井中物探方法在金屬礦勘查中的應用效果

鄧 波，李金忠

（四川省地質礦產勘查開發局四〇三地質隊，四川 峨眉 614200）

隨著露天和近地表金屬礦產的查明，在地表淺部找到大型或超大型金屬礦床的難度越來越大，礦產勘查工作逐漸轉向深部。然而，礦體因深埋藏于地下，與礦產有關的地質信息就不易直接得到。

物探方法在礦產勘查開發領域已經有上百年的歷史，并發揮了重要的作用[1]，現在又成為深部找礦最要的方法技術之一。作為地面物探在鉆井中的延生，在深部找礦中，尤其是在鉆井外圍和底部有著其他地面物探方法無法比擬的優勢。探測儀器置于鉆井中，就更接近深部礦體，接收信號強；并且受地形、地表覆蓋層和人文干擾影響小。目前，井中三分量磁測和井中激發極化法作為最常用的兩種井中物探方法，已得到越來越多的應用。

有人常將常規測井和井中物探混淆。雖然井中物探和常規測井都屬于井中地球物理勘查，但井中物探是探測鉆孔周圍更大空間內巖、礦層的一些物理性質的總和，發現、追索和圈定礦化帶、礦體的大致范圍，研究井間礦體的連續性等問題[1]。而常規測井則主要是測定井壁小范圍內巖、礦層的地球物理特征，當然也包括探礦工程所穿越的礦體的地球物理特征（表1）。

表1 井中物探、常規測井和地面物探技術對比

1 井中三分量磁測

1.1 方法原理及應用領域

在鉆井中測定巖石、隱伏磁性礦體的磁場強度。測定磁場相互垂直的三個分量，即兩個水平分量和一個垂直分量，然后進行計算處理，并按照解釋需要繪制成相應的圖形，并進行推斷解釋[1,2]。

目前，井中三分量磁測主要用于以下幾點：①劃分鉆井內的磁性層，區分磁性層的礦與非礦異常，并推斷其產狀；②預測井底盲礦體賦存情況，為是否繼續鉆進提供依據；③預測井旁盲礦體賦存情況，為下步探礦工程提供依據；④計算井底或井周盲礦體中心埋深及與鉆孔的距離，并推斷其產狀；⑤為鉆井提供井斜資料（傾角、方位）[2-5]。

圖1 ZK1702鉆孔113～276m井中三分量磁測推斷圖

1.2 應用案例

圖1是井中三分量磁測發現井旁盲礦的一個例子。四川省鹽邊縣某釩鈦磁鐵礦區ZK1702鉆孔，打鉆未見到礦體，揭露巖體均為花崗巖，經井中三分量磁測，發現旁側130～270m存在較大范圍異常。從ΔT′矢量圖可以看出，該段磁異常收斂矢量與發散矢量的方向相反，即收斂矢量的正向交匯方向與發散矢量反向交匯方向一致，說明該鉆孔打在礦體傾向側旁。該異常曲線比較圓滑，異常強度較大，ΔZ異常值在-3000～300nT之間，主要為負異常，異常曲線形態比較清晰，為“C”形特征；ΔH′異常值主要在-1000～1000nT之間，上半段為正異常，下半段為負異常，異常曲線形態比較清晰，為反“S”形特征。由此推測，該盲礦體位于鉆孔的北、北東、北西側，傾向為北東向。利用異常特征點法進行人工和三分量實時處理軟件計算，求出礦體中心埋深約195m，礦頭距離鉆孔約80m。

圖2是井中三分量磁測發現井底盲礦的又一個例子。四川省會理縣某銅礦區ZK-5301鉆孔至690m，未見礦體。經井中三分量磁測，發現鉆井底部存在明顯開口狀異常，建議繼續鉆進，后在724m見約50m厚的磁鐵礦體。

目前，我國許多重要的金屬礦區正面臨著“第二深度空間”找礦任務，即找埋深較大的隱伏金屬礦床。應用井中三分量磁測，可減少投資，提高效率，降低地質找礦風險。

2 井中激發極化法

2.1 方法原理與應用領域

井中激發極化法（井中激電）是地面激發極化法在鉆孔中的應用，所使用的電極排列、儀器設備和方法技術亦類似[6]。

圖2 ZK-5301井中三分量磁測綜合矢量圖

五十年代的井中激發極化法稱人工電位測井，其測量方法是保持供電電流恒定，沿井連續記錄斷電后的激發極化二次場電位差，主要用于油田和煤田勘探中劃分和校驗鉆孔地質剖面，查明和評價含油層或煤層。這種測量方式的主要缺點是測量結果受巖礦層電阻率的影響，特別是鉆孔地質剖面電性劇烈變化的金屬礦區，人工電位測井不可能提供比視電阻率測井更有價值的資料。由此發展了時間域和頻率域，并采用電位差比值的井中激發極化測量。在金屬礦區，隨著普查勘探深部隱伏礦體的需要，為了擴大鉆孔的有效半徑，在六十年代初期按供電和測量裝置所在位置的不同，逐漸形成了一整套井中激發極化法的工作方式，它可分為以下三種[6]：

