中國的固體礦產(本文僅涉及金屬、非金屬礦)物探從1936 年丁毅先生在安徽當涂鐵礦上進行電法測量起已走過64 a , 從1950 年東北地質調查所在鞍山等地用磁法和電法進行工作算起, 新中國的物探正好走過了半個世紀。回顧這50 a , 中國物探走出了自己的路, 中國固體礦產物探在找礦和技術進步方面均取得豐碩的成果, 總體水平處于世界前列, 確立了固體礦產物探的世界大國地位, 同時也積累了豐富的經驗, 為迎接新世紀的挑戰奠定了雄厚的基礎。

 

  展望新世紀和我國經濟建設第三步目標, 我國固體礦產物探在社會主義市場經濟條件下還要進一步發揮獨特的作用, 要迎接更難的找礦任務, 適應新的形勢, 制訂新的工作對策, 在技術上要有更多的創新, 以迎接新的機遇和挑戰。

 

  1  回顧

 

  1 .1  中國的特殊國情

 

  前40 多a , 我國的地質工作方針是立足國內資源來建設國家, 國家需要的礦都要找。在計劃經濟體制下, 地質工作靠國家投入來開展, 是國家計劃的組成部分。國家財政條件好, 投入就多, 對礦產需求急, 投入就大, 隊伍就發展, 反之就受到限制。到90 年代初, 固體礦產物探在地質工作投資中的比例僅為5 %左右(當時礦產地質工作程度高, 鉆探工作量大), 比其他類礦產物探投資比例低。

 

  我國固體礦產資源的特點是成礦條件復雜、用量大的幾種礦并不豐富, 巨型礦并不多, 而復合礦、貧礦不少。為滿足國家立足國內資源搞建設的需要, 大礦、小礦、深埋礦、復合礦、貧礦都要找, 一些礦的物性條件對現有的物探方法并不有利, 這些就決定了我國物探的找礦難度,需要開發和應用各種物探方法技術。

 

  我國的地形、地貌條件多種多樣, 特別是山區多, 再加上前述礦產的特點, 就更增加了物探的工作難度, 簡單照搬國外的方法技術和經驗不行, 要經過我們的改造、完善和再創造才能較好地完成我國的地質找礦任務。

 

  1 .2  中國固體礦產物探的世界大國地位和處于世界前列的總體水平1 .2 .1  固體礦產物探的找礦成果豐碩

 

  根據《中國礦床發現史·物探化探卷》所提供的史例可知, 物探曾用于40 多個礦種的勘查,并取得良好的地質效果, 物探或以物探為主與化探綜合發現和擴大的大、中型金屬、非金屬礦床近500 處, 其中金屬礦近400 處(80 %以上的鐵礦是物探發現或擴大的, 鉻礦6 處, 錳礦4處, 銅和銅鎳礦60 處, 鉛鋅礦近40 處, 鎢、錫、鉬等有色金屬礦近30 處, 金、銀、鉑等貴金屬礦近50 處)、非金屬礦80 余處。各類礦種的小型礦可謂不計其數。另外, 在很多礦床上都進行了詳查、勘探性工作, 在詳細圈定礦體、確定產狀、發現打漏礦層方面發揮了重要作用。

 

  1 .2 .2  固體礦產物探工作規模大而系統

 

  我國國土面積已由航空磁測完成全覆蓋(臺灣地區除外)。1∶100 萬比例尺區域性重力調查起步晚, 但也已完成近750 萬km2 的測量面積, 編制了質量較高的1∶500 萬重、磁圖件。其他測量方法(如放射性測量)也完成了數百萬平方公里的測量面積。圍繞礦產勘查而進行的各種比例尺的物探測量面積總數也很大, 以地礦部門為例, 1∶5 萬航磁:250 萬km2 ;1∶5 萬綜合物探:約70 萬km2 ;地面磁法大比例尺(1∶1 萬～ l∶2 .5 萬)測量:30 萬km2 ;地面電法測量面積雖較磁法的少, 但也近10 萬km2 。金屬礦地下物探工作也達到一定規模, 特別是井中磁測工作量較大。

 

  在我國, 從事固體物探工作的有多個部門。到90 年代中期, 各省、區均有隊伍, 一些大礦山也有隊伍, 有一些隊伍還專攻某類礦(如金礦、有色金屬礦、貴金屬礦等)。技術人員高峰期曾達到上萬人。

 

