地球物理学进展  2017, Vol. 32 Issue (2): 721-729   PDF    
反射地震技术在深部金属矿勘探中的应用现状及展望
汪杰1,2, 刘振东1,3, 严加永1,3, 徐峣1,3     
1. 中国地质科学院矿产资源研究所, 国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室, 北京 100037
2. 东华理工大学核工程与地球物理学院, 南昌 330013
3. 中国地质科学院地球声部探测中心, 北京 100037
摘要:随着浅部找矿难度的增加,金属矿的勘探将进一步向深部进军.受勘探深度与精度的限制,常规地球物理勘探技术难以准确刻划深部金属矿控矿结构.作为深部探测的核心技术,反射地震技术具有探测深度大、分辨率高等特点,正逐步成为解开深部构造矿床勘探难题不可或缺的重要手段.本文回顾了近年来反射地震技术在深部金属矿勘探中的取得的重要进展,包括了岩石物性基础、三维地震技术、井中地震技术以及正演模拟等方面.这些事例表明,反射地震技术在金属矿勘探中具有很高可行性与广阔的应用前景.然而,相比于油气行业,现阶段金属矿反射地震勘探无论在岩石物性测量还是数据采集、处理与解释等方面都存在着明显的不足,还需要不断地认识和改进.最后本文就金属矿反射地震勘探应用中存在的这些问题提出了该技术进一步发展的主要方向,旨在为我国典型成矿带深部金属矿勘探工作提供一些借鉴.
关键词反射地震    深部金属矿勘探    进展    展望    
Status and prospects on application of reflection seismic methods in deep mineral exploration
WANG Jie1,2 , LIU Zhen-dong1,3 , YAN Jia-yong1,3 , XU Yao1,3     
1. Institute of Mineral Resources Chinese Academy of Geological Sciences, MLR Key Laboratory of Metallogeny and Mineral Assessment, Beijing 100037, China
2. School of Nuclear Engineering and Geophysics, East China Institute of Technology, Nanchang 330013, China
3. China Deep Exploration Center-Sinoprobe Center, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037, China
Abstract: Due to increased difficulties in finding shallower deposits, the exploration for mineral resources is expected to move to greater depths. Conventional geophysical techniques, such as gravity, magnetic or electric, are difficult to accurately describe the structure of deep mine because they are limited by the depth and resolution of exploration. As the core technology of deep exploration, reflection seismic technology has the characteristics of high detection depth and high resolution. And it is gradually becoming a irreplaceable tool to help unravel structures hosting mineral deposits at great depth for exploration. This paper reviews the recent advances of reflection seismic in deep mineral exploration, including petrophysical study、three dimensions seismic methods、borehole seismic methods and forward modeling. These cases show that the reflection seismic technology has very high feasibility and wide application prospect on mineral exploration. However compare to the hydrocarbon industry, there are many deficiencies in the reflection seismic for mineral exploration at present, mineral exploration technology need to be continuously improved. Then these problems on application of seismic technology are discussed, and the main direction of the further development of the technology is presented.
Key words: reflection seismic     deep mineral exploration     progress     prospects    
0 引言

随着社会的发展和工业化进程的加快,人类对资源的需求急剧增加.然而,经过长时间的勘探和开发,浅部资源的储量日益减少,浅部找矿的难度逐渐增加.向地球深部索取矿产资源成为必然趋势 (滕吉文, 1996, 严加永等,2008).

传统的金属矿勘查大多采用重、磁、电法等技术 (刘光鼎和郝天珧,1995).目前我国绝大部分地区勘查深度较浅,已发现的矿床埋深也较浅 (<500 m).常规勘探技术在浅部找矿中具有不可替代的地位和优势.但随着勘探深度增加,常规的金属矿勘查技术已经不能满足深部资源勘查的要求:重磁勘探方法分辨率较低,且位场强度随距离的平方成反比衰减,在对深部的金属矿体的探测上存在明显缺陷;直流电法的勘探深度太浅;电磁法勘探的分辨率通常也达不到深部找矿的要求.因此发展大探测深度 (>500 m) 的地球物理技术是未来矿产资源勘探技术发展的趋势 (吕庆田等,2005).

