地球物理_地球化学探矿方法在我国地质勘探工作中的应用

地球物理 、地球化学探矿 方法在我国地质勘探工作中的应用 � 顾 功 叙 翁 文 波 �中国科学院地球物理研究所 , 地质部地球物理探矿局 �石油工业部石油科学研究院 新中国成立以来 , 在开展大规模的地质 勘探工作中 , 已经普遍使用了地球物理 、 地 球化学的探矿方法和技术 , 在全国统一的部 署下 , 发展迅速 , 经过全体工作人员的辛勤 工作 , 刻苦钻研 , 主要依靠自已的力量 , 在 生产实际 、 科学研究 、 仪器制造等方面 , 都 已取得很显著的成果 ! 地球物理、 地球化学探矿工作本身是一 项科学研究性质很张的地质勘探技术 , 从方 法原理 、 仪器技术上需要作不断的改进 , 并 须结合我国各种具体的地质矿床条件进行工 作 ! 旧中国遗留下来的基础是微不足道的 , 方法技术也非 常落后陈 旧 ! 解放 后十余年 来 , 我们曾使用了认为在世界各地区效果较 好的方法和技术 , 展开了大量的生产性工作 , 并作了某些具体的改进 ! 对于几种 目前还不 成熟但具有发展前途的方法和原理进行了实 验研究工作 ! 在我们国家内 , 幅员广大 , 地形地理条 件多样 , 矿种和地质情况变化复杂 ! 为了取 得地球物理基本资料 , 在全国范围内数百万 平方公里上进行了系统的航空磁测工作 , 在 部分面积上进行了重力测量 ! 从而为普查铁 矿 , 为寻找其他金属矿产区 、 圈出合矿的基性 和超基性岩体 , 为发现油区煤区而研究深部 地质构造问 , 指出了科学的线索 ! 使用了 主要是地震勘探和电法勘探研究具体含油含 煤构造的形态 ∀ 使用地面磁测对磁铁矿体以 及其他磁性矿体或地质体研究其分布情 况 ∀ 使用各种类型的直流电交流电法 、地球化学 、 精密重力测量研究了许多有色金属矿床的埋 藏情况 , 都为进一步的地质工作和勘探工程 提供了有力的依据 ! 另外 , 在油田和煤田的 钻孔中进行电阻率 、 放射性等多种地球物理 测井工作 , 以探明油层煤层的产状和性质 , 已 成为不可缺少的勘探技术! 在我国社会主义建设中要求地质工作提 供各类矿种的资源问题上 , 地球物理 、 地球 化学探侧工作已经发挥了很好的作用 , 其中 此较明显的有 # 普查勘探几个钢铁基地铁矿 资源的地球物理工作 ∀ 发现和勘探舍 油 区 、 合煤区的地球物理工作 ∀ 在合适的地质矿床 条件下道接和间接地寻找和勘探许多有色金 属矿体的地球物理 、 地球化学工作! 对于方法原理的改进和试探性研究 , 地 球物理、 地球化学现象不明显 , 地质条件复 � 本文曹在 ∃% &∋年北京科学讨论会上宜读 ! 杂的矿区和矿种的问题 , 正进行着大量的科 学实验工作 ! 下面用五处矿区勘探史的实际工作来分 别说明地球物理 、 地球化学探矿工作在发现 和勘探铬 、铁 、有色金属矿体 、 煤田 、 油 田的 作用 ! 一 发琪铭铁矿体的地球物理探测工作 本区为基岩断续出露的丘陵和第四纪砾 石层的掩盖地带 , 覆盖厚 度一般为 () 一∗) 米 , 含矿超基性岩体主要为斜方辉石橄澄岩 , 有磁性 ! 表面地质观察工作 , 在出露的超基 性岩体中见到 不少处微小的 透镜状铬铁 矿 体 , 矿石是致密的 , 密度较高 ! ∃ % + ,年开始在该地区先进行了航空及地 面的磁测工作 , 以圈定超基性岩体的分布范 围 , 包括被掩盖的 ! 