礦產(chǎn)勘探地球物理技術(shù)：從原理到應用

山東地礦局總工研討班—學術(shù)講座之一

礦產(chǎn)勘探地球物理技術(shù)：從原理到應用

山東地礦局總工研討班—學術(shù)講座之一

匯報提綱

1引言—兩個原理模型

2勘探技術(shù)—儀器設(shè)備

3勘探技術(shù)—新方法

4勘探趨勢：從礦床到成礦系統(tǒng)

/2/

一、引言-兩個模型

勘探地球物理：原理模型

LiYaoguo，2013

一、引言-兩個模型

磁法

直流電法

電磁法

反射地震

天然場電法法

LiYaoguo，2013

一、引言-兩個模型

原理模型的數(shù)學描述：

勘探地球物理：原理模型

數(shù)據(jù)處理：把一次場（源場）、地形、地表、路徑儀器響

應、干擾等影響去掉，保留探測目標的響應（二次場）；

反演及解釋：恢復目標體的空間形態(tài)和物質(zhì)屬性，給出合

理的地質(zhì)解釋

LiYaoguo，2013

一、引言-兩個模型

勘探地球物理：工作模型

（工作流程）

幾個值得注意的關(guān)鍵環(huán)節(jié)（貫

穿整個模型）：

u施工設(shè)計：采樣間隔與網(wǎng)

格化

u數(shù)據(jù)處理（異常改正、分

離、去噪等）：經(jīng)驗與判

斷

u反演解釋：2D與3D反演與

地質(zhì)解釋

一、引言-兩個模型

1、施工設(shè)計Nyquist采樣定理：連接連續(xù)（時空）信號和離散信號的基本橋梁

采樣定律告訴我們什么？

1、目標導向：明確或估計地

球物理調(diào)查目標的空間尺寸、

形態(tài)；

2、合理設(shè)計地球物理測量的

采樣頻率大于2倍的信號最高采樣頻率小于信號最高頻率，不

點、線距，2D或3D頻率，可以完全恢復信號能恢復信號，產(chǎn)生假異常

3、點、線距離都要小于調(diào)查

目標空間尺寸的2倍以上

Fc截至頻率=1/2?

Dentith，2013

一、引言-兩個模型

兩個實例：白線

采樣

點、線距離設(shè)計對能否發(fā)現(xiàn)異常和線距

確定異常的真實形態(tài)致關(guān)重要

幅值、形態(tài)有很大影響，直接決定解不同點

線距對異常釋結(jié)果（右圖）

Dentith，2013

一、引言-兩個模型

網(wǎng)格化間距大小的選擇：

太?。阂鸫闋罨蚨骨v狀異常

太大：引起低頻假異常

原則：數(shù)據(jù)平均點距的1/2

測點太稀易產(chǎn)生“牛眼”異常

Dentith，2013

一、引言-兩個模型

點、線距不匹配造成的串珠、點線距不匹配造

香腸狀異常、臺階、梯狀異常成假異常A和B

當線距與點距相

差較多時（1:10

或1:20），網(wǎng)格

化方法的選擇極

為重要，一般以

1/5或1/3線距

為網(wǎng)格化間距

Dentith，2013

一、引言-兩個模型

2、位場分離（區(qū)域-局部場分離）

u位場是一個三維體積效應，由上地幔和地殼所有物性差異產(chǎn)生場的總和

u異常通常淹沒在由下列場源形成的“區(qū)域異常”中：

(i)更大的場源；(ii)更深的場源；(iii)或更遠的場源.

