传统的重、磁、电等金属矿勘查方法勘探深度较浅，当探测目标深度大于500 m 时，由目标体产生的异常强度较弱，且分辨率较低(Whiteley et al.，1984;White et al.，2000; Roy and Clowes，2000)，难于适应深部矿产资源勘查的需求.随着地表矿越来越难发现，加大探测深度、发现深部隐伏金属矿成为未来矿产资源勘查的必然趋势.地震方法在金属矿勘探中虽具有探测深度大、精度高和多解性相对少的特点，但由于勘探成本较高，且该方法技术难度较大，目前在金属矿勘查中地震方法技术的应用还较少(Malehmir et al.，2012).2000和2012年，美国“Geophysics”杂志出版了两期有关金属矿地震勘探的专辑，介绍了一些利用地震方法探测深部隐伏金属矿的应用实例.大量勘探事例表明，利用地震勘探技术能够直接或间接寻找深部隐伏金属矿(Eaton，1999;Stuart et al.，2000;Salisbury et al.，2000; Eaton et al.，2003;徐明才和高景华，2009；White and Malinowski，2012)，利用地震层析成像技术可刻画金属矿区的速度结构(徐明才等，2005b;侯贺晟等，2010;李建国等，2012;郑洪伟和李廷栋，2013)，为深部隐伏金属矿勘探与研究提供地层结构空间分布的信息.

受地震激发震源和数据采集方法的限制，反射地震勘探难以解决从地表至较深层的地质结构和构造的信息，妨碍了利用地表地质资料对反射地震资料进行解释，此外，在金属矿区获得的反射地震数据的信噪比通常较低，反射波的双曲线特征不太明显，因此利用反射地震资料求取的速度资料精度受到影响.为获取从地表至较深层的地下地层和地质构造的信息，并为反射地震资料的处理提供十分重要的速度信息，在铜陵金属矿区曾开展过非线性地面地震层析成像和地震联合勘探方法技术试验研究(徐明才等，2005a).该试验研究采用的道间距为20~40 m，尽管采用的道间距较大，仍取得了较好的探测结果.理论和试验研究结果表明，地震方法探测的精度和分辨率与采用的道间距有关，当地震采集采用的道间距较大时，地震探测的精度和分辨率将受到影响.

为进一步提高地震勘探的精度和分辨率，2011年，我们在内蒙古苏尼特左旗以北的准苏吉花斑岩型钼矿床及其外围地区开展了高精度反射地震和地震层析成像联合勘探的试验研究，旨在利用地面地震层析解决表层至较浅部的地层和地质构造问题，利用高分辨率地震反射方法解决浅部至中深部(深部)的地质问题，综合解释两者的探测结果，可使该探测技术解决近地表至数千米深度范围内的地质问题.另一方面，两者的探测结果也可互相印证，以检验所采用方法技术的有效性.本文论述了在内蒙古准苏吉花铜钼矿区及其外围采用的高精度反射地震和地震层析成像方法技术及联合探测结果.

区域范围地处二连浩特—苏尼特左旗以北的达来庙—乌日尼图地区，构造位置属西伯利亚板块东南大陆边缘早古生代陆缘增生带，位于二连—贺根山断裂带的北侧，南戈壁—东乌旗铜多金属成矿带上(王守光等，2004)(图 1).

图 1

Fig. 1

图 1 南戈壁-东乌旗成矿带区域构造略图(邵济安，1991；李述清等，1998)Fig. 1 Regionaltectonic sketch map about South Gobi -Dongwuqi mineralization belt(Shao Jian，1991; huqing，1998)

测区内构造比较发育，褶皱和断裂均以北东向构造为主，大致呈NE60°方向展布，并分布有北西向的断裂构造，这些褶皱和断裂构成了区内地质构造的基本格局(图 2)，其中北东向构造控制着地层和岩体的展布方向，北西向构造为区内主要控矿构造.

图 2

Fig. 2

图 2 测区地质构造图Fig. 2 The geological structure map in surveying area

图 2中的F1断层属于区域性断裂，断层展布方向为245°～65°，初步判断该断层面倾向NW，NW盘为上升盘.F2断层展布方向为300°～120°，区内长度约4 km，通过对构造点的调查，判断该断层属于张扭性，断层产状不详.

测区内，自古生界奥陶系、泥盆系、石炭—二叠系，中生界侏罗系、白垩系至新生界第三系、第四系地层均有分布，其中以第三系、第四系的地层出露最为广泛.

测区内岩浆岩种类繁多，且大部分岩浆岩体呈NE60°方向分布，显示出岩浆侵入与构造活动有关，构造对岩浆活动具控制作用，为岩浆活动提供了有利的空间.根据形成时代不同，分属华力西期和燕山期(刘翼飞等，2012).