  1 .2 .3  固體礦產物探方法技術種類多且有創新在我國, 世界上常用的七大類物探方法(含測井)及其40 余個方法亞種均曾使用過, 有些儀器和方法技術有創新或達較高水平, 其中實用而有效的勘探方法和儀器有航空光泵磁力儀、雙頻激電儀、短導線激電儀, 井中三分量、地下無線電波法、伽馬能譜、氡及其子體等測量方法技術和相應的設備。高精度航空磁測及區域重力調查技術系統處于世界前列或世界先進水平。為找金屬礦發展的多種電法系統(適于山區普查的幾種輕便型激電系統、甚低頻電磁系統, 適于大探測深度的瞬變電磁系統、人工場源頻率測深系統以及陣列音頻天然場電磁系統等)的設備、數據處理及二維正、反演軟件都是自行研制, 并具有世界先進水平。金屬礦地震雖只有少量試驗研究性工作, 但已解決了一些地質問題, 提出了利用散射波、多波勘探的思路。

 

  結合我國情況, 方法的運用有創新。例如為找深部磁性礦和復雜形體的磁性礦, 在弱磁異常、復雜磁異常、斜磁化磁異常、井中三分量磁異常研究方面的水平處于世界前列, 國際上少見這方面的應用實例。又如, 為找規模不大的鉻礦而研究、實施的高精度重力觀測技術和提取微弱異常的方法技術等也屬世界少有。

 

  在總結方法技術經驗的基礎上, 全行業制訂了各種物探方法的技術規程、規范達25 種(主要用于固體礦產物探)。這標志著它們已被成熟地應用, 并達到標準化程度, 這在世界上也屬僅有。

 

  1 .2 .4  固體礦產物探在任務選定、工作部署和方法運用方面經驗豐富并具中國特色固體礦產物探只有任務選定正確、工作部署合理、方法運用科學, 才能充分、有效地發揮物探特長, 產生好的找礦效果。

 

  1 .在物性條件具備直接找礦的前提下, 物探能發揮直接找隱伏礦和盲礦的作用。一些物探方法(如航空物探方法、輕便的電法)適于大面積的礦產預查、普查, 可在地質普查前發現找礦線索。物探先行、開展面積性工作和找隱伏礦的部署工作原則是幾十年來物探發揮重大作用的戰略因素。

 

  2 .在物性條件不具備直接找礦的情況下, 現有的方法又難以直接探測到深埋礦體時, 物探工作者提出了“直接找礦與間接找礦并舉”的找礦戰略思想, 同時還提出了運用礦床的地質—地球物理模型指導找礦的思路。具體作法是:用物探資料進行“立體”填圖, 研究控礦構造, 發展能進行這類工作的方法技術, 根據研究和建立的各類礦床的地質—地球物理模型圈出礦床(體)賦存的部位。這些對策的實施在許多有色金屬礦、貴金屬礦和非金屬礦上都產生了良好的找礦效果。

 

  3 .充分運用物探資料, 特別是區域性物探資料研究區域控礦構造, 與地質、化探、遙感資料綜合研究, 進行成礦預測, 圈出成礦區帶和找礦遠景區段, 既為礦產地質工作的區域規劃提供重要的依據, 也為正確部署物探的普查工作提供依據, 避免了僅靠單一地質資料和憑借地質人員經驗提出物探任務和工區的局限。這些做法大大提高了地質和物探找礦的成功率。

 

  4 .在做物探資料解釋時, 要充分估計到地質情況的復雜性和物探反演中的不確定性。基本經驗為:從已知到未知和發現新類型、新礦種并重;要充分估計并善于分析成礦地質條件的復雜性;異常定性解釋時要重視實測物性, 定量解釋時正、反演計算要結合并盡可能運用綜合方法的資料;要充分估計到異常定性、定量解釋的復雜性和某些不確定性;既重視有一定強度的異常, 又要注意弱、緩異常的研究。

 

  5 .強調異常查證和查證后工作的必要性, 并為此制訂一套管理辦法(它在某個側面反映了計劃經濟體制下, 物探工作單獨立項、投資的現實), 對促進物探方法取得找礦效果具有重大意義。異常查證工作的程度一般應循序漸進, 關鍵是踏勘檢查;對驗證異常首孔不見礦的原因要做具體分析;對有希望的異常要敢于堅持驗證到底;重視驗證后的再解釋和井中物探工作。

 

  上述多屬物探技術管理層考慮的若干戰略問題, 但有不少是技術經驗的總結, 是為了能正確運用物探并發揮其作用, 具有中國特色, 世界少見。

 

  1 .3  我國固體礦產物探的成就來之不易是奮斗的結果我國固體礦產物探的路子是在黨的領導下靠我國物探工作者自己“闖”出來的。由不為人理解、重視到逐漸取得信任, 進而成為地質工作中不可缺少的重要組成部分, 并被認為是地質工作運用新方法、新技術的一種體現, 固體礦產物探工作者經受了各種考驗, 終于有了今天的位置。我國固體礦產物探隊伍是一支特別能戰斗的隊伍。

