摘要:系统地总结了国内外金属矿地震勘探技术及其研究与应用现状,其中包括反射波法、折射波法、散射波法等,并就多项实验研究中采用的方法技术及取得的良好地质效果进行了概括总结,认为反射波地震方法在探测沉积层控矿床和控矿构造方面效果较好,而散射波地震方法不但可探测与矿体有关的地下局部不均匀体,而且,结合其它物探资料还可确定隐伏矿体的位置,是未来应用于金属矿地震勘探方法的发展方向。
关键词:金属矿勘查;地震方法;散射波地震勘查技术;综述
1、金属矿地震勘探采用的方法技术及其现状
1.1反射波法
在地震勘探中,反射波法是最常用的一种方法技术。在金属矿勘探中,反射波法主要用于探测与金属矿有关的地质构造(控矿构造或破矿构造)、圈定断层,确定含矿构造的形态、研究基岩(底)起伏、探测沉积金属矿或似层状金属矿等,用于间接找矿。用反射波地震勘探方法成功地对发育在花岗岩层中的裂缝带以及2km以内的主要地质构造进行成像。指出地面反射波地震勘探方法能够对倾角高达60~70的构造进行成像。同时对用于硬岩勘探的地震资料采集和处理方法进行了总结。
1.2折射波法
在国外金属矿地震勘探的早期,折射波法被广泛应用。在金属矿勘查中,折射波法主要用于含矿基岩或基底和控矿构造的填图,研究风化壳等。尽管折射波法在金属矿地震勘探中可以利用,在变形和错断比较严重的地区,折射波法的应用受到一定的限制。当探测地质界面的几何形状比较复杂、高速层下出现低速层时,折射波法的应用也受到限制。
1.3散射波法
在地下介质十分不均匀的地震地质条件下,在所获得的地震记录上,反射波已不是主导地位的地震波场了,折射波、散射波(或绕射波)及衍射波等地震波场也相当发育。在金属矿勘查中,散射波地震方法主要用于探测块状硫化物矿床。根据地震剖面上的散射波场探测金属矿床取决于该金属矿与围岩之间的密度和速度差,一般来说,当这种差异较大时(如块状硫化物矿床),利用散射波地震方法能够寻找与矿体有关的局部不均匀体,有效地进行探测。
1.4地面地震层析成像
地面地震层析成像是利用地震记录上首波的走时反演地下速度结构的一种地震方法。利用该方法可准确地探测底层的速度分布。与反射地震方法相比,地面地震层析成像方法的纵向分辨率较低,横向分辨率较高。因此,在金属矿勘查中,地面地震层析成像主要用于根据介质速度的差异探测地质构造、隐伏岩(矿)体和断层的分布、围岩与矿体的接触带;根据介质波速的差异,推断岩石的岩性等;在有利的条件下,探测几何尺度相对较大的不规则矿床。并且,地面地震层析成像可以为反射地震数据处理提供准确的静校正资料。
1.5井中地震方法
在金属矿勘探中,采用的井中地震方法包括:跨孔地震层析成像、井地地震层析成像、垂直地震剖面(VSP)等。在陡倾角构造发育地区(倾角大于65),地面地震勘探技术受野外采集方式和处理方法的限制,应用效果不理想。VSP技术通过在井中接收,使来自陡倾角和翻转构造、传播方向朝下或者与地面平行的反射信息得以记录下来,可替代地面地震勘探技术对地下构造进行成像。
2、金属矿地震勘探存在的问题
2.1金属矿床的地质背景可以概括为以下几个方面:
2.1.1金属矿地区地质构造(含控矿构造)复杂,地层倾角一般较陡,所涉及的岩石类型主要为变质岩和岩浆岩;
2.1.2金属矿体的几何尺度一般较小,且形状极不规则;
2.1.3表层条件复杂,地形起伏较大、风化层厚度变化大及潜水面较深,地表岩石裸露。
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2.2与油气等能源勘探相比,金属矿勘探所涉及的地震地质条件和要解决的地质问题更加复杂,具体表现在以下几个方面:
