肖揚(yáng)，鄭革輝，楊濤，劉語，馮天勇，魏宇

(1.四川省冶金地質(zhì)勘查院，成都 610051；2.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)，北京 100083)

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)對礦產(chǎn)資源需求量的不斷增大，礦產(chǎn)資源的精細(xì)勘探水平需進(jìn)一步提高，傳統(tǒng)的位場勘探技術(shù)逐漸難以滿足深部資源勘查工作的要求：傳統(tǒng)的重力和磁法勘探分辨率相對較低，且位場強(qiáng)度隨著距離的平方成反比衰減趨勢，難以對深部金屬礦體的特征作出明晰的識別；直流電法的探查深度較?。浑姶欧碧降姆直媛释ǔＲ膊贿m用于深部的勘查找礦。因此，發(fā)展大探測深度(>500 m)的地球物理勘查技術(shù)方法成為礦產(chǎn)資源勘探技術(shù)發(fā)展的趨勢[1]。地震方法具有探測深度大、精度高、深部分辨率高和探測結(jié)果準(zhǔn)確、可靠的特點(diǎn)，可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)重、磁、電方法在深部隱伏礦勘探技術(shù)的不足。從國內(nèi)外的應(yīng)用效果看，地震方法在控礦構(gòu)造、塊狀硫化物礦體、層控礦床的探測方面取得了一定的探測效果[2]。

然而，因?yàn)閭鹘y(tǒng)反射地震方法費(fèi)用高、施工難度大、復(fù)雜地表地質(zhì)條件的數(shù)據(jù)采集困難，由此限制了該方法在礦產(chǎn)地質(zhì)領(lǐng)域的應(yīng)用。近年來，隨著節(jié)點(diǎn)式地震儀器的發(fā)展成熟，被動源地震方法的實(shí)用技術(shù)發(fā)展迅猛。被動源地震勘探克服了傳統(tǒng)方法的劣勢，使地震勘探方法逐步具備了在礦產(chǎn)地質(zhì)領(lǐng)域應(yīng)用的條件。本文以四川會理拉拉銅礦田外圍的海林銅礦勘查工作中采用被動源地震方法找礦的實(shí)踐為例，并與大地電磁方法及鉆孔勘探資料進(jìn)行對比，總結(jié)了應(yīng)用的初步效果，展示該方法在礦產(chǎn)勘探中的應(yīng)用前景。

1 被動源地震技術(shù)

被動源地震技術(shù)的理論源于地震干涉法的計(jì)算，利用節(jié)點(diǎn)式地震儀對天然地震等震動信號進(jìn)行長時(shí)間的連續(xù)記錄，從環(huán)境噪聲中提取有效的地震信號，重構(gòu)出形如主動源激發(fā)接收的炮集記錄(即擬炮集記錄)，然后按照常規(guī)反射地震數(shù)據(jù)的處理流程進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，從而得到成像剖面，實(shí)現(xiàn)地震波勘探的應(yīng)用。

1968年，斯坦福大學(xué)的Claerbout教授首次提出用被動源信息提取反射波信號。他提議，將放置于地表2點(diǎn)檢波器接收的天然震動信號進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，可以構(gòu)建以一點(diǎn)為檢波器，另外一點(diǎn)為震源的主動源波場記錄[3]。2001年，Schuster教授通過理論計(jì)算驗(yàn)證了Claerbout教授的提議，并將該方法稱為地震波干涉技術(shù)，利用這項(xiàng)技術(shù)對被動源的地震數(shù)據(jù)實(shí)施擬炮合成和偏移成像等，取得較好的應(yīng)用效果。

通過A，B兩點(diǎn)接收的被動源數(shù)據(jù)計(jì)算生成的擬炮集記錄表達(dá)式：

R{G(xA,xB,ω)}S(ω)=<(xA,ω)u(xB,ω)>

(1)

式(1)的左邊為指接收點(diǎn)A，B之間的頻率域格林函數(shù)G(xA,xB,ω)與噪聲震源S(ω)的褶積，即為A點(diǎn)激發(fā)，B點(diǎn)接收的地震記錄。式(1)的右邊為檢波器A，B記錄數(shù)據(jù)的相關(guān)計(jì)算；其中，<*>代表不同互相關(guān)結(jié)果的疊加。上述計(jì)算稱為干涉計(jì)算，其物理意義可由圖1概括，經(jīng)B點(diǎn)反射回地下的地震波，經(jīng)由地下界面反射并被A點(diǎn)接收的地震記錄，如果與B點(diǎn)接收的地震記錄進(jìn)行互相關(guān)，則相當(dāng)于從B點(diǎn)激發(fā)，A點(diǎn)接收的地震記錄，如果有多個檢波器，則可形成B點(diǎn)為震源的擬炮集記錄。

