大功率激電在金屬礦深部找礦中的應(yīng)用

李寧生，趙福元，仵陽(yáng) （寧夏地球物理地球化學(xué)勘查院，寧夏 銀川750001）

周磊 （油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 （長(zhǎng)江大學(xué)），湖北 武漢430100）

近年來(lái)，隨著理論研究的深入，大功率激電 （IP）類測(cè)深方法已發(fā)展為金屬礦產(chǎn)勘查工作中的一種較為成熟的方法，其具有信號(hào)強(qiáng)而穩(wěn)定、勘查深度大、工作效率高及反映異常特征明顯等優(yōu)點(diǎn)[1～5]。該次研究主要討論激電法中利用V8工作站進(jìn)行雙頻三極激電測(cè)深工作的實(shí)際應(yīng)用效果。

目前國(guó)內(nèi)開(kāi)展的激電類方法受儀器性能的限制，發(fā)射功率均較小，一般不超過(guò)10kW，造成勘探深度不足400m。羅延鐘等[4]對(duì)頻率域激電的原理做了大量的研究，并取得了一些理論上的成果；葛為中等[1]對(duì)激電法的布極方式做了研究，提高了解釋效率。但是國(guó)內(nèi)的頻率域三極測(cè)深一般是采用美國(guó)Zonge公司生產(chǎn)的GDP－32儀器進(jìn)行金屬找礦研究[2，3，5]，由于V8工作站系統(tǒng)采集的雙頻三極數(shù)據(jù)格式不能直接用于瑞典RES2DINV軟件反演 （該軟件可進(jìn)行二維帶地形反演，消除地形影響），因此國(guó)內(nèi)幾乎沒(méi)有使用V8工作站多道測(cè)量進(jìn)行找礦的研究。而國(guó)外則對(duì)三極測(cè)深的數(shù)據(jù)格式做了大量的分析研究，在此基礎(chǔ)上分析了三極測(cè)深的效率并做了反演算法的研究[7]。但是這些研究都沒(méi)有針對(duì)V8工作站的雙頻三極測(cè)深效果進(jìn)行分析、試驗(yàn)和研究。為此，筆者在研究了其數(shù)據(jù)特點(diǎn)后，實(shí)現(xiàn)了三極激電測(cè)深的二維帶地形反演[6]，并利用V8工作站開(kāi)展了大功率激電試驗(yàn)。

1 工作方法

1.1 工作原理

當(dāng)向地下供入一穩(wěn)定的電流時(shí)，可以觀測(cè)到測(cè)量電極之間的電位差隨時(shí)間的變化 （一般約幾分鐘），這種變化在經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后趨于一穩(wěn)定值 （充電過(guò)程）；當(dāng)斷開(kāi)電流后，測(cè)量電極之間的電位差在最初一瞬間很快下降而后隨時(shí)間相對(duì)緩慢地下降，并經(jīng)過(guò)一段時(shí)間 （一般約幾分鐘）后衰減接近于零 （放電過(guò)程），在充放電的過(guò)程中，觀察由電化學(xué)作用引起的隨時(shí)間變化的附加電場(chǎng)，稱之為激電法。它是以不同巖、礦石之間的激電效應(yīng)的差異為物質(zhì)基礎(chǔ)，通過(guò)觀測(cè)與研究人工建立的直流 （時(shí)間域）或交流（頻率域）激電場(chǎng)的分布規(guī)律進(jìn)行找礦和解決地質(zhì)問(wèn)題的一組電法勘探分支方法。

1.2 工作參數(shù)及裝置

激電法傳統(tǒng)的對(duì)稱測(cè)深裝置有施倫貝格爾、偶極－偶極、溫納等；常用的不對(duì)稱測(cè)深裝置為單極－偶極 （三極裝置），與對(duì)稱測(cè)深裝置相比，具有勘探深度大、工作效率高等優(yōu)點(diǎn)。