2.2.1金属矿床形态复杂,矿体规模小,地层界面横向连续性差,难以满足现有反射波地震方法所依据的镜面反射条件,且矿体尺度与地震波波长相当,往往会产生地震波散射而非镜面反射波。
2.2.2在纵向上,含金属矿地层速度高(大于6000m/s)且各层速度接近,垂向速度梯度小,不同类型岩石的密度变化显著,波阻抗差主要取决于密度差异。
2.2.3在金属矿勘探中,目的层界面的波阻抗差一般较小,有效地震信号弱;结晶岩所特有的非均质特点以及复杂构造的三维效应致使波场图像复杂多变,分离和识别有效波十分困难。
2.2.4在金属矿勘探中,目的层深度相对较浅,背景速度高,信号的有效频宽为30~200Hz;而在油气勘探中,最深目的层深度可达数千米,信号的有效频宽在1~120Hz。
显然,金属矿勘探所涉及的地震地质条件和要解决的地质问题十分复杂,因此,无论在理论还是方法技术上,反射波地震勘探技术都不能直接套用于金属矿勘探,需要使用例如更广义的散射波理论等方法来解决问题。
3、技术发展方向
近些年,地震波散射即地球三维非均匀性引起的地震波场变化的研究取得了很大进展。虽然地震波散射在某些领域的应用研究已卓有成效,但总体上,它还是一个较新的研究领域,在矿产勘探等许多方面的应用才刚刚开始。金属矿勘探中所涉及的特殊地震地质条件使得金属矿地震勘探问题落人地震波散射领域,若要从根本上解决问题,要求采用基于地震波散射理论的地震方法技术,即散射波地震技术,这也是金属矿地震勘探技术在理论和应用领域的发展方向。散射波地震勘探技术研究具体包括以下几方面。
3.1散射波基础理论研究
在现有的研究成果基础上,深入开展高精度和高计算效率的散射波场正演模拟方法研究、散射波的基本特征研究、复杂非均匀体产生的散射波特征及其与非均匀地质体之间的对应关系研究等,为散射波地震资料采集、处理和解释方法研究奠定基础。
3.2散射波地震资料采集技术研究
主要是基于散射观点的观测系统设计原则。采集参数论证方法以及软件编制等方面的研究。
3.3散射波地震资料处理技术研究
结合现有成熟的反射波地震资料处理技术,这项研究应包含2个方面:一是针对散射波特点,进行散射波速度分析和成像方法研究;二是研究探索常规反射波处理技术(如反褶积、静校正、能量补偿和噪声衰减等)在散射波资料处理中的应用策略;最终形成一套适用于金属矿勘探的散射波成像处理技术。
3.4散射波地震资料解释技术研究
4、结束语
近些年,国内外一系列的研究试验结果证实了地震方法用于金属矿勘探的可行性和潜力。在金属矿勘探开发的不同阶段,地震方法不但可在较大深度范围内,精确地查清浅、深层地质构造之间的关系,圈定地下隐伏岩体,探讨测区断裂系统和构造一岩浆对矿体矿化成藏的控制作用,确定主要岩层分界面的空间展布形态,甚至在有利的条件下,可探测与矿体有关的局部不均匀体,直接圈定隐伏矿体。目前,金属矿地震勘探技术研究仍处于研究试验阶段,金属矿勘探所面临的复杂地质问题对地震技术甚至理论提出了挑战,但同时也为我们提供了广阔的研究空间。随着研究程度的不断深入,地震方法有望成为金属矿勘探开发中的有效方法,并发挥更重要的作用。
参考文献:
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论文作者:李世洋
论文发表刊物:《防护工程》2017年第11期
论文发表时间:2017/9/18
标签:金属论文; 方法论文; 矿体论文; 层析论文; 反射论文; 地质论文; 地震波论文; 《防护工程》2017年第11期论文;