造控制。一般层间氧化矿床形成部位浅，受表层构造控制，矿体成群成带产出，容矿层位与成矿花岗岩体侵位高度有关。此类矿床的构造控矿性主要表现在褶皱、断裂以及接触构造对矿体分布的控制；再次，对于花岗岩接触带矽卡岩矿床，矿床在构造控矿上表现为接触构造和断裂构造在成矿时的双重控制。矿体选择定位在岩体形态复杂地段，在构造交切带上特别富厚。
(3)个旧断裂非常发育，在地表具有明显的标志，有利于开展构造地球化学采样工作。
本书项目研究利用高松矿田构造地区化学数据，探讨利用构造地球化学进行找矿靶区圈定的示范流程。
综合考虑到各种方法及实际地质情况，最后确定了Ag、As、Cu、Mn、Pb、Sn等元素的异常下限：Ag为0.15；As为15；Cu 为10；Mn为200；Pb为110；Sn为11(单位×10-6)。
对主成矿元素的构造地球化学数据进行泛克里格插值网格化，生成元素趋势面图(图4-40)，并结合异常下限值，提取区域大于异常下限的区域，并对构造地球化学原生晕异常进行评价：
Sn：主要异常区集中在研究区北部，异常区面积较大，主要分布地区包括：①大菁东-莲花山-个松断裂交会处，区内Sn含量最高可达660×10-6，平均值17.03×10-6，大大高于全区异常下限值；②长闹堂断裂与卢塘坝断裂之间，为松树脚矿田花岗岩隆起部位，区内Sn含量最高可达15000×10-6，平均值293.32×10-6；③大菁东个松-F115断裂交会处，该处为10号矿群所在，异常面积大，最大值203×10-6，平均值9.78×10-6；④研究区中部，沿马吃水断裂一带，原生晕异常呈多峰特点，最大值35.91×10-6，平均值9.00×10-6，元素含量总体比较均匀；⑤研究区南部，驼峰山-炸药库断裂交会区域，最大值18.71×10-6，平均值5.91×10-6，略大于异常下限值；其他还有一些小的原生晕异常区域，如驼峰山测区大菁南山断裂局部地段，阿西寨测区阿西沿断裂局部地段具有小规模的局部异常。
Cu：主要异常区与Cu基本一致，主要异常区集中在研究区北部与中部，其中以大菁东-马吃水-卢塘坝断裂一带异常明显，规模较大，最高含量达180.21×10-6。
图4-40 高松矿田主要金属元素构造原生晕异常图
Pb：异常区主要位于研究区内卢塘坝断裂南段与北断，尤其是卢塘坝断裂与驼峰山断裂以及炸药库断裂交会部位，具有较大规模的原生晕异常；另外在阿西寨测区也有局部的异常。
Zn：异常区与Pb基本一致。
Ag：异常区主要集中在卢塘坝断裂与炸药库断裂交会部位，另外中部马吃水断裂一带以及驼峰山测区也有较为明显的Ag的异常出现。
Mn：异常区主要位于研究区中南部，炸药库与驼峰山断裂夹持地段以及驼峰山地区大菁南山局部地段。在北东卢塘坝断裂一带也具有一定的Mn异常区。
通过以上分析，从北到南在高松矿田范围大致可以划出5处矿化有利区(图4-41)。①研究区北东长闹堂断裂与芦塘坝断裂北段夹持地段，为松树脚矿田，同时是花岗岩隆起部位，包含Sn、Zn、Ag叠加原生晕；②临近大菁东与芦塘坝断裂交汇处并卢塘坝断裂西侧与大菁东断裂北侧部位，包含Sn、Cu、Pb、Zn、Ag多种元素原生晕叠加；③马吃水断裂、高阿断裂与芦塘坝断裂夹持地段：是构造有利部位，具有Sn、Cu、Pb原生晕叠加；④驼峰断裂与大等南山断裂相交地段：该处普遍有Mn异常，同时还具有Zn，Ag异常；⑤芦塘坝断裂南段、炸药库断裂与驼峰山交汇处：此处出现多个元素原生晕异常的叠加，包括Sn、Cu、Zn等，同时该处为五子山复背斜的轴部经过。
