高密度電法在寶興縣草坪鞋石膏礦勘查中的應(yīng)用

董慶林，唐杰生

（中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心四川總隊(duì)，成都 610051）

高密度電法在寶興縣草坪鞋石膏礦勘查中的應(yīng)用

董慶林，唐杰生

（中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心四川總隊(duì)，成都 610051）

通過對(duì)四川寶興縣草坪鞋石膏礦區(qū)開展高密度電法工作，經(jīng)采對(duì)數(shù)據(jù)的處理及地質(zhì)解釋，發(fā)現(xiàn)了石膏工業(yè)礦層及分布狀態(tài)，取得了較好的地質(zhì)效果。

高密度電法；石膏礦；應(yīng)用；寶興縣

高密度電法勘查的技術(shù)方法起源于上世紀(jì)七、八十年代，隨著電子及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而在近十多年來得到了飛速發(fā)展。通過研究地下地質(zhì)體的電阻率差異為地球物理基礎(chǔ)，集電剖面和電測(cè)深為一體，采用高密度布點(diǎn)，一次性布設(shè)幾十根乃至上百根電極，并按一定的電極排列方式進(jìn)行二維地電斷面測(cè)量。同時(shí)利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)高密度電法數(shù)據(jù)處理與成像，大大提高了探測(cè)效率和成功率。

四川寶興縣明禮鄉(xiāng)草坪鞋石膏礦區(qū)位于寶興縣城260°方向、直線距離約20km之明禮鄉(xiāng)境內(nèi)。通過開展高密度電法工作，確立了該礦區(qū)石膏礦層的地質(zhì)－物探地電模型，為地質(zhì)勘探工程的布置提供了重要的依據(jù)。

1 礦區(qū)地質(zhì)及地球物理特征

1.1 礦區(qū)地質(zhì)

1.1.1 地層

勘查區(qū)出露地層主要為泥盆系、志留系和第四系。其地質(zhì)特征從新至老為：

1）第四系全新統(tǒng)坡、殘積層(Q)：覆蓋了勘查區(qū)的大部分地區(qū)，主要為坡、殘積物，由棕紅色、褐棕色粘土、巖石碎塊、腐植土等組成，厚度一般1～3m，沿溝谷兩側(cè)較厚，一般小于5m。

2）泥盆系(D)：分為中統(tǒng)(D2) 和下統(tǒng)(D1)。

中統(tǒng)分布于勘查區(qū)北面，巖性主要為淺灰色變質(zhì)灰?guī)r、白云巖夾千枚巖、泥質(zhì)灰?guī)r，中上部以淺灰色至灰白色變質(zhì)灰?guī)r和白云巖為主夾少量灰?guī)r、黃綠色千枚巖，向上為白云巖。

下統(tǒng)分布于勘查區(qū)中部，沿南西～北東向展布，根據(jù)其巖性特征可分為上、下兩段。

3）志留系(S):分為上統(tǒng)(S3)、中統(tǒng)(S2)和下統(tǒng)(S1)。

上統(tǒng)分布于勘查區(qū)南西，巖性下部主要以淺灰色中厚層狀結(jié)晶灰?guī)r、結(jié)晶生物碎屑灰?guī)r為主，上部以淺灰白色中厚層狀白云巖為主。

中統(tǒng)分布于勘查區(qū)南部，巖性主要以變質(zhì)碳酸鹽巖為特征，以結(jié)晶灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r夾千枚巖為主。

下統(tǒng)分布于勘查區(qū)南東，巖性以薄層狀為主至中厚層狀石英細(xì)、粉砂巖，絹云板巖，千枚板巖，薄層狀變質(zhì)泥質(zhì)灰?guī)r，結(jié)晶灰?guī)r，灰質(zhì)白云巖等。

1.1.2 構(gòu)造

勘查區(qū)位于軸向45°的寶興背斜的北西翼，勘查區(qū)內(nèi)發(fā)育兩條斷層，趕羊溝沖斷層與五龍沖斷層，均為逆斷層，但均位于礦體之下，對(duì)礦體無破壞?？辈閰^(qū)內(nèi)構(gòu)造較簡(jiǎn)單，地層總體產(chǎn)狀基本一致，地層傾向一般305°～345°，傾角一般30°～55°。

1.2 礦體、礦石特征

1.3 地球物理特征

該礦區(qū)石膏礦頂板為白云巖，電阻率為高阻；石膏礦層電阻率屬中等電阻率, 與頂板白云巖有所區(qū)別，而石膏礦層與頂板之間存在有一層膏溶角礫巖電阻率較低。石膏礦層的底板為千枚狀灰?guī)r，電阻率不高。根據(jù)礦層與頂?shù)装宓牡貙赢a(chǎn)出特征, 介于石膏礦層與頂板之間的膏溶角礫巖是地質(zhì)找礦的重要標(biāo)志層位, 其電阻率較低也是地質(zhì)－物性模型的重要標(biāo)志。因此，根據(jù)這種地電模型, 結(jié)合地質(zhì)資料綜合分析,以電法勘探方式在本區(qū)開展物探工作是可行的。區(qū)內(nèi)各地層電性參數(shù)如表1。