圖1 干涉法原理示意圖[4]Fig.1 sketch of interference method

2 試驗(yàn)區(qū)成礦地質(zhì)簡況

會理海林銅礦是近年來在四川拉拉礦田東南部深覆蓋地區(qū)新發(fā)現(xiàn)的礦床，會理海林銅礦與紅泥坡大型銅礦分別產(chǎn)于NE向石龍背斜的南東翼和北西翼的河口群中(圖2)。

圖2 礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡圖Fig.2 Geological structural sketch of Hailin Cu deposit

礦區(qū)地表出露三疊系長石石英砂巖，侏羅系泥灰?guī)r、白云巖和長石石英砂巖，白堊系紫紅色泥巖、粉砂巖和砂巖，以及第四系。鉆孔在覆蓋層之下見到古元古界河口群落凼組變鈉質(zhì)火山巖，新橋組片巖、板巖和變砂巖，天生壩組變鈉質(zhì)火山巖。其中，河口群的落凼組、天生壩組變鈉質(zhì)火山巖巖性層為礦區(qū)銅礦的礦源層和賦礦層位。

礦區(qū)主構(gòu)造線為NNE向，次為近EW向，海林銅礦位于NNE向石龍背斜的核部及南東翼。地表地層的走向?yàn)镹NE，傾向SEE，以緩傾斜的單斜構(gòu)造為主。河口群與其蓋層呈角度不整合接觸，鉆孔揭露及物探成果顯示，河口群展布的整體趨勢與蓋層差別不大，地層走向仍為NNE，傾向SEE。

礦區(qū)巖漿巖主要為晉寧晚期侵入的輝長巖、輝綠巖，呈大小各異的巖株或巖脈產(chǎn)出。侵入巖體的圍巖蝕變發(fā)育，與礦化有關(guān)的蝕變主要為綠泥石化、硅化、碳酸鹽化、炭化等。

海林銅礦應(yīng)屬拉拉銅礦田的一部分，據(jù)前人研究，拉拉銅礦田中礦床形成于川滇被動大陸邊緣裂谷的構(gòu)造環(huán)境，成礦作用主要包括前期的火山噴發(fā)、火山氣液成礦作用和后期的熱液成礦作用。

海相火山噴發(fā)分為3個大規(guī)?；鹕交顒有兀旱?旋回以裂隙溢流為主，對應(yīng)河口群小銅廠組和白云山組；第2旋回以爆發(fā)為主，其中火山爆發(fā)形成的火山巖富含Cu、Co、Mo等成礦元素，是本區(qū)重要的賦礦層位，對應(yīng)河口群落凼組和大團(tuán)箐組；第3旋回以噴發(fā)-爆發(fā)為主，本旋回的早階段形成的細(xì)碧質(zhì)凝灰?guī)r富Cu、Co、Mo 等成礦元素，是本區(qū)重要的賦礦層位，對應(yīng)河口群天生壩組和新橋組。

四川地礦局403隊(duì)礦區(qū)北部鉆探的ZK1801孔在河口群落凼組上部揭露了4個(層)銅礦體，厚度1.21～3.96 m，銅的品位0.4%～1.29%，由上向下依次編為①號、②號、③號和④號礦體，埋深403～703 m，礦體在走向和傾向上均有待進(jìn)一步控制。在東西向剖面上可與紅泥坡銅礦床的礦體進(jìn)行連接對比，認(rèn)為二者屬位于NNE向河口背斜兩翼的相同含礦層位的銅礦體。

3 被動源地震方法試驗(yàn)

3.1 野外數(shù)據(jù)采集

本次物探試驗(yàn)工作布置于已有鉆孔控制的18線(見圖2)，剖面長度1.5 km，主要開展AMT和被動源地震方法試驗(yàn)。

試驗(yàn)區(qū)地形最大高差為100 m，坡度較緩，周邊人煙稀少、交通不發(fā)達(dá)，周邊河流較多，北西側(cè)約4 km的礦山作業(yè)區(qū)可能為主要的被動源來源，因此淺部的高頻信號較少(圖3)。

圖3 采集試驗(yàn)現(xiàn)場照片F(xiàn)ig.3 Photos of the test area

被動源地震野外采集使用121道I-node節(jié)點(diǎn)式地震儀，埋藏深度約20 cm，道間距12.5 m，頻帶寬度1～240 Hz，采樣間隔1 ms，采集時(shí)長>72 h。從單道頻譜分析數(shù)據(jù)看高頻數(shù)據(jù)較少。