LiYaoguo，2012

一、引言-兩個模型

兩個典型例子

Dentith，2013

一、引言-兩個模型

位場分離方法：

u最小平方擬合:使用簡單

多項式（二階、三階趨勢）

擬合區(qū)域場

u濾波法：把長波場分量

當做區(qū)域場；在空間域和

頻率域都有效

u“剝皮（Stripping）

法”：通過對區(qū)域場源的

正演模擬，去掉區(qū)域場

Dentith，2013

一、引言-兩個模型

區(qū)域-局部異常分離

總場

理論模型

一、引言-兩個模型

（1）最小平方擬合:

LS估計的區(qū)域異常理論區(qū)域異常

剩余異常

效果：

?基本近似

?剩余異常畸變

LiYaoguo，2012

一、引言-兩個模型

礦體重力異常分離對認識礦體分布空間范圍起到關(guān)鍵作用

u地下700米測量精度要求：磁法測量精度

泥河鐵礦原始布格異常位場分離后的礦體異常

重力異常要求10-20nT;重力測量需要30-40微伽；

u地下1500米測量精度要求：磁法測量精度

要求5-10nT;重力測量要求10-20微伽

上圖為安徽泥河鐵礦重磁場及3D反演結(jié)果。精地面高精度磁異常

確定位礦體的深度和形態(tài)呂慶田等，2008

一、引言-兩個模型

（2）頻率域濾波法：

在頻率域?qū)⒛茏V的高頻部分與低頻部分分開?；炯俣ǎ?/p>

長波長的能量代表區(qū)域異常，短波長能量代表局部異常，具體

計算流程如下：

低通濾波：提取區(qū)高通濾波：提取局

域場，通常與方向部場

導數(shù)一起組合

一、引言-兩個模型

濾波估計的區(qū)域異常理論區(qū)域異常

效果：

?近似程度差剩余異常

?剩余異?；?/p>

一、引言-兩個模型

濾波法的基本要求：

?數(shù)據(jù)必須是網(wǎng)格化數(shù)據(jù)

?平面數(shù)據(jù)觀測假設(shè)，數(shù)據(jù)是平面數(shù)據(jù)

?在能譜上，區(qū)域異常和局部異常不能重疊過多

?數(shù)據(jù)范圍要遠大于擬提取的局部異常范圍

濾波法的優(yōu)缺點：

?使用FFT，快速易行

?快速處理大區(qū)域數(shù)據(jù)

?高度依賴于頻譜特性

?經(jīng)常使提取異?；?/p>

一、引言-兩個模型

（3）基于反演的“剝皮”法（基于反演的位場分離）

B：扣除局部異常區(qū)

A：大尺度反演域，進行正演

D、反演解釋

C=A-B：異常數(shù)據(jù)

AB

LiYaoguo，2012

一、引言-兩個模型

局部場源

區(qū)域場源

LiYaoguo，2012

一、引言-兩個模型

大范圍反演真實模型

一、引言-兩個模型

剝皮法結(jié)果理論值

一、引言-兩個模型

3、地球物理反演：為什么？

這是一個測區(qū)的磁法數(shù)

為什么要開展反演解釋？據(jù)，地下有幾個磁性體？

u由于重磁、直流電場為靜

態(tài)、彌散場，每個數(shù)據(jù)受地

下所有物質(zhì)影響

u數(shù)據(jù)中的關(guān)于場源的信息

是混亂，不清楚的

u“模型域”的地質(zhì)解釋比

“數(shù)據(jù)域”容易很多

u了解深度信息

LiYaoguo，2012

一、引言-兩個模型

1)數(shù)字模擬實驗：單個良導體，觀測數(shù)據(jù)加5%噪聲

擬斷面顯示

LiYaoguo，2012

一、引言-兩個模型

2)地表增加若干小的良導體干擾

一、引言-兩個模型

實驗數(shù)據(jù):直流電阻率

擬斷面大致反映地下良導體位置

-1000100120

2

N

-

s

p8

a

c

i

n

g45

干擾情況下，地下良導體位置在何處?

