Question

　地质-物理模型

Answer 1

物探是现时了解大面积上深部地质情况的唯一方法。但物探测出的是物理场的空间分布模式，有的方法也提供物理场随时间的变化特点（如激发极化法中的异常的衰减率，电磁法中不同期信道中的测量结果，地震法中的时距曲线等），总之，都是物理场的信息。因此，物探并不提供地下地质情况的直接信息，即地下存在什么岩石和地质构造等，根据物理场只能求物理场的物理解。为了用物探解决找矿中的问题，首先是要提出要解决的与特定找矿阶段找矿有关的地质问题，然后将地质问题转变为物理问题，再将物理问题的物理解转为地质问题的地质解。实现上述两个转变的关键技术问题是建立地质-物理模型（或称物理-地质模型）。下面叙述有关这两方面的问题。

将地质问题转变为物理问题，首先是要正确地提出找矿过程中要解决的地质问题，这些地质问题有可能转变为物理问题。

例如寻找埋藏深度大的锡石硫化物锡矿床，在我国云南个旧地区，可以提出两种不同的地质问题：第一种是用物探方法在地面直接找矿；第二种是用物探方法研究隐伏地质构造，圈出找矿有利地段。从所能获得的结果考虑，第一种地质问题不能转化为物理问题，第二种地质问题则可能转化为物理问题，故只能选择第二种地质问题。

从地质上已知此类大型矿床赋存在隐伏花岗岩体凸起的附近，因此，找矿要解决的地质问题是了解地下花岗岩体顶面起伏情况。

将地质问题转变为何种物理问题，决定于与地质问题有关的各种岩石的物理性质，在个旧，经过少数地段岩石标本测定，本区花岗岩的电阻率平均值在1500Ω·m左右，比上覆个旧灰岩的电阻率（在5000Ω·m以上）低得多。因此，了解地下花岗岩顶面起伏这个地质问题可转变为测定高电阻介质下低电阻体上端界面埋深这样一个物理问题。此外，岩体的密度也比灰岩的密度低，因此，上述地质问题也可转变为测定低密度体上端界面的埋深的另一个物理问题。由于当时没有高精度重力仪，故采用了电阻法，即选用了第一个物理问题^[8]。

根据电测深曲线（作了地形改正，即消除地形干扰的数据处理），假定测点附近花岗岩与灰岩接触界面近于水平，即不同电阻层的界面近于水平，求出了低电阻体上界面的埋深近似值，即物理问题的物理解。然后，还是根据上述的岩石电阻率测定结果，将此低电阻体上界面的埋深解释为地下花岗岩体上界面的埋深，求出地下花岗岩体上界面起伏情况，将物理场的物理解转变为地质问题的地质解。在上述两个转变中，用了低电阻体模拟花岗岩体，水平电性层面模拟测深点附近花岗岩体与灰岩体的接触界面。

在上述例子中曾指出，花岗岩体也可用低密度体模拟，即解决同一个地质问题，可用不同的物理模型作模拟。考虑到这个问题的重要性，举一个例子详细作说明。例如，要寻找一个产状近于直立的断层，已知的情况是：断层两侧地层年代不一样，地层中的构造线方向不一样，而且断层是有一定宽度的含水破碎带。

根据工作经验，最少可用三种物理模型模拟这个断层。第一个模型是用低电阻体模型直接模拟断层，这是因为断层是一个含水的破碎带，一般均为低电阻。第二个模型是用直立密度分界面模型间接模拟断层，这是因为断层两侧地层年代不同，因而其密度可能不相同，断层面正好就是不同密度体的分界面。第三个模型是用沿构造线走向分布的磁性体模拟地层中沿构造分布的各种具磁性的岩脉或其他磁性体，这是因为沿构造线常有磁性岩脉侵入，在断层处这些岩脉的走向将发生突变。

根据物性测定及野外初步了解情况，采用上述三个模型的条件均存在。这时，选用哪一个模型？根据我们的经验，选择模型的原则是：第一，选用异常分布范围大的；第二，选用异常值大的；第三，选用异常信息量大的；第四，选用工作成本低、效率高的；第五，选用物探队有的方法。

异常分布范围大，测网稀些也不会漏掉异常，可以降低工作成本，加快工作速度；异常值大，容易与干扰区分开来，还可以降低观测精度以降低成本和提高效率；异常的信息量大是指某种异常不是由多种不同的地质体所引起，而是只由所研究的地质体所引起；不同的物探方法成本及效率相差很大，主要考虑其解决问题的能力，一个成本高的方法若能同时解决几个地质问题，用这个方法可能比用许多方法去分别解决地质问题好；最后，如果根据模型要选用的方法物探队没有，一时又无法引进，这种模型再好也不能选用。

