地球物理勘探技术所面临的挑战

　　[摘要]随着社会生产和科学技术的发展，人类对资源要求的数量和种类在日益扩大，而且由于资源开发和能源使用等等其他因素的影响，人类对自身所居住的环境的保护问题也越来越突出。

　　地球物理勘探技术也面临着巨大的挑战。

　　在当前深化教育改革的时代，有全面广泛知识面的勘探技术学，深入研究的基础好，适应市场需求的能力强。

　　近几年地球物理勘探技术越来越具有挑战性。

　　在很多的方面都需要应用到物理勘探技术，它是非常注重应用性的。

　　像在地质勘探方面、工程勘探、甚至是在军事上都有应用。

　　如此广泛的应用，表示无力勘探技术不仅是时代发展的表现，更是时代前进的动力和需要。

　　尽管现在在物理勘探技术方面面临很大的挑战，但是随着时代的进步，我们可以一步步地战胜这些挑战。

　　[关键字]物理勘探 矿产资源勘探 环境地质工程勘探 岩土勘探 挑战

　　1物理勘探的性质和任务

　　1.1勘探性质

　　勘探广义上是指地质勘探，包括国土资源及区域地质调查，矿产地质勘探，环境地质勘探，岩土工程勘探等等几大类专门性勘探。

　　虽然这几类勘探工作均可自成专科，但是深入研究，可以发现他们具有共同的基础、理论、勘探技术和方法。

　　勘探学是地质科学理论和资源环境的勘察实践联系的纽带，又是地质科学和工程技术科学联系的桥梁。

　　在深化和改革与科技迅速发展的今天，有必要寻求他们的内在联系，挖掘共性，建立统一的勘探技术方法，来适应国民经济建设对综合素质人才的广泛需求。

　　1.2勘探任务

　　勘探面对的都是与人类生存息息相关的最基本的问题——资源和环境的勘探问题。

　　随着社会的快速发展和人们对资源和能源的需求大大增加，同时又因此而引起的环境污染问题也是日益严重。

　　因此，地球勘探的任务也在不断地扩大。

　　勘探学的基本任务是研究国土资源，特别是土地资源、水资源和矿产资源等的形成条件、分布规律及和人类生存环境进行勘探与评价，从理论上建立和完善广义勘探技术，并提高资源勘探的地质效果与经济效果，更好地为社会的经济发展以及人类生活与生产活动服务。

　　现阶段各种勘探技术手段和方法在资源和环境勘探中都能不同程度地得到应用，如地质勘探、物理勘探、化学勘探、航空勘探、测试和电算等等。

　　资源和环境勘探工作是一项地质、技术、经济的综合活动，它必须遵循经济规律，追求勘探经济效益，贯彻多、快、好、省的原则。

　　1.3勘探的发展历史和趋势

　　勘探首先是从矿产资源和水资源的找矿和勘探实践中发展起来的。

　　在早期阶段，由于采矿和冶金等工业逐渐发展，人们对矿产的需求增加。

　　找矿的知识和方法开始积累，开始形成勘探学。

　　随着发展，勘探作业分为两支：一支是归属于地质类，形成后来的找地质学;另一支是向矿山机械类或技术类靠拢，形成现今的勘探技术。

　　近几十年来，随着国民经济的发展和矿产资源的开发，地表矿越来越少，找矿深度和难度增大，因而，“理论找矿”、“理论勘探”逐渐加强，勘查系统科学逐渐形成。

　　另一方面，随着人类对资源的广泛需求和对环境问题的日益重视，几大类专门性勘探工作相继发展起来，并与国际接轨，如环境地质勘探，岩土工程勘探，国土资源调查等等。

　　矿产资源只是国土资源的一部分，而资源利用又与环境保护密切相关，因而地质普查和勘探面临着古老技术向现代技术的综合发展。

　　2物质勘探

　　勘探基础：

　　2.1勘探对象与地质和地理背景的关联性

　　(1)土地资源与地质及地理环境的关联性

　　风化壳的类型与性质取决于两方面的因素，岩石的原始矿物成分和化学成分，以及生物气候条件。

　　在风化程度较弱或过程进行得不彻底时，原岩成分的因素显著，由不同原岩形成的风化壳具有不同的矿物和化学成分;但当风化作用强烈和过程进行彻底的情况下，生物气候条件则成为主导因素，在不同的地理环境和生物气候条件下，可形成不同类型和性质的风化壳，它们可按不同的地理区域和气候带划分为几种不同的类型，并且与一定的土地资源和矿产资源有关。

