航空地球物理在战略性矿产勘查中的应用前景

引言

能源资源安全保障已上升为国家战略,国家“十四五”规划和2035年远景目标对战略性矿产找矿勘查提出了新要求,明确要“实施新一轮找矿突破战略行动”,旨在通过加大国内矿产勘查力度,推动矿业高质量发展,增强战略性矿产资源安全保障能力。

战略性矿产(亦称为关键矿产)是对国家的科技、经济、军事乃至国防都有着重大意义的矿产。在国家确定重点发展的9个战略性新兴产业中,有新一代信息技术、高端装备制造、新材料、生物、新能源汽车、新能源、节能环保等七大产业均需要重要矿产资源及原材料支撑。开展新一轮找矿突破战略行动意义重大,但急需高效的勘查技术支撑。

航空地球物理勘查(亦称航空物探)是现代化的地质矿产探测技术、军民两用高新技术、地球系统科学观测的重要组成部分,也是国家优先支持的高科技领域之一。它具有全地域、快速、综合、经济、环保和较大探测深度等特点,探测效率是地面方法的10～100倍甚至更高,成本仅为地面方法的1/10左右,可以大大减少地面物探和钻探工作。

航空地球物理是重要的高效找矿勘查方法,在世界矿产勘查史上一直发挥着重要作用,为许多大型金属矿床和油气田的发现作出了重要的先导性贡献。澳大利亚著名矿业咨询公司MinEx Consulting的统计数据表明,世界上每年平均取得60～70个找矿重大发现,物探方法(航空、地面)发挥了关键作用。

1 航空地球物理矿产勘查应用成效

1.1 应用概述

航空地球物理在矿产资源勘查中的主要作用是:通过对获取的高精度航空地球物理场数据的研究,开展岩性-构造填图,分析成矿地质背景与提取成矿地质要素,识别矿致异常,预测找矿远景区和找矿靶区,在特殊条件下直接找矿(如航磁找铁矿等,航空伽马能谱找铀矿和钾盐等)。

物探方法可有效探测的矿种有48种,包括新一轮找矿突破战略行动确定的矿种有22种,其中能源矿产4种、金属矿产14种、非金属矿产4种。

近20年来,高分辨率综合航空地球物理勘查技术的研发和推广应用取得了显著的找矿效果,有力地支撑了上一轮全国找矿突破战略行动的实施。

例如,在西天山、西昆仑、阿尔金成矿带发现航磁异常1 165处,随后经过地面物探和钻探工作,发现了一系列铁、多金属矿,如松湖南铁矿、尼新塔格铁矿、备战铁矿、智博冰川铁矿、老并铁矿、赞坎铁矿、墩德铁锌矿等,取得了“当年飞行、当年查证、当年见矿”的明显成效,为新疆阿吾拉勒、塔什库尔干等铁矿资源基地的建立发挥了重要作用。

再如,近几年在山东齐河地区采用高精度航空重磁为主的空-地-井地球物理协同勘查技术,通过弱信息提取、数据融合、精细反演确定找矿靶区,指导钻探发现深部富铁矿体,并达到大型规模,实现了东部地区富铁矿找矿的重大突破。

1.2 各种航空地球物理方法的作用

不同的航空物探方法在找矿勘查中的作用不同。航空磁测是国内外找矿勘查最常用和有效的地球物理方法,可直接找磁铁矿,并在寻找与磁铁矿共生或伴生的铜、镍多金属矿方面效果显著。航空重力测量是21世纪以来发展的能源和矿产资源勘查新方法,国内外在找铁矿、铜镍等多金属矿方面已有许多成功实例。

航空电磁法(尤其是时间域航空电磁法)是隐伏金属矿产资源找矿勘查最有效的地球物理方法,在国外得到了广泛应用,发现了大量多金属矿床,在国内发现了新的镍矿和金矿,其应用潜力巨大。航空放射性方法是找铀矿的主要方法,并在稀土稀有金属矿、钾盐矿找矿勘查中发挥重要作用,在寻找伟晶岩型锂矿等矿产方面具有较好的应用前景。

综合分析可知,航空物探在找矿勘查中发挥作用大、效果好的矿产有12种,包括石油、天然气、铀3种能源矿产,铁、铜、镍、铬、金、钾盐等紧缺矿产和钼、钒、钛等优势矿产;

有一定作用和效果的矿产有12种,包括铝、锰、钴、锂、铍、萤石、硼等紧缺矿产,钨、锡、锑、稀土、磷等优势矿产;应用较少的矿产有12种,包括页岩气、煤层气、锆、铪、铌、钽、铍、铼等紧缺矿产,煤炭、铟、锗、镓、晶质石墨等优势矿产。