此后就在掩盖的超基性 岩体上进行了一定面积的重力仪普查和扭秤 详测的工作 , 目的在于直接寻找密度比围岩 高的铬铁矿体 , 至 ∃ % & ( 年重力仪普查面积扩 大至 巧 平方公里 , 测量的均方误差为 ) ! ) ∗ 毫伽 , 发现了大批重力异常 ! 为了估计覆盖 层厚度 , 做过一些电测深工作 , 提供了有盆 的数据 ! 根据重力异常的形态 、 地质情况 、 覆盖 厚度等因素选择其中较重要的 , 经过扭秤详 测检验后自−进行浅井及钻孔检查 ! 重力仪普 、、冲朴、‘、.嗜从华‘刁/滚场华戈.佛协、、、沐,,了‘0沸谊鉴欺、飞认场1妒、‘孟叭2‘艺日妒飞�铸人犷华‘沪哈、人洁��钻认加 ‘!∀护、“协盏#礴协盆性、∃。名%够含、&召够、够仆、小户、、、 护气∋∋。护 然洪汽卜禅协、∋竹汽、讥八、、珑术诀八、准吸讥、。、 、瓜认、中让、冲()、沙、店协小、∋∃林价从淤注访仗水加弋、议协长∗、、凡、比、小幸‘‘功、、浅心孙沈蕊恭欣汁整弋、、协饺双、丈八众、亡仆卒议书浑大义欢书妙丈、 产产∀ + ! 入鸳一一, 一 心 ’ −−−卜卜一 ! 八 叫、一一产 ...一一 ! / 乃产∋’兮一洲 + ‘‘∋∋∋今! 创愁/ 一《《丫 汗门丈试训 ‘‘矫矫一奋− ! ! 0 、、、尸人盼盼∋∋∋一丫一 ! 、+++ 、卜口 份 洲洲、、卜岌尸1 一一以以一厂、 丫二一一、�、呼、 勺丫少一一∀∀∀0 ’ , 2 、、介介、心叹 曰厂厂、、、 口 协+++3330一侧贮贮又又 认 长尸尸‘‘ 八 ++++++ 东丫八 份丁丁一一 , 八 + −−− 区」4 5亘5 / /匹6 ∋ ∋ ∋ ∋7 /钾二仰 , 图 � 圈定覆盖层以下超基性岩体的地面 磁测结果图 � ∋ 钻孔 8 / ∋ 推测超基性岩边界 巨二钻孔 梯度位即 9 即 必 必 , 图 / 发现的铬铁矿体上扭秤测∃ 的禅皮值分布 查测量是在此区主要的地球物理找矿工作 , 但由于小型而又深埋的矿体所能引起的重力 异常很微弱 , 我们必须把找矿的对象局限于 埋藏不深 、 体积较大的致密状矿床 , 这样并 可以用较稀疏的测网�∋) 3 () 米 来提高普 查的速度 , 在短期内完成较大的普查面积 ! ∃ % & ∗年除继续扩大重力仪及扭秤测量面 积外 , 着重研究推断异常并使用轻便钻机大 量检查异常 , 钻孔深度一般不超过 +) 米 , 证明重力异常均为具有高密度的非矿岩体所 引起 , 其中有角岩 、 辉长岩 、 凝灰岩俘获体 及滑石碳酸盐化岩体等 , 反映了任何高密度 的地质体都能引起重力和扭秤测量的异常 , 成为直接寻找铬矿的严重干扰 ! 直至 ∃ % & ∗ 年 % 月在 + 号钻孔中第一次 遇到了规模较大的铬铁矿体 , 是全区最大的 矿体 , 此处位于一个掩盖着的超基性岩体的 中部 ! 砾石覆盖层厚度约 () 米 , 异常弦度 为 ) ! ∃& 毫伽左右 , 出现在较弦的区域性重力 场变化的背景上 �图 ∃ ! 扭秤详测结果 , 重 力梯度 4 二二 的剖面上 , 也反映了明 显的 现 象 ! 钻孔在穿过第四纪盖层后 , 先见到司‘化 的斜方辉石橄覆岩 , 在(& ! ( 米深处遇到致密 状的铬铁矿体 , 直至 ∋+ ! 5 米深时 , 钻孔才穿 书 #君 拐 ∃∗ , 二尸 6’ ∃(∗∋,团口团撇曰 三7侧柳脚 砂 口 必 即8‘ 1习活目1 1一 99 :9 :9 99 99上;9 < 一= = 一」 图 ∗ 剖面 >= > , 的地质 、 扭秤梯度 、 重力结果 ∃ ! 第四纪砾石层 ∀ ( ! 斜方辉石橄榄岩 ∀ ∗ ! 滑石碳酸岩 ∀ ∋ ! 铬铁矿�致密块状 # , ! 