摘要随着经济发展，人类经济社会对资源与能源的需求日益增加。我国在采资源正在枯竭，供需矛盾不断加大，对外依存度较高。国家对陆地盲区、深地和深海的资源勘探极为重视，同时未来勘探对象更为隐蔽、地质条件更为复杂，勘探与开采难度越来越大。地球物理方法作为勘查技术中最有效准确的预测方法之一，为满足勘探任务的需求，近年来地球物理勘探在研究新技术、新方法、仪器研发和数据处理解释等方面取得突破性进展。本文详细阐述我国的金属矿、煤矿、油气以及非常规油气资源的勘探开发现状，归纳了相应领域的地球物理技术新进展，对深地资源的勘探开发进行了展望，为资源与能源开发提供参考。
关键词地球物理勘探;金属矿;煤矿;油气;非常规
0引言
伴随科学技术的快速发展，地球物理勘探技术勘探能力大幅度提升，已广泛应用在工程地质勘探、能源勘探、考古探测、矿床合理开发和环境保护等领域。根据数据统计(Ken,2012)，近百年的开发利用使地层浅部资源日益减少，矿产开发逐渐向深部转移，探测难度增加。为保证经济发展需求，寻找新能源的同时也要大力发展更为有效精确的勘探方法。每次新方法的出现或者技术进步都会促进矿床和油汽田的发现(吕庆田等，2019)。Paterson(2003)整理资料显示近20年全球重要矿床的发现都与地球物理方法有关，说明地球物理勘探技术是深部矿产资源勘查的主要技术手段。在勘探难度日益增大的形势下，地球物理方法引起人们的重视，发展地球物理方法的重要性不言而喻。
地球物理勘探主要技术有：重磁探测技术、电法及电磁探测技术、地震勘探、钻探及测井勘探和放射性勘探技术等(Vallee,2011;Malehmir，2012;万佳明，2017;徐观来.2014)。勘探范围从陆地走向海洋，并且由近海探测技术向深远海探测技术发展(杨慧良等，2019;褚宏宪等,2011);从传统的有人机航空物探到无人机航空物探，航空物探装备具有小型化、智能化、低成本和低风险等优势(Barnard,2010;Laliberte,2013;陈伟，陈浩锋，2018;李文杰等，2014);在二维勘探的基础上发展出三维勘探技术，更准确反映复杂地质体的空间位置及走势(毕鹏程等,2020;熊永红,张建清等，2015;石战结,田钢等，2013;黄真萍,吴伟达等，2015);人工智能的兴起为地球物理勘探带来了新机遇与新突破(谢玮等，2017;杨午阳等，2019);为保障资源和能源的可持续发展，勘探与开发走向地下深部成为国内外最主要的战略选择之一。深部地球物理核心技术研发及勘探应用具有重要意义(底青云等，2012;黄大年等，2012;樊俊等，2018)。
我国的地球物理勘探技术经过多年不懈发展，引进吸收国际先进技术，不断创新，建立起较为完善的地球物理勘探体系(夏治国等，2004)。随着国内经济的飞速发展，资源能源的供需矛盾愈发突出。我国部分金属矿产需求持续增长，但是相对匮乏(陈其慎等，2015);油气资源对外依存度逐年攀升;由于新能源与新材料产业的发展，国内对三稀资源、锂矿(王秋舒，2016)等需求大幅度上升。在浅表层发现矿产大幅减少的今天，迫切需要将目标转向深部资源(樊俊等，2018)。早在2009年中国科学院在《创新2050：科学技术与中国的未来》战略报告提出“中国地下四千米透明计划”(胡社荣等，2011);2016年习近平同志在全国科技创新大会指出“向地球深部进军是我们必须解决的战略科技问题”(吴昊，2016;蔡美峰等，2019)。为落实国家深地科技战略，我国启动国家重点研发计划“深地资源勘探开采”重点专项。
本文系统阐述我国资源能源勘探开采现状，以及地球物理勘探技术的发展情况，重点介绍国内通过地球物理方法在各项资源能源勘查领域取得的成果，希望能为相关工作者提供更好的技术支撑与参考。
1资源能源勘探现状
目前，地球物理勘探技术在油气、金属、矿产、煤炭等资源勘探，地质灾害预测(斜坡岩土体地质灾害、地面变形性地质灾害、矿井地质灾害等)，工程勘探以及环境保护等领域得到了快速的发展和广泛的应用，且已成为不可或缺的技术手段之一(董树文等，2010;李国荣，2012;薛国强等，2017;于治通等，2019;周喜军，2018;米宏泽，2019;周冠一，2019;杨海磊，2020)。