1）地表-井中工作方式，簡稱地-井方式。即供電電極A置于地面，供電電極B離井口相當遠作為“無窮遠”極，測量裝置 MN則置于鉆井中并沿井進行激發極化測量。常用的有兩種排列：一種是把金屬套管用作A極，即所謂井口接地（r=0）地-井方式；另一種是供電電極A置于距井口某一距離r，并改變其相對于鉆井的方位，在井中對每一不同A極方位進行逐次激發極化測量，稱作地-井方式方位測量，可用來查明井旁盲礦并確定其空間位置。

2）井中-地表工作方式，簡稱井-地方式。即把供電電極 A放入鉆井中，供電電極B離井口相當遠作為“無窮遠”極，測量裝置則置于地面。固定井中供電點源A的深度，在地面按一定測網沿剖面測量的排列，稱為井-地方式剖面測量，它主要是用來圈定和追索礦體或礦化帶范圍。相反，若在井中改變供電點源A的深度，在地面移動測量裝置MN，或距井口某一距離固定測量裝置進行激發極化測量的排列，稱作井-地方式激電測深，它主要是用來預報井底盲礦。

3）井中-井中工作方式，簡稱井-井方式。其中把供電電極和測量裝置放入同一個鉆井中進行激發極化測量的稱單井井-井方式。把供電電極A放入一個鉆井中某一深度，電極B在地面為“無窮遠”極，而把測量裝置放入相鄰的另一鉆井中進行激發極化測量的排列稱作雙井井-井方式。它主要用來發現井間盲礦，確定已被鉆井揭露的礦層間的連續性。

2.2 應用案例

圖3是利用地-井方式測量發現井旁盲礦體的一個例子[7]。廣東凡口鉛鋅礦鐵石嶺區段的CA2孔，打鉆未見到礦體，于是開展了地-井方式激發極化法測量。鉆井的N、E、S方位在井深500～600m之間顯示出“相對低阻高極化” 異常特征，W方位無異常顯示，其中在S方位異常范圍和強度最大，E和N方位的異常強度次之。根據該異常特征，在鉆井的S方位100m處布設了CA3鉆孔，結果見到約30m厚的富鉛鋅礦體。

圖3 CA2孔綜合測井Ⅰ號異常圖

圖4是利用地-井方式測量發現井底盲礦體的一個例子[6]。ZK603位于內蒙古某銅礦Ⅳ礦段東端1勘探線上，井深199.37m，110～152.17m見到硫化礦層。由于鉆孔坍塌，井中激電只測到100m。從50～100m井段沒見到礦層，在激電測井曲線上也沒有任何異常顯示。r=0m和A極在北東40°r=50m的ηs曲線圖。從圖上可以看出，兩曲線在40～80m無異常顯示，但從80～100m井段呈現明顯的開口狀異常。用任意點法分別對兩條曲線進行估算，礦層頂板埋深分別為108和109m，平均108.5m。經查看巖芯，實際硫化礦層頂板為110m，兩者深度僅差1.5m。

圖4 ZK603井中激電曲線圖

圖5 井-地剖面測量曲線圖

圖5是利用井-地剖面測量沿走向追索礦體的一個例子[6]。內蒙古某銅鎳鈷礦區28號地面激電和化探綜合異常經鉆探初步驗證，確定是由良導性的金屬硫化礦引起。起初只在ZK18的淺部（52m以上井段）見到較富的礦層，以后除在ZK19的40m附近見到礦層外，還在280～320m井段見到另一礦層。為了弄清兩孔所見礦層的關系并確定其走向范圍，分別在ZK18淺部礦層和ZK19深部礦層上充電，用井-地剖面測量觀測。當在兩孔不同深度位置充電時，所得電位梯度曲線零值點連線的方向基本相同。特別是在91線，兩孔充電結果，電位梯度曲線都在同一點過零，這說明ZK18淺部和ZK19深部所見礦層屬于同一礦體，該礦體走向方向為北西南東向。

此后，在ZK64淺部又見到了較好的含礦斜長橄欖巖。為了搞清ZK64所見含礦層與前述礦層的關系，在ZK64充電測量。所得的電位梯度曲線零值點連線雖然走向方向與ZK18、ZK19充電所得結果相同，但它們之間出現很大的位移。據此可以斷定兩礦層間不相連。如果它們來源屬于同一礦層，則 85先到 87線之間很能有成礦后的斷層存在。

從以上案例可以看出，井中激發極化法探尋鉆井周圍盲礦體及通過地-井方位確定盲礦體的空間位置，為下步鉆探工程提供了依據，從而大大節約勘探成本。另外，井中激發極化法是把供電或測量裝置之一（或全部）放入鉆井，除了接近礦體可收到更強、更穩定信號外，還減少地形以及地表覆蓋層對測量結果的影響。

3 討論

3.1 物探方法與技術的發展趨勢

近年來，物探方法與技術主要面臨著以下幾點挑戰：①增強深部的探測能力；②降低噪聲水平；③提高空間分辨率；④研發生產相關的儀器設備；⑤提高反演解釋的能力，研發相關的反演解釋軟件。

