龔勝平， 王明明

(1.中國地質(zhì)科學(xué)院 地球物理地球化學(xué)勘查研究所, 廊坊 065000； 2.河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所, 廊坊 065000)

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地球物理野外實驗場候選地遴選方法研究

龔勝平1， 王明明2

(1.中國地質(zhì)科學(xué)院 地球物理地球化學(xué)勘查研究所, 廊坊 065000； 2.河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所, 廊坊 065000)

通過研究地球物理方法對野外實驗場候選地具體要求，確定候選地的符合條件；對多個礦區(qū)開展調(diào)研，遴選出候選地，研究各遴選場地的礦床地質(zhì)特征，分析可能的勘探效果，總結(jié)遴選實驗場的方法。最終遴選出一個合適的試驗場地 并在場地上開展試驗，試驗效果良好。說明本遴選方法技術(shù)可靠，適用于試驗候選地的遴選，依據(jù)本方法遴選出的場地可用。

地球物理實驗場；候選地； 遴選; 方法研究

0 引言

野外實驗場又稱野外科學(xué)觀測研究基地，是指在某領(lǐng)域能夠長期獨立開展對關(guān)鍵數(shù)據(jù)、現(xiàn)象等要素的監(jiān)測和綜合研究，試驗示范新理論、新技術(shù)、新裝備、科研與教學(xué)實習(xí)活動的野外場所。目前國內(nèi)、外已建設(shè)諸多的野外實驗場，包括土地[1]、地質(zhì)、礦產(chǎn)、勘查技術(shù)、資源綜合利用等領(lǐng)域[2]。其中,勘查技術(shù)類實驗基地有地質(zhì)力學(xué)所“十三陵應(yīng)用地球物理實驗基地”、北京市國土資源局建設(shè)的“綜合勘查技術(shù)-北京房山野外基地”、航遙中心的航空地球物理試驗場[3-4]、國家海洋中心的海上試驗場等。針對本單位特點，物化探所利用基本科研業(yè)務(wù)專項建設(shè)地球物理野外實驗場，在場地遴選、地質(zhì)礦產(chǎn)特征研究、物探方法試驗等方面做了大量工作，以建成用于開展地球物理方法試驗的野外科學(xué)觀測研究基地。

這里主要研究實驗場候選地的遴選方法，利用遴選出的場地開展地球物理實驗。遴選過程通過研究各種地球物理方法場地條件，制定實驗基地的遴選條件，進而對全國各地多個礦區(qū)進行候選地篩選調(diào)研，對候選地地質(zhì)礦產(chǎn)特征、景觀條件進行調(diào)查研究。綜合場地各方面特征，選出適合作為野外觀測基地的靶區(qū)。研究靶區(qū)的礦床地質(zhì)特征，分析可能的勘探效果，遴選出可靠、適用的實驗場地，通過后期開展的試驗驗證，說明遴選方法可靠有效。

1 候選地遴選條件研究

地球物理探索地球的各種物理現(xiàn)象本身的規(guī)律性，地球物理實驗場是為了提供野外觀測地球物理場的場地，研究目標(biāo)體與觀測數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)特性。實驗場的選擇存在一個遴選標(biāo)準的問題，滿足什么樣的條件才能作為地球物理實驗場。試驗工作又涉及重力、磁法、電法、地震等多種方法。場地需要考慮多種方法的適用性，就必須了解物探方法的物性差異需求及場地需要。不僅要考慮需求之間的共性，也需要考慮各方法的特殊性，從各個條件中尋找出場地應(yīng)當(dāng)具備的共同點，確立實驗場的遴選標(biāo)準。

遴選條件的研究方法為通過收集各方法所需的大致條件，召集相關(guān)學(xué)科專家進行集中討論研究確定各種地球物理方法的場地條件，由各個條件最終確定場地滿足的遴選基本條件。研究表明，物化探方法對實驗場地的要求主要涉及以下幾個方面：場地地形、可供試驗面積、交通條件、礦床規(guī)模、覆蓋層的厚度、物性條件、周圍環(huán)境、礦床類型、礦體特征、地質(zhì)條件等。可通過研究各地球物理方法的普遍與特殊需求，逐步確定場地遴選條件。

