綠色勘查技術(shù)在礦產(chǎn)資源勘探中的應(yīng)用分析

趙 耀

我國擁有豐富的礦產(chǎn)資源，礦山分布地區(qū)廣泛且地質(zhì)各不相同。在對礦山進行開采前要對礦山中的礦產(chǎn)資源進行全方位的勘探，對礦山附近地區(qū)的地理環(huán)境、地質(zhì)條件等進行綜合探測。通過對礦山中的礦產(chǎn)資源進行勘探，可以很好的將礦產(chǎn)所在位置等信息很好的總結(jié)提供給后期開采人員，使得他們準確的對礦產(chǎn)資源進行挖掘，提高開采的精確程度。

在對礦山進行礦產(chǎn)資源勘探的過程中，會在前期進行大規(guī)模的地質(zhì)勘探工作。地質(zhì)勘查工程通常會進行鉆探、坑探、槽探等工程操作，這些工程都要對礦區(qū)附近的地表進行挖掘。這些對于地表的挖掘，會對當?shù)丨h(huán)境造成不同程度的損壞。特別是槽探和鉆探工程，在施工的時候會對地表覆蓋的植物造成直接的傷害，進而造成植被退化引發(fā)水土流失的問題。同時，一些勘探設(shè)備體型龐大，在運輸過程中會對樹木造成傷害。在進行礦產(chǎn)資源的勘探時，被勘探地區(qū)的生態(tài)環(huán)境都會承受一定程度的破壞，所以在勘探中引入綠色勘探技術(shù)越來越重要。

本文在開展綠色勘探的要求上，對礦產(chǎn)資源勘探技術(shù)引入航空電磁測量技術(shù)，該技術(shù)是以飛機等航空器為運載工具的探測方法。該技術(shù)運用到礦產(chǎn)資源勘探中，可以很好地縮減成本，同時提高勘探效率高，該方法對各種不同地理環(huán)境下的礦產(chǎn)資源的勘探都能適用。

1 綠色勘查技術(shù)勘探礦產(chǎn)資源

1.1 基于頻率域航空電磁測量技術(shù)的礦產(chǎn)資源的勘探

1.1.1 基本原理

頻率域航空電磁測量技術(shù)是利用電磁感應(yīng)為理論基礎(chǔ)。當對礦產(chǎn)資源進行勘探時，周圍磁場被交變電流激發(fā)，形成感生渦旋電流，這種電流在該地區(qū)形成交變磁場，這就是二次場。頻率域航空電磁測量技術(shù)通過在該地區(qū)上方對磁場進行掃描，利用二次場的變化對礦區(qū)地下的礦產(chǎn)資源的性質(zhì)和分布進行分析。

1.1.2 技術(shù)特點

通過表1 可以看出，利用頻率域航空電磁測量技術(shù)進行礦產(chǎn)資源的勘探時，勘探飛機需要設(shè)置信號發(fā)射裝置、磁場補償裝置、中央調(diào)控裝置、GPS 導(dǎo)航定位系統(tǒng)、無線電反射測量裝置、氣壓測量裝置、溫度檢測裝置、輔助磁場信號接收裝置。

表1 HDY402 型三頻航空電磁系統(tǒng)技術(shù)指標

圖1為國產(chǎn)Y12 航空物探綜合站。將頻率域航空電磁測量技術(shù)合理安排在一架飛機上，使得頻率域航空電磁系統(tǒng)與飛機整合，將發(fā)射裝置設(shè)置在飛機的左側(cè)線圈中，最終的接收裝置設(shè)置在飛機的右側(cè)。在探測飛機的機尾設(shè)置磁場探測探頭。

圖1 Y12 航空物探綜合站

將頻率域航空電磁測量技術(shù)所使用裝置全部安放在飛機上，使得飛機的重量有所增加，持續(xù)飛行時間有所下降，起飛時的爬行長度增加，巡航時的速度有所降低，但飛機的操作和控制強度沒有變化，仍能夠精確的對目標地點進行勘探。

1.2 頻率域航空電磁測量技術(shù)實施要點

采用頻率域航空電磁測量技術(shù)的礦產(chǎn)資源進行勘探與傳統(tǒng)的采用地面儀器設(shè)備進行勘探不一樣，頻率域航空電磁測量技術(shù)是將所需要的一起設(shè)備全部安裝到使用飛機上，在進行勘探的時候，飛機始終處于運動著的狀態(tài)。在實施中有很多要點需要注意。

