第一章绪论
第一节现状与差距
矿产资源勘探深度和难度的日益加大，对地球物理方法技术提出了新的挑战和要求：一方面要求仪器观测具有高精度、高稳定性、强抗干扰能力和多参量、多功能、高密度采集等特点；另一方面要求相应的资料处理、解释方法创新，以提高数据处理的保真性、反演解释的可靠性，如抗干扰数据处理的分离、深层信号的提取、三维高精度正反演、多种数据联合及约束解释，以及成果表达的可视化软件开发等。目前，国外已形成了较为成熟的仪器、软件及方法体系，并实现了高度的商品化和产业化。
我国矿产资源勘探技术研发与应用已走过七十多年的发展历程，实现了“从无到有”的历史性发展和壮大，初步建立了自主的勘探技术方法体系和仪器装备。但不可否认的是，在一些高尖端仪器设备研制和产业化方面，以及实用化三维反演解释软件方面，与国外依然有很大的差距。目前，我国对地球物理仪器的需求急剧增长，对国外地球物理仪器的依赖依然严重，需要大力开展技术创新和应用推广。
一、国际现状与趋势
研发大深度、高精度和高分辨率的勘探新技术，已成为很多发达国家实现资源可持续发展、深地科学认知和国家资源能源安全战略的重要组成部分。通过提高探测与勘探技术的深度、精度，实现对成矿全过程的深入理解，增强寻找大型矿床的能力，已成为该领域国际发展的必然趋势。下面简单回顾项目立项时国际勘探技术的现状。
1.重、磁勘探
重、磁技术是传统的地球物理勘探技术，随着微电子、计算机和通信技术的进步，传统重、磁勘探技术得到迅速发展。国外已于20世纪90年代初期实现了重力测量的数字化和自动化。美国拉科斯特（Lacoste）公司、Micro-g公司和加拿大先达利（Scintrex）公司已经合并，专门生产CG-5/6型全自动重力仪（相对重力仪）和A10、FG5、FG5-L型绝对重力仪，几乎垄断了重力仪的全球市场。
近十年来，国际上磁场测量技术有了很大发展，以氦光泵、铯光泵和质子旋进为代表的磁力测量系统占据了主要的市场。测量精度和灵敏度大幅提高，测量参数从总场、梯度到三分量逐渐增加，采样率达到了10次/秒，轻便化、智能化程度不断提高。具有更高分辨率和绝对精度的钾光泵磁力仪（如德国GEM公司的GSMP-35）已在资源能源勘探、科学研究、考古、环境等领域广泛应用。
重、磁数据常规处理、三维正反演、联合与约束反演及解释取得了较大进展。低纬度化极技术、强剩磁条件下的处理和反演技术取得重要进展；在三维反演算法上发展了线性反演、约束*优化反演和拟BP神经网络反演等技术，使反演的未知数个数、收敛速度和解的稳定性有了很大提高;采用二度半逼近（拼贴）三度体（Lü et al.，2013）和计算机图形学中的“橡胶膜技术”建立三维地质模型，通过校正迭代反演与实时正演拟合，基本实现了重、磁正反演人机交互三维可视化实时解释。加拿大Geosoft公司（Oasis Montaj）、澳大利亚Encom公司（Model Vision Pro 7.0）开发的商品化重、磁数据处理软件，不仅包括常规处理和图形化显示，还实现了2D、3D任意形体的重、磁反演模拟，极大提高了重、磁数据地质解释的准确性。
在多类型数据联合反演方面，自Vozoff和Jupp（1975）提出直流电测深法（DC）和大地电磁测深法（MT）资料联合反演的迭代二阶马奎特阻尼*小二乘法以来，联合反演方法经历了20世纪80年代的尝试和90年代的迅速发展，相继提出了不同形式的重、磁联合，重、震联合，震、电联合反演，以及各种地震方法之间的联合反演和各种电磁法方法之间的联合反演方法等，取得了一定效果。特别是井资料约束下地震波阻抗反演和地震构造约束下的重力反演，取得了较好的效果，证明了在特殊条件下，联合反演方法比单一地球物理方法有更高的分辨率，能较好地减少反演的非唯一性。根据物性参数的性质，联合反演总体上可分为基于相同物性地球物理观测数据之间的联合反演和基于不同物性地球物理观测数据之间的联合反演。根据联合反演的方式和条件的不同，联合反演又可分为同步反演、顺序反演、剥离法反演和伸展法反演等，这些方法一定程度上丰富和发展了地球物理反演理论和方法。