相比于其他地球物理方法,反射地震方法技术在探测深度和分辨率等方面都具有明显的优势和潜力.然而,虽然反射地震勘探的研究工作开展得比较早 (Schmidt,1959; Reid et al., 1979),但受多种因素的影响,地震技术被金属矿产行业所接受并逐渐开展应用的时间并不长.尽管如此,随着美国 (如COCORP)、加拿大 (如Lithoprobe)、澳大利亚 (AGSO)、欧洲 (Europrobe) 和南非 (National Geophysics Programme) 等多个发达地区大陆反射计划的相继实施.目前在这些地区已经有几十个以矿产勘探与开发为目的2D/3D的地震勘探项目完成.金属矿地震勘查已经从地表发展到井中技术、从2D调查发展到3D调查、并且包含岩石物理属性以及金属矿模型的地震模拟等研究.基于越来越多的实践,地震技术正逐渐且必然将成为金属矿勘探中一项越来越成熟的技术 (Malehmir et al., 2013).

1 金属矿反射地震技术主要进展 1.1 岩石物性基础与对目标地质体探测的可行性

反射波法地震勘探得以应用,需要满足的先决条件是探测目标 (矿体或控矿构造) 与围岩间存在明显的波阻抗差异.当地震波垂直入射时,反射系数可近似表达为

(1)

其中,Z为波阻抗值; ρ、v分别表示岩石密度与地震波在岩石中传播的速度.显然,只有当阻抗差异达到足够大小,才能产生可识别的反射.Salisbury等 (1996, 2003) 给出了系统的关于块状硫化矿物岩石速度与密度测量结果.他们发现,这些矿物在速度与密度交会图中距离普通硅酸盐岩石所遵循的Nafe-Drake曲线较远,表现出较高的密度值 (图 1).值得注意的是,如果硫化矿物中含有丰富的黄铁矿,往往具有较高的速度 (例如挪威的Lokken Verk).而硫化矿物具有丰富的磁黄铁矿 (例如瑞典的Kristineberg和加拿大的Flin Flon),其速度值往往会有所下降 (图 1).关于这岩矿石物性的测量研究,很多的学者也都得出了相同结果 (Dehghannejad et al., 2012; Duff et al., 2012; Malehmir et al., 2012a; Malinowski et al., 2012).此外,Malehmir等 (2011)指出当硫化矿物富含磁铁矿时 (>40%Fe),与其他几乎所有的岩性相比,其声阻抗值都比较大.Eaton等 (2010)在Lithoprobe项目期间在室内对大量岩石声学特性进行测量时,同样证实了典型的火山沉积物中的硫化矿物能够产生很强的反射特征.这些研究都为金属矿地震勘探提供了理论基础上的支撑.

图 1 200MPa条件下普通岩石和一般硫化物纵波速度vp与密度ρ交会图 (修改自Salisbury et al., 2003).同时给出了能够产生明显反射的最小反射系数R=0.06以及来自瑞典Kristineberg和Dannemora (Malehmir et al., 2013) 和来自加拿大Flin Flon的硫化矿物采样 (White et al., 2012) Figure 1 vp density fields for common hardrocks and sulfids at 200 MPa superimposed on velocity versus density plot for silicate rocks (modified after Salisbury et al., 2003).Shown also are magnetite and massive sulfide samples from Dannemora and Kristineberg, Sweden (Malehmir et al., 2013), and massive sulfide samples Nfrom Flin Flon, Canada (White et al., 2012)

成功地对矿体与其控矿构造 (包括裂缝和断层) 进行定位,除了要满足地震波速度与密度存在明显差异这个先决条件外,还需要考虑的是目标体的尺寸与几何形态.一般在衡量地震波分辨目标体能力的时候使用横向分辨率和纵向分辨率来说明,地震波的纵向分辨率取决于地震信号的频率,而横向分辨率取决于第一菲尼尔带的大小 (Yilmaz,1987).纵向能分辨的目标体厚度可近似表示为

(2)

式中,λ为地震信号的波长,vf分别为速度与频率.显然可以通过增加地震信号的频率来提高纵向分辨率.这是可以通过采集参数的设计来实现的,但是信号频率也同时受到地表地质条件与处理质量等多种因素的控制.