 

  在新中國成立后的前30 a , 國家基本處于受封鎖和不開放的狀態, 貫徹自力更生的方針,大多數物探儀器設備是自己設計、生產的, 固體礦產物探常規儀器設備一直是靠國內制造, 一些科技含量高的儀器也自行設計并生產, 滿足了工作需要。這在當時是絕對必要的, 就是在改革開放后也節約了設備投資和外匯, 對于投資不多的固體礦產物探具有重要意義。一些方法技術和設備在引進后經過消化、吸收、改造和中國化后又有許多創新, 有一些方法技術則是僅根據參考文獻中的方法原理、理論公式、儀器框圖而獨立研究成功, 并達到世界先進水平。

 

  我國固體礦產物探工作經費不充裕, 人員待遇不高, 工作和生活條件均較差, 但他們堅持了下來, 默默無聞地奉獻著。我國固體礦產物探就是在這樣的環境中取得了豐碩的找礦成果和技術進步, 確立了固體礦產物探大國的地位, 實在來之不易。我國固體礦產物探工作者所具有的奉獻精神、艱苦奮斗精神、善于學習又勇于創新的精神是取得這些成就的根本原因。

 

  這些寶貴的精神財富和積累的豐富經驗、知識, 加上已建立起來的方法系列和技術系統,是面臨新世紀機遇和挑戰的強有力的武器。面對新形勢, 人們的思想必須盡快跟上和適應, 并物探方法、技術的主攻方向和要解決的主要技術問題是:

 

  1 .提高空間(垂向和橫向)分辨率, 擴展對目的物的有效探測范圍;2 .增加探測目標(尤其是物性反差弱的目標)的識別、區分和描述的能力;3 .具有適應特殊工作條件(如高山、沙漠、厚覆蓋區、巖溶區、各種人文干擾等)的能力;4 .具有快速掃面, 及時提供解釋結果, 并給出直觀形象顯示的能力。

 

  2 .3  我國固體礦產物探和區域性物探的工作任務2 .3 .1  固體礦產物探1 .為在西部開展物探預查、普查工作, 主要采用高精度航磁和航放測量, 在地形允許地區采用航電測量(特別是時域電磁法)。在Ⅳ, Ⅴ級成礦遠景區應開展地面的面積性電法測量, 山區以頻率域激電和被動源電磁法為主, 較平坦區則以大功率多功能電法為主。

 

  2 .在工作程度高的地區(已知礦帶、礦區外圍和老礦山周圍及深部), 找隱伏礦和埋藏深的大盲礦是主要任務, 宜采用高精度重、磁測量和大探測深度的電磁測深測量及大功率激電普查, 查明深部構造、控礦因素及發現深部盲礦。在地震地質條件適合而又有需要的情況下, 應采用地震法較精細探測控礦因素。

 

  3 .對于所有鉆孔(特別是異常查證孔、資源評價孔)均應進行井中物探及相應的測井工作,以尋找孔底、孔旁盲礦和獲取物性參數, 為異常再解釋和找深部礦服務。

 

  上述各項工作均需改進、完善現有的方法技術, 并制訂相應的技術標準。

 

  2 .3 .2  區域物探

 

  1 .盡快完成陸地1∶100 萬區域重力調查, 爭取逐步完成陸地1∶25 萬重力調查可測區的測量。在新一輪1∶25 萬區域地質調查中, 要把使用航磁、航放和重力成果作為常規內容。有計劃地更新我國以往低精度航磁資料, 在建立航磁控制網的基礎上, 實現新的全國航磁編圖。

 

  2 .逐步開展區域性電法調查, 了解地下淺層、結晶基底、地殼及上地幔的宏觀電性結構, 進行中淺層電性立體填圖, 為研究地下地質構造問題提供重要依據。

 

  3 .開展區域性淺層測溫調查。研究和了解地熱場的分布情況, 為找地熱田、某些礦產和研究基礎、深部地質問題提供重要的參數。

 

  4 .開展全國區域巖礦物性調查, 當前以常規的物性參數為主, 從收集整理分散于各部門、各單位的數據入手, 根據需要逐步進行補測, 最終建立起物性數據庫, 為物探的設計、解釋服務, 也為用物性資料研究構造問題服務。

 

  上述各項工作, 有的是擬新開展的, 方法技術均要研究, 就是重、磁等方法也有待提高精度和解釋方法的水平。

 

  2 .4  固體礦產物探重點發展的關鍵技術

 