图1与图2所示，能源与资源是经济发展的源动力，进入21世纪，我国经济实现腾飞，对资源与能源的需求与日俱增。目前我国正大力推进风能、太阳能、潮汐能、水利发电以及核能等等清洁能源的研究及应用，取得傲人的成果。然而这依旧无法补足我国能源消费缺口，能源消耗结构依旧以煤炭和油气为主。在全面支撑经济发展的同时，降低对外依存度，对国内资源的进一步勘探开发势在必行，而地球物理勘探技术在其中扮演着重要角色。
1.1金属矿产勘探
金属矿产资源是深部物质与能量的交换和其深层动力过程的产物(万佳明，2017),是当代国民经济发展的根本，是国家实施战略发展的优先领域，更是对综合国力的重要衡量标准(董保平等，2019)。当代社会对金属矿产的需求不断增加，图2列举了铁、锰、铬、铜矿砂及其精矿进口情况。除了铬矿在2014年有着轻微滑落，其余矿产进口量逐年递增。为了降低对外依存度，需要加大对金属矿产资源勘探与开发的力度。无论在理论上，还是在实践上，在地壳内部第二深度空间找矿勘探和发现大型、超大型矿床和多金属矿床都是当今21世纪找矿勘探的必经之路。未来十年内，我国三分之一的金属矿开采深度将超过1000m，部分深度可以达到地下2000-3000m(蔡美峰等，2019)。勘查难度骤增，传统的地质找矿技术已经不能满足要求，需要大力发展地球物理勘探方法。(夏治国等，2004;吕庆田等，2019)。
通过地球物理勘探可以探测地下深部构造，寻找深部金属矿资源。主要作用有：利用地球物理勘探进行深部地学填图，掌握沉积盖层具体构造，确定风化层，确定靶区;构建反演模型，为深部构造的确定提供技术支持;实现深部岩性填图找出矿层的赋存位置(王金亮等，2019)。
我国金属矿产地球物理勘探主要方法有重磁勘探方法、电法及电磁勘探技术、井中物探、钻探以及地震法。对于井中物探方法，在20世纪60-80年代，井中磁测法、井中激发极化法和井中电磁探测被推广使用，对我国铜矿、铅锌矿、镍铬矿等资源勘查开采做出重要贡献;在80-90年代，井中脉冲瞬变电磁法、井中低频感应电法、井中声波探测等方法也取得良好的应用效果(蔡柏林，1989);90年代开始，除了井中TEM法、井中激电法、电阻率法和自然电位测井等方法，在部分工作中引入井中三分量磁测法，确立了地球物理勘探在我国金属矿勘探中的主要地位(齐文秀等，2005;王庆乙，2004;王庆乙，2009)。
对于金属矿勘探的地面或者航空地球物理探测方法，加大探测深度和提高分辨率是目前的主要问题。主要的金属矿地球物理方法的探测深度以及探测目标如下表所示。
不同的地球物理方法应用在地质填图、矿产资源与油气资源勘查等领域中，相应的勘探深度各不相同。以重力勘探为例，研究上地幔质量分布时，理论上可以达到150km，但实际上由于条件限制，异常有效深度远远低于理论深度，如果重力资料能结合大地电磁和地震等地球物理方法进行综合分析，实际深度可以达到30-50km(朱卫平等，2017)。对于传统的金属矿重力勘探，探测深度一般浅于500m。异常体埋深不大于异常体水平尺寸时勘探效果更好(曾华霖，2005)。埋藏较深时，利用高精度剩余重力异常剖面结合地质研究，确定矿体的大致位置，有效寻找隐伏矿床(周坚鑫等，2004)，而高精度重力勘探深度一般在500~1000m。
金属矿埋藏深度较浅时(<500m)，表1中的方法具有较好的勘探效果。但是探测能力和精度随着勘探深度的增加急剧下降(Eaton，2003;勾丽敏等，2007;阎頔等，2011)。在金属矿勘察中，电磁法应用最为广泛，我国经过多年技术攻关，攻克了多频等幅同步供电、大功率励磁稳流供电和高精度混合同步等关键技术，进行大功率、高精度、多功能以及智能化电磁勘探系统自主研发。将电磁法有效深度由500m提高到了1000m以浅。大功率电磁勘探成为一个研究热点，不过电磁方法种类众多，拥有的探测深度也不尽相同，因此可以采用多方法结合的方式寻找矿藏，例如大功率激发极化法与音频大地电磁法结合。对于目前最先进的航空电磁设备(TEMPEST)，探测深度可达300m，我国正在开展相应研究，有望实现勘探深度达到500m以浅。
就目前矿产开采形势而言，以上深度并不能满足要求。为了弥补重磁电法的不足，逐渐将地震法运用到金属矿勘探领域(孙明等，2001;勾丽敏等，2007)。金属矿地震勘探基础研究主要有：通过对金属矿石与围岩的岩石物理分析，研究地震勘探应用于金属矿勘探的可能性;研究散射波场特征与金属矿体形状、尺度等的关系，证明地震勘探方法用于金属矿勘探的有效性。采用地震勘探的前提是金属矿体与围岩分界面需要具有有足够大的反射系数，研究的主要物理参数为岩石的密度、纵横波速度和波阻抗。