1.1 重磁方法場地條件研究

重力勘探是根據(jù)地球重力場研究地球構(gòu)造及尋找礦產(chǎn)資源的一門地球物理方法。重力勘探解決的地質(zhì)問題所依據(jù)基本要素是重力場在空間的分布，特別是地質(zhì)構(gòu)造及礦產(chǎn)資源這些密度(質(zhì)量)分布不均勻因素引起的重力變化，即重力異常。磁力勘探研究的是磁異常，磁異常主要由磁性巖(礦)石在地球磁場磁化作用下而產(chǎn)生。研究討論發(fā)現(xiàn)，實驗場地如果要滿足重磁勘探試驗的需要，體現(xiàn)重磁勘探解決地質(zhì)問題的能力，一般需要滿足以下幾方面：

1)實驗場地下有密度體和磁性體，水平延展有限，物性差異是物探方法的前提，具有可分辨出的異常體是必不可少的，且能實現(xiàn)從背景值中識別出異常值。

2)實驗場地形起伏不大。地形起伏對實驗效率與效果會起到一定的影響。

3)周圍無震動源，重力方法對震動較為敏感。

4)周圍無磁性干擾，磁法對磁性干擾源較為敏感。

5) 覆蓋層厚度以50 m～200 m為宜。

6) 周圍有可采集的圍巖及異常體巖石標(biāo)本的條件，物性標(biāo)本的測定對資料解釋起到關(guān)鍵的作用。

7) 圍巖地質(zhì)情況清楚，地質(zhì)情況的明了有利于資料的解釋。

8) 場地相對長時間保留。

1.2 電法場地條件研究

電法勘探是利用地電場進行勘探的一門地球物理方法。地電場系指大地中天然存在或由人工建立的電場及電磁場。由此，試驗方法分為可控源音頻大地電磁測深法(CSAMT)、音頻大地電磁/大地電磁測深法(AMT/MT)、瞬變電磁測深法(TEM)、激電法(IP)等。針對方法特點，對場地的一般要求為：

1)實驗場地地形相對平坦、視線開闊，森林植被覆蓋少，近地表有土壤沉積物，以利于野外試驗工作的開展。

2) 實驗場環(huán)境人文電磁干擾小，要求遠離高壓線、變壓器、以及各種電磁發(fā)射臺(2 km以上)；離開鐵路及主干公路2 km以上；離開動力線、照明線500 m以上；現(xiàn)場無鉆孔施工。

3)對地下異常目標(biāo)體的要求具有一定深度與規(guī)模，并能夠相對長時間保留。

4)對異常目標(biāo)體與圍巖間的電性條件要求目標(biāo)體與圍巖間具有激電視極化率、視電阻率的差異，其差異在2倍以上為宜。

5) 實驗場地測線測點的布設(shè)要求，在垂直于異常體或構(gòu)造的走向方向上，按200 m～400 m線距布設(shè)3條以上測線，各測線長度為1 500 m～2 000 m，點距為50 m。

6) 地質(zhì)已知程度較高。

1.3 地震方法場地條件研究

地震勘探方法是根據(jù)對人工激發(fā)產(chǎn)生的彈性波在地球中傳播的研究，來推斷地下介質(zhì)的結(jié)構(gòu)和巖石的性質(zhì)，從而達到勘探的目的。隨著地質(zhì)找礦工作向?qū)ふ颐さV和深部隱伏礦方向發(fā)展，地震勘探在彌補重、磁、電等物探方法，在尋找深部隱伏礦方面的某些不足方面起到積極作用，研究金屬礦地震勘探具有積極的現(xiàn)實意義。

實驗計劃在場地上開展金屬礦地震反射波場特征試驗研究，細微深入地開展分析解決地震反射方法，在金屬礦勘查中的有效反射波的識別、提取、處理和解釋問題。符合地震方法的野外實驗工作條件，場地一般應(yīng)當(dāng)滿足：