第一點，噪音對于勘探效果的影響。頻率域航空電磁測量技術(shù)所使用的電磁裝置向地面所發(fā)射的電磁信號十分微弱。在進行勘探時需要對飛機的噪音進行很好的控制，減少噪音對于信號接收的影響。飛機在飛行時，發(fā)動機所處的位置在飛機的機翼，而勘探的信號發(fā)射和接收裝置也都安放在飛機的機翼上，發(fā)動機在振動時所產(chǎn)生的振動波對于電磁信號存在一定的影響。此時需要在發(fā)動機位置設(shè)置避震器，以減小發(fā)動機振動時產(chǎn)生的振動波。在安裝避震器時需要注意對該飛機的巡航速度、攀升角度、發(fā)動機運行功率、飛機轉(zhuǎn)彎以及飛機上升下降時的整體產(chǎn)生的振動頻率，對此進行分析，選擇合適的、可調(diào)節(jié)的避震裝置。同樣的，飛機飛行時，機翼會產(chǎn)生輕微的抖動，對于信號接收和發(fā)射都存在一定程度的影響。需要在飛機機翼的信號發(fā)射、接收裝置中設(shè)置異常識別裝置，減小由于機翼振動造成的異常現(xiàn)象，使得對礦產(chǎn)資源進行勘探時二次場的電磁接收更加精準。

第二點，電磁場的零水平漂移的影響。當頻率域航空電磁技術(shù)對礦產(chǎn)資源進行勘探時，會隨著時間的累積發(fā)生漫漂的現(xiàn)象。零水平漂移受到環(huán)境溫度、磁場補償?shù)纫蛩氐挠绊憽ｋS著飛機的高度不斷攀升，環(huán)境溫度不斷下降，由于處在高空位置，風(fēng)速和方向都會對環(huán)境溫度造成影響，順風(fēng)飛行時環(huán)境溫度變化較小，逆風(fēng)飛行時環(huán)境溫度變化較大。此時，飛機上的信號接收線圈的實際應(yīng)用面積發(fā)生變化，導(dǎo)致所產(chǎn)生的電流改變，由于二次場的電流十分微弱，電流的微小改變都會影響信號的接收。于是，需要在飛機的接收裝置上設(shè)置電流補償裝置，在額定電流減小時，能及時增加接收裝置的電流，保證信號接收的穩(wěn)定性。

第三點，頻率域航空電磁測量技術(shù)中在發(fā)射時要注意大功率控制，以及機翼振動幅度和相對位置的平穩(wěn)度控制。

第四點，應(yīng)用頻率域航空電磁測量技術(shù)對地質(zhì)進行勘探后的數(shù)據(jù)處理要更加重視。因為在使用頻率域航空電磁測量技術(shù)勘探地質(zhì)的時候是通過相對位移來測量的，所以使用不同的飛機來測量時的基準線都不一樣。每次進行勘探前都要進行基準線的調(diào)平操作。因為頻率域航空電磁測量技術(shù)十分復(fù)雜，在數(shù)據(jù)分析的時候利用一維正反演方法，這樣能夠確保數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性。

1.3 勘查偽隨機碼發(fā)射信號源

頻率域航空電磁測量技術(shù)采用偽隨機碼作為發(fā)射信號源。這種偽隨機碼在相對應(yīng)的數(shù)字范圍中呈現(xiàn)不規(guī)則排列，但是這些偽隨機碼的運動軌跡是可以預(yù)測出來的，同時這些偽隨機碼也會在一段時間后重復(fù)出現(xiàn)。偽隨機碼在勘探時候所發(fā)射出的頻率譜相對平坦，振動帶范圍也相對較寬，減少了接收信號的噪音。

1.4 信號數(shù)據(jù)采集

在運用頻率域航空電磁測量技術(shù)進行勘探前，要對勘探設(shè)備進行檢測。信號接收裝置要在勘探前進行水準校對，進行勘測的時候著重記錄接收到的電磁信號橫向分支和縱向分支。此外還要注意縱向磁場隨時間變化的數(shù)據(jù)。在勘探時還要設(shè)置軸向式工作裝置來對數(shù)據(jù)進行解析。