  為提高固體礦產資源調查、評價的效率, 實現第三代物探目標, 在建立我國完整的物探方法技術系列時, 重點發展下列關鍵技術。

 

  2 .4 .1  第三代航空物探技術

 

  第三代航空物探技術的目標是在各種地域(中高山區、沙漠、海洋)實現中大比例尺、高精度、多方法、多參數的綜合性航空物探測量, 利用其測量速度快的優勢, 為各種地質調查的開展提供先導資料。各項校正及數據整理方法更完善和先進;數據處理、反演和解釋方法按任務和方法特點形成完整的系統;運載工具因地而異, 實現多樣化(固定翼飛機、直升機、動力滑翔機、遙控無人機、動力飛艇等)。

 

  2 .4 .2  新一代電勘查方法技術

 

  電法的變種多, 可測參數多, 應用范圍廣, 是發展潛力較大的一種物探方法。為適于山區普查找礦和進行區域電性調查, 要著力完善和研究各類被動源電磁法、輕便型主動源電磁法和激電法, 還要大力研究和開發各種觀測方式的被動源激電法。電法儀器要實現多功能、多分量、多參數測量, 頻率域、時間域全信息收錄。

 

  2 .4 .3  復雜介質條件下的地震勘查技術

 

  地震勘查方法是空間分辨率最高的物探方法, 深、淺目標均能探測, 可用多種類型地震波工作, 發展潛力較大。在地質結構復雜地區, 特別是金屬礦區, 遇到許多難題, 為此, 需對復雜介質中彈性波的傳播理論進行系統研究, 對各種地質—地球物理模型開展多類型地震波的數學和物理模擬研究, 進而提出不同模型的最佳地震勘查波類型的組合, 并從方法、儀器、數據采集、處理和解釋方面進行系統的研究, 形成完整的解釋系統。

 

  2 .4 .4  “直接”探測礦產的新方法、新技術相當多的礦物具有該類物質專屬性的物理特征, 研究和探索能“直接”探測它們的新方法是可能的, 也是地質勘查工作的需要。因此, 要在跟蹤世界新原理物探方法動態和吸收物理、化學最新發現、最新成就的基礎上, 探索、研究和開發對目的物物質屬性能做專一檢測的新方法、新技術。可考慮的有:改進譜激電法, 研究和開發壓電、壓磁、震電磁輻射、核電磁輻射法及各類極化曲線法等方法, 還要探索建立在礦物其他物理性質基礎上的新原理、新方法、新技術。

 

  2 .4 .5  物探智能化多參數互約束解釋系統

 

  為提高物探解決地質問題的能力, 往往要采用綜合方法, 但目前缺乏智能化、地質與物探多參數相互約束的二維及三維定量解釋系統。為此, 首先要完善和研究物探單參數三維反演實用技術, 研究和開發多參數解釋、互約束反演及聯合反演技術。在解釋系統的運作和成果顯示方面要實現動態可視化。

 

  2 .4 .6  物探新探測器的研究

 

  吸收超導、微電子等技術用于物探, 使物探的探測器、收錄、處理系統、發射源等有重大變革。首先使已研究的超導磁場測量儀實用化并可測分量, 研制實用的超導重力儀及重力梯度儀, 探索、研究高溫超導、高強度磁偶源發射裝置, 研究地下無線電波、聲波定向發射和接收的技術與裝置。探索將微電子技術、微型機械技術、高效儲能技術等最新科技成就用于物探新探測器的可能性。

 

  2 .5  幾點意見

 

  為實現前述目標, 要在諸多方面采取相應措施, 針對當前情況提出以下想法。

 

  1 .在綜合性地質規范及標準中, 要反映和體現出采用物探方法的必要性, 并進入地質工作流程。

 

  2 .在固體礦產大調查工作的投資中, 物探要占一定比例, 特別是地質工作程度不能只做到“推斷的資源量(333)” , 還要重視探礦工程量, 物探要為地質推斷提供重要的科學依據。分析90 年代前的統計資料后認為, 今后固體礦產物探費用的比例占固體礦產勘查費用的10 %以上才是恰當的。

 

  3 .今后, 物探將面臨著更多的找礦困難, 建立一支隊伍精干、裝備精良的“ 地質野戰軍” ———專業物探隊是十分必要的。物探儀器必須隨技術進步、任務變動而不斷更新, “野戰軍”的裝備問題應有一套措施, 關鍵是經費。

 

  4 .為了解決今后面臨的技術難題, 除自行研究外, 還要引進新的技術、設備。但所有新的  技術、設備真正能發揮作用往往要有個過程, 為此, 要有專人關注這些新技術、設備運用中的問題和經驗。在設立科技攻關項目時要適度安排超前的探索性項目和具創新的項目。