　　(2)矿产资源与地质及地理环境的相关性

　　各类矿产均产于一定的地质环境和地理环境中，即矿产的形成和分布与一定的地质。

　　沉淀矿产的形成与古地理及古气候尤为密切，大多沉积矿床形成于海岸带，而膏盐和含铜沙岩主要形成于炎热干燥气候下的内陆湖泊，煤多形成于沼泽地带等等。

　　还有内生矿产，例如，以有色和贵金属为主的环太平洋成矿产带的分布，即受到环太平洋构造、岩浆、变质带等的控制，又具有强烈的地理特征。

　　而对于风化残余矿床和砂床的形成于原岩成分以及古气候关系密切。

　　在基性和超基性岩上形成铁、硅酸镍及钛的风化残余矿床，在酸性和碱性岩上形成铝土矿和稀土矿床等等

　　(3)水资源与地质及地理环境的关联性

　　地下水资源与地质及地理环境的关系均很密切。

　　由于地理位置、距海远近、气候分带等条件的制约，使我国地表水资源在空间分布上极不平衡，在时间分配上也很不均与。

　　不同地质和地理环境不仅决定地下水的类型、特点和资源量大小，而且对工程地质勘查也有极大影响。

　　不同的地质环境和特点造成不同地下水类型并影响着地下水资源量的大小。

　　2.2资源的共性

　　地质勘探的主要对象是矿产资源、地下水资源以及有关的地质体产生出的一定的地质环境中，而且常有共生性特点。

　　矿产资源的共生性是人们早已注意到的，它是指在多种有利的地质环境和成矿条件的配合下，不同的矿种和矿床类型在时有机的联系在一起，形成各种矿产共生组合。

　　2.3资源的分带性

　　物理勘探主要对象是矿产资源、水资源和土地资源等具有空间分带性。

　　这种分带性是指矿产的物质成分、结构构造或矿物组合等在空间有规律的交替变化，呈现为分带规律。

　　这种变化范围大至全球，小至矿床矿体喜马拉雅成矿带，分布极不均衡。

　　3勘探技术挑战

　　3.1勘探工作的经济基础

　　勘探对象具有很强的经济概念，特别是作为主要勘探对象之一的矿体，是用工业指标圈定的块体，其规模、形状、质量等属性特征均受到工业指标影响，随着工业指标变化而变化。

　　经济合理性是勘探及评价必须遵守的准则，必须讲求经济效益。

　　而经济评价也是勘探工作不可缺少的重要部分，也是我们所面临和需要解决的挑战。

　　3.2勘探工作的经济规律

　　勘探工作具有高风险性，因为地质勘探成果极不确定性，即所投入的工作有相当部分不能直接获得对勘探对象的肯定性结论，其风险常常高于其经济活动，只是由工作对象的隐蔽性和人们认识的局限性所决定的。

　　其次，勘探工作还具有阶段性、长周期性、超前性、难度递增行、工作效益后续性等等。

　　所以，对于发展现在的勘探技术而言，必须了解和学习勘探的一些规律性，抓住了规律才会适应需求，从而运用适当的勘探技术来进行物理勘探。

　　3.3技术基础

　　在资源勘查、开发和利用过程中，新技术的发展总是积极因素，正是由于新技术的发展而导致了勘探理论、方法和实际工作的重大发展。

　　人类对资源的勘探和开发利用最早是从地表开始的，随着科学技术的发展，进而就开发埋藏较浅的资源，近年来，随着勘探技术和开采技术的迅猛发展，又开始向地球更深部进行勘探，扩大了勘探的广度和深度。

　　同时也增加了勘探的难度。

　　而由于遥感技术及航空测量等勘探技术的发展，对人们的综合素质要求也越来越高了。

　　面对现实的需要，虽然已经出现了一些新的技术，但是更新技术的发展使综合勘探及综合评价的研究成为十分迫切的任务。

　　选矿和冶炼技术的发展已使得矿产资源的综合勘探和评价变得更为迫切，特别是过去不能开采利用的低品位矿石以及多组分矿石，更需要在技术上加以突破，来更加有效地开采和利用。

　　加工技术及经济市场的发展为资源的综合勘探和开发利用也提供了广阔的前景。

　　石材切割技术及磨光技术的发展，来开拓建材资源的应用市场;提高相关技术，让应用前景更加广阔。

　　不管怎样，技术的发展和市场的需求就是我们奋斗的目标。

　　虽然现在勘探技术还不是很成熟，但是对于勘探技术的前景我们大可不必担心，克服勘探技术上的挑战，我们就是胜利的成功者，就会让人们重新认识到新的资源领域。

　　[摘要]随着我国综合国力的提升以及科学技术的不断进步，对矿产资源的研究和勘探力度逐渐加大，因此对于金属矿勘探所设计的技术也是需要进行重点的研究，尤其是地震勘测技术，地震勘测技术的准确与否直接关系到金属矿的勘探进度问题，本文通过对金属矿地震勘测技术进行研究，简单探讨一下地震勘测技术在金属矿中的应用。