由于三極測(cè)深裝置能以較小的電流獲得較大的一次場(chǎng)信號(hào)，因此在工作中采用頻率域三極測(cè)深的工作方法 （如圖1所示），選取頻率為1Hz（即1s）和0.0625Hz（即16s）兩個(gè)頻率，測(cè)量參數(shù)為視電阻率和視頻散率。在地面的一個(gè)測(cè)深點(diǎn)上 （即MN極的中點(diǎn)），通過(guò)逐次移動(dòng)供電A極的位置，測(cè)量同一點(diǎn)的、不同供電極距的值，從而達(dá)到研究這個(gè)測(cè)深點(diǎn)下不同深度的地質(zhì)斷面情況的目的。

如圖1（a）所示，在測(cè)量時(shí)A點(diǎn)相當(dāng)于點(diǎn)源，B點(diǎn)一般選擇在大于5倍勘探深度的地方，該次研究中選取供電極距AB距離大于2500m和5000m，AB布極方向可以垂直于測(cè)線，也可以沿著測(cè)線方向。測(cè)量極距等間隔取值，測(cè)點(diǎn)O位于MN的中點(diǎn)。

圖1 三極測(cè)深示意圖

2 測(cè)區(qū)礦產(chǎn)地質(zhì)概況

測(cè)區(qū)一位于寧夏中衛(wèi)市某礦區(qū)，區(qū)內(nèi)以金、銅、硫鐵礦化為主，伴生有鉛、銀礦化，構(gòu)成一個(gè)較典型的多金屬礦化密集區(qū)帶?？臻g上，測(cè)區(qū)內(nèi)礦化成帶狀相對(duì)集中分布，并與一定的構(gòu)造和巖漿巖密切相關(guān)。區(qū)內(nèi)出露地層主要為薊縣系 （Jx）和第四系 （Q），主要巖性大多為綠片巖、云母片巖，物性顯示其均具中－高阻特性。根據(jù)成礦地質(zhì)背景分析和成礦基本特征，初步認(rèn)為測(cè)區(qū)一內(nèi)以金銅為主的多金屬礦化是處在一個(gè)相同構(gòu)造環(huán)境，具有基本相同的成礦地質(zhì)條件、基本相同的成礦作用和基本相同的成礦類型，在時(shí)空上構(gòu)成了一個(gè)以基性火山巖、中酸性侵入巖熱液蝕變?yōu)榧~帶的統(tǒng)一的多金屬成礦系統(tǒng)。其中與火山巖有關(guān)的可能形成 “白銀式”基性火山巖型銅礦或基性火山巖－巖漿型磁鐵礦；與中酸性侵入巖有關(guān)的可能形成熱液－矽卡巖型銅鉛礦、斑巖型銅金礦和構(gòu)造蝕變巖型金礦。

測(cè)區(qū)二位于甘肅省金昌市某礦區(qū)，其出露的地層主要為上震旦統(tǒng)韓母山群 （Z2h）、新近系中新統(tǒng)（N1）及Q。Z2h分布在工作區(qū)中部一帶，主要巖性為硅質(zhì)灰?guī)r、絹云鈣質(zhì)千枚巖、薄層灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r；N1分布在區(qū)內(nèi)北東邊緣一帶，巖性主要為砂礫巖；Q主要為砂礫層、風(fēng)積砂。此外，該區(qū)還出露花斑巖及少量含炭質(zhì)千枚巖。物性顯示該區(qū)電阻率多呈中－低阻類型。該區(qū)已發(fā)現(xiàn)的礦點(diǎn)多產(chǎn)于新太古代－新元古代龍首山群及上震旦統(tǒng)地層中，其成因以沉積變質(zhì)型和熱液型為主。區(qū)內(nèi)斷裂和褶皺較為發(fā)育，斷裂多以北西西向逆斷層為主，一般規(guī)模較大，且彼此大致平行，破碎帶明顯；區(qū)內(nèi)火成巖也較為發(fā)育，均屬加里東期產(chǎn)物，多呈巖基或巖株產(chǎn)出，少許為巖墻或巖脈。

3 應(yīng)用效果分析

3.1 測(cè)區(qū)一反演結(jié)果分析

測(cè)區(qū)實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)經(jīng)格式轉(zhuǎn)化后[6]，利用瑞典RES 2DINV二維帶地形反演軟件進(jìn)行反演（圖2、3）。