126

-1000100

2

N

-

s8

p

a4

c

i

n

g

一、引言-兩個模型

2D反演結(jié)果:單一柱體

u單極-偶極;n=1,8;a=10m;

一、引言-兩個模型

實例：地表加干擾的單一柱體反演結(jié)果

u單極-偶極;n=1,8;a=10m;

理論模型正演反演模型正演

一、引言-兩個模型

反演的幾點重要認識：

1、反演是一種重要地質(zhì)解釋手段；

2、反演不是數(shù)字游戲，隨著地質(zhì)約束的不斷增加，多

數(shù)據(jù)聯(lián)合反演解釋技術(shù)的進步，反演逐漸演變?yōu)橐环N綜

合地質(zhì)解釋方法；

3、反演的多解性將隨著地質(zhì)約束的增加、多數(shù)據(jù)的聯(lián)

合反演，將逐漸消失。

一、引言-兩個模型

地質(zhì)約束反演:正確方向的跨越

江蘇省地質(zhì)調(diào)查院學術(shù)講座之一

匯報提綱

1引言—兩個原理模型

2勘探技術(shù)—儀器設(shè)備

3勘探技術(shù)—新方法

4勘探趨勢：從礦床到成礦系統(tǒng)

/32/

二、勘探技術(shù)—儀器設(shè)備

Terraquest’sPocoHelicopter

航空地球物理技術(shù)新進展TDEMsysteminflight

u航空重力及重力梯度測量系統(tǒng)；GedexSystem公司宣稱其高

分辨率重力梯度系統(tǒng)（HD-AGG）在空間分辨率為60m的情

況下，分辨率已經(jīng)達到1EotvosHz-1/2。

u航空磁場總場測量、梯度及張量測量系統(tǒng)；

u直升機吊艙式和固定翼時間域航空電磁探測系統(tǒng)；

u半空間航空瞬變電磁測量系統(tǒng)；

u航空伽馬能譜測量系統(tǒng)；

u無人機航磁、航放測量系統(tǒng)等

形成了測量參數(shù)多樣、平臺可選擇、實時GPS定位的完整的航

空地球物理勘查技術(shù)體系。

二、勘探技術(shù)—儀器設(shè)備

地面及井中地球物理探測技術(shù)

u分布式三維激電探測系統(tǒng)。QuantecGeoscience公司ORION3D系統(tǒng)同

時采集直流DCIP和MT信息，像地震勘探一樣實現(xiàn)快速、高效的3D覆蓋；

u自動智能重磁測量系統(tǒng)。Scintrex公司的CG-6高精度重力儀分辨率達到1

微伽，同時實現(xiàn)自動測量、野外“藍牙”傳輸和“遙控”測量；

u三維電磁探測系統(tǒng)。CroneGeophysics公司的Mark73DE-SCAN系統(tǒng)探

測深度達到4000m；

u高溫超導傳感器（HTS）和低溫超導傳感器（LTS）使TEM探測深度更

深、信噪比更高；

u超寬頻帶（BMT）MT感應式傳感器使AMT和MT測量一次完成，大大

提高了探測效率；

u井中重力和全波形TEM技術(shù)已經(jīng)成為常規(guī)勘探手段，極大提高了對“盲

礦體”的識別能力；

u全三維反演解釋、多數(shù)據(jù)類型聯(lián)合反演、巖性填圖和綜合建模技術(shù)極大

提高了深部資源探測的準確性，實現(xiàn)4000米甚至更深的探測能力。

二、勘探技術(shù)—儀器設(shè)備

1、航空重力及梯度梯度測量系統(tǒng)

u航空重力測量技術(shù)逐漸成熟，開始應

用于礦產(chǎn)、油氣勘查，目前的精度更適合

區(qū)域地質(zhì)調(diào)查

TAGS和地面重力比較

從重力儀或加速度計測量的比力

信息中扣除載體的運動加速度，

得到重力值。

nnnnnn

gfv(2ωieωen)v

二、勘探技術(shù)—儀器設(shè)備

Turnkey

Airborne

Gravity

System

(TAGS)

TAGSInstallationintoAires

NavajoTAGSSystem

搭載AIRGravSystem的

飛機AIRGravSystemGT-1A型航空重力儀

二、勘探技術(shù)—儀器設(shè)備

重力梯度測量系統(tǒng):美國BellAerospace公司的Air-FTG（全張量梯度）系統(tǒng)，

澳大利亞BHP公司的Falcon航重梯度綜合勘查系統(tǒng)，英國ARKeX公司的超導

重力梯度儀EGG等

2004-2008

BellGeospaceacquires

FTGdatainGOM1stARKeXcommencesbuild

commercial3D-FTGofnextgenerationsuper

systemavailableconductinggradiometer

the‘EGG’