1)可通過性。試驗采用的激發(fā)設(shè)備為炸藥及可控震源車，接收設(shè)備(儀器)為車載地震儀，無論是可控震源車還是車載地震儀，都是輪式車載設(shè)備，均需要平緩的場地地表條件，以便車載地震設(shè)備到達指定實驗區(qū)，尤其是可控震源車，需要到達精確測試點。

2)淺層地質(zhì)條件。在使用炸藥作為激發(fā)震源時，需要在測試點鉆打3 m左右的激發(fā)孔來放置炸藥，因而試驗場地淺層地質(zhì)條件應(yīng)該具備鉆打激發(fā)孔的土質(zhì)地層。

3)地震地質(zhì)條件。地震反射方法是以波阻抗的差異為基本條件的。因此，實驗場地目標(biāo)異常體與其圍巖的波阻抗或P波速度應(yīng)該具有較大差異，這樣才能采集到較高質(zhì)量的地震數(shù)據(jù)。

4)已知程度。地震場地試驗研究內(nèi)容之一為測區(qū)巖心標(biāo)本的速度、密度研究，建立地震地質(zhì)模型，并進行模擬。因而實驗場地地質(zhì)資料應(yīng)該已知程度較高，建立地震地質(zhì)模型才能與實際地質(zhì)資料相一致，這樣在模擬過程中所取得的數(shù)據(jù)與實際地震數(shù)據(jù)可比性較高，可參考程度較大。

5)場地面積應(yīng)不小于1 km×1.5 km。

1.4 地球物理測井場地條件研究

地球物理測井方法是采用專門的探測儀器設(shè)備，沿鉆井剖面觀測巖層的物理性質(zhì)(巖石物理性質(zhì))，以研究解決地質(zhì)問題，進而發(fā)現(xiàn)礦產(chǎn)資源。對場地的要求如下：

1)實驗場有可供試驗的鉆孔。鉆孔數(shù)量以2個以上為宜，以利于井間觀測。

2)實驗場地下有磁性礦體或硫化物礦體。

3)實驗場有一定的覆蓋層(大于10 m)。

4)場地面積應(yīng)不小于1 km×1.5 km。

1.5 遴選標(biāo)準建立

綜合各方面因素、權(quán)衡各勘查方法特點，認為實驗場需要最大程度地滿足某些基本條件，其他條件可根據(jù)具體情況而定，由此可以確立實驗場的遴選條件?；緱l件可分為地形、交通、地質(zhì)情況、場地面積、覆蓋層厚度、物性差異、周圍環(huán)境、礦床規(guī)模等。對于這些基本的條件，地球物理方法在實驗過程中對它們有一個普遍的要求，方法本身對這些要求內(nèi)容是基本一致的。因此可以將這些基本條件確定為遴選條件。通過研究、討論、咨詢得出11項基本條件，如表1所示。

確定了遴選條件，便可在多個場地中開展遴選工作，最終確定實驗場候選地，在候選地中挑選出較為符合條件的實驗場。

2 野外實驗場候選地遴選

經(jīng)過候選地場地標(biāo)準的研究，確定了場地的遴選條件，進而有針對性地開展實驗場候選地遴選調(diào)研工作。

在調(diào)研過程中，對收集的資料進行了整理分析，發(fā)現(xiàn)符合實驗場候選地條件的礦區(qū)并不多，有的地形起伏較大，要求通過性的方法不適合。有的地質(zhì)情況不甚清楚，無法收集到可靠資料。通過前期篩選，選出幾個典型的礦床作為候選地進行進一步的遴選研究，現(xiàn)就各自的情況進行分析闡述。各個礦區(qū)比照表1的條件進行評判打分，最吻合的礦區(qū)為最佳場地。

2.1 礦區(qū)甲

2.1.1 礦區(qū)概況

礦區(qū)為銅多金屬礦(圖1)，位于張家口市區(qū)東北部。屬燕山山脈西段，山勢北高南低，溝谷近南北向，海拔在1 300 m～1 800 m。相對高差為600 m。出露地層為下元古界紅旗營子群變質(zhì)巖地層。近東西向滑動構(gòu)造裂隙蝕變破碎帶有多條，其中有的發(fā)育著熱液型含銅多金屬石英脈。