破碎带 过矿体底板�图 ( 、 ∗ ! 随着又在此矿体的其 他 四点上钻孔 , 控制了矿体的规模 ! 根据这种结果 , 我们认为 , 虽然由于许 多非矿的高密度岩体引起的很大干扰 , 使钻 孔见矿率很低 , 但是地 球物理工作成本较 低 , 其科学数据对指导铬矿地质勘探工作的 进行 , 仍然是有很大作用的 ! 现在工作仍在 大规模展开中 , 以后经验逐渐积累 , 要使在 分析重力异常的性质和其引起原 因 , 得到一 些规律, 对钻探的见矿率有所提高 ! 态规则 �图 + , 除了局部的表面磁性干扰之 外 , 变化平缓 , 范围宽广 , 不象是表面因素 所引起 , 地表凝灰岩以及附近闲长纷岩标本 磁化率的测定 , 数值都不高, 估计不至于产 生垂值磁分量变差达 5 , ) ) ) 丫以 上的 异常 ! 因此推测磁异常可能是由于深部磁性体所引 起的, 并根据一些垂直磁分量剖面曲线 , 粗 略估算磁性体的埋藏深度约为 ∃ +) 米 ! 爪决嚎蓉奎毛定 6?阴内∃∃以 二 航空和地面磁测发现深埋 的巨型磁铁矿体 《必 此区于 ∃% + &年首先进行了航空磁侧 , 发 现为一磁异常地带 �图 ∋ , 经过地面地质踏 勘和地面磁测检查 , 认为磁异常可能是地表 出露的磁性火 山岩—凝灰岩所引起 , 并未给予重视 , 搁下了一段时间 ! ∃ % + 5年又在此 区进行了地面磁测普查工作 , 发现磁异常形 篡 义 砂 ( )) ∃) ) ) ( ) ) ∋ ) ) ≅Α 回 ( ∃三圈卜口 , 发现埋藏较深的互型磁铁矿体的地 面磁测结果及其重力现象 口回黔 地球物理确定的矿体边界 ∀ ( ! 钻探确定的矿体边界 ∀ ∗ , 等磁力线 �约 ∀ ∋ ! 等重力线�毫伽 ∀ + ! 钻孔 一矿体异常图 斗 航室磁测发现的磁异常 ∃ % + ,年 + 月郎在异常中点以钻探检验 , 在地表以下 ∃ )% 米处开始见到磁铁矿体 , 至 ∃” 米仍未穿过矿体 , 钻机因故障而停业 ! 这样就发现了隐伏较深的磁铁矿体 ! 又鉴于 磁异常面积相当大 , 必然是规模较大的矿体 所引起 ! 在发现过程之后 , 接着就展开了大量的 地质和 钻探 工作, 肯定 了这 是一个规模亘 大 、 质量优良的磁铁矿体 , 可能属于高温热 液交代矽卡岩型矿床 , 主要赋存于黑云母安 山岩与闪长扮岩的接触带中 , 走向北东 ∗ ) “ , 呈扁长形体! 在勘探工作的同时 , 地球物理 勘探人员对磁异常又作了一些研究 , 与钻孔 资料进行了详细对比 ! ∃ % + % 年 , 为了研究矿体的产状 , 试用重 力仪又进行了面积测量 , 重力 异常表现 明 显 , 极大值可达 ∗一∋ 毫伽 , 反映矿体的存 在更为确定 , 同时也可以说明矿质舍铁量较 高 ! 三 地球化学与电法勘探发现 中型铜锌矿体的工作 本区周围在很大面积上另散分布着各种 类型的金属矿区和矿点 , 但大都矿量蕴藏很 小 , 有些正在采掘 ! 全区地表出露有前震旦 纪片麻岩系 , 走向北东 , 和辉绿岩等火成岩 体 ! ∃ % + 5年地表地质工作在约一千平方公里 的面积上进行了普查 , 并未取得找矿线索 , 且认为此区是处于前震旦纪片麻岩和花岗岩 的古老基底上 , 是稳定的地台区 , 不大可能 赋存有较大规模的矿床! 同年 , 地球化学与电法普查也进行了较 大面积的测量 , 结果发现了异常地带 ! 从表 土的金属量测量 , 圈出了铜量的分散晕 , 最 ?>6≅ 护&1、妇>?�.