在这里着重指出三点：

第一，从上述可以看出，解决一个断层问题，可以对断层本身进行模拟（断层破碎带为一低电阻体），也可以对与断层有直接关系（断层两侧地层密度不一样）或间接关系（断层两侧磁性岩脉走向不一样）的地质体进行模拟，显示了用物探解决地质问题的灵活性及巨大的可能性。

第二，进行物理模拟只有在了解岩石物性参数及地质情况的基础上才能进行，不了解这些，就不知道应该用什么模型去模拟待解决的地质问题。因此，模拟何种地质体，用什么模型，就是用地球物理勘探找矿时要研究的主要问题。具体的研究内容应包括以下几方面：

1.了解成矿过程作物理模拟的可能性及模拟方法。例如火山岩地区浅成低温热液金矿床是目前世界上金矿重要矿床类型之一，因此，许多国家的地质工作者都在研究浅成低温热液系统的物理模拟，解释在这个系统上观测到的物探异常以及根据具体的地质情况，寻找这种类型金矿的物探方法和研究用磁测监测与含金交代岩生成作用有关的地球化学过程。

2.研究在成矿过程中交代作用和蚀变作用所引起的岩石的物理性质的改变。这种改变是因为岩石中原有矿物成分某些矿物的消失和新矿物的产生，而新生的矿物与原有矿物物理性质不同。

例如在含金交代岩中，酸性侵入岩和喷出岩中最典型的交代作用是：钠长石化、高岭土化、明矾石化、粘土化、黄铁细晶岩化、硅化、碳酸盐化、黄铁矿化、黑云母化、电气石化、青磐岩化、绿帘石化、绿泥石化、绢云母化和云英岩化。

明矾石化、黄铁细晶岩化、青磐岩化、绢云母化、硅化、黄铁矿化、粘土化、高岭土化、碳酸盐化以及硅、钛、镁和硫的带入会导致岩石磁化率的降低，而蛇纹石化、钠长石化以及铝和钙的带入会导致岩石磁化率的升高。

除了青磐岩化以外，钠长石化、黄铁细晶岩化、绿泥石化、粘土化、绢云母化以及蚀变过程中形成硫化物和石墨，都会使岩石电阻率降低，而黑云母化、碳酸盐化、硅化和绿帘石化等将会使岩石电阻率增大。

在浅成低温热液环境中，与金矿化有关的粘土化将带出钾，明矾石化将带入钾；与金、银矿化有关的绢云母化和冰长石化将带入钾，带出钍，有时也带出铀；与金、铀矿化有关的冰长石、碳酸盐化和硬石膏化将带入钾和铀，带出钍；与铜、金、铅、锌矿化有关的绢云母化、冰长石化将带入钾，带出钍；与金矿化有关的黄铁细晶岩化、滑石菱镁片岩化和黑云母化将带入钾。

3.研究成矿过程中岩石物理状态改变引起的物理性质的改变。例如岩石破碎引起密度和磁化率下降；如果破碎的岩石中充水，则电阻率下降，反之则上升。有些孔隙率高的岩石，如果孔隙被沉积的石英或方解石充填，孔隙度的减小将导致岩石密度上升。

4.研究成矿过程结束后的地质，这种作用可以分作三类。第一类是改变了矿体在空间分布情况，例如成矿后的断层将矿化带、矿体错开等；第二类是改变了矿体中的矿物成分，如硫化物被氧化等；第三类是因矿体的存在而引起上覆地层中发生的一些特殊现象，例如在新的火山沉积岩下的硫化金属矿床，铁离子在矿体电场作用下迁移到沉积岩中，因氧化还原条件改变而以磁性铁矿沉积，沉积时，受地磁场的作用在沉积岩中造成所谓磁记忆现象。

通过以上的研究工作，将有可能对地质体的模拟扩大到对地质过程的模拟。

第三，解决一个地质问题经常要用一个模型集合，而不是一个模型，特别是解决一个复杂的地质问题，要了解与其有关的多个地质体的情况，需要用多个单体模型组成一个模型集合。在很多情况下，为了避免物理解及地质解的多解性，即使研究一个地质体，也要使用多个单体模型去模拟。用模型集合模拟地质体意味着用综合物探方法解决地质问题。这是提高物探异常信息量的重要途径之一。