1.1.1电法
我国从50年代开展电法勘探工作，以直流电法为主，60年代开展绝对测量电磁感应类方法研究，70年代以相对测量为主，随后相关电磁法成为研究热点(何继善，1997)。随着电法与电磁法不断发展，实际生产中方法种类繁多，此处主要介绍应用最广泛的几种勘探方法。
激发极化法(IP)在60年代开始推广，一开始以直流激电法为主，70年代开始研究交流激电法。国际70年代发展频谱激电法(SIP)，国内在80年代开始进行谱激电法研究，引入凤凰公司和Zonge公司的频谱激电仪，同时长春地质学院、中南工业大学、中科院地球物理研究所、地矿部地质矿产经济技术研究院等单位开展国产谱激电仪的研制(李金铭，1996)。IP法探测深度在100-200m之间(温佩林等，1996)，SIP法探测深度在200-500m之间(李金铭1996)，随着仪器发展，大功率SIP法最大探测深度已经可达1000m左右。激电法常用于浅层有色矿产勘查，特别是斑岩型和侵染状矿体(刘国栋，2007，朱卫平等，2017)。
相关期刊推荐：《地球物理学报》创刊于1948年，是中国地球物理学会、中国科学院地质与地球物理研究所联合主办的有关地球物理科学的综合性学术刊物。主要刊载固体地球物理、应用地球物理、地磁和空间物理、大气和海洋地球物理，以及与地球物理密切相关的交叉学科研究成果的高质量论文。作者和读者对象主要为从事地球物理学、地球科学及其他相关学科的国内外科技工作者和大专院校师生。
在顾功叙教授倡导下，中国科学院兰州地球物理研究所于60年代开展对大地电磁测深法(MT)研究(刘国栋，1994;王家映，1997;魏文博，2002)。大地电磁法探测深度与频率有关，当频率范围在0.005-200HZ之间时，探测深度在几十公里以上(朱卫平等，2017)。因此MT常用于区域性大地构造研究以及深部隐伏矿产勘探。在MT的基础上发展出可控源音频大地电磁法(CSAMT)，利用人工可控场源，增强信号强度，提高信噪比;以天然和人工电磁场相结合作为混合场源(EH4)，可以扩展勘探深度范围、提高分辨率、提高勘查效率，国内于2000年，吉林大学承担“混合场源频率域电磁法及网络化仪器系统的研制”，开展EH4仪器研制(程德福等，2004)。
大地电磁法在矿产勘查领域取得丰硕成果。采用CSAMT在辽西康杖子区发现深部钼铁矿(500~800m)(于泽新等，2009);在青海锡铁山老矿区成功找到深部隐伏铅锌矿，还有辽西康杖子区铁钼深部矿体以及湖南锡矿山北部和贵州独山地区深部锑矿;招金集团在7处矿山采用CSAMT法验证6处深部矿体(800~1000m)(曹新志等，2009);EH4法在东天山卡拉塔格铜金矿化带梅岭矿区发现深部铜矿(700m)(申萍等，2007;朱卫平等，2017)。
MT法信号是随机的，且比较微弱。CSAMT法探测深度比MT法小，过渡区和近区数据会产生人为误差或者无法使用。广域电磁法将近区、远区和过渡区统一，削弱畸变效应。该方法由何继善2010年系统提出并且实现了水平电流源广域电磁法一维正演(何继善，2010)。中南大学随后推出了可在近区观测的JSGY-2型广域电磁仪，且很快该仪器推广到金属矿、油气藏等勘探中。例如在内蒙古自治区寻找银铅锌矿，在山东望儿山断裂带出圈定金矿，安徽铜陵东瓜山发现深部矿异常(柳建新等，2019)。
瞬变电磁法(TEM)探测深度大，垂向分辨率较高。该方法近年来发展迅速，适应能力强、应用领域广、勘探效果好、具有广阔前景(薛国强等，2007;李文尧，2012)。采用TEM法在中国地质科学院在贵州银厂坡银铅锌矿床地下1718m处发现块状铅锌矿体(袁桂琴等，2010);在红透山铜矿推测地下1000m左右的隐伏矿体;使用大回线TEM法在西藏沙让发现特大型斑岩型钼矿床;在西藏沙让探查到特大型斑岩型钼矿床(薛国强等，2011);通过地井TEM在安徽黄山岭铅锌矿区外围发现井旁盲矿异常以及湖北铜绿山铜矿深部矿异常(柳建新等，2019)。——论文作者：李鹏罗玉钦田有刘洋鹿琪陈常乐刘财#
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