Β ??: 几, 扩 ∋ 朴 ;之 区〕� 区口/ 区三�;卿⋯⋯ , ∋叮 , 俨 ∋ 严, 图 < 发现铜锌矿体的铜量测量及自然电流结果 � ∋ 钻孔 8 / ∋ 等铜量线 8 ; ∋ 自然电流等电位线 高铜量可达 )! )5 +务 ! 电法普查 �自然电流 法 在同地带也 发现 了异常 , 负 心 电 位达 一 ∗ + ) 毫伏 �图 & ! ∃ % + , 年地球化学与电法 勘探都在异常带进行了详测工作 , 并使用了 联合电剖面测量以检查引起异常的地质体的 导电性质 , 结果显示良导电现象 ! 取得了这样一系列的实际证据之后 , 地 球化学 、 地球物理勘探人员都相信地面下埋 藏着体积较大 、 含铜的良导性硫化物矿体 , 就不顾当时相反的论点 , 郎认为此区不大可 能存在较大规模 的金属 矿床 , 建议立郎 检 查 ! 先用槽井揭露 , 发现表土以下基岩中分 布着 Α 条黄铁矿型铜锌矿矿脉 , 远景很好 ! 此后就展开了钻探 、 水平坑道等山地工程 , 正式进入勘探阶段 , 迅速地证实是一个中型 规模的含铜 、 锌及许多种重要元素的硫化物 矿体 ! 在勘探的同时 , 地球化学 、 地球物理勘 探人员 , 继续进行了许多详细的工作 , 并试 验了充电法以研究矿体的大致形态 , 也能说 明一些间题 ! 磁法在此地区不起作用 , 因矿 体磁性弱 , 仅辉绿岩上出现长条状磁异常 ! 铜晕位置相对于矿体有所迁移 , 视地形而变 化 , 一般在 ∗) 米左右 ! 由于利用了地球化学与地球物理现象作 为指引 , 槽井探工程仅着重揭露矿体 , 不系 统揭露及研究片麻岩 , 因而减少了许多工作 量 ! 这样综合了多种地质勘探方法和技术及 正确部署的结果 , 大大加速了全区勘探的过 程, 仅 四个月的紧张工作 , 基本上肯定了矿 床的经济价值 ! 四 扩大煤区的地球物理探测工作 此项地球物理探测工作是在一处正在开 发的煤田的外围进行的 ! 解放以来 , 地质勘 探在此区的工作结果 , 增加了过去七十余年 中所探明全部煤矿蕴藏量的四倍以上 , 外围 地区陆续发现了新的舍煤构造带 , 这里就说 明利用地球物理方法所发现的一个外围新煤 区的过程 ! 全区为第四纪冲积层所覆盖 , 仅在其东 北端出露着一处奥 陶 纪石灰岩层 , 倾 向西 南 , 倾角约 ∗ ( “ , 因此就推想在其倾伏方向 可能有石炭二迭纪含煤地层的赋存 ! 为了检 验这种推测 , ∃ % +& 年先在石灰岩露头西南 约 ∋) 余平方公里地区上进行了电测深面积 测量 , 最大供电电极距为 &, )) ) 米 , 共取得 了 ∃+ ) 余个点的电测深数据 , 绘出了全区的 等视电阻率线图 �图 5 , 供 电电极距 ( , ) ) ) 米 , 定性地说明了地下地质构造的形态 , 初 步认为是向斜性质 , 其走向东北一西南 , 并 推测四周为高电阻率的奥陶纪灰岩层 , 中部 为低电阻率的石炭二迭纪含煤岩层 ! 根据这种结论 , 在 + 号电测深点上进行 了钻探 , 钻 孔 于 ∃ &) 米深处 穿过第四纪冲 积层 , 见到了石炭二迭纪煤系地层 , 含有可 采煤层两层 , 继而又在 ∗∃ + 米深处穿过煤系 见到奥陶纪灰岩 ! 为了进一步验证电测深工 作所推测向斜中部石炭二迭纪岩层增厚的结 果 , 在 (∗ 号电测深点进行了贴探 , 此处冲积 层仍厚 ∃ &) 米 , 其下石炭二迭纪含煤岩系 , 保存完整 , 钻孔到达 , () 米深处 , 尚未穿 过 ! 此后又布置了一批钻孔 , 有些位于向斜 构造的边绿地带 , 确定了向斜边绿的位置 ! 