Air-FTG3D重力梯度測

量系統(tǒng)

Geotech’sGT-2A

gravimeter.FUGRO

(FALCON)

二、勘探技術(shù)—儀器設(shè)備

航空重力梯度技術(shù)的總體現(xiàn)狀：

?旋轉(zhuǎn)加速度計重力梯度儀——商業(yè)應用，成熟技術(shù)

?超導重力梯度儀——研究熱點，準實用技術(shù)

?原子干涉型重力梯度儀——探索階段、試驗樣機，前沿研究

Gedex公司和馬里力拓公司和西澳

ARKeX公司自行研制

蘭大學聯(lián)合研制大學聯(lián)合研制

二、勘探技術(shù)—儀器設(shè)備

鉛鋅礦

油氣田

煤礦

2mgal

鉛鋅礦

AdaptedfromFrankvanKann，2004

世界典型礦床（煤田和鹽丘型油藏）重力異常與信號波長關(guān)系圖；幾個航空重力系統(tǒng)的噪聲水平(i.e.,

Carson直升機系統(tǒng)1996,Carson1995,LCT1996和Sander2003固定翼系統(tǒng))以及基于GPS的加速度

測量噪聲水平

二、勘探技術(shù)—儀器設(shè)備

AdaptedfromFrankvanKann，2004

世界典型礦床的重力梯度與波長關(guān)系圖.同圖顯示對應梯度測量系統(tǒng)的噪聲水平

二、勘探技術(shù)—儀器設(shè)備

目前的主要系統(tǒng)對世界典型礦床的探測能力

AirborneGravimetry：

代表當前航空重力的探

測能力

FalconGravity：

代表當前5E精度旋

鎳礦轉(zhuǎn)加速度計航空重力

銅金氧化礦梯度系統(tǒng)的探測能力

鐵礦

金剛石

煤礦VK-1Gravity：

基本金屬代表下一代1E精度

超導航空重力梯度

系統(tǒng)的探測能力

AdaptedfromAirborneGravity2010

二、勘探技術(shù)—儀器設(shè)備

Kimberlite,Abnerregion,NorthernTerritory,Australia

找

礦從G數(shù)據(jù)中圈出了一個20E的異常，鉆孔證

實DD

例實在地下10m發(fā)現(xiàn)了一個1.3公頃的主管狀巖

二脈，旁側(cè)發(fā)現(xiàn)了一個0.3公頃的次級巖脈。

：2005年打鉆發(fā)現(xiàn)了一個金剛石礦。

尋

找

金

伯

利

巖

脈

二、勘探技術(shù)—儀器設(shè)備

實IOCG,ProminentHill,Australia

例

三

：

鐵

氧

化

物

銅

金

型

礦上圖是花了幾年做的地面

床重力垂向一階導數(shù)，下

勘

探圖是FALCON?AGG系

統(tǒng)兩周測量結(jié)果

2、航空電磁法技術(shù)：

?時間域航空電磁系統(tǒng)：向地下發(fā)射瞬變電磁場脈沖，接收地質(zhì)體產(chǎn)生的二次場，研究地下

地質(zhì)體的電性體分布特征，實現(xiàn)地質(zhì)勘查目標。

?天然場航空電磁系統(tǒng)：利用天然場源，分別在空中接收垂向大地電磁信號、在地面接收水

平正交的大地電磁信號，計算傾子并反演解釋，實現(xiàn)地質(zhì)勘查目標。

陳斌等，2021

二、勘探技術(shù)—儀器設(shè)備

主動源電磁探測技術(shù)發(fā)展趨勢：降低發(fā)射頻率、增大發(fā)射磁矩、

采用直升機平臺；高溫SQUID磁傳感器提高測量精度；全波場反演

提高反演可靠性。

AeroTEM

SkyTEMsystemVTEMsystemHeliGeotem

二、勘探技術(shù)—儀器設(shè)備

我國直升機航空電磁系統(tǒng)研制歷程：

