大比例尺直升机航空物探在深部找矿中应用前景blpq.docx

大比例尺尺直升机机航空物物探在深部找找矿中应应用前景景熊盛青、于于长春、王王卫平、范范正国、王王乃东、万万建华、张张洪瑞（中国国国土资源源航空物物探遥感感中心，北北京 1100000833）摘要：本本文针对对深部及及矿区外外围找矿矿难度大大、勘探探周期短短等特点，以以及直升升机航空空物探的的优势，提出了采用直升机航空物探快速获取高分辨率航空物探资料的方法，并通过利用磁、电、能谱综合信息，挖掘矿山深部及外围资源潜力，直接为地质找矿服务。关键词：直升机机、矿山山、深部部找矿国外许多多大型矿矿山勘探探开采深深度已超超过10000mm，如南非非在40000mm以下的的深度找找到了金金矿，澳澳大利亚亚在30000mm深度发发现了储储量大于于3000万吨的富铜铜矿床1。我国绝绝大多数数矿山的的开采深深度一般般不足5500mm，考虑到到现行勘勘探和开开采技术术在5000110000m深度范范围内的的可行性性，矿山无无疑存在在深部第第二找矿矿空间、第第三找矿矿空间。我国铜陵冬瓜山大型铜矿床的产出深度在1000m左右1，大冶铁矿在1000m左右见到第三台阶厚大矿体2等，我国现有矿山的深部仍具有极大的找矿潜力。用于深部部隐伏矿矿的勘查查的地面面金属矿矿物探方方法主要要有高精精度重力力勘查、高高精度磁磁测、瞬瞬变电磁磁法勘查查、可控控源音频频大地电电磁、三三频激电电、井中中声波透透视、地地下电磁磁波、深穿透透地球化化学方法法等3。由于于重要金金属矿区区及外围围大多地地形复杂杂，地面面物探工工作效率率很低，施工困难，多数地面物探测量工区分布面积偏小，在一定程度上影响了矿山深部及外围找矿效果。20033年以来来，采取取引进和和自行研研制相结结合的方方针，成成功地研研制集成成了吊舱舱式直升升机频率率域电磁磁、磁综综合测量量系统和硬架式式直升机机磁、放放综合测测量系统统，投入生生产并获得了了良好的勘勘查效果果。目前前直升机机最大勘勘探比例例尺已达达15,0000，并并且这两两套直升升机航空空物探测测量系统统可以沿沿地形起起伏飞行行，探头头离地高高度最低低可达330880m，采样样间隔可可达13m左右，DDGPSS平面定定位精度度好于1m，尤其其适合于于地形复复杂地区区的矿产产勘查工工作。同同地面物物探相比比，直升升机测量量具有速速度快、测测量精度度高、信信息丰富富、异常常分辨率率高优点点。在矿区区做较大大的测量量面积不不仅可对矿区区深部磁磁性地质质体产生生的弱缓缓异常反反映完整整，而且且便于磁磁异常综综合对比比分析，有有助于发发现矿区区周围未未知矿床床。大冶111万高高分辨率率航磁找找矿成功功经验表表明，以直升机机物探方方法获取取的高精精度资料料为基础础，采用用精细反反演方法法，可以以实现深深部找矿矿目的。1 直升升机航空空物探方方法1.1测测量系统统组成1.1.1 吊吊舱式系系统吊舱式直直升机频频率域电电磁、磁磁测量系系统是我我国从加加拿大引引进了IIMPUULSEE六频电电磁仪和和磁力仪仪基础上上，自行行集成的的一套测测量系统统。该系系统由IIMPUULSEE频率域域电磁系系统、CCS33磁力仪仪、DSS3数据据收录系系统、GGPS导导航定位位系统、高高度测量量系统、模模拟记录录仪和电电源系统统组成，可可同时测测量电磁磁、磁22种参数数，其性性能指标标达到了了世界同同类产品品的先进进水平4。IMPLLUSEE电磁系系统为新新型的数数字化和和宽带系系统，有有2对发发射和接接收线圈圈（水平平共面线线圈对和和垂直同同轴线圈圈对）,每对线线圈的发发射磁矩矩为8000 AAm2，发射射3个频频率，频频率范围围8700至2332500Hz，其其中水平平共面线线圈对层层状大地地的导电电率有较较高的分分辨率，而而垂直同同轴线圈圈对垂直直导体分分辨率较较高。