從測(cè)區(qū)一的反演斷面圖 （圖2）中可以看出，沿著測(cè)線表層的電阻率相對(duì)比較低，不到100Ω·m，極化效應(yīng)較弱，構(gòu)造多為小型斷裂；高激電異常位于測(cè)線中部某一山坡底端 （X軸1150～1350m處），距地表50～100m左右存在一較明顯的破碎帶，產(chǎn)狀較陡，近似直立，向下延伸較短；該處表現(xiàn)為中阻－高極化特性，其高阻特性可能是由于圍巖的高阻特性引起。在異常區(qū)經(jīng)過(guò)鉆孔驗(yàn)證 （鉆孔位置見(jiàn)圖中所示），可見(jiàn)淺部有少許黃鐵礦化，而深部含有黃鐵礦化及少量石墨，巖性多為鈉長(zhǎng)石英片巖，破碎帶兩翼寬大高極化異?？赡苁怯捎谑母蓴_引起的。

3.2 測(cè)區(qū)二反演結(jié)果分析

圖2 測(cè)區(qū)一的二維反演斷面圖

相對(duì)于測(cè)區(qū)一，測(cè)區(qū)二的探測(cè)深度更大。從測(cè)區(qū)二的電阻率反演斷面圖 （圖3）可以看出，全區(qū)的電阻率都不是很高，大多僅數(shù)十Ω·m；測(cè)線南端深部存在的低阻帶電阻率不足20Ω·m；在測(cè)線南端有較多較小破碎帶通道，構(gòu)造比較復(fù)雜；在X軸1260～1500m之間中深部有一低阻異常帶，可能為一較大的斷裂，其兩翼則電阻率稍高；該處也顯示了較高的頻散率異常 （圖3（b）中圓圈所示位置），中心最高可達(dá)10%，顯示為低阻－中高極化特性，異常中心位置距地面深度約200m左右，高值可能由淺部含炭質(zhì)的千枚巖和深部金屬硫化物引起。

從實(shí)際應(yīng)用效果來(lái)看，大功率激電法對(duì)異常體的反應(yīng)還是比較靈敏的。對(duì)于如何找到達(dá)到工業(yè)品位的富礦，還需要結(jié)合地質(zhì)、物化探等資料深入研究，才能獲得找礦新突破。

圖3 測(cè)區(qū)二的二維反演斷面圖

4 結(jié)論

綜合分析測(cè)區(qū)的二維電阻率和頻散率反演斷面圖，對(duì)比部分鉆探驗(yàn)證成果可得到以下結(jié)論：

1）從測(cè)區(qū)的觀測(cè)反演結(jié)果來(lái)看，大功率激電法可以獲得電阻率及頻散率兩個(gè)電性參數(shù)，且都能清楚地反映出異常體的存在，能夠?qū)σ甬惓５牡刭|(zhì)體空間位置進(jìn)行精確定位。

2）在部分高激化異常區(qū)經(jīng)鉆孔驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)了礦 （化）體的存在，其地質(zhì)效果明顯，表明超大功率激電在金屬礦找礦中的應(yīng)用是可行的。其較高的工作效率、較好的地質(zhì)效果、較深的探測(cè)深度等值得在今后的地質(zhì)找礦工作中應(yīng)用推廣。

[1]葛為中，呂玉增，丁云河 .梯度電測(cè)深剖面法及其應(yīng)用 [J].物探與化探，2011，35（2）：206～211.

[2]雒志鋒，彭興剛 .雙側(cè)軸向單極－偶極激電測(cè)深在勘查鉛鋅等多金屬礦中的應(yīng)用 [J].物探與化探，2009，33（5）：501～506.

[3]沈恒麗，李玉芹 .三極梯度測(cè)深在內(nèi)蒙古哈達(dá)特陶勒蓋鉛鋅礦上的應(yīng)用效果 [J].西部探礦工程，2010，22（5）：147～152.

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[6]李寧生，趙福元，仵陽(yáng) .雙頻激電測(cè)深數(shù)據(jù)處理方法研究 [J].物探化探計(jì)算技術(shù)，2012，34（6）：652～655.

[7]White R M S，Collins S，Loke M H.Resistivity and IP arrays，optimised for data collection and inversion [J].Exploration Geophysics，2003，34 （4）：229～232.