頻率域航空電磁測量技術(shù)在飛機上安裝的信號發(fā)射裝置利用電偶極源的方式對信號輸出，在地面反射電磁信號時運用電偶極子陣列進行數(shù)據(jù)的采集，信號發(fā)射裝置與電偶極子接受裝置之間的距離根據(jù)勘探范圍來確定，一般為勘探范圍的二到四倍。

因為飛機在勘探時不停的移動，信號發(fā)射位置與接收位置的相對位移不斷增加，導(dǎo)致最后接收到的電磁信號微弱、噪音多。因此，在勘探范圍相對較大、探測位置相對較深時，信號發(fā)射裝置與電偶極子接受裝置之間的距離設(shè)置為探測范圍的四倍，這樣就能保證信號接收后的質(zhì)量。相同的位置記錄下多個數(shù)據(jù)，對這些數(shù)據(jù)進行處理，將差值相對較大的兩個數(shù)據(jù)刪除，將多個數(shù)據(jù)取平均值，保證數(shù)據(jù)的誤差在可接受范圍。在數(shù)據(jù)圖中標出中心位置，使頻率域航空電磁測量技術(shù)在勘探時能對被測區(qū)達到全覆蓋。

1.5 應(yīng)用范圍和條件

采用頻率域航空電磁測量技術(shù)的礦產(chǎn)資源進行勘探相比較傳統(tǒng)的勘探手法，最明顯的特點就是工作效率高。可以很快并且十分精確的對大面積的礦區(qū)的礦產(chǎn)資源進行勘探。

因為采用頻率域航空電磁測量技術(shù)是利用飛機來進行勘探的，對于礦區(qū)的地形有一定程度的要求限制。在勘探時飛機的飛行高度偏低，這就對礦區(qū)地形有所要求，盡量相對平穩(wěn)的地區(qū)更利于飛機的飛行勘探。因為飛機要對地面發(fā)射電流，要求礦區(qū)的地面導(dǎo)電裝置較少，以減少對于電磁場的影響。

利用頻率域航空電磁測量技術(shù)對地質(zhì)進行勘探的好處就是探測所用時間短，能對范圍較大的區(qū)域進行細致探測，能夠精準的定位礦床所在位置。頻率域航空電磁測量技術(shù)在使用時主要工具是飛機，飛機在飛行時沿著探測地區(qū)的地面形態(tài)進行高度的調(diào)整，極大的貼近地面發(fā)射電磁信號。在進行探測的時候裝置接收回的探測信號可以繪制成地質(zhì)填圖等圖紙方便工程師進行計算。對于地面所覆蓋的導(dǎo)電層相對較厚的地區(qū)要進行多冊的測量，記錄多組數(shù)據(jù)分析，保證勘探結(jié)果準確，與真實值誤差相對較小。

2 應(yīng)用實例

以膠東地區(qū)的礦區(qū)為例子，采用綠色勘查技術(shù)勘探礦產(chǎn)資源，以驗證其實用性。該礦區(qū)為典型破碎帶蝕變巖型，金礦床嚴格受斷裂帶的控制并產(chǎn)于其中，且與金屬硫化礦物共生，在一定條件下金與硫化物的含量呈正消長關(guān)系。硫化物含量越高，溶解于地下水中的硫酸鹽型裂隙水的礦化度就越高，其導(dǎo)電性就越好，則含金破碎帶的電磁響應(yīng)也越強，其強度代表了金礦的含量儲備。因此，可以說在一定條件下，發(fā)現(xiàn)斷裂破碎帶，特別是內(nèi)接觸帶的次級斷裂帶，就是金礦床的重要找礦靶區(qū)。基于此理論，采用航空電磁綜合測量勘查方法在該地區(qū)開展金礦普查，發(fā)現(xiàn)劃分地層、圈定巖體和斷裂帶效果非常顯。

通過分析航拍繪制的剖面平面圖，航電劃分地質(zhì)界線，礦山探測區(qū)Ⅰ區(qū)東南角航電高頻虛分量（HIm）剖面平面圖可以發(fā)現(xiàn)，區(qū)域電磁場特征的分界線十分清楚。這是不同地質(zhì)體電性差異在電磁區(qū)域場中的客觀反映。