该该系统记记录6个个频率的的电磁响响应，采采样率每每秒300次，在在直升机机时速1120kkm/HH时，相相当于沿沿着飞行行测线每每1m一个个采样。20044年在内蒙蒙古乌达达煤矿区进行行了国内内首次吊吊仓式直直升机航航空磁、电电磁综合合测量4,55。测线线飞行采采用沿地地形起伏伏飞行的的方法，测测网密度度为500m×2500m，测线线间距550m。直升升机吊舱舱（探头头）平均均离地高高度499m；导导航定位位精度好好于2.58mm；测线线偏航距距通常小小于200m。1.1.2 硬硬架式系系统硬架式直直升机航航磁测量量系统是是我单位位新研制制、具有有国际先先进水平平的航空空物探测测量系统统。机载航空空物探设设备包括括HC20000K航航空磁力力仪、DDSC1航磁磁补偿仪仪、GPPS导航航定位设设备、GGPS差差分定位位设备、数数据显示示设备等等。20055年在湖湖北黄石石地区进进行了硬硬架式直直升机航航空物探探（磁）测测量工作作。测线线飞行采采用沿地地形起伏伏飞行的的方法，测测线间距距1000m。导航航定位精精度好于于1m；平均飞飞行高度度为1444m，测线偏偏航距通通常小于于11mm，测量量总精度度小于22nT。1.2 系统机机动灵活活在直升机机爬升率率允许的的范围内内，直升升飞机升升降自如如，非常常适合于于目的性性比较强强的小规规模精细细探测；由于直直升机转转弯灵活活，也可可以多次次重复飞飞行，直直到得到到满意结结果为止止。在一一些地形形陡峭的的地区，甚甚至可以以利用慢慢速和悬悬停功能能，精细细获取航航空物探探测量数数据，这这是固定定翼飞机机无法比比拟的。尽管在海海拔高度度25000m以以上的高高原地区区，直升升机爬升升率一般般为2.5m/s左右右,远低低于其通通常5mm/s左左右的爬爬生率，但但是直升升机水平平飞行速速度低的的特点使使其在相相同的距距离上赢赢得了更更充足的的爬升时时间，一一般可以以赢得比比Y-112等固定翼翼飞机多多一倍的的爬升时时间，因因此直升升机航空空物探系系统在山山前和山山后飞行行高度也也可以明明显降低低，真正正实现随随地形起起伏飞行行方式。图1为湖北北黄石地地区硬架架式直升升机航空空物探系系统飞行行高度（50m过山头）曲线和固定翼飞机最大低飞理论曲线对比图6。固定翼最大低飞高度理论曲线设计依据主要是飞机地速7.5m/s，爬升率5m/s，过山头高度100m。由图可见，直升机航空物探系统在山前和山后等地区降低飞行高度方面具有明显的优势。图1 直直升机实实际与固固定翼飞飞机理论论的飞行高度度对比曲曲线1。直升升机飞行行高度曲曲线； 2. DTMM曲线； 3. 理论论计算的的固定翼翼飞机飞飞行高度度曲线1.3 系统分辨辨率高由于直升升机航空空物探系系统灵活活、飞行行高度低低，因此此明显提提高了系系统对探探测目标标物的分分辨率。图2是黑龙江料甸地区硬架式直升机航空物探系统试验测量结果6。区内南部为华力西晚期中粒至斑状花岗岩、花岗闪长岩类；中部局部存在二叠系砂岩、厚层大理岩夹页岩和石灰岩，含石墨层；北部为白垩系中酸性和中基性火山岩。根据DEM资料分析，在料甸试验区7km×20km范围内在1960年进行过110万航磁测量，使用25型仪器，目视领航，平均飞行高度200m。为了突出对比效果，我们截取了1960年相同范围固定翼系统测量数据，并按照本次试验所采用的相同方法和网格距形成了等值线平面图（图2a）。图2（b）和图2（c)是利用硬架式直升机航空物探测量数据绘制的等值线图（飞行高度分别为100m和30m）。