陳斌等，2021

二、勘探技術(shù)—儀器設(shè)備

與國外同類系統(tǒng)主要技術(shù)指標對比

硬支架系統(tǒng)直徑發(fā)射電流發(fā)射磁矩動態(tài)噪聲探測深度備注

CHTEM-I(863研發(fā))12米490A250,000Am2±50nT/s280米“十一五”完成

CHTEM-II(863研發(fā))12米550A280,000Am2±15nT/s320米“十二五”完成

CHTEM-III

12米624A352,860Am2±1.2nT/s400米“十三五”完成

(項目研發(fā))

TM2Geotech公司軟支架系統(tǒng),因其磁矩、噪聲

VTEM17.4米243A240,000Am±1nT/s350米和CHTEM-III相近因此一起比較

±0.243—Geotech公司軟支架系統(tǒng)，指標為其在川

VTEMLITE17.6米329A320,000Am2400米

±0.96nT/s藏線實測數(shù)據(jù)指標。

軟支架系統(tǒng)直徑發(fā)射電流發(fā)射磁矩動態(tài)噪聲探測深度備注

CHTEMs-I1,364,000

32米424A±0.4nT/s650米“十三五”完成

(項目研發(fā))Am2

VTEMMax35米260A1,000,000Am2±0.8nT/s700米Geotech公司系統(tǒng)

Geotech公司

VTEMPlus26米295A625,000Am2±0.5nT/s650米

最常用系統(tǒng)

天然場系統(tǒng)直徑動態(tài)噪聲探測深度

CHMT-I(項目研發(fā))8.5米優(yōu)于1%1500米“十三五”完成

ZTEM7.4米優(yōu)于1%2000米Geotech公司系統(tǒng)

陳斌等，2021

二、勘探技術(shù)—儀器設(shè)備

航空電磁法－－圈定咸水、半咸水、淡水、圈定地下鹵水體

二、勘探技術(shù)—儀器設(shè)備

無人機航空物探（磁/放）綜合測量系統(tǒng)

航磁：

CS-3銫光泵儀，動態(tài)噪聲≤70pT，

轉(zhuǎn)向差≤1.0nT，總精度優(yōu)于

1.65nT

航放：

下視16升，256道，自動數(shù)字穩(wěn)譜

儀，分辨率±0.22%，峰漂±0.67道

無

航測：人

航高≥120m地形起伏，偏航距機

≤15m，航程1600km/10h（單航

磁），測控范圍200km（視距，地磁

面控制），800km（海事衛(wèi)星）

二、勘探技術(shù)—儀器設(shè)備

無人機航空物探（磁/放）綜合測量系統(tǒng)

航空放射性探測系統(tǒng)RS-601

無人直升機航磁系統(tǒng)多旋翼無人機航磁系統(tǒng)

二、勘探技術(shù)—儀器設(shè)備

1、數(shù)據(jù)質(zhì)量優(yōu)勢

夜航測量時干擾小,飛控電腦精確

控制飛行高度和偏航距，不疲勞，

不受陽光等干擾，窗簾效應影響明（A）CH-3無人機(B)Y-12有人機

飛行高度統(tǒng)計

顯由于傳統(tǒng)航空物探

2、測量效率高

單架次8小時（約1600km），可夜

航，一飛行日可多架次執(zhí)飛，可一

站多機同時測量，相同時間段內(nèi)測

量效率是傳統(tǒng)航空物探的1.5～2倍

（A）CH-3無人機(B)Y-12有人機

無人機和有人機航磁ΔT等值線陰影圖對比（3000測線千米，1∶5萬）

二、勘探技術(shù)—儀器設(shè)備

3、三維激發(fā)極化—3DDCIPIV

u傳統(tǒng)同剖面二維DC/IP觀測裝置IV

–單極-單極（pole–pole）

VI

–單極-偶極（pole-dipole(PDR)