图4-41 高松矿田Sn-Cu-Pb-Zn-Ag综合构造原生晕异常图
构造地球化学技术参数及有效性评价：
采样及测试要求：①采样介质，沿着断裂及裂隙采集构造岩，本区主要是褐(赤)铁矿化白云岩、褐(赤)铁矿化白云质角砾岩、白云岩；②与构造的调查研究同步进行，注意测区的构造格架和时间演化规律、成矿与非成矿构造的鉴别、构造对热液蚀变和各种脉岩的控制作用等；③不要求以规则网度采样，但非规则网度采样点的布置一定要考虑对测区的构造格架的控制，对大的导通性构造一定要有适当样品控制；④测试分析依据具体的矿床来定，以个旧来说，样品主要定量分析Sn以及与Sn成矿可能有关的Cu、Pb、Zn、Mn、As、Sb、Bi、Hg、W、Mo、Ag和F，分析精度和质量根据有关规范控制。
主要特征优势：构造地球化学探矿技术就是通过分析构造中的成矿指示元素的地球化学晕来推测深部隐伏矿化情况。有在个旧找矿勘查上具有如下优势：①增强弱异常，更加有效的探测深部隐伏矿化在地表形成的微弱地球化学异常；②减少勘查成本，采样是以构造格架为主要控制标准，非规则网度采样，可以在不漏掉矿化的前提下降低采样数量；③由于充分考虑了构造对成矿成晕的控制，因而更加便于异常的解释；④隐伏矿化并不一定赋存于异常中心正下方，要根所形成异常的构造的产状而定。断层可以引起构造地球化学异常中心明显地偏离矿化中心；⑤构造地球化学对于本区氧化矿体以及脉状矿体具有有效的找矿意义，对于深部与深大断裂贯通的矽卡岩矿体也具有指示作用；⑥研究表明，在景观地质条件有利的地段采用1：5000和1：2000构造原生晕圈定找矿靶区、1：1000-1：500进行异常查证和解剖可以取得较好的找矿地质效果，构造原生晕人为干扰因素较少，能较客观地反映地质异常，Sn、Pb、Zn；Pb、Zn、Mn；W、Mo；As、Sb、Bi以及成矿元素组合异常等对深部找矿具有较好的评价意义；⑦同其他化探方法一样，构造原生晕也受到地表出露、盖层条件以及断裂构造发育程度的*，地表有异常不一定是矿致异常，深部有矿体，地表则不一定有异常，异常反映矿床体的深度也难以确定。
3.能谱测量
花岗岩有关的矿化热液活动中有U、Th热液活动，花岗岩尤其是晚期相花岗岩在各类岩石中有最高的U、Th含量，U、Th在晚期相富集并可进入流体相中，成为矿化热液活动重要的元素组成，灰岩地层一般U、Th含量很低，热液活动造成的差异性变化叠加易于在低的背景上表现出来，因此，以探测样本U、Th、K放射性强度为手段的能谱测量有可能显示与花岗岩有关的成矿热液活动。个旧矿区的地质特征及开放性矿化热液活动体系为能谱测量提供了可能性。2000～2001年，中国科学院地球化学研究所在个旧矿区阿西寨、大箐东地区开展γ能谱测量工作，为找矿勘查提供了依据。个旧矿区高松矿田地表基岩测量中，代表U、Th的能谱强度值能够在一定程度上反映矿化热液活动的强度，而U/Th值越高则体现近矿蚀变性越强，可以作为衡量异常有效性的一种参考依据。