圖1 礦區(qū)甲

熱液型含銅多金屬石英脈沿近東西向蝕變破碎帶產(chǎn)出，厚度在0.80 m～1.25 m之間，銅鉛鋅揀塊樣品位為:Cu為0.32%～0.38%、Pb為0.37%～0.41%、Zn為0.48%～0.57%。礦化帶長約600 m，產(chǎn)狀為350°～353°，∠66°～67°。礦石類型為石英脈型銅多金屬礦石。

2.1.2 勘探效果分析

比照表1所列的基本條件，由于已知礦規(guī)模較小，地形起伏較大，詳細的地質(zhì)情況很難收集，不適合遴選為地球物理野外實驗場。

2.2 礦區(qū)乙

2.2.1 礦區(qū)概況

礦區(qū)為鉬銅礦(圖2)，位于安徽省池州市以南。研究區(qū)有公路直通，附近有316國道和多條省際公路與池州港相通，龍舒河流經(jīng)本區(qū)，漲水季節(jié)民船可達池口，交通較為便利。

出露的地層主要有：志留系下統(tǒng)高家邊組(S1g)、中統(tǒng)墳頭組(S2f)、上統(tǒng)茅山組(S3m)，泥盆系上統(tǒng)五通組(D3w)，以及第四系覆蓋層。各時代地層在本區(qū)表現(xiàn)為走向北東，傾向北西-北的單斜構(gòu)造，傾角21°～54°。礦化方式以細脈狀為主。由此形成的礦石自然類型主要為脈型，其中包括輝鉬礦-石英脈型礦石、黃銅礦-石英脈型礦石、薄膜狀輝鉬礦礦石和浸染型礦石。

表1 實驗場滿足的基本條件

圖2 礦區(qū)乙

2.2.2 勘探效果分析

比照表1所列的基本條件，雖然滿足交通便利條件，但是礦石品味不高，地形不理想，屬于丘陵地帶。如開展實驗，分辨率難以達到要求。因此，該礦區(qū)作為實驗場的條件不具備。

2.3 礦區(qū)丙

2.3.1 礦區(qū)概況

圖3 礦區(qū)丙

礦區(qū)為銀多金屬礦(圖3)，位于克什克騰旗與西烏珠穆沁旗交匯處的克什克騰旗一側(cè)。現(xiàn)查明礦石儲量一千七百多萬噸。礦床為巖漿熱液礦床，地表及淺部為氧化礦，氧化帶深度為基巖下8 m～14 m，深部及隱伏礦為硫化礦。礦床查明工業(yè)礦體20多個。礦區(qū)內(nèi)各礦體規(guī)模大小不等，沿長數(shù)十至二千余米，延深數(shù)十至一千余米，厚度一般0.5 m至十幾米。礦體呈脈狀、似脈狀，走向近東西，傾向北，傾角為10°～ 50°，個別礦體走向北西，傾向北東，傾角一般為26°～ 34°。

2.3.2 勘探效果分析

礦區(qū)礦床規(guī)模較大，前人已做大量物探工作有利于對比。另外礦區(qū)處于內(nèi)蒙古地區(qū)，滿足地形要求。因此該礦床滿足地形起伏不大、交通方便、礦床規(guī)模、具備物性差異、地質(zhì)情況清楚等基本條件。但由于礦床經(jīng)濟價值較高，開采程度較大，礦區(qū)周圍污染嚴重，且不適于長期工作與保存。

2.4 礦區(qū)丁

2.4.1 礦區(qū)概況

礦區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)中部(圖4)，屬于銅鉬礦。礦區(qū)通往外地全為公路運輸，交通條件方便。礦區(qū)相對高差小于100 m。探明的礦床儲量六百多萬噸。目前尚未大規(guī)模開采，且能保存3年以上時間。