横向能分辨的目标体宽度可近似表示为

(3)

根据公式不难发现,地震波横向能分辨的目标体的宽度会随着深度的增加而增大.纵向能分辨的最小厚度也随之增大;假设地震波在地层中传播的平均速度为6000 m/s,主频为100 Hz,即波长为60 m (一般硬岩环境下地震波波长大约为50~100 m).目标深度为1000 m时,理论上可识别厚度为15 m、水平宽度为350 m的目标体.如果目标深度继续增加,这就意味着目标体的水平宽度必须增加才能被有效识别.综上所述,随着深度的增加,地震信号的纵向分辨率和横向分辨率都在降低,即探测较小尺寸的矿体与控矿构造的能力降低.尽管如此,相对较为大型的矿体或控矿构造,在一定深度范围还是可以被直接探测的.

此外,很多具有经济价值的金属矿体具有复杂的形态,同时埋藏较深,空间尺寸不能满足上述要求,不能产生明显的反射特征.这样矿体对地震波的响应属于所谓的米氏散射范畴 (Eaton et al., 2003).意味着矿体的形态对应P波散射响应的一级控制因素.不同于点散射与球状散射的是,倾斜的透镜状或椭球状矿体的P波散射传播倾向于特定方向 (Eaton,1999Eaton et al., 2003).Malehmir与Bellefleur (2009)给出了位于加拿大Halfmile Lake地区的Bathurst矿区一个成功对地下1.2 km深处6~8 Mt的块状硫化矿物散射探测的例子.Urosevic等 (2012)通过正演模拟同样证实了在有利条件下约为0.15~0.2 Mt的小尺度的硫化物矿床在较浅深度是可能被检测到的.这两个实例都证实了地震技术在一定深度范围是可以对较小矿体或控矿构造进行直接探测的.

1.2 三维地震勘探技术

如果不考虑成本的制约,在诸如矿区等复杂地质环境且勘探程度较深的区域,3D地震调查无疑具有更好的成像效果.2D地震调查主要的局限来自于数据的处理与解释,特别是当数据来自复杂的采矿区的时候,采集测线往往弯曲的.大倾角甚至是近似直立的一些构造会给处理和解释带来很大的困难.Malehmir等 (2010)在同一个地区进行了2D与3D地震异常散射成像位置对比分析研究.结果显示,一个由埋深为1.2 km深的块状硫化矿物所产生的亮点反射,在2D剖面中所观察的位置与3D数据的实际位置距离大约相差700 m.再次证实了在深部矿床的圈定时,3D地震数据的优势.

1987年,首个针对金属矿产的3D地震调查项目在南非完成 (Campbell and Crotty, 1990; Campbell, 1994).此后不久,3D镍铜勘探的地震调查项目在Sudbury矿区进行 (Milkereit et al., 1996, 2000).1996到2002年间,由Noranda公司 (现在的Xstrata) 资助的深部勘探 (<1500 m) 项目也开展了大量2D、3D的地震调查.1997年,Pretorius等在成本效益评估后,在矿山规划与开发中首次进行了3D地震调查,并取得了一定的成功.2009年,加拿大Halfmile Lake地区的Bathurst矿区,三维地震技术成功圈定了约1200 m深处的隐伏的块状硫化物矿床 (Malehmir and Bellefleur, 2009).