表1 各巖礦層電性參數(shù)表

圖1 高密度電法溫納四極排列裝置形式示意圖

2 高密度電法工作方法技術(shù)與工程布置

2.1 方法技術(shù)

高密度電法是一種陣列勘探方法,野外觀測(cè)時(shí)只需將全部電極沿測(cè)線一次性布設(shè),儀器按已設(shè)定的供電和測(cè)量排列方式自動(dòng)采集所有電極的電位差,計(jì)算出相應(yīng)的視電阻率,測(cè)量過程中數(shù)據(jù)自動(dòng)存盤。數(shù)據(jù)采集儀器選用重慶奔騰地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)的 WGMD-9高密度電法系統(tǒng)，本次勘查采用溫納α裝置:電極排列特點(diǎn)是A、M、N、B(其中A、B為供電電極；M、N為測(cè)量電極)，AM = MN = NB為一個(gè)電極間距。A、M、N、B逐點(diǎn)同時(shí)向右移動(dòng)，得到第一條剖面；接著AM、MN、NB增大一個(gè)電極距，A、M、N、B逐點(diǎn)同時(shí)向右移動(dòng)，得到另一條剖面。這樣不斷掃描測(cè)量下去，可以得到倒梯形斷面，數(shù)據(jù)圖形的排列方式為倒梯形。排列方式（溫納裝置）如圖1所示。

2.2 工程布置

依據(jù)勘查區(qū)地質(zhì)特征，沿礦體走向垂直布置5條高密度電法剖面，分別為 A、B、C、D、E剖面，剖面間距300～1 000m不等，剖面長(zhǎng)度300～640m不等，測(cè)點(diǎn)點(diǎn)距為5m，總體上控制測(cè)區(qū)內(nèi)石膏礦帶的分布范圍。

2.3 工作質(zhì)量評(píng)述

為了確保數(shù)據(jù)的可靠性，野外作業(yè)嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)技術(shù)規(guī)范。為確保采集數(shù)據(jù)的質(zhì)量，測(cè)前首先對(duì)儀器設(shè)備及裝置作好檢查確保采集系統(tǒng)工作正常、采取大功率電源供電、施測(cè)過程中注意狀態(tài)觀測(cè)、對(duì)畸變點(diǎn)均采取處理措施等以確保數(shù)據(jù)采集質(zhì)量。經(jīng)對(duì)外業(yè)工作質(zhì)量檢查，采集數(shù)據(jù)相對(duì)均方誤差小于5%，外業(yè)數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確，質(zhì)量可靠。

3 資料處理與勘查成果

3.1 數(shù)據(jù)處理

1∶5萬區(qū)域航磁和地面高精度磁測(cè)在赤佬頂?shù)貛П憩F(xiàn)為NE和NW向磁場(chǎng)變化梯度帶異常特征，并于交匯部位形成相對(duì)的強(qiáng)磁異常(圖3、4)，反映有上述方向的構(gòu)造存在，其交匯部位的赤佬頂?shù)貛浅傻V最為有利的地段。研究區(qū)內(nèi)已知礦床和寶山等巖體均處于NE向的磁異常帶上，亦說明赤佬頂銻礦與一六鎢礦、梅子沖銀鉛鋅礦等礦床成礦構(gòu)造相同，具備尋找相同類型礦床的條件。

高密度電阻率法數(shù)據(jù)處理是把所測(cè)得的視電阻率數(shù)據(jù)，經(jīng)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)拼接、數(shù)據(jù)預(yù)處理、地形校正和反演計(jì)算等步驟，最后得到視電阻成像色譜圖作為地質(zhì)解釋圖件。

3.1.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

測(cè)量的數(shù)據(jù)先經(jīng)過格式轉(zhuǎn)換程序轉(zhuǎn)換成處理軟件所需的格式文件，把一條剖面上測(cè)量的兩個(gè)或多個(gè)斷面數(shù)據(jù)拼接成一個(gè)文件的數(shù)據(jù)。

把格式轉(zhuǎn)換好的視電阻率數(shù)據(jù)，經(jīng)數(shù)據(jù)預(yù)處理消除壞點(diǎn)，把畸變點(diǎn)去掉，保留質(zhì)量可靠的數(shù)據(jù)。然后根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)－物性條件、測(cè)試資料分析對(duì)比，選擇反演計(jì)算參數(shù)。