圖中左上角到右下角的區(qū)域電磁場特征分界線就是高阻體玲瓏花崗巖（左側(cè)）與中阻體變質(zhì)巖系（右側(cè)）的接觸帶。帶中航電剖面異常特征明顯的部位，全部對應(yīng)在已知的金礦上。

圖3是礦山航空電磁土壤鹽漬化程度圖。土壤鹽漬化程度愈高，導(dǎo)電金屬離子越多，土壤表現(xiàn)出的導(dǎo)電能力就越好，若導(dǎo)電金屬離子相對較少的地方其導(dǎo)電能力也較弱。利用頻率域航空電磁測量技術(shù)對地面進行勘探的時候能夠根據(jù)電磁信號來檢測出該地區(qū)的導(dǎo)電性能從而勘探處該地區(qū)的土壤鹽漬化程度，為后面的礦產(chǎn)勘探提供了幫助。

圖3 礦山航空電磁法圈定土壤鹽漬化程度圖

頻率域航空電磁測量技術(shù)在對不同地形條件的地面進行勘探的時候，根據(jù)不同地面的導(dǎo)電層調(diào)整飛機的基準值，使得所勘探的數(shù)據(jù)相對誤差較小，數(shù)據(jù)的接收質(zhì)量相對穩(wěn)定。

山東地礦部門在頻率域航空電磁法某測區(qū)內(nèi)，對19 處異常開展了地面查證工作，僅占該區(qū)異常總數(shù)的5.5%，查證結(jié)果，3處見金礦，1 處見金礦化，見礦率為21%，經(jīng)詳查1 處為中型金礦；武警黃金部隊（包括武警黃金地質(zhì)研究所）在頻率域航空電磁法某測區(qū)內(nèi)，分兩期對32 處異常進行了地面查證工作，占該區(qū)異常總數(shù)的17.8%，查證結(jié)果，12 處見金礦，3 處見金礦化，見礦率46.9%，經(jīng)詳查3 處為中型金礦、1 處為小型金礦。同時，由于相關(guān)部門地面查證工作滯后，其他部門在航空物探已飛區(qū)積極開展地面普查，相繼發(fā)現(xiàn)大、中、小型金礦達7 處之多，這些新發(fā)現(xiàn)的金礦床都受航空電/磁綜合測量圈定的斷裂破碎帶異常所控制。此外，經(jīng)對比發(fā)現(xiàn)，在某區(qū)內(nèi)幾乎所有的已知大、中、小型金礦和金礦點40 多處，也都被航空物探圈定的斷裂破碎帶所控制。由此可見，膠東地區(qū)航空電/磁綜合測量方法進行金礦普查效果顯著。

通過圖2 和圖3，我們可以很清楚的看出礦山地區(qū)的土壤斷裂帶和土壤鹽漬化程度以及范圍。相比傳統(tǒng)的勘探手段，該技術(shù)的應(yīng)用可以將細節(jié)很好地體現(xiàn)出來，使得后期開采工作可以順利進行。以往的勘探針對不同問題需要采用不同的設(shè)備，利用頻率域航空電磁技術(shù)減少了使用設(shè)備的種類，降低了施工成本，提升了礦產(chǎn)資源探測效率。

圖2 航電高頻虛分量（HIm）剖面平面圖

3 結(jié)語

在礦產(chǎn)資源的勘探中應(yīng)用綠色勘探中的頻率域航空電磁技術(shù)，減小施工時對礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的破壞，同時降低了勘探的成本，提高了礦產(chǎn)資源工作的效率。通過綠色勘探技術(shù)對礦產(chǎn)資源進行勘探使得礦山能夠進行綠色可持續(xù)發(fā)展。頻率域航空電磁測量技術(shù)的裝置設(shè)置相對較穩(wěn)定，數(shù)據(jù)的處理和制圖能夠形象的將被勘探地區(qū)的礦床標注出來，可以對不同地質(zhì)條件的地區(qū)進行礦床的勘探。但是由于時間和篇幅的限制，頻率域航空電磁技術(shù)在勘查中的應(yīng)用沒有做多次實驗進行驗證，在今后的研究中需要進一步發(fā)展完善。