内生矿产与岩浆活动有着密切的关系.根据资料分析，区域内呈NE60°方向分布的岩浆岩体、断裂，以及北西向、近南北向的断裂和次一级的裂隙是主要的导矿、储矿构造.准苏吉花铜钼矿区铜钼矿体主要赋存于石英脉群中.

为研究测区深部地质构造和有利的控矿因素，开展了高精度反射地震和地震层析成像方法技术试验研究，所实施的地震剖面如图 2所示.

为选取反射地震剖面采集参数，在开展反射地震剖面数据采集前，进行了包括干扰波调查、可控震源激发因素试验、接收因素试验、仪器录制因素试验等一系列试验，根据试验结果和深部高精度地震勘探的要求，选取的地震数据采集方法如下：道间距5 m、炮间距30 m，960道采集，排列中间激发，排列长度≥4000 m，覆盖次数80，两台套AVI-IV型可控震源组合激发，扫描频率10~130 Hz，扫描长度12 s，垂直叠加4次.

如果根据反射地震资料开展地震层析成像，由于排列长度短(约4000 m)，难以对较深的地质结构进行成像，为更好地探测较深层的地质结构和岩体分布，我们采用了长排列接收，深井大药量激发的方法技术.

地震层析使用1000道采集，道间距10 m，接收排列长度9990 m.激发采用炸药震源，激发井深14~20 m，激发药量12~24 kg，炮间距约2500 m，最小炮检距10 m，最大炮检距10500 m，采用排列中间或单边激发的相遇观测系统.在该接收排列中间或端点以近似相等的间隔进行激发，在对该接收排列完成采集后，整个排列向前滚动2500 m，重复上述采集过程.采用该数据采集技术，地震记录上的初至波能量强、起跳干脆，易于拾取.

高精度反射地震和地震层析成像均采用每道6个10 Hz纵波检波器点组合接收，Sercel 428XL有线遥测数字地震仪器采集，记录长度4 s，采样间隔0.5 ms.采用以上工作方法获得的地震记录质量较高，利用该地震记录能够开展有效的数据处理和解释.

为提高地震层析成像的质量，在地震层析反演过程中，除利用地震层析数据外，还使用了部分初至起跳清晰的反射地震数据.

地震层析成像的关键是拾取地震记录上的首波时间.由于地震记录上的首波几乎不受面波和声波的干扰，因此，当地震激发能量较强时，比较容易拾取各地震记录上首波的走时，进而开展地震层析成像反演处理(刘玉柱等，2009;刘振东等，2012).图 3a表示了根据拾取的首波走时，计算的地震波射线路径图.图 3b表示了经过8次迭代后反演的速度结构图.

图 3

Fig. 3

图 3 地震层析射线路径(a)和速度结构图(b)Fig. 3 Seismic tomographic ray paths(a) and velocity chart(b)

在地面地震层析成像反演过程中，迭代次数对地震层析成像反演结果影响较大.图 4表示了反演图 3b速度结构的迭代曲线，由此看出该反演处理收敛较快.当迭代次数达到7次时，反演处理收敛到某一固定值，更高的迭代次数对地震层析图像质量的改善有限.

图 4

Fig. 4

图 4 迭代收敛曲线Fig. 4 Iterative convergence curve

对准苏吉花地震资料进行层析成像处理采用的处理流程可概括为：拾取首波时间→检查拾取的时间→生成初始速度模型→层析反演→ 显示反演的速度图像 →层析质量控制→改进拾取的首波时间→层析反演.

由于在火山岩地区获得的地震记录上各种干扰波十分严重，信噪比相对较低.因此，金属矿区反射地震数据处理的基本原则是在提高地震记录信噪比的基础上，提高地震记录的分辨率.本次金属矿反射地震资料处理的重点是去噪、精细速度分析和偏移等处理.

对反射地震资料进行处理首先要通过置道头字定义观测系统，根据定义的观测系统，检查有无偏炮现象、有无排列置错情况、检查覆盖次数与偏移距等.在此基础上，进行干扰波分析、球面扩散补偿、地表一致性振幅补偿、精细道编辑、静校正、地表一致性反褶积、叠前波场分析去噪、精细速度分析、叠加、偏移等.在反射地震数据一次静校正处理中，使用了初至波静校正技术，在偏移处理中，使用了由地震层析反演的速度资料.经处理得到的L1线反射地震剖面如图 5所示.