1.3 在找矿勘查各阶段中的作用

众多学者基于勘查实践结果认为,航空地球物理在找矿勘查的各个阶段均能发挥重要作用,但不同比例尺、不同精度的航空地球物理资料解决找矿勘查问题的能力是有差异的。

通常,中小比例尺资料主要用于成矿地质背景研究,分析成矿控矿要素,达到成矿预测与勘查选区的目的;大比例尺高精度资料可用于隐伏矿体或成矿地质体预测,建立深部矿体或成矿地质体二维或三维模型,快速缩小靶区,指导勘探工作;而高分辨率航空地球物理勘查技术可用于成矿地质体和成矿结构面的定位探测,指导钻探工程的部署。

3 航空地球物理在战略性矿产勘查中的应用前景

3.1 需 求

新一轮战略性矿产勘查的目的之一是通过进一步勘查提交可出让的矿业权区块,引导商业性矿产勘查,实现找矿突破,优化国内供应格局。根据《固体矿产区块优选调查评价技术要求(征求意见稿)》规定,拟出让的矿业权区块按地质工作程度可分为远景区块、验证区块、勘查区块以及其他区块4类[14]。其中,远景区块要求成矿地质条件有利、有物化探异常,与已知矿床可类比,经勘探检查发现矿(化)点;验证区块要求找矿预测圈定了可供普查工作的范围或位于已知矿床外围;勘查区块要求开展了普查及以上阶段勘查工作;其他区块是以往有采矿活动,主要是重要矿山的深部与边部。

3.2 应用前景

通过对全国1 991个典型矿床地质-地球物理特征的研究,以及国内外找矿勘查成功案例的分析,航空地球物理可有效探测：岩浆型铜矿、铜镍矿、铜钼矿、钒钛磁铁矿、铁稀土矿、铬(铁)矿、铀矿等;

热液交代型-热液型(矽卡岩型)铁矿、铜矿、铜钼矿、锡铅锌多金属矿、钼矿、钨矿、银、硼矿等;

斑岩型铜矿、钼矿、铅锌矿等;火山岩型铁矿、铁多金属矿、铅锌矿、金矿、银矿、钨矿、锰矿、硫矿等;沉积-变质型铁矿、硼(铁)矿、稀土矿、硫矿、萤石矿、重晶石矿等;

砂岩型铀矿;沉积型铝土矿、钾矿、磷矿、稀土矿、锰矿、钼矿、铅锌矿、萤石矿等。

航空地球物理在上述矿产勘查中可发挥重要的直接找矿或间接找矿作用。可以预见的是,通过攻克上述勘查理论与技术难题,针对不同的矿种和矿产成矿类型,在先进的成矿系统理论指导下,研究不同矿产与地球物理信息的耦合关系,采用不同的有效方法组合,加强综合找矿,航空地球物理将在战略性矿产勘查中发挥重要作用。

4 发展方向

航空地球物理勘查技术的总体发展趋势是:进一步提高探测分辨率、精度、深度、维度,发展以无人机集群和智能化为特色的新一代航空物探技术(第四代),以满足新一轮战略性矿产资源勘查为主要目标。

从应用角度讲,将向“一深”和“一浅”及两者结合的方向发展。“一深”是以满足深部找矿和地球深部探测等需求为主要目标,不断地提高探测深度(金属矿产3 000 m,油气资源100 000 m)是其攻关重点,力争探得更深。

“一浅”是以服务于中高山-深切割-浅覆盖区地质与矿产勘查、地下水资源勘查、生态地质、环境地质、地下空间探测等领域为主要目标,探测地表以下一定深度(如300 m以浅)目标物,攻关重点是不断提高对探测目标的空间分辨率与属性分辨力,力争探得更精细。

从技术角度讲,将以瞄准国际前沿和国际一流为目标,通过解决“一硬”和“一软”的关键核心技术,实现高分辨率、高精度、大深度、多维度的立体探测。“一硬” 是通过研制抗强干扰的精密仪器与装备,解决高精度数据获取的瓶颈问题。

“一软”是通过研发高分辨率的综合勘查技术,重点发展基于无人机集群、智能化的超高分辨率综合勘查技术,更精确地获取地球物理场数据;通过攻克微弱信息提取、智能化数据精细处理解释等关键核心技术,研发新一代航空地球物理软件系统,实现数据处理与解释的智能化、精细化和精准化,更精细地提取和研究地球物理场(异常)信息,更精准地解决地质矿产勘查等地球科学问题。

5 结 语

我国已形成自主创新的高分辨综合航空地球物理科学技术体系,基本实现了技术与装备的自主可控,以及与国际先进技术的同步发展,为新一轮找矿突破战略行动的实施奠定了良好的理论与技术基础。

高分辨率综合航空地球物理作为重要的快速找矿勘查方法,可以在新一轮找矿突破战略行动中,为提交远景区块、验证区块、勘查区块以及老矿山深边部增储发挥重要作用,但应根据不同矿产类型、不同成矿地质条件选择有效的方法或方法组合,采用综合方法找矿。

为了更有效地支撑新一轮找矿突破战略行动实施和技术持续发展,建议加强技术攻关,加快研制新一代的技术与装备。

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