圖4 礦區(qū)丁

礦區(qū)周圍出露地層為石炭系—二疊系寶力高廟組變質(zhì)長石石英砂巖、粉砂質(zhì)板巖。地層產(chǎn)狀為295°～330°，傾角為40°～60°，局部近于直立，分布于礦區(qū)南部。礦區(qū)所見巖漿巖主要分布于寶力高廟組兩側(cè)，南側(cè)為石炭紀黑云母二長花崗巖。區(qū)內(nèi)中酸性脈巖較為發(fā)育，主要有石英斑巖脈、閃長玢巖脈、花崗細晶巖脈、石英脈、硅質(zhì)脈等?？傮w呈北西向分布，其中硅質(zhì)脈及石英脈與礦化關(guān)系密切[3-4]。

礦區(qū)斷裂構(gòu)造較為發(fā)育，主體構(gòu)造與區(qū)域構(gòu)造線一致，呈北東向展布，與主體構(gòu)造相配套分布一些以北西向為主的次級斷裂構(gòu)造，這些斷裂均為后期石英脈所充填，并形成總體走向北東(接觸帶)雁行式排列的含礦石英脈群。其中北東(包括北東東向)斷裂構(gòu)造為區(qū)內(nèi)主要控巖控礦構(gòu)造，構(gòu)造走向不明，部分北西向斷裂成為主要的儲礦構(gòu)造[5]。

2.4.2 勘探效果分析

礦區(qū)滿足交通方便、地形平坦，收集資料齊全，地質(zhì)情況較為清楚。另外滿足具有物性差異、已知礦床較為透明、礦床規(guī)模等基本要求。且具有測井的鉆孔條件。由于未大規(guī)模開采，周圍污染也不大，且可保留3年以上。不足之處在于覆蓋層厚度較低，礦區(qū)平均覆蓋層厚度僅為5 m。

綜合各個礦區(qū)條件，對候選場地針對表1所列的條件進行綜合評判。研究表明：礦區(qū)多數(shù)不能滿足長期保存、地形平坦兩項內(nèi)容。 礦床規(guī)模較大的礦區(qū)在污染方面也較難達到要求。僅礦區(qū)丁除了覆蓋層厚度一項外，多項指標(biāo)均達到實驗場的基本條件。該礦區(qū)為各候選地中最佳的場地。因此，可將該礦區(qū)遴選為野外實驗場。

3 場地試驗結(jié)果分析

通過4個典型的礦區(qū)對比，礦區(qū)丁為較為合適的實驗場地，滿足遴選基本條件的除第5項的所有要求。另外由后期的現(xiàn)場踏勘和場地實驗效果看，取得了較為滿意的實驗結(jié)果。其中在場地上開展了重磁、電法，地震等方法的對比實驗。實驗結(jié)果顯示：根據(jù)物性采集標(biāo)本，圍巖與礦體有明顯的密度、電阻率、磁化率等物性差異；地表在已知礦部位有明顯的中低視電阻率、高極化率異常響應(yīng)，分辨率較高；礦區(qū)內(nèi)出現(xiàn)明顯的帶狀重磁異常，反映控礦構(gòu)造走向；地震勘探采集了礦區(qū)深部數(shù)據(jù)，完成了兩條十字剖面。從采集過程看，由于地形平坦，采集效率極高，各方法均如期或提前完成了工作任務(wù)?？傊囼灲Y(jié)果令人滿意，驗證了遴選方法的有效可靠。

存在的問題主要有場地偏于邊疆，冬季較為漫長，適合工作的時間段較為短暫。另外覆蓋層的厚度也不盡如人意。但是 遴選出實驗場地基本能夠滿足實驗要求，場地是可用的，并且確定的遴選條件同樣適用于進一步的場地遴選工作。

4 結(jié)論

通過研究地球物理方法對野外實驗場地具體要求，研究確定實驗場的遴選條件；對多個礦區(qū)開展調(diào)研，收集相關(guān)資料，研究遴選出的候選地的礦床地質(zhì)特征，分析可能的勘探效果，最終確定最佳的遴選場地。由遴選出的場地試驗結(jié)果可以看出，該遴選方法技術(shù)是可靠的，場地是可用的。

[1] 程效軍，劉曉明.測量標(biāo)準實驗場地的建設(shè)與實踐[J].測繪通報.2004(11)：61-63. CHENG X J,LIU X M.The construction and practice of standard surveying experimental field.Surveying and Mapping,2004(11)：61-63.(In Chinese)