3.2 數(shù)據(jù)處理

通過公式(1)，以每個接收點(diǎn)為擬炮集記錄的震源，與其他接收點(diǎn)記錄進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，可以得到系列擬炮集記錄，在相關(guān)計(jì)算中，相關(guān)長度為5 ms。該地震記錄共計(jì)121道，因此得到擬炮集記錄共121炮，沒炮檢波點(diǎn)數(shù)為121個，該記錄中，最小偏移距0 m，最大偏移距1500 m，最大覆蓋次數(shù)120次，CMP間距6.25 m。圖4為震源在中間位置的擬炮集記錄。

圖4 震源在中間位置的擬炮集記錄Fig.4 The virtual-shot gather record with the local seismic source at middle position

獲得擬炮集記錄后，對其進(jìn)行反射地震數(shù)據(jù)的常規(guī)處理，以期通過疊加獲得地下結(jié)構(gòu)信息。該數(shù)據(jù)處理主要步驟如圖5所示。

圖5 擬炮集記錄地震數(shù)據(jù)處理流程Fig.5 Flow sheet of virtual-shot gather record data processing

圖6是速度分析獲得的成像點(diǎn)位置的疊加速度，因?yàn)樵撡Y料為二維資料，且地下震源點(diǎn)位置不一定恰在測線下方，因此，整體速度偏低，但該速度分析，主要作用是將反射信號進(jìn)行同相疊加，增加反射波的能量。經(jīng)過系列處理后，可獲得該測線的成像剖面，如圖7所示。

圖6 試驗(yàn)區(qū)速度模型Fig.6 Seismic velocity model of the test area

圖7 擬炮集記錄成像剖面Fig.7 The stacked imaging section of virtua-shot gather record

3.3 試驗(yàn)成果分析

根據(jù)成像地震剖面，基于同相軸橫向連續(xù)性，拾取地下結(jié)構(gòu)層位信息，并將已知測井信息標(biāo)記到該地震記錄上(圖8)。

圖8 在地震成像剖面上拾取的反射同相軸Fig.8 The reflection event picked up on the seismic imaging section

將反射層位信息利用平均速度進(jìn)行時(shí)深轉(zhuǎn)換后，得到解釋剖面的深度剖面，疊加AMT成果后獲得物探綜合成果解譯圖(圖9)。

圖9 物探綜合成果解釋圖Fig.9 Comprehensive geophysical exploration results1.第四系；2.下三疊統(tǒng)白果灣組；3.古元古界天生壩組；4. 古元古界新橋組；5. 古元古界落凼組；6.地震剖面解譯地層界線；7.鉆孔控制礦體；8.已知鉆孔

從物探綜合解釋成果可以看出，被動源地震成果所顯示的地層起伏變化與AMT成果所顯示的地層起伏變化特征一致性較強(qiáng)，證明了被動源地震成果的可靠性。

其中天生壩組(Pt1t)和新橋組(Pt1s)的主要巖性均為片巖，在地震成果中難以區(qū)分。根據(jù)前人巖石物性資料和大地電磁成果，整體上以落凼組(Pt1n)的石英鈉長巖電阻率較高，而三疊系白果灣組砂巖的電阻率較低，因此綜合大地電磁成果，在鉆孔控制的基礎(chǔ)上，對地震剖面的巖性分層做了調(diào)整，得到最終成果。

通過綜合物探成果，對比已知鉆孔資料，推斷含礦地層的產(chǎn)狀變化主要表現(xiàn)為復(fù)式背斜特征，自ZK1801孔向東，地層由傾斜產(chǎn)狀然后逐漸傾角趨于平緩，地層延伸較為穩(wěn)定。

同時(shí)還發(fā)現(xiàn)，在鉆孔揭露的②號、③號、④號礦體位置，均表現(xiàn)為地層彎折變形，且均有較明顯的反射同相軸，其可能指示了本區(qū)銅礦形成過程中可能存在多個旋回的火山活動，或其成礦與層間巖性變化具有一定的關(guān)系。

4 結(jié)論

通過在海林銅礦開展被動源地震方法的勘查應(yīng)用試驗(yàn)，并與大地電磁(AMT)方法及鉆孔資料對比，很好地對試驗(yàn)成果進(jìn)行解釋和評價(jià)，充分說明被動源地震方法在金屬礦找礦中的應(yīng)用前景。

(1)被動源地震成果與音頻大地電磁(AMT)成果具有較好的一致性，且深部分辨率高于大地電磁方法。

(2)針對層控型礦體，被動源地震方法可以有效地識別含礦地層和圍巖，輔助地質(zhì)找礦工作。

(3)在資料解釋中應(yīng)綜合利用被動源地震、大地電磁法資料，根據(jù)地質(zhì)體的波速、電阻率變化特征進(jìn)行綜合解釋。

(4)被動源地震方法的震源信號研究還有待加強(qiáng)。