随着勘探的深入,三维反射地震调查在矿产勘查中的应用变得越来越普遍.联合矿业公司在澳大利亚Kambalda地区进行了大量的三维地震调查.其中一些为镍矿勘探所开展的3D地震调查,取得了巨大的成功 (Urosevic et al., 2008).Urosevic等 (2012)对该地区寻找硫化矿物所采集的3D地震数据进行了定量解释,发现了三个镍硫化物矿体的新区域.Juhojuntti等 (2012)在加拿大千年铀矿床的规划中采集了三维地震资料.通过对矿体周围的蚀变带所产生的地震响应的识别,推算出了结晶基底与矿体相关断层的所在深度.图 2Malehmir等 (2012b)在芬兰北部的镍-铜矿床矿产规划与深部勘探项目中通过三维地震调查所得成果的三维可视化成像图.该项目面积约为9 km2,同时采用VSP数据对火山岩地层和近乎垂直的断层进行了成像.并且对勘查目标进行了钻探,图中显示钻孔400~800 m处与一套硫化矿物地层交叉,而这些火山岩地层和断层带是矿山规划的关键.同时,该结果为确定下一勘探目标的确定提供了很好指导.Manzi等 (2012)利用3D地震对世界上最深金矿的含金矿脉 (南非Witwatersrand盆地的VCR含金矿脉) 进行了成像,对其中的地质构造进行了识别.对构造的识别将直接影响矿产资源量的估算.White等 (2012)采用3D地震技术对加拿大Flin Flon采矿区的含金层位进行了成像.地震成像结果与钻孔约束资料进行了直接对比解释.

图 2 Kevitsa露天矿床规划、近乎直立断层以及该区域基底侵入的三维可视化图.钻孔KV322与地下一套硫化物矿化带相交,能很好的与反射地震数据中观察到的现象相对应 (据Malehmir et al., 2012) Figure 2 Three dimensional visualization of the seismic data with the planned open-pit mine and the picked near-vertical faults and the base of the Kevitsa intrusion. KV322 is a borehole that intersects a series of sulfide mineralizations and shows a good correlation with reflections observed in the seismic volume (after Malehmir et al., 2012)
1.3 井中地震技术

对于倾斜角度较小的反射体的刻划,地面地震调查是相对经济且有效的.但是,对于倾角较大或近乎直立的构造,井壁扫描、垂直地震剖面 (VSP) 或矿井地震剖面 (MSP) 等井下地震技术明显更具优势.井中地震方法得到的数据通常比地面地震数据具有更高的分辨率 (Pretorius et al., 2011).在识别裂缝和断层带时,井下数据成相效果的改善更加明显,可作为地面地震数据的重要补充.同时,井中数据可以直接对叠前时间偏移或深度偏移时所需的介质速度进行估计,这在地震数据处理中显得十分有意义.另外,井中数据,尤其是三分量检波器的布设有很多优势:反射波传播距离减小,这样高频数据的衰减较少;横波的传播速度只有纵波速度的60%,这样较短的波长的信号也可以使用.这样利用三两检波器在井中采集的地震数据分辨率就能有所提高.

1981年,Shopin在俄罗斯的Kola半岛上的开展了一个VSP调查.结果显示了该地区存在一个基性-超基性岩石的侵入,该侵入被确定为一个含镍的矿化带.在加拿大,Bellefleur等人 (2004)在对新布伦瑞克省的Bathurst矿集区的Halfmile Lake矿床建立矿体模型的基础上,设计了VSP数据采集方案.利用三分量检波器记录矿体所产生的波场.结果显示矿体产生了复杂的散射,散射波场的主体来自深部矿段.对散射波场进行偏移处理后所得结果指示了矿体的深度.而在萨德伯里的Norman West地区,1998和1999年连续采集了两条垂直地震剖面数据.目的是对位于该地区杂岩体下盘的块状硫化矿物进行成像.在没有采用三分量检波器的情况下,由于数据质量较差,成像效果不佳.之后,Mueller等 (2012)在对该数据进行了偏移成像之前采用滤波、衍射相干等方法,在一定程度上改善了剖面的成像效果.另外,Wood等 (2012)采用3D地面地震与VSP、井壁扫描等多种井下地震技术结合的方式对加拿大萨斯喀彻温省Athabasca盆地内的千年铀矿开发可行性进行了研究.成功的对不整合面和近乎直立的断层面的位置和特征进行了成像,解决了大量开发规划过程中的地质技术问题.

另外,Greenwood等 (2010)的实验研究表明,运用水下检波器所采集的VSP数据的成像分辨率是常规地面数据的两倍.在采集VSP数据时采用水下检波器不仅是有效的,而且成本也会相对较低.随后,Greenwood等 (2012)采用小检波点间距的水下检波器观测系统进行了实验,实验表明在钻孔中采用水下检波器阵列采集可接收到高分辨率的成像数据,该数据与常规检波器采集的VSP数据质量相当.