針對以上挑戰，物探方法與技術也面臨著重大改變。為了發現深部的微弱信號，增強探測能力，國內外都在大力發展電磁波法，傳統的地面磁法和激發極化法在深部找礦中的應用范圍越來越小。井中物探在尋找深部隱伏礦體時有其獨特的優勢：①由于儀器設備總是全部或部分位于鉆井中，因此離探測對象更近，大大增強了激發極化強度和被接收的激發極化響應，從而有效提高了物探的探測深度和發現深部隱伏盲礦的能力；②在井中測量時，可以減小地形或地表覆蓋層對測量結果的影響，降低了工區的人文噪音干擾；③由于場源或接收裝置位于鉆井中，可以從不同深度、不同方位接近或穿過礦體，從而提高了礦體的空間分辨能力；④將場源置于鉆井中的已知礦體上，可以在地面追蹤和圈定礦體或礦化帶的范圍；⑤在多井中進行相互對測時，可以確定相鄰見礦孔中礦層的相關性，了解井間礦體賦存狀態，圈定礦體輪廓，發現井間盲礦。

3.2 當前開展井中物探存在的問題與不足

雖然開展井中物探有其獨特的優勢，且近年來取得了很大的進步，但還存在一定的困難。

1）由于受井內深部特殊的溫壓條件、井內空間尺度有限等因素的限制，使得一些在地面上相對成熟、靈敏度和精度較高的儀器設備難以放入井中而無法測量。

2）專業儀器設備發展滯后。井中物探儀器設備落后，也制約著井中物探方法技術的推廣和應用。例如，目前國內還沒有專門開展井中激發極化法工作的儀器設備，所有井中激發極化法的開展都是利用地面激發極化法的測量儀器，顯然，地面激發極化法與井中激發極化法的工作方式和接地條件等都是存在差別的。

3）專業反演解釋軟件發展滯后。雖然井中物探與地面物探在方法原理上基本相同，但由于工作方式和工作條件發生了改變，使其解釋方法較地面物探有所不同，但現在井中物探解釋方法沿用地面物探的解釋技術，使其解釋結果往往不夠精確。

4）對井中物探的作用和地位認識不夠。雖然井中物探方法已經在很多礦區取得了可喜的效果，特別是在利用井中磁測尋找磁鐵礦和利用井中激發極化法尋找金屬硫化礦方面，效果更是驚人。但是目前開展井中物探的鉆井仍然只有很少的一部分，大大浪費了鉆井的可利用價值，歸根結底，就是部分人員不夠重視，沒有充分認識到井中物探的作用和價值。

5）與鉆探工作人員的協調問題。由于開展井中物探工作要在鉆井中進行，因此要占用鉆探上的大量時間，往往造成鉆探人員不愿意配合甚至反對井中物探工作，使得井中物探不能順利開展。

6）客觀原因使得井中物探無法開展。由于井中物探的全部或者部分儀器設備要放入鉆井中，因此，當鉆井內部垮塌比較嚴重時，甚至出現堵孔時，井中物探工作就無法開展。

4 結論與建議

由于認識和技術上一些原因，阻礙了三分量磁測和井中激發極化法的應用和推廣，造成了鉆井價值的大量浪費，也造成了鉆孔因設計不合理而與近在咫尺的礦體失之交臂的窘境?，F提出如下幾點建議：

1）加強相關儀器設備和方法技術的研究，以提高井中物探的整體解釋水平。

2）在金屬礦勘查中，將井中物探作為必須開展的工作納入地質勘查規范，以提高礦床發現率和打鉆成功率、降低勘探風險、節約經濟成本，為礦產勘查開發提供更好的服務。

3）有針性地開展井中物探工作。如在磁鐵礦區開展井中三分量磁測，在金屬硫化礦區開展井中激發極化法測量。

4）使鉆探工作人員充分認識開展井中物探的必要性，以期井中物探工作可以在鉆井中順利開展。

5）將井中物探列入地質調查項目預算，并建立標準[8]。目前只有常規測井的預算標準，常規測井的預算標準不適合井中物探的要求。

[1] 周平，陳勝禮，朱麗麗.幾種金屬礦地下物探方法評述[J].地質通報，2009,28(2/3): 224～231.

[2] 地質礦產部第一綜合物探大隊.井中磁測[M].北京：地質出版社，1985.

[3] 王慶乙，李學圣，徐立忠.高精度井中三分量磁測是礦山深部找礦的有效手段[J].物探與化探，2009，33(3)：235～239.

[4] 張麗霞.井中磁測技術發展評述[J].工程地球物理學報，2007,4(4)：375～380.

[5] 張雷，苑守成，羅先中.井中三分量磁測找磁鐵礦中應用的一個實例[J].物探與化探，2007，31(3)：202～204.

[6] 蔡柏林，黃智輝，谷守民，等.井中激發極化法[M].北京：地質出版社，1983.

[7] 徐振超.地下物探在有色金屬礦山尋找隱伏礦體的應用[J].礦產與地質，2003，17(1)：37～42.

[8] 中國地質調查局. 地質調查項目預算標準(2010年試用)[S]. 2009.