3.1.2 地形校正

把預(yù)處理后的數(shù)據(jù)經(jīng)地形靜校正，按剖面樁號(hào)高程進(jìn)行校正，應(yīng)用正交投影方法對(duì)高密度電法測(cè)深點(diǎn)的位置進(jìn)行校正，對(duì)于地形起伏造成的測(cè)量電阻率的畸變進(jìn)行校正，使地質(zhì)異常體的位置、產(chǎn)狀和視電阻率歸于真實(shí)，便于高密度電法的地質(zhì)解釋。

3.1.3 反演計(jì)算

數(shù)據(jù)預(yù)處理的后，形成原始的視電阻率斷面圖。（圖2）

圖2 視電阻率斷面圖

圖3 高密度電法反演成像色譜圖

圖4 草坪鞋石膏礦A剖面高密度電法成果圖

反演的任務(wù)是根據(jù)剖面上觀測(cè)的視電阻率數(shù)據(jù)，計(jì)算出該剖面巖、礦層的真電阻率分布。反演采用最小二乘法擬合法，給定一個(gè)初始地電斷面，在初始斷面上計(jì)算視電阻率的理論值，將理論值與實(shí)測(cè)值作對(duì)比（擬合），通過不斷修改參數(shù)、計(jì)算對(duì)比，獲得最佳擬合效果。（圖3）

3.2 勘查成果

根據(jù)本區(qū)的地層產(chǎn)出及各巖礦層的電性特征，石膏礦頂板為白云巖，電阻率為高阻，石膏礦層電阻率為中高阻別，底板為千枚狀灰?guī)r。特別值得注意的是石膏礦層與頂板之間存在有一層膏溶角礫巖電阻率較低，這個(gè)介于石膏礦層與頂板的膏溶角礫巖是地質(zhì)找礦的重要層位，也是地質(zhì)－物性模型的重要標(biāo)志。通過電阻率較低的膏溶角礫巖上下接觸關(guān)系，可以推斷石膏礦的可能存在與分布。下面以A、C剖面為例來說明本區(qū)資料推斷解釋與成果：

A剖面，從剖面端點(diǎn)0～170m，相對(duì)高阻，為白云巖；170～230m為低阻帶，為膏溶角礫巖；230～300m相對(duì)中高阻，推測(cè)為石膏礦層。（圖4）

C剖面，從剖面端點(diǎn)0～220m，相對(duì)高阻，為白云巖；220～310m相對(duì)低阻，為膏溶角礫巖；310～340m相對(duì)中高阻，從地層產(chǎn)出特征分析，推測(cè)為石膏礦層，340～640m電性斷面上顯得復(fù)雜，結(jié)合地質(zhì)資料分析，為千枚化灰?guī)r或石灰?guī)r。（圖5）

通過本區(qū)開展高密度電法工作，在A、B、C、E剖面發(fā)現(xiàn)了石膏礦層存在，同時(shí)也大致了解石膏礦層的分布狀況,為下一步地質(zhì)勘查工作提出了建議。

3.3 勘查成果驗(yàn)證

根據(jù)物探發(fā)現(xiàn)石膏礦層的分布，礦權(quán)業(yè)主委托勘查單位開展了地質(zhì)勘探工作，投入了鉆探、槽探等探礦工程，獲得具工業(yè)意義礦床，經(jīng)估算礦石資源量 5000萬噸。

圖5 草坪鞋石膏礦剖面高密度電法成果圖

4 結(jié)語

通過對(duì)四川省寶興縣明禮鄉(xiāng)草坪鞋石膏礦區(qū)開展高密度電法工作，發(fā)現(xiàn)石膏礦層的存在并大致了解其分布狀態(tài)，為進(jìn)一步的地質(zhì)勘查工作提供了工作依據(jù)，在勘探工程工作中，獲得具工業(yè)意義礦床，在本礦區(qū)開展的高密度電法工作發(fā)揮了良好作用，并取得了較好的地質(zhì)效果。

The Application of Electrical Resistivity Imaging Method to the Exploration of the Caopingxie Gypsum Deposit in Baoxing

DONG Qing-lin TANG Jie-sheng
(Sichuan Division, Geological Exploration Center for the China Building Material Industry, Chengdu, Sichuan 610051)

The application of electrical resistivity imaging method to the exploration of the Caopingxie gypsum deposit in Baoxing achieves great success of discoveing industrial gypsum bed.

electrical resistivity imaging method; gypsum; application; Baoxing

P631.3

A

1006-0995（2014）01-0122-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2014.01.032

2013-06-04

董慶林（1959-），男，高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事非金屬礦地球物理勘探工作