井壁扫描技术方面,较为成功的是针对加拿大多伦多西北部金伯利岩管进行成像的井壁扫描的案例 (Cosma and Enescu, 2011).由于金伯利岩管道形状的不规则,来自不同方位的反射叠加混合在一起,这无疑给处理和解释都带了困难.尽管如此,根据管道越不规则,反射越模糊的大致原则,对处理后得到的偏移剖面与地质钻孔资料信息进行了联合对比解释.最终所得的三维剖面清楚地描绘了金伯利岩的几何形态 (图 3).此外,较为典型的案例还有对南非的Finsch金伯利岩管的成像工作 (Cosma et al., 2007).其采集的的地震信号的频率高达400~2400 Hz,分辨率达到1m,对目标地质体进行了精确的成像;在澳大利亚北部Territory地区,Urosevic和Evans (1998, 2000) 采用地表与井下地震反射数据结合的方法对金伯利岩薄层进行了成像,同样成功的刻划了其空间分布情况.

图 3 (a) 周围的四个钻孔所得的地震数据解释展示的加拿大西北部Diavik金伯利岩形状.(b) 根据地震井壁扫描所得数据解释修改后重塑的金伯利岩模型 (蓝线).左边为初始模型,右边为最终模型.(据Cosma and Enescu, 2011) Figure 3 (a) Seismic interpretations shows the shape of the Diavik Kimberley rock in northwestern Canada based on the data surrounding the four borehole.(b) Reshaping of the pipe model based on the interpretations from the seismic side scans, shown in blue lines. Initial model is shown on the left and final model on the right. (afterCosma and Enescu 2011)
1.4 正演模拟

正演模拟有助于对矿体或构造波场的认识,对地震数据的处理与解释有很好的指导意义.在沉积岩地区的勘探中,对已知矿体或典型构造的正演模拟研究已经非常成熟.近年来,在金属矿勘探中,一些学者尝试在已开展2D或3D反射地震的矿区进行正演模拟以研究矿体的形态及弹性波场相应特征,取得一些很有价值的认识.

Bohlen等 (2003)根据加拿大魁北克省北部的Bell Allard锌铜矿的形态、成分和大小,利用3D弹性有限差分法对波场响应进行了模拟,结果显示了散射波和入射波远离矿体方向传播.同时指出了合成数据中的震相反转现象似乎只与矿石的组分有关.并提出了利用这一特性对矿体和其他地质体进行区分的设想.Malinowsk等 (2012)运用弹性波相位屏法进行了地震正演模拟,解决加拿大Flin Flon采矿区3D地震调查中成像和解释的一些问题.结果证明了,地震技术探测块状硫化物矿体的能力取决于其矿化的类型 (黄铁矿的含量有所变化),特别是控矿岩石存在相互作用的时候.Bellefleur等 (2004, 2012) 在对加拿大Halfmile Lake矿床的火山岩型块状硫化矿物VSP采集方案与数据建模的基础上,进行了2D弹性有限差分模拟,结果显示地层下倾方向的P-P、P-S、S-P、和S-S散射波都具有很强的振幅,成功地再现了VSP资料上出现的很多波场现象.特别是P-S和S-S波的径向分量、P-P和S-P波的垂向分量出现的异常.这说明不同了模式的散射波可能都含有帮助划定深部硫化物矿化带目标的有用信息.

在广泛地球物理和地质研究基础上,Dehghannejad等 (2006, 2012) 对瑞典北部Skellefte矿集区的Kristineberg矿床进行了2D弯线弹性波有限差分模拟,所得结果为矿区采集的天然地震观测数据提供了更进一步的认识.合成数据显示合成数据表明,2D剖面上陡倾角构造反射相混淆而在处理中剖面中表现为假象.当使用叠前时间偏移处理时,效果将得到一定改善.而后对矿区的3D地震数据进行了叠前时间偏移成像处理,确定了反射的真实位置.