[2] 唐吉陽，唐采.滇西實驗場地區(qū)斷層氣體的周期性變化[J].地震研究.1997，20(4)：386-392. TANG J Y,TANG C. The periodic variation of fault product gas in earthquake prediction study area of west Yunnan. Journal of seismological research,1997，20(4)：386-392.(In Chinese)

[3] 朱衛(wèi)平，熊盛青，劉英會，等.國外航空地球物理試驗場建設(shè)啟示.物探與化探,2012,36(4):637-640. ZHU W P，XIONG SH Q，LIU Y H，et al. Enlightenment from airborne geophysical test site construction abroad.Geophysical & Geochemical exploration,2012,36(4):637-640.(In Chinese)

[4] 朱衛(wèi)平，熊盛青，劉英會，等.大井坡航空地球物理試驗場選場原則與方法.物探與化探,2013,37(1)：98-103. ZHU W P，XIONG SH Q，LIU Y H，et al.Selection principles and methods of dajingpo airborme geophysical test site.Geophysical & Geochemical exploration,2013,37(1)：98-103.(In Chinese)

[5] 王項南，吳迪，周毅，等.國內(nèi)外海上試驗場建設(shè)現(xiàn)狀與比較分析.海洋技術(shù),2010，29(2)：14-19. WANG X N, WU D, ZHOU Y, et al.Progress of the construction of maritime experimental field in China and abroad.Ocean technology,2010，29(2)：14-19.(In Chinese)

[6] 王繼春，肖榮閣，郎海濤，等. 內(nèi)蒙古準蘇吉花鉬礦床物化探異常特征及其地質(zhì)意義. 現(xiàn)代地質(zhì),2011,25 (2): 253-260. WANG J CH, XIAO R G, LANG H T，et al. Geophysical and geochemical anomalous features of molybdenum deposit in Zhunsujihua inner mongolia and its geological significance. Geoscience,2011,25 (2): 253-260.(In Chinese)

[7] 內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院.內(nèi)蒙古達來廟地區(qū)戰(zhàn)略性礦產(chǎn)遠景調(diào)查報告.呼和浩特:內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院, 2009. GEOLOGICAL SURVEY OF INNER MONGOLIA. Strategic mineral prospect survey of inner Mongolia to the Dalai temple area.Hohhot: Geological Survey of Inner Mongolia, 2009.(In Chinese)

[8] 劉翼飛,聶鳳軍,江思宏，等.內(nèi)蒙古蘇尼特左旗準蘇吉花鉬礦床成巖成礦年代學(xué)及其地質(zhì)意義. 礦床地質(zhì),2012, 31 (1): 119-128. LIU Y F, NIE F J, JIANG S H，et al.Geochronology of Zhunsujihua molybdenum deposit in Sonid Left Banner inner Mongolia and its geological significance.Mineral deposits,2012, 31 (1): 119-128.(In Chinese)

Research on selection method of geophysical experiments candidate fields

GONG Sheng-ping1, WANG Ming-ming2

(1.Institute of Geophysical & Geochemical Exploration, CAGS, Langfang 065000,China;2.Hebei Institute of Regional Geological Survey for Mineral Resources, Langfang 065000, China)

To determine the requiring conditions that the candidate fields need by studying the specific requirements of geophysical methods for field experiments to field candidates. Researches on selecting out the candidate fields, the geological characteristics of the deposit of each selected field and the possible effects of exploration were carried out using a number of mines. The test results were discussed and the selection method of the experimental field to prove the reliability, availability and venue selection method techniques were summarized.

geophysical experiment field; candidate place; selection; method research

2014-08-26 改回日期：2014-11-04

國家重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)專項(2011YQ05006011)；基本科研業(yè)務(wù)費專項(AS2010P01，AS2011P01)

龔勝平(1980-)，男，碩士,主要從事地球物理勘查技術(shù)的應(yīng)用與研究工作，E-mail: 15132672772@126.com。

1001-1749(2015)04-0459-06

P 631

A

10.3969/j.issn.1001-1749.2015.04.08