U、Th在土壤中的含量较地表基岩及构造岩都有很大提高，比地表基岩高一至两个数量级，而且，不同地段土壤样品的U、Th含量显示出较大的差异并与已知矿化相适应。由于土壤代表一个局域上均化的效果，采样的随机稳定性较好，由于比基岩高得多的U、Th含量，能谱测定受本底及随即干扰较小，另外，由于构造岩有较高的U、Th含量，包含有构造岩风化叠合的土壤能谱测量可能较不包含构造岩的基岩测量能在一定程度上表现出测定点位或区段上的构造热液活动性。
阿西寨测区地表基岩及土壤能谱测量的总道异常与U道异常范围基本一致，总道较U道异常范围稍微分散一些，与Th活动范围较广相适应，地表基岩同土壤能谱异常比较，土壤能谱异常更局限于构造断裂带上，是因为土壤包含放射性含量较高的构造岩风化，造成在矿化热液活动较强的构造断裂带上有突出的异常表现。
结合U道及U/Th值异常，高U道异常区基本上*在麒阿西断裂和麒阿断裂的三角形内侧，如果以高U道异常和高U/Th值作为矿化热液活动中心，则可将本区矿化热液活动的中心限定在麒阿西断裂、麒阿断裂和高阿断裂所夹持的三角形区域内，而且，矿化活动的中心很可能在麒阿西断裂与马吃水断裂交会部位及东侧一带，土壤能谱异常则显示活动的中心可能在马吃水断裂与阿西寨断裂的交汇部位偏西南一带。两者的差异可能反映热液活动中心(源)与成矿作用中心的偏离。反映的是本区成矿热液活动流体运移方向。
能谱测量能解决如下两个地质问题。
(1)研究和圈定热液矿化蚀变带的分布范围，例如在热液硫化物矿化蚀变带，常常有绢云母化、泥化、钾长石化等钾质蚀变，同时常含有一定量轴和钍放射性元素，因此利用γ能谱测量能简便迅捷圈定热液硫化矿化带的分布，圈定金属矿床找矿远景区；(2)能够较准确迅捷地圈定地层岩浆岩及变质岩的界线及其分布，甚至上述地质体内更小地质单元的界线及更小单元地质体的分布，例如沉积岩、岩浆岩、变质岩地质体的分布，以至沉积岩层内的分层，侵入岩的中心相与边缘相的分界等重大地质问题。从而达到间接找矿的目的。
4.土壤次生晕地球化学法
土壤地球化学通过系统采集地表疏松覆盖物样品，分析其中元素含量或其他地球化学特征，发现土壤异常，以达到矿产勘查目的的地球化学勘查方法。
土壤次生晕地球化学技术参数及有效性评价：
依据中华人民共和国地质矿产行业标准《土壤地球化学测量规范》DZ/T0145—94，规定了土壤地球化学测量工作中主要方法、技术要求和规则，适用于金属矿产地质勘查。铀矿、地热、非金属矿产地质勘查的土壤测量。
土壤地球化学在解决找矿问题上具有如下特征：①易于采样，能够适应不同地质景观的地质环境以及不同的地质条件；②土壤作为地面化探的重要勘查对象，具有测定技术上易于检出，取样上人为影响较小，代表性、客观性较强等优点，与基岩原生晕及构造原生晕组合分析，能够起到相互补充、相互修正的作用，并可能提供更多更全面的深部找矿信息；③土壤地球化学圈定次生异常能够有效地指示找矿信息。
5.气体地球化学找矿法
气体地球化学找矿法简称气体测量、气测。以气体为采样对象所进行的地球化学勘查工作。据气体赋存的介质可分为大气中气测(地面气测和航空气测)、壤中气测量、岩石中气测量、包裹体气测量、壤中固相气体测量等。它是通过系统地测量气体组分的化学成分或地球化学特征，发现与勘查目标物有关的气体异常，进行目标物的寻找或预测。用于气测的气体主要有汞、碘、二氧化碳、二氧化硫、硫化氢、氧气、烃类气体、硫碳氧的化合物、氖、氡等。
气体地球化学找矿法有效性评价：