澳大利亚西部Yilgarm克拉通Kambalda区域的绿岩带富含丰富的金、镍和铁矿床,而这些已探明的矿床都存在于深部不均匀的复杂风化层构造内,给勘探工作带来了很大难度.Urosevic等 (2012)在3D高分辨率地震实验数据的基础上,在以最先进立体解释手段对主要的岩性分界面和构造进行了成像的同时,运用井下超声波测量所到的岩性物性数据对该区域的含镍硫化物矿床进行了地震正演模拟.根据该矿床已发现的典型矿体的尺寸采用均方根振幅属性以简单的向上和向下延拓窗口进行了约束,发现了四个镍硫化物矿体的新区域,并且在之后的钻孔中已证实了其中三个的准确性 (图 4).探索出该区域一套关于深部较小规模的硫化物矿床勘探的有效方法.

图 4 Kambalda区域含镍硫化物矿体周围一定时窗内提取的均方根振幅属性.黑色箭头所指的区域为已发现的镍矿体.圆圈标记的区域为建议的新目标体.白色圆圈标记的地震异常区域已经被钻孔证实为矿化体.黄色圆圈目前还没有经过钻孔验证 (据Urosevic et al., 2011) Figure 4 The rms amplitude map computed in a window around ultramafic/basalt interface.Known Ni occurrences are marked by black arrows.Proposed new targets are labelled by circles. White circles are seismic anomalies verified by underground drilling as mineralized bodies.Yellow circle has not been verified by drilling at present (after Urosevic et al., 2011)

Ahmadi等 (2013)对瑞典中部Garpenberg多金属硫化物矿床进行了高分辨率二维地震成像和正演模拟,通过比较模型数据和实际数据发现,在实际地震剖面的高振幅信号最有可能是从附近较大矿体内一个矿石的顶部发出的.尽管在只有二维资料和没有地质资料约束的情况下,对矿体的定位仍具有很多不确定性.但该研究结果证实了硫化物位置的可能性.

2 金属矿反射地震技术应用中存在的问题

虽然反射地震技术在沉积岩环境油气勘探中的应用已经非常成熟,但由于其应用成本较高,解释上也存在一定的多解性,加之在硬岩环境下所涉及的地震地质条件和解决的地质问题更加复杂.金属矿勘探在近些年才开始逐渐的被接受并开展.随着近地表大矿床的发现越来越难,浅部有开发经济价值的矿床储存量下降.相比于传统的非震方法,地震勘探理论成熟、分辨率高,在深部探测方面具有明显的优势,显然更加符合金属矿勘探行业发展的需求 (勾丽敏等,2007周平和施俊法,2008Malehmir et al., 2013徐明才等,2013).

然而,除了成本的限制之外,地震勘探在金属矿勘探中的应用还需考虑多个方面的问题:

1) 岩石物性测量.目前为止很多的学者的工作已经对矿体岩石物理属性的平均值提供很好的指示 (Heinonen et al., 2012).但是,这显然远远不够,尤其是当已知目标区域有多种成分不均匀的分布,成矿系统比较复杂的情况下 (Eaton et al., 2003).

2) 数据采集.硬岩环境地表地质条件复杂,野外施工困难.矿区通常采集到的反射地震数据噪声干扰严重.在观测系统设计时,需要考虑尽可能提高剖面覆盖次数,同时优化的震源也是需要思考的问题 (吕庆田等,2010Liu et al., 2012).

3) 数据处理.金属矿勘探中地表地质条件与含矿构造都极为复杂,很多目标体尺寸较小,所以处理过程中在去噪的同时应考虑尽可能保留高频数据.同时重点考虑折射静校正、地表一致性反褶积和倾角时差校正等处理步骤;另外,处理的目标是获得高质量的真振幅剖面,而许多矿区采集的数据的普遍特点是低信噪比和反射不连续.在叠加之前如果不进行自动增益控制以平衡信号的振幅,成像也会比较困难 (Eaton et al., 2003; Malehmir et al., 2013).

4) 解释.由于金属矿区地下结构复杂,形态变化很大,造成其波场的复杂性.地震剖面中会存在多种假象和解释陷阱,同时也存在一定的多解性.现有的解释手段和工具不能满足金属矿勘探的需求.