对比新老资料，虽然磁场总体趋势基本一致，但老资料磁场信息较为平缓，没有反映出局部磁异常的分布特图2固定定翼飞机机与直升升机在不不同高度度上获得得的T磁场场结果对对比a.固定定翼飞机机磁测结果（2200mm），b.直升机机磁测结果（1100mm），c.直升机机磁测结果（330m）;坐标单单位m/磁场单单位nTT点。主要要原因是是当时的的仪器精精度低、测量量高度大大、收录录方式等等问题造造成，部部分原因因也可能能是因为为40年来来的矿产产开改变变了一些些磁场形形态；值值得说明明是，硬硬架式直直升机航航空物探探30mm飞行高高度的测量结结果比1100mm飞行高高度的测量结结果信息息更为丰丰富，同同时磁场场值也相相应增大大，这进进一步说说明了直直升机航航空物探探低高度度飞行测测量的高高分辨率率特性。20055年硬架架式直升升机航空空物探系系统在湖湖北黄石石地区开开展的111万高高分辨航航空物探探测量中中，共新新编航磁磁异常997处，其其中甲类类矿致异异常133处，而而19993年该该区曾开开展12.55万航磁磁测量，仅仅选编异异常222处。其其主要原原因是由由于仪器器测量精精度、定定位精度度的提高高，以及及飞行高高度的降降低，提提高了系系统的分分辨率，发发现了一一些原有有被遗漏漏的弱小小异常，异异常信息息量的增增加为下下一步找找矿工作作部署提提供了依依据。1.4精精细反演演方法1.4.1单剖剖面反演演精细反演演是指利利用直升升机航空空物探高高精度测测量数据据，即通通过详细细测量或或收集测测区内地地表及井井下各类类岩石的的物性资资料，采采用二维维7或三维维正演方方法去除除已知地地质体引引起的物物探异常常，求取取剩余异异常和利利用剩余余异常反反演地下下地质体体空间位位置的方方法技术术。1.4.2多剖剖面联合合反演精细剖面面反演可可以依据据航磁资资料，结结合地面面勘探线线位置，进进行多剖剖面联合合反演。此此种反演演特点是是在综合考考虑已知知或推测测矿体、磁磁性岩体体在走向向延伸情情况，特特别是剖剖面旁测测磁性体体的影响响前提下下来设计磁磁性体断断面特征征及走向向延伸长长度。因此，能能够更加加全面地推推断地下下磁性体体空间展展布特征征。2深部找找矿效果果直升机航航空物探探系统分分辨率高高、多参数数测量，解解释中可可以互相相印证，能能够减少少异常多多解性，再再加上测测量面积积较大，可可以从区区域上分分析解释释异常成成因，因因而可以以提供较较为可靠靠的找矿矿信息。20044年航遥遥中心与与加拿大大INCCO公司司合作在在辽东吉南南成矿带带的桦甸甸和龙龙铜镍成成矿远景景地区的的3个区区块开展展了12.55万直升升机电磁磁、磁综综合测量量取得了了明显的的效果，确确定了多多处对寻寻找铜镍镍矿有意意义的找找矿目标标；20005年航航遥中心心在湖北北黄石开开展了111万硬架架式直升升机航磁磁测量，依依据精细细解释结结果所布布设的钻钻孔，已已有三孔见矿矿，分述述如下。图3是象象鼻山矿矿段精细细反演结结果。FFe3和和Fe44是两个新推推断的未未知矿体体。20006年年10月月，在FFe4矿矿体上布布设的ZZK211-8孔孔，于孔孔深7221.9987700.377m间发现了了6层铁铁矿体，累计厚厚14.8m，矿石石矿物主主要为磁磁铁矿，磁磁黄铁矿矿、黄铜铜矿等，铁铁的品位位目估为为20-45%，铜的的品位目目估为00.5%。采用用同样的的方法，在在狮子山山西侧布布设了ZZK266-6孔于7322m见矿矿，见铁铁矿体厚厚度为44.444m。图3象鼻鼻山号剖面面航磁异异常精细细反演结结果图4 133勘探线线航磁异异常反演演计算结结果图例： 1.已知知矿体；2.推断断矿体；3.细斑斑含石英英闪长岩岩；4.