图 5

Fig. 5

图 5 L1线反射地震剖面Fig. 5 L1 seismic reflection section

图 6表示了经解释后的L1线反射地震剖面(a)与速度结构剖面(b).对反射地震剖面进行深度转换采用了V=6000 m/s的速度，对图 6b所示的速度结构剖面进行了纵横向比例调整，以利于与反射地震剖面进行对比.简单地对比图 6a、b后看出，在两剖面相重叠的深度部位，两者具有相近的结构特征，在个别细节处，两者也有不完全一致的地方，其主要原因为：反射地震方法依据的是地层界面的波阻抗差(波阻抗为速度和密度的乘积)，而地震层析成像方法依据的是地层界面的速度差.

图 6

Fig. 6

图 6 解释后的L1反射地震剖面(a)与速度结构剖面(b)Fig. 6 L1 seismic reflection section(a) and velocity section(b)after interpretation

在图 5所示剖面SE一侧0.75 s以上，分布有多组近平行的反射波组，根据测区地质资料和地震波组的特征，推断第四系覆盖层以下为奥陶系地层.在剖面NW一侧1.0 s以上，分布有多组近平行、且倾角较陡的反射波组，由于表层为第四系覆盖，推断这些反射波组为石炭-奥陶系地层产生的.在剖面上部中间部分，有一块能量弱的区块，依据地表地质的岩性分布，解释为花岗闪长岩(岩体)和变质粉砂岩.由于花岗闪长岩与变质粉砂岩之间的反射系数较弱(约为0.04)，不足以产生可识别的反射波.在剖面上CDP4600至5900之间的浅部，由于地表为第四系覆盖，根据测区地质资料和地震波的震相特征，推断在第四系覆盖层下为花岗闪长岩岩体.

根据图 5所示地震剖面上反映的震相特征，测区深部构造大体可分为两大块，一块地震震相为弱反射透明区，分布在剖面两侧，推断为燕山期岩体的反映；另一块地震震相为具有一定方向性、反射特征比较明显的区块，推断为华力西期岩体的反映.

在剖面NW一侧，分布有一个断层特征十分明显的区域断层F1和F1-1.断层F1倾角较陡，向下延伸到燕山期岩体内，该断层为地壳深部流体向上运移的主要通道，该断层错断深度较深，为深部区域断层；而断层F1-1倾角较缓，两断层均倾向NW，具有推覆逆冲性质，至少反映为早于燕山期的构造事件；在剖面中间，解释了一条断层F3，该断层向下延伸到燕山期岩体内，向上至花岗闪长岩体内，具有推覆逆冲性质，推断与断层F1属于同期次深部断层，F1和F3深部断层成为地壳深部热液岩浆向上运移的主要通道.

倾向北西的反射波组被F1和F3断层和深部岩体错断，表明倾向北西方向的反射波组反映的地质体年代早于形成断裂和深部隐伏岩体的年代，因此，把向北西方向倾斜的地质体解释为华力西期岩体，而切割该岩体的断层和深部隐伏岩体应为燕山期构造运动形成的.

根据图 5所示的L1线反射地震剖面及测区地质概况推断解释的L1线地震地质剖面图如图 6a所示.

在图 6b所示速度剖面两侧，地震波速度较低，具有较好的成层性，而在该速度剖面中部，地震波速度较高，成层性较差.结合图 2所示的测区地质构造图能够看出，在地震剖面两侧地表为第四系地层覆盖，而在地震剖面中部，花岗闪长岩和变质粉砂岩裸露于地表.该地表岩性分布与地震层析剖面探测结果一致，印证了在反射地震剖面(图 6a)中部解释为岩体和变质粉砂岩的推断.

在图 6b所示速度剖面NW一侧，解释了两条断层F1和F1-1，这两条断层的产状与图 6a所示反射剖面上的两条断层F1和F1-1一致.表明反射剖面上的断层F1和F1-1延伸到地表.在图 2所示的测区地质构造图上，断层F1与地震探测到的断层F1-1同属一条断层.地震剖面探测的断层F1位于第四系覆盖区内，受覆盖层和长期风化的影响，断距较大、错断较深的F1断层在图 2所示的测区地质构造图上并没有反映出来.在反射地震剖面上解释的断层F3在图 6b所示速度剖面上没有显示，与反射地震剖面探测结果一致，即F3在1500 m以前，没有发生明显的错断.

从测区地表地质看出，在晚石炭系沉积之后，测区至少有两期岩浆侵入事件，分别为华力西晚期和燕山早期.根据地震波组特征分析，地震剖面上不同期次的逆冲推覆构造为华力西期和燕山期岩浆侵入提供了热液上升的通道，即地震剖面揭示的逆冲推覆构造为热液成矿的重要导矿构造.