　　[关键词]金属矿 地震勘测 技术探究

　　世界各国对金属矿的探测技术多年来仅限于非地震勘测技术，比如说重力法、电磁法等等，但是这些方法比较适用于金属矿的浅质层，但是随着勘探的纵向区域的加深，传统的勘测方法在能力和精确度方面的可靠性逐渐下降，所以，金属矿的勘测方法倾向于地震勘探技术，其不仅可以代替非地震勘探技术在深层金属矿中作业，更重要的是其在精度、分辨率以及勘探结果上显示出不可取代的地位。

　　1金属矿地震勘测现状

　　目前地震勘测技术仍处在前期发展的状态，其在金属矿勘测中的应用主要体现在两个方面，一是对金属矿上的岩石进行物理特性的分析，通过矿石与岩石的物理特性，分析是否具有金属矿勘探的意义;二是分析散射波场的特性，散射波长的特性与金属矿体是有相关关系的，对其进行分析得出金属矿是否具有有效的勘探性，因此地震勘探技术还存在很大的研究和提升的空间。

　　2金属矿地震勘测的技术分析

　　基于对金属矿地震勘探国内外现行使用技术的分析可得，常用地震勘测方法有五种，分别是散射波法、折射波法、反射波法、井中地震方法以及地面地震层析成像法。

　　散射波法。

　　散射波发在地震勘测中属于是比较高等的技术种类，主要是用于勘测非均匀分布的地下介质的地质条件，例如对块状硫化物矿床的探测，一般情况，被探测的金属矿床在与周围岩石之间存在的速度差和密度差会形成散射波场，在差异较大时，地震勘探技术中的散射波对金属矿的散射波场进行探测，可及时有效的发现与矿体关系密切的非均匀体。

　　比如位于我国东部地区的铜陵冬瓜山-铜矿以及我国西部地区的云南锡矿，都是通过散射波法对矿区进行高质量成像，基于数据的模拟发现金属矿区。

　　折射波法。

　　折射波法在地震勘测中是应用比较早期的技术种类，其主要对矿区中的含金属矿的基岩、基底以及控矿构造进行研究，一眼就结果作为标准进行填图，并且确定金属矿的风化壳，例如位于乌兹别克西部地区的金属矿区，即是利用折射波法对低速区域的异常条带进行划分，主要是对金属矿外围部分的形态背景进行分析，原因是乌兹别克矿区局部异常的界面低速区域与该矿区的矿床有直接的关系，所以首先需要利用折射波法对低速异常的条带进行划分。

　　在地震勘探技术中，折射波法虽然投入使用比较早，但是其在应用上是受到一定限制的，比如低速层覆盖在高速层下方或者是被勘测的地形结构复杂。

　　反射波法。

　　反射波法在地震勘探中属于比较常用的技术种类，其主要对和金属矿有关联的地质构造进行探测，对金属矿中的断层进行标注，大致反馈金属矿中含矿地质的构造，包括形态、基底和基岩起伏状态、相似沉积金属矿以及沉积金属矿等，便于有效金属矿的探寻和发现。

　　例如反射波发对矿区的二维或三维层面两千米以内60°-70°倾角处以及裂缝处进行地质构造上的成像。

　　此方法运用的成效体现在位于澳大利亚的北部地区的Mount Isa金属矿区，清楚可圈定出金属矿取的涉及范围以及构造形态。

　　井中地震方法。

　　井中地震方法是地震勘测技术中比较精细的技术种类，其在金属矿勘探中所涉及到的井中地震方法包括垂直地震剖面、跨孔地震层析成像和“井-地”地震层析成像，当金属矿发育地区的陡倾角大于65°时，属于高难度勘测种类，由于受限于野外采集与处理方法，导致部分地震探测方法的使用效果不是特别明显。

　　因此利用井中地震方法的垂直剖面技术可在井中接受来自陡倾角的各种数据信息以及参数，有效的代替其他地震勘探技术，但是在金属矿区中大部分的井并不是呈现垂直状态的，所以发展为井下地震方法，有利于获取地下速度的详细信息，优化各个地层与界面之间的关系。