2.电法及电磁法勘探
自20世纪40年代以来，以金属矿为目标的电法勘探技术得到了长足的发展，从传统的直流电法、激发极化法，到20世纪50年代兴起、90年代成熟的大地电磁测深法（MT）、音频大地电磁测深法（AMT），80年代演变出带人工场源的可控源音频大地电磁法（CSAMT），发展到目前的混合场源的各种电磁方法等。在各类电磁方法发展的同期，随着电子、信息技术的不断进步，特别是近20多年来，对金属矿深部探测*重要的电磁法仪器系统不断地推陈出新。例如，美国Zonge工程与研究组织在1991年推出GDP-16多功能电磁系统，1994年推出GDP-32多功能电磁系统，1995年又推出能进行长周期天然场大地电磁法测量的多功能大地电磁系统（Elders and Asten，2004）。EMI公司在完善MT-1大地电磁系统的同时，于1995年推出适用于矿产与工程探测的商用EH-4电磁系统，1997年推出商用MT-24阵列式大地电磁系统。加拿大凤凰公司在完善V-5大地电磁系统的同时，于1997年推出商用V5-2000型阵列式大地电磁系统，近年又推出V8系统，还有*新研制的宽频MT采集系统等。时间域电磁仪器则以加拿大的EM-57、EM-67系列为代表。这些系统多具有频率域和时间域工作方式，且能进行多方法数据采集，如激发极化法、瞬变电磁法、可控源音频大地电磁法等。此外，国外DC IP及电磁仪器基本实现了三维分布式测量，如美国、加拿大等公司先后推出MIMDAS、NEWDAS、QUANTEC、ORION 3D等全景三维分布式DC IP与电磁法系统。这些方法与仪器已在深部地质构造研究、石油及天然气勘查、金属矿产勘查、环境与工程勘查等领域得到广泛应用。
与方法理论、仪器系统相适应，电磁法的数据处理技术也在不断地改进与完善。大量的研究工作集中于消除噪声、稳健的阻抗估计方法、静态效应校正、场源效应研究等数据预处理方面。同时，有限差分、有限元、边界元、混合元等数值方法不断应用于电磁法正演计算，马奎特方法、广义逆及改进的广义逆方法、仿真淬火、遗传算法、随机搜索、神经元网络等各种线性、非线性方法不断应用于反演成像，模型也由简单的层状介质向二维、2.5维、三维和带地形的任意三维模型方向发展。
3.金属矿地震勘探
反射地震技术以大探测深度和高分辨能力逐渐显示了其在金属矿勘查中的广阔应用前景。近几年，加拿大、澳大利亚和南非等国家十分重视金属矿地震方法技术研究，相继开展了金属矿岩矿石波阻抗及反射系数研究、金属矿（块状硫化物）散射波场模拟研究、反射地震直接探测金属矿体试验研究、井中地震成像和3D金属矿地震成像研究等（Eaton et al.，2003），取得了较大进展。例如，在南非的兰德盆地，利用地震反射（Stevenson and Durrheim，1997）直接揭示含金矿层的深部产状；在澳大利亚Mount Morgan矿区，利用地震技术（Urosevic et al.，1992；Evans et al.，2003）在矿区南部的深部发现了新的块状硫化物矿体；在加拿大萨德贝里矿集区，反射地震探测获得了控制镍-铜矿分布的火成杂岩体的深部延伸图像（Milkereit and Green，1992），证实为一向南东倾斜的杂岩体，改变了对称结构的传统认识，为扩大深部找矿远景提供了极具价值的科学依据。
在利用散射成像技术开展金属矿勘探方面，国内外都进行了大量尝试。例如，Bohlen（2002）利用3D有限差分法研究了结晶岩地区块状硫化矿床的形态和组分对散射波场的影响，发现大型块状硫化物矿体能够产生很强且复杂的S波散射响应；块状硫化物矿体的形态控制散射波场的传播方向和分布。