气体地球化学找矿方法在个旧地区处于试验阶段，未能用于大范围的矿产勘查实践，可以作为矿产勘查的辅助手段。
(三)地面地球物理勘查
在金属矿勘探的发展过程中，地球物理的重要作用逐渐显现，随着地球物理认识的不断深化，尤其是地球物理勘查方法、设备以及数据处理的进步，其勘探能力在不断提高。在当前找深部矿、盲矿的需求下，地球物理勘探逐渐在找矿的宏观战略方面做出了一定贡献。
地球物理勘探的基本特点是研究地球物理场和物理现象。如地磁场、地电场等，而不是直接研究岩矿石。应用地球物理方法技术取得的物理场，是岩石层中不同物性界面所产生的效应，其中包含了构造、沉积等多方面的信息。表4-19为在个旧地区部分常用的地球物理勘查方法。
表4-19 部分常用地球物理勘查方法表
(四)地下勘查
个旧作为百年老矿山，地表矿以及基本开采完毕，目前主要的开采为地下，在个旧主要矿山有大量的坑道以及各种钻孔工程，为地下勘查提供了基础。通过系统收集典型钻孔、坑道找矿勘查资料，探矿工程、大比例尺物化探数据，建立真三维矿体模型，结合地表地、物、化剖面性资料开展三维“软(三维地形、地球物理反演、数字成像等)”、“硬(不同标高中段、钻孔实测数据)”数据综合模拟，建立矿体空间分布规律三维(定位)模型，进行深部(盲)矿体预测研究示范。
坑道—钻孔原生晕有效性评价：
坑道—钻孔原生晕作为地球化学找矿方法，通过坑道—钻孔原生晕的研究，能够查明地下成矿富集规律，包括单元素空间分布规律以及元素组合分布规律，探明围绕矿体的空间元素分布特征，通过前缘后尾元素组合推断矿体，可将找矿靶区缩小，甚至可直接确定具体的目标，有助于研究地质构造，追索盲矿。同时，坑道—钻孔原生晕在坑道以及钻孔中系统采取化探样作光谱分析，成本较低，易于操作，得以在生产实际中广泛运用。
品位规律研究有效性评价：
建立主要矿体的三维品位变化规律模型，能够有效探寻主要成矿元素的空间变化规律，有效的指导找矿。要求充分的搜集各中段、钻孔品位数据，运用相关数学地质以及三维建模方法，查明变化规律。
(五)示范技术选择
根据个旧超大型锡铜多金属矿床的成矿模式和磁性、密度、电性特征，结合多年开展的物化探工作积累，个旧矿区今后在深部及外围找矿实践中可以采取如下勘查方法组合：
(1)对重磁资料深化解译，结合遥感构造信息提取厘定大的构造格架、磁性基底分布、隐伏岩体可能的深度及边界，必要时可以有针对性地进行地面高精度磁测解剖；
(2)在重磁资料深化解译的基础上利用大功率的(有效供电电流大于5A)可控源音频大地电磁法(CSAMT)重点剖面测量，解释800～2000m以上的断层破碎带空间构造(产状、规模、形态)，确定低阻地质体的上下界面深度，同时可以大致确定岩体、主要地层的产状及空间分布概况，为其他物化探方法异常查证以及钻探布置提供参考依据，注意采矿范围人为干扰以及围岩以碳酸盐岩为主的地区，接地电阻大、供电电流较小(一般仅能达到3A左右)，地形切割及高差大等因素带来的不利因素；
(3)干扰较小的地区可以辅助TEM和EH4测量，进一步查实层间破碎带分布情况；
(4)利用地面高精度磁测快速查明玄武岩的分布，参考构造、岩体空间结构，确定与玄武岩有关的矿床找矿方向；
(5)在上述物探综合异常评价的基础上，结合地质条件进行异常解释与优选，有针对性地开展构造原生晕地球化学测量，在有条件的地段开展坑道或钻孔化探采样，对综合物探异常进行查证。