已发现的准苏吉化钼矿床位于深部逆冲断裂F3附近，即在构造应力场的作用下，含有矿物有用组分的深部热液流体沿着F3深部逆冲推覆构造向上运移到上地壳的断裂破碎带或变质粉砂岩裂隙带中，在NW向的张性构造带与地震剖面上揭示的NE向隐伏构造的交汇处聚集形成了准苏吉花钼矿床.准苏吉花钼矿体产于华力西晚期花岗闪长岩和宝力高庙组变质粉砂岩中的硅化断裂带中，矿体围岩为花岗闪长岩及变质粉砂岩.矿石的矿物成分: 褐铁矿，辉钼矿、黄铁矿、黄铜矿、磁铁矿、闪锌矿等.矿床成因类型为中高温热液脉型铜钼矿床.

根据本次高精度地震调查结果与已知准苏吉花钼矿床之间的关系，从地质成矿角度对未知区深部找矿可作如下预测：从华力西晚期到燕山早期的漫长地质时期，因NE向深大断裂F1的长期活动性，使含有矿物有用组分的深部热液岩浆沿F1断裂向上运移，并在F2与F1断裂交汇处聚集(有关F2断裂的地震探测结果，详见投向本刊的“内蒙古准苏吉花铜钼矿区三分量地震试验研究”)，填充于断裂破碎带或裂隙中，随着热液岩浆温度下降，岩浆中的挥发成分相对增多，而大部分有用组分矿物凝结成岩，形成热液型金属矿床.在成矿过程中，NE向与NW向断裂构造不仅为成矿提供了矿质运移通道及矿质沉淀场所，同时构造动力本身也参与了成矿作用.在成矿过程中，地层、构造和岩浆岩构成了本测区“三位一体”的成矿控矿关系.

根据该成矿模式预测，在NE向断裂F1与NW向断裂F2交汇附近，完全有可能发现新的金属矿床，即含有矿物有用组分的深部热液岩浆沿逆冲推覆断裂F1通道向上运移到与NW向断裂F2交汇处的裂隙构造破碎带内或岩体边界周围，热液岩浆与围岩相互作用，促使有用组分富集和沉淀，在热液岩浆与围岩之间的接触带上或断裂裂缝裂隙内形成热液金属矿床.由此推测地震剖面揭示的NE向逆冲推覆构造为最重要的导矿构造和控矿构造带，在NW向与NE向断裂的交汇处，为重要的储矿带或找矿靶区.由于该找矿靶区为第四系覆盖的新区，勘探程度较低，有关地质和其它物化探资料很少，难以提供更多找矿预测方面的佐证.

根据地震探测结果及测区其它区域地质资料，目前已把NE向断裂F1和F1-1与NW向断裂F2交汇处所在区域确定为新的矿产普查区.

通过地震层析成像和高精度反射地震方法联合勘探在内蒙古准苏吉花金属矿区的方法试验研究，可得出以下几点初步结论：

1)地震层析成像和高精度反射地震方法联合勘探弥补了单一地震方法在探测深度范围和探测参数等方面的不足.两种方法所获得的结果相互印证，为复杂条件下金属矿地震勘探提供了更多的依据.

利用地震层析成像获得的从地表至1200米深度范围内地震波速度信息，不但可研究地层和地质构造的分布，为反射地震剖面的解释提供从地表至较深度范围内的有效信息，也可为反射地震数据的偏移处理提供必要的速度资料.

2)采用地震层析成像和高分辨率反射地震剖面相结合，较好地解决了从地表至地下数万米深度范围内的地层和地质构造分布.

3)在内蒙古准苏吉化钼矿区及其外围地区，利用高精度反射地震和地震层析成像准确地探测到了深部岩体、控矿构造及深部地质结构的分布，据此地震探测结果讨论了地壳深部流体运移的路径和过程，精确地确定了准苏吉花矿区及其外围的控矿构造框架，为在该区寻找深部隐伏金属矿指出了找矿靶区.

在厚覆盖区或草原覆盖区，因地表为草原覆盖，且各构造单元之间的边界被后期反复的地壳运动改造所复杂化，使得常规地质调查的有效性受到极大挑战，单靠地质调查或非震物探勘查无法满足对深部精细结构和构造勘探的需求，高精度反射地震和地震层析成像方法将成为在这些地区深层空间找矿勘探取得突破的一种重要手段.反射地震和地震层析成像剖面较好地揭示了金属矿区的深部精细结构和构造，为利用地震方法研究覆盖区深部精细地质结构和控矿构造，进而为寻找深部找矿靶区提供了有力工具.

致 谢    本项目立项和执行过程中，得到了国土资源部国际合作与科学技术司、中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所有关领导和专家的大力支持、指导和帮助；在本项目研究过程中，内蒙古自治区第九地质矿产勘查开发院提供了该区有关地质资料；在野外数据采集期间，中石化石油工程地球物理有限公司江汉分公司参与了激发孔钻井施工.对上述单位和有关技术专家对本项目的支持和辛勤劳动表示衷心感谢.