在金属矿地震采集技术与设备方面，尤其是适应山区地震的采集设备呈现出明显的小型化、轻便化和分布式发展的趋势。美国Geometrics公司的Strata NZ系列便携式地震仪是将大型地震仪小型化、轻便化的代表，它具有同时采集上千道的能力，但其质量不足20 kg。美国一些大学与达拉斯折射技术公司合作生产的Reftek-125微型节点地震仪，质量不足1 kg，突破了电缆大线的束缚，可以在任何复杂地形、地质条件下进行数据采集。在观测系统上多道、小道距、高覆盖次数和三维是金属矿地震数据采集的发展方向。针对复杂地表地质条件和低信噪比的反射地震处理技术是金属矿地震实用化研究的重点；基于散射观点的成像技术是金属矿地震发展的重要方向，散射波特征与地质体对应关系是金属矿地震解释的突破点。
4.测井及井中探测
金属矿测井及井中探测技术是发现盲矿体的重要手段，对老矿区“探边摸底”极为重要。近年来，测井技术与装备得到快速发展，总体趋势是：地面系统向综合化、便携化、标准化和网络化发展；井下仪器向阵列化、集成化、高分辨、大深度、高可靠、高时效方向发展。成像测井技术更加配套完善，测量方法向多源、多接收器、多波、多谱方向发展；纵向分辨率、探测深度及井壁覆盖率不断提高；随钻测井（LWD）技术快速发展，并向小型化、集成化发展。测井深度不断加深，仪器体积进一步缩小，耐温耐压性能及抗震性进一步提高。测井解释技术正朝着多信息的综合评价、多学科结合的地质综合解释等方向发展。同时，测井数据管理与信息技术一体化、网络测井解释一体化正在成为新的热点。
井间电磁层析成像技术是将电磁波传播理论应用到地质领域的一种地球物理勘探方法。20世纪70年代中期，美国Lytle和Lager（1976）率先使用电磁波开展井间层析（CT）成像，推动了全球范围内井间电磁波CT的应用与发展。由于在硬件方面的先进性和软件方面的成熟性，美国在井间电磁波层析技术领域处于世界领先地位。1989年以来，美国劳伦斯利物莫尔国家实验室（LLNL）等单位联合开发了井间低频电磁场层析技术系统，已应用于油气探测。苏联在频率域井间电磁波法研究方面比较系统、全面，有一定的代表性，在理论研究、物性研究、仪器开发和应用研究方面都取得显著成果。虽然他们应用层析技术起步较晚，但大有奋起直追之势，不但开展了振幅层析研究，而且也开始了相位层析研究。在数值模拟层析反演过程中，他们发现相位层析反演的结果比振幅层析反演的结果更为可靠和准确。20世纪90年代，以EMI公司为中心，各国家实验室和工业界开始进行井间电磁成像系统的研发，完成了基础理论、数值模拟和可行性研究，并研发了相应的仪器设备。在油田井间距为25～100m，频率为500Hz～20kHz的条件下，进行了一系列有成效的现场试验。在处理方法和软件开发方面，也初步具备二维处理能力。在具有金属套管的井中，井间电磁成像研究也有较大的进展。
20世纪80年代中期，瑞典研制了脉冲体制的跨孔和单孔电磁波层析系统，又称井中雷达，已商品化，*近也在研究相位体制。日本OYO公司于1995年研制出相位振幅的低频跨孔地下电磁波层析系统（4Hz～18kHz）。此外，澳大利亚、法国、德国、波兰、匈牙利、印度和南非等国也相继加入了井间电磁波层析研究和应用行列。国外对地下物探的应用比较重视，加拿大近十几年来利用地下物探发现很多金属矿床；苏联曾用坑道电磁层析技术和井中电磁层析技术寻找坑道间及井间的盲矿体，取得很好的成效。地下物探技术的发展方向有两个：一是利用多个参数进行异常的解释和识别，有利于克服多解性和提高分辨率；二是工作频率向低频（增加探测距离）、高频（提高分辨率）两个方向发展，并开发相应的应用软件。低频井间电磁层析成像技术难度大，应用前景广，是目前地球物理应用技术发展的重要前沿。
5.岩心钻探
国外岩心钻机除一部分经改进的传统立轴式钻机外，已大量采用全液压、顶驱式设计与制造。顶驱式钻机的特点是机-塔一体化、
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