–單極-偶極（pole-dipole(PDL)IV

–偶極-偶極（dipole–dipole）I

中梯（溫納，）

–WennerV

缺點：

McDermott

u天然或人為噪聲礦床IP反演

uAB與MN嚴格同剖面，空剖面

據(jù)LiYG等，

間分辨率差2012

u深度淺（n<6，受電纜

長度限制）

二、勘探技術(shù)—儀器設(shè)備

Newmont的NEWDAS3DIP采集系統(tǒng)

關(guān)鍵技術(shù)：

u無線采集與現(xiàn)代電子技術(shù)（現(xiàn)場

監(jiān)控和分析、噪聲壓制）

uGPS時間同步

u3DDC/IP反演模擬技術(shù)（UBC-

GIF，DCIP3D）

NEWDAS系統(tǒng)特點：

u4-通道,無線或有線，高密度采樣（實時數(shù)據(jù)監(jiān)控和分析）

u分布式數(shù)據(jù)存儲與回放，GPS控制所有時間，并提供觀測位置信息

u使用遠參考噪聲壓制，新型便攜5kW高壓發(fā)射

u使用電流監(jiān)控和反褶積策略

u可以使用3D規(guī)則或隨機網(wǎng)絡(luò)觀測和任意位置發(fā)射

二、勘探技術(shù)—儀器設(shè)備

智利SantaCecilia斑巖銅金礦床3D

DCIP-MT探測實例

§位于WesternCordillera,Maricunga

成礦帶

§強烈熱液蝕變

§地面磁測,CSAMT和ORION3D

DCIP/MTSanta

Cecilia

CerroDelMedio

----4600m

----3600m據(jù)N.Bournas等，2013

二、勘探技術(shù)—儀器設(shè)備

Qz-alunite-clay-PyPeripheral

propylitic

Silicification

Mz-intrusion

Intermediate

argillic

Advanced

argillic

Intensehydrothermalalteration

1km

據(jù)N.Bournas等，2013

二、勘探技術(shù)—儀器設(shè)備

地面磁測，線距：100米，顯示環(huán)

狀結(jié)構(gòu)

垂向二階倒數(shù)：高低梯度帶大致

圈出蝕變范圍

磁化率反演：藍色區(qū)域指示因蝕

變而降低的磁化率

據(jù)N.Bournas等，2013

二、勘探技術(shù)—儀器設(shè)備

ORION3DSurvey(Fall2012)

?539Currentinjections(Transmits)

?300()receiverdipoles(150m)

?50DAUs(loggers)

Objective:3Dimagingofmineralization

andalteration

據(jù)N.Bournas等，2013

二、勘探技術(shù)—儀器設(shè)備

3D電阻率模型

據(jù)N.Bournas等N

1km據(jù)等，

Surveyresultsfromalarge-scale3-DchargeabilitysurveybyOuantec.N.Bournas2013

二、勘探技術(shù)—儀器設(shè)備

3D激發(fā)極化模型

據(jù)N.Bournas等N

1km據(jù)N.Bournas等，2013

二、勘探技術(shù)—儀器設(shè)備

據(jù)DNis.Bcoourvneasr等y，h2o01le3s(2011)Mineralizationover

1000m

Au0.2g/t

Cu0.25%

Mo80ppm

CSAMT

0

.

7

Discoveryholes

k

m(1400and1700m)

二、勘探技術(shù)—儀器設(shè)備

Astana3-DIP測量

據(jù)LiYG等，2013

二、勘探技術(shù)—儀器設(shè)備

AstanaDCIP3D結(jié)果

據(jù)LiYG等，2013ColorRange:Red>500,Purple<30ohmmeters

二、勘探技術(shù)—儀器設(shè)備

DCIP3D反演模擬結(jié)果

據(jù)LiYG等，2013

二、勘探技術(shù)—儀器設(shè)備

DCIP3D極化率模型

DCIP3D電阻率模型

據(jù)LiYG等，2013

二、勘探技術(shù)—儀器設(shè)備

3DDCIP+MT

加拿大Quantec公司Titan分布式

電磁系統(tǒng)：3DIP+MT

DCIP&MT的完

美組合

二、勘探技術(shù)—儀器設(shè)備

Titan24在薩德貝里Norman礦區(qū)試驗結(jié)果，驗證該技術(shù)有能力發(fā)現(xiàn)