3 金属矿反射地震技术发展方向

硬岩环境的地质条件与沉积环境的地质条件相比有很大的不同.油气勘探中对于复杂波场还原已经比较成熟,但但这些方法在金属矿勘探中的有效性需要更多实践加以验证并改进.近年来,反射地震在在金属找矿中的应用案例越来越丰富,取得了很大得进展.现阶段已经取得了很多有意义的成果,但金属矿地震调查项目开展的数量还很是有限,所获得效果远远没有达到最好.所以更多的研究和应用、更加先进的处理和成像技术还需要不断的进行尝试.

1) 建立更加精细和完善的矿物岩石物理属性信息.详细的岩石物理资料与模拟工作可以帮助我们理解和认识复杂但更加真实的成矿系统的波场 (Eaton et al., 2003吕庆田等,2010Malehmir et al., 2013).因此,对于反射地震技术直接找矿来说,这方面的工作显得至关重要.

2) 三维地震、高分辨率井下地震勘探技术能够在更加复杂或更大的深度环境下仍然保持数据的高分辨率和高质量 (徐明才,2002).特别是无线接收器和多分量接收传感器,也许在不久会得到越来越多的应用.

3) 硬岩环境下与沉积环境有很大不同,弹性波的衰减特征也不同.这意味着适用于油气勘探的震源或许对硬岩环境来说并不是最佳的选择.所以研究和开发轻便智能、信号频率较高且成本较低的震源不仅在工作效率上,而且在信号采集的质量上对地震找矿工作来说都十分有益 (曹令敏,2011陈明春等,2015).

4) 更多典型矿体模型的正演模拟研究,从而提高对不同形状、组分和尺度的金属矿体的波长响应特征的规律性认识.

5) 多种地震属性反演研究.声阻抗对地震勘探来说可能是最重要的地震属性,但是对不同的岩石声阻抗变化并不是唯一的 (Harrison and Urosevic, 2012).因此,描述一种岩石类型和围岩蚀变应该考虑其他更多的地震属性.高分辨率3D数据的反演 (波阻抗和其他弹性参数如AI、EI和AVO属性) 可能在未来的硬岩地震勘探中能够起到非常重要的作用.

6) 采用多种先验地质信息与其他地球物理技术相结合的手段在矿区局部进行三维甚至是四维的地质建模研究.尽可能包含所有有用信息的解释建模方案在不就的将来成为一门重要的交叉学科.它更利于克服金属矿勘探中的多解性难题,获得更有价值的成果 (曹令敏,2011; Dehghannejad et al., 2012张明辉等,2015邵陆森等,2015).

4 结论与展望

通过对近年来应用案例的回顾,充分说明了地震技术在金属矿勘探中应用的可行性,该方法在金属矿勘探中具有广阔的应用前景:

1) 高分辨率反射地震在精细揭示金属矿控矿构造、追踪含矿层、甚至直接发现深部矿体方面逐渐显示出巨大的优势 (吕庆田等,20102015).地震技术已逐渐成为金属矿勘探中一项不可替代的重要探测手段.在勘探程度较高的区域,当勘探深度较大、常规物探方法的分辨率无法满足勘探需求时,作为其他资料的重要相互补充,地震技术将发挥着重要作用.

2) 目前金属矿勘查中的地震调查主要以二维高分辨率调查为主,但三维技术将成为发展趋势.井中技术、正演数值模拟等技术的应用案例也越来越多 (徐涛等,2014),这些技术在指导实际地震资料的处理、解释和认识方面起到了重要作用.

3) 最后,尽管现阶段地震技术在金属矿勘查应用中取得了很多有意义的成果.但由于金属矿勘探地震地质条件的特殊性,金属矿地震技术无论是在岩石物性还是在数据采集、处理和解释方面都还存在许多不足.所以油气行业比较成熟的技术还需要不断的进行研究和改进,才能使其能成为硬岩环境中有效且实用的方法技术.另外,在金属矿勘查中将地震方法技术推广需要进一步的降低其成本 (Malehmir et al., 2012a).一旦成本降低到一定水平,相信未来会有更多关于金属矿地震调查案例的出现.

致谢 感谢审稿专家提出的修改意见和编辑部的大力支持!
参考文献
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