　　例如位于加拿大大安大略地区的Kidd Greek金属矿和加拿大魁北克北部地区的Bbitibi金属矿区中的勘探井，前者是利用井中地震方法，发现陡倾角褶曲处火山岩层中包含硫化物矿体，并对此控矿构造进行成像;后者是利用井中地震方法，对一支矿体进行二次勘探，通过对其陡倾角的火山岩进行成像，勘探到具有高波阻抗特性的辉绿岩矿脉分布。

　　地面地震层析成像法。

　　地面地震层析成像法是地震勘探技术中比较复杂的技术种类，其是以地震勘探的记录为基础，通过对首波的动态进行分析，对地下的速度进行反演，此方法以80%以上的准确性探测金属矿区底层速度的分布，虽然地面地震成像法的探测准确性比较高，但是其在纵行方位上的分辨率不高，远远低于横行方位上的分辨率，所以，地面地震层析成像法只能用于介质速度有差异的金属矿区，比如隐伏矿体、断层处以及矿体与周围岩石的接触地带等。

　　通过对介质波速进行勘探，分析其对应岩石的特性，同时为地震的数据处理提供精确的校正资料，例如位于加拿大地区的Sudbury金属矿区，利用地面地震层析成像法对大型块状主要为硫化物的矿体进行地震反射的勘探，对于金属矿区地下的岩性界面的构造和形态进行探测，以便对地下深处的金属矿体进行圈定。

　　3地震勘测技术有待改善的问题

　　金属矿地震勘探技术在应用中暴露出诸多关键性的问题，并且此类问题有待提出具有针对性的解决方案，实现关键性问题的突破和改进。

　　首先是基于金属矿床地质背景的限制，此限制可分为三个层面，第一是金属矿体的不规则分布，而且金属矿体在几何形态上的分布尺度是非常小的，不利于勘探;第二是金属矿床的地质构造复杂多样而且具有不稳定性，其地层处的倾角陡峭，岩石层以岩浆岩和变质岩为主，加大了勘探上的难度;第三是金属矿的表面层次的构成条件非常负责，不仅其地形的起伏变化比较大，而且表层的潜水面和风化层很深，促使地表处的岩石以裸露的状态存在，影响勘探的准确性。

　　其次是金属矿资源对比其他的资源勘探，其涉及的地质和地震条件以及地质中需要解决的问题是多种多样的，条件和问题的多样表现为：

　　第一在金属矿地震勘探中，目的层缺少比较深的深度，而且其背景的速度相对较高，再加上信号方面有效频宽的限制，与之进行对比，例如勘探技术在油气勘探中的环境条件为目的层最深深度可至数千米，信号有效的频宽在1-120赫兹，金属矿的频宽则为30-200赫兹;第二是金属矿地震勘探中目的层在界面上的波阻抗差非常小，致使有效的地震信号几乎检测不到，在进行有效波的分离和识别上极其困难，而且金属矿大部分为结晶岩，其不均匀性的分布特点造成变化多样的波场图形。

　　第三是形态各异且规模较小的金属矿床，其底层界面在横向上是呈现不连续性的，很难采取合适的地震勘探技术对其进行勘探，缺乏地震勘探方法所需要依据的基本条件，而且当地震波的波长与金属矿体的尺度相当时，地震波会产生散射现象而无法精确的对金属矿床进行探测;第四是金属矿底层纵行方向上的密度差较小，波阻抗差的获得主要是依据金属矿地质的密度差，但是其地址中的各层速度非常接近而且速度非常高，导致垂直方向的速递比较小，只有在不同烈性的岩石之间才会显现出密度的变化，所以严重影响到勘探的顺利进行。

　　最后金属矿地震勘探技术无论是在理论基础上还是在技术实践上，都存在需要改善提高的地方，对于地震勘探技术尤为需要谨慎的考虑，综合金属矿区的地形特点，进行正确的选取。

　　4地震勘探技术的发展前景

　　目前金属矿地震勘探技术已提出多个新型的研究课题，其中最具代表性的是地震波散射技术，近几年更是加强了对此技术的研究力度，其以地震勘探技术的磁法、电法勘探技术为基本，以地震波散射为研究理论，确立了新领域技术的研究方向，未来金属矿地震勘探技术的发展前景是非常广泛的。

　　5结束语

　　地震勘探技术在金属矿勘探中的应用是具有不可估量的潜力的，而且地震勘测技术在国内外都备受关注，最重要的原因是地震勘探技术均可运用在金属矿勘探的各个阶段，而且其对浅层与深层的质地构造的反应精确度非常高，有利于获取金属矿的空间分布状态，基于对地震勘探技术的不断研究，其在未来金属矿勘探中的重要性会越来越大。

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