闪长岩岩；5.大理岩岩；6.第四系系覆盖；7.实测T磁异异常曲线线；8.计算磁磁异常曲曲线；99.已知岩岩体及矿矿体异常常曲线；10.剩余异异常曲线线；11.模型体体序号；12.黑云母母透辉石石闪长岩岩；133.矽卡卡岩图4是龙龙洞矿段段13勘勘探线反反演结果果。首先先根据勘勘探线地地质剖面面图及勘勘探线经经过区的的岩相变变化，对对围岩进进行计算算，其基基本能产产生背景景场的异异常曲线线；然后后再将现现有钻孔孔控制矿矿体（FFe1）、挂挂帮矿（Fe4）加入，得出计算曲线与异常主尖峰仍有较大剩余异常存在。观察异常曲线形态可以得出，异常主峰较陡，故推断强磁性体埋藏深度较浅，同时Fe3所处位置均为年代较早钻孔，钻孔深度不大，并对应于主峰异常正下方，通过反演计算也在浅部得出强磁性体，故推断在海拔标高-50m-120m附近存在Fe3铁矿体。增加Fe3模型后，在剖面9.4km附近，仍存在部分剩余异常，结合成矿理论及相邻12勘探线推断成矿位置，故推断得出在海拔标高-580m-680m上下存在Fe2铁矿体。2007年13线设计钻孔位置（JY13-1）附近布设的ZK13-8于孔深703.49-732.66米之间见到三层铁矿，总厚度为11m。ZK211-8、ZK226-6、ZKK13-88孔见矿矿，实现现了大冶冶铁矿深深部找矿矿的又一一次重要要进展，进进一步证证实了大大冶铁矿矿龙洞-象鼻鼻山地段段深部存存在三个个台阶成成矿的认认识，增增强了在在深部找找矿的信信心。3应用前前景由于直升升机航空空物探系系统灵活活、分辨辨率高，在国际上大多用于矿区、矿区外围，以及重点成矿靶区的精细测量工作，并且在铁矿、及多金属深部找矿方面取得了明显的效果；目前，国内已经完成了几个测区的直升机航空物探测量工作，也取得了显著的勘查效果，并在大冶铁矿的深部找矿中取得了突破。由于我国的铁矿、多金属矿区，以及重点成矿靶区大多地形复杂，地面施工困难，矿区及外围的区域性物探研究程度并不高，为了提高资源评价进程，开展直升机航空物探测量是十分必要的。3.1 铁矿我国铁矿矿资源勘勘探程度度总体呈呈现东高高、西低低，鞍本本、邯邢邢、宁芜芜、鲁中中、鄂东东等铁矿矿区，勘勘探和详查矿矿区可达87%；勘探探程度较较低的辽辽西、五五台、密密怀、蒙蒙中，以及西西部地区区的祁连连山、阿阿尔泰山山、东西西天山等等，多数数矿区仅仅达到普普查阶段段。我国国铁矿床床勘探深深度，绝绝大部分分在25507000米之间间，平均均5000米，其其中东部部地区部部分矿区区大于7700米米，个别别达10000米米，西部部地区不不少矿区区小于2200米米。东部部地区绝绝大多数数铁矿床床，矿体体沿走向向和倾向向延伸（深深）很大大，外围围和隐伏伏区找矿矿有望，重重点是鞍鞍本、冀冀东等铁铁矿化集集中区，扩扩大铁矿矿储量，延延长矿山山服务年年限。中中、西部部地区的的五台、蒙蒙中、东东西天山山、阿尔尔泰山以以及东部部地区的的辽西等等成矿区区，工作作程度低低，是今今后找矿矿重点，有有望发现现一批新新的铁矿矿资源基基地。3.2 多金属属矿近年来，辽辽宁青城城子铅锌锌矿经过过综合研研究和勘勘查，在在矿区外外围发现现了一系系列大中中型金矿矿床,累累计探明明储量近近2000吨，使使青城子子地区一一跃成为为超大型型金银多多金属矿矿田；江江西德兴兴铜矿外外围发现现的金山山、银山山等大型型金矿，探探明资源源储量近近百吨。由于在我我国的成成矿远景景区带中中的矿化化蚀变带带、铜及及多金属属矿床通通常具有有一定的的导电性性，若能能够在我我国的重重点铜及及多金属属矿山及及外围开开展高分分辨率的的直升机机航空物物探综合合测量，充充分利用用航空电电磁测量量速度快快，工作作部署面面积大，数数据成果果反馈迅迅速的优优势，结结合已知知矿区电电磁异常常找矿模模型，快快速对矿矿区外围围及有利利矿带的的延伸区区域开展展评价，就就有可能能发现新新的矿产产资源基基地。