为了更准确地圈定 本区 向斜构造 的范 围 , 在继续进行钻探工作的同时 , 又使用了 折射波法地震勘探 , 以求冲积层下基岩折射 界面的埋藏深度和界面速度 �亦根据折射波 对比 , 企 图研究煤系地层与奥陶纪岩系间的 界面 , 以钻探资料作控制 , 可以此较准确地 ∃(∗味+&5口口口口困园回 图 5 等视电阻率曲线及地赓测线位借图�供电电极距 ( , )) ) 米 ∃ ! 电测深点 # ( ! 钻孔 ∀ ∗ ! 地震 + ! 地震测线 ∀ 折射法推测向斜边界 ∀ ∋ ! 电法推测向斜边界 ∀ & ! 石灰岩露头 # 5 ! 居民点 划出煤系地层的边界 , 如图中所示的剖面 , 东端认为是 ∗ ,卯 。与 + , ) )) 米 ?秒的不同界面 速度层的接触 , 西端则以 ∗ , ( )) 与 + , ( )) 米 ? 秒的速度差相接触 , 这样用全部共 , 条地震 剖面测量的资料 , 控制了整个地区 , 准确地 圈出含煤向斜构造的形态 ! 五 用地球物理方法发艰一处重要油田 本区地形西北邻大山 , 呈西北一东南向 的斜坡 , 大部被冲积层所掩盖 ! 表面地质观 察 , 见到不少沥青油苗显示 , 因此引起人们 对本区可能舍油的极大兴趣 ! ∃ % + ∃年以来 , 经过详细的地质调查工作 , 认为很值得进一 步勘探 ! ∃ % +(一∃% + ∗ 年先在该区 进行了钻 探 , 四个较浅的钻孔 , 都 钻入 了古生 代地 层 , 其中三个井中发生油气水喷的现象 , 但 未得工业油流 ! 根据这些初步的地质和钻探 工作结果 , 认为很有必 要进行地球 物理工 作 , 以探明地下地质构造的准确形态 , 为进 一步的钻探工作提供依据 ! ∃% + ∋年做了电测 深面积测量工作 , 在供电电极距 &, ) )) 米的 等视电阻率线图 �图 : 上显示了地下地质情 况为一西北一东南倾向的单斜构造, 倾角约 (一∋ ) ! 这样就根 据电法勘探 与地震勘 探的 结 果 , 在构造的东南翼上钻了第一 口井 , 就在 离地面几百米深的中生代陆相岩层中得到了 工业油流 ∀ 经过后来大批钻探资料的对比 , Χ 7 弓Δ Ε 图 , 供电电极距 ‘, )) 。米的等视电阻率线图 ∃ % + , 年又进行了地震勘探工作 , 由于本 区古生代基岩埋藏较浅 , 故主要利用折射波 对比法 , 测线方向沿地层倾斜布置! 工作结 果绘制成界面速度为 + , ) )) 米?秒的地下地质 构造图 �图 % , 此速度分界面据推测相当于 古生代基岩的顶面 , 从而可以看出一个明显 的略呈椭圆形的窿起 , 其周围的倾角平均为 ∗ “ ! 在其南北方向各有东西向的密集等高线 带 , 等视电阻率线图上也有同样显示 , 说明 此两处基岩的深度发生急剧的变化 , 可能为 断层所形成 , 因此也就推测可能有断层封闭 的合油构造 ! 』』』』』』』』』』』! ! !! ! !! ! ! !! ! < 目目! !! !!! ,,,, ΦΦΦ ,, 产 <<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<< 图 % 地震折射界面等深线图 ∃ ! 断层线 ∀ ( ! 第一口钻孔 说明地球物理勘探结果在构造的主要起伏方 面是符合的 , 仅形态上有些差别 , 井证明在 构造的南北确有断层存在 ! 以后在此构造范围以外地区开展了大量 的地球物理和钻探工作 , 相继发现了许多断 层封闭构造 , 钻出了更多的工业油流 , 这样 就肯定了一个重要的油 田 !