1000－2000米深的礦層（Norman2000礦層）

山東地礦局總工研討班—學術(shù)講座之一

匯報提綱

1引言—兩個原理模型

2勘探技術(shù)—儀器設(shè)備

3勘探技術(shù)—新方法

4勘探趨勢：從礦床到成礦系統(tǒng)

/67/

三、勘探技術(shù)—新方法

1、金屬礦地震技術(shù)：（1）物性前提

普通硫化物在200Mpa室溫下的聲學參數(shù)

密度波阻抗

礦物名稱VpVs泊松比

（g/cm3）（km/s）（km/s）×105g/cm2s

Pyrite(黃鐵礦)4.917.994.940.1939.2

Sphalerite（閃鋅礦）4.075.442.800.3222.1

Chalcopyrite（黃銅礦）4.285.122.490.3521.9

Pyrrhotite（磁黃鐵礦）4.714.602.730.2321.7

Pentlandite(鎳黃鐵礦)4.684.562.950.1421.3

Bornite（斑銅礦）5.074.402.070.3622.3

Galena（方鉛礦）7.513.692.110.2627.7

Harvey,1997；Salisbury,etal.,1996

三、勘探技術(shù)—新方法

u黃鐵礦與酸性脈石：

速度增加密度增加

u閃鋅礦、黃銅礦、

磁黃鐵礦與脈石：密

度增加，速度降低

u多數(shù)硫化物礦石，

相對于酸性巖石，可

成為反射體；一些甚

至對任意巖石，在幾

何條件滿足情況下，

硫化物礦石和硅酸鹽巖石速度—密度關(guān)系曲線圖，可稱為反射體。

圖上疊加波阻抗（Z）曲線

（Saliburyeral.,2003）

三、勘探技術(shù)—新方法

（2）分辨率問題。解決控礦構(gòu)造，甚至直接探測礦體

波速（V）

波長（）=

頻率（f）

垂向分辨率:

最小可分辨的構(gòu)造，比如,薄

層的頂和底板

V

=50Hzwavelength

44f

LITHOPROBE反射地震的典型分辨能力:

震源頻率：10–80Hz

速度范圍：3–8km/sAfterClowes,2011

垂向分辨率范圍：10–200m

三、勘探技術(shù)—新方法

橫向分辨率：可分辨的水平兩個反射體

Z取決于速度(v),

0+

頻率(f)和深度(z)

4

Z0/

2zV

菲涅耳半徑(r)=

f

FresnelZone

TypicalLITHOPROBEreflectionexperiment

?淺層地殼5km:<500m（水平分辨）

?Moho(35km):~2.5km（水平分辨）

三、勘探技術(shù)—新方法

頻率:理論和實際探測分辨率

對4.3km/s的金伯利巖:

λ/4λ/20

頻率波長分辨率理論極限探測極限

(Hz)(m)(m)(m)

5086224

10043112

2002251

300143.50.7

50092.250.5

問題：Approximate

?高頻信號易衰減requirestuning

?震源與接收之間的耦合

?靜校正(地形,橫向結(jié)構(gòu)和速度變化)