3.3 找矿靶靶区中国地调调局确定定的166个重点点金属找找矿区带带中划分分的许多多成矿远远景区及及靶区，由由于地形形复杂、地地质和物物探研究究程度受受到限制制。航空空物探勘勘查多为为20世世纪700年代前前后开展展的固定定翼航空空磁测、定定位精度度较低、测测量比例例尺多为为120万万，少数数为15万，且且飞行高高度较大大，很可可能遗漏漏许多有有找矿意意义的异异常。并并且受当当时技术术条件限限制，物物探异常常评价较较粗略，精精细反演演工作很很有限。另外在“16个重点区片”中有许多重要铜、及多金属矿床，如长江中下游成矿带的铜陵铜矿、德兴大型铜矿，南岭成矿带的水口山铜矿，以及豫西成矿区的中条山大型铜矿等，川滇黔相邻成矿带的东川铜矿、大理铜锡矿等；因此，在16个重点区片中的重点成矿靶区开展直升机航空物探测量十分必要。值得说明明的是，新发现现矿区未未开采前前工业设设施等人人文干扰扰较少，此此时若能能够开展展高分辨辨率航空空物探测测量，有有利于提提取深部部或盲矿矿体相关关异常信信息和外外围找矿矿预测工工作。同同时将其其测量结结果作为为基础地地质资料料进行存存储，作作为今后后矿区进进一步找找矿勘探探的原始始背景资资料，可可为矿山山后续开开发提供供依据。4 结论论为适应国国家经济济发展需需求，扩扩大我国国矿产资资源潜力力，发挥挥直升机机航空物物探速度度快，飞飞行高度度低的优优势，开开展重点点金属成成矿靶区及危危机矿山山区高分分辨率航航空物探探勘查工工作，提提供勘查查区物探探基础调调查资料料，建立立找矿模模型，扩扩大矿山山储量，实实现大比比例尺找找矿定位位方法技技术的突突破，争争取获得得重大找找矿成果果。参考文献献1韦韦昌山,曾绍金金,郑大大瑜,朱朱裕生.资源危危机型矿矿山还有有潜力可可挖JJ.资资源·产业,20004,66(4):466488.2刘刘玉成,杨艺华华,王永基基.大冶铁铁矿控矿矿构造研研究及深深部隐伏伏矿体定定位预测测J.地质质与勘探探,20006,42(6):10-16.3吕吕志成,戴自希希,蔺志志永,颜颜廷杰.危机矿矿山接替替资源找找矿勘查查相关成成矿理论论与技术术方法J.资源·产业,20005,7(3):800-833.4熊熊盛青,陈斌,于长春春,等.地地下煤层层自燃遥遥感与地地球物理理探测技技术MM.北北京：地地质出版版社，220066. 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Thhe mmethhod nott onnly cann ussed to gett hiigh-ressoluutioon aaeroo geeophhysiicall daata in shoort timme bbut cann prrediict thee orre ppoteentiial by anaalyssis theese datta ccompprehhenssiveely. Thhereeforre , itt caan bbe aapplliedd too orre pprosspecctinng ddireectlly.Key worrds: Heeliccoptter , MMinee , Deeep OOre Proospeectiing作者简介介：熊盛青，男男，19963年年生，博博士生导导师，现现为中国国国土资资源航空空物探遥遥感中心心副主任任、总工工程师，长长期从事事航空物物探领域域技术研研究工作作。13