三、勘探技術(shù)—新方法

實例一：南非蘭德盆地礫巖型金礦探測與開采設(shè)計

礦區(qū)名稱：在數(shù)個礦區(qū)開展了幾十到幾百平方公里的3D反

射地震調(diào)查

uWUDL：WesternUltraDeepLevels:300km2

uTargetGoldProject:135km

3D反射地震：揭示結(jié)構(gòu)框架、地層分布，追蹤層狀金礦層

（VentersdorpContactReef，VCR）；確定可能的礦

災位置（斷層及不穩(wěn)定巖性分布）

屬性分析：鉆孔約束+地質(zhì)觀察+合成地震圖：提供小斷層

（10-20m）信息，礫巖層的巖性變化

三、勘探技術(shù)—新方法

CarletonvilleGF

WUDL

早太古代(37-31億):古老的Kaapvaal克拉通(TTG)形成;綠巖型金礦

晚太古代(31-26億):伸展作用形成Witwatersrand盆地;地層由老到新:

Dominion群；

Witwatersrand群,西蘭德和中蘭德組（礫巖型金礦主要層位）

Ventersdorp群（Klipviersberglava,Platberg組，Pneil沉積）

Transvaal群

三、勘探技術(shù)—新方法

WE

TargetGold

Project

從3D數(shù)據(jù)體中

抽出的東西向切片，

顯示整體結(jié)構(gòu)、構(gòu)

造。

KRG是Klipriviersberglavas底部的反射，向西傾；下

伏的中蘭德組在擠壓變形中發(fā)生褶皺（向斜），發(fā)生逆沖和

背沖構(gòu)造

三、勘探技術(shù)—新方法

Dreyeskuil礫巖層振幅從西到東的變化

Klipriviersberg熔巖底部Dreyerskuil

礫巖層的振幅水平切片(紅色=高振幅,

藍色=低振幅)。

注意：線狀振幅低指示斷裂延伸；東

南方向的低振幅表示頂部礫巖成分增加，

速度增大，造成與KRG的反射系數(shù)減

小；

三、勘探技術(shù)—新方法

實例2：反射地震技術(shù)尋找金伯利巖

—加拿大SnapLake地震項目

目的：發(fā)展探測低角度金伯利巖床噴出相

、巖席的新技術(shù)；降低鉆探成本，對爆發(fā)相

巖席進行成像，確定：

?礦床的大致延伸

?為礦山開采設(shè)計提供結(jié)構(gòu)依據(jù)復式巖席

管道相巖床

巖墻

AfterClowes,2011

三、勘探技術(shù)—新方法

granitoids

metavolcanics

礦山地質(zhì)anorthosites,gabbros

metaturbidites

diabasedykes

faults

DeBeersCamp

D

ow

n-

dip

Seismicprofiles

Kirkleyetal.,2003

三、勘探技術(shù)—新方法

Line1:Down-dip(5.86km)

震源參數(shù)

?藥量0.25kg

?480shots

?井深1-3m到基巖

?4-8-12-16-24mspacing

Explosives接收參數(shù)

?采樣率0.5ms

?檢波器主頻28Hz

?816型單點檢波器

?非對稱變觀觀測系統(tǒng)

?2m道距:0-1.44km

?4m道距:1.44-5.86km

Vibroseis?最大偏移距:3.265km

AfterClowes,2011

三、勘探技術(shù)—新方法

Trackedrig

Towedor

Diamondheexli-supportedrigAfterClowes,2011

三、勘探技術(shù)—新方法

Kimberlite

Core

km

1.63m

從60米到1350米發(fā)現(xiàn)了

穩(wěn)定的巖床反射MigratedStack

AfterClowes,2011

三、勘探技術(shù)—新方法

3D重磁反演

-500

泥河

小包莊

泥河鐵礦縱1剖

面

重力異常小

-500包

莊

泥河鐵

小包莊礦

2

線

剖

地磁異常面

長江中下游成礦帶深部探測與找礦突

破

三、勘探技術(shù)—新方法

反射地震確定多級次火山巖的隆起部位，確定羅河鐵

礦下面新的找礦目標

泥河

小包莊

上次火山巖

上次火山巖

下次火山巖

三、勘探技術(shù)—新方法

2、巖性填圖技術(shù)：地球物理正反演

正問題：給定磁化率的分布kjj=1,M；計算位場值bii=1,

N

正演計算

反問題：給定觀測值bii=1,N；尋求磁化率的分布kjj=1,

M

反演計算