中梯裝置下引起的激電負(fù)異常及其應(yīng)對(duì)措施

張宇鵬，錢嘉才

?

中梯裝置下引起的激電負(fù)異常及其應(yīng)對(duì)措施

張宇鵬，錢嘉才

(云南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，云南 昆明650051)

摘要：在激電法物探工作中，時(shí)常因觀測(cè)誤差、電磁耦合效應(yīng)及特定的地電條件等，會(huì)出現(xiàn)電性參數(shù)視極化率為負(fù)值的情況，筆者在前人研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合自身的工作經(jīng)厲，對(duì)引起激電法物探中出現(xiàn)的激電負(fù)異常原因及其應(yīng)對(duì)措施進(jìn)行了總結(jié)，從而能在野外工作中第一時(shí)間正確認(rèn)識(shí)激電負(fù)異常的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：中梯裝置；負(fù)異常值；形成原因；應(yīng)對(duì)措施

根據(jù)直流激電法視極化率的計(jì)算公式可知，極化率為一百分比，根據(jù)數(shù)學(xué)理論，百分比應(yīng)該為正值。在激發(fā)極化法的野外剖面測(cè)量中，大多數(shù)地區(qū)的激電觀測(cè)異常，一般也是以正值出現(xiàn)，但是筆者在部分工區(qū)的野外實(shí)踐中，發(fā)現(xiàn)少數(shù)地區(qū)所觀測(cè)的視極化率參數(shù)會(huì)出現(xiàn)負(fù)值的情況。作為野外一線的實(shí)際生產(chǎn)者，當(dāng)初認(rèn)為是供電線漏電、測(cè)量電路故障及接地電阻過(guò)大等因素造成的，忽視了供電電極與極化體的分布位置的這一賦存條件等因素。

1復(fù)雜地電因素造成的激電負(fù)異常

筆者在多個(gè)工區(qū)進(jìn)行激電中梯觀測(cè)時(shí)，遇到了電性參數(shù)視極化率為負(fù)值的情況，在工作現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)加大電流、調(diào)整供電電極AB和測(cè)量電極MN位置，又仔細(xì)檢查供測(cè)線路，仍然得到一樣的觀測(cè)結(jié)果，始終找不出具體原因。后來(lái)通過(guò)查閱有關(guān)資料和大量野外工作實(shí)踐，對(duì)該問(wèn)題有了一個(gè)初步認(rèn)識(shí)。野外工作中引起激電負(fù)異常的主要原因，可歸納為三類：①觀測(cè)誤差引起的激電負(fù)異常；②電磁耦合效應(yīng)產(chǎn)生的激電負(fù)異常；③在特定地電條件下，形成的局部激電負(fù)異常。

1.1　觀測(cè)誤差引起的激電負(fù)異常

近幾年云南的電法工作，特別是在金屬物探的初查、詳查勘探中，激電中梯成為大家的首選，筆者通過(guò)對(duì)多個(gè)地區(qū)不同地段不同環(huán)境的激電工作研究和總結(jié)發(fā)現(xiàn)，由觀測(cè)誤差引起的激電視極化率為負(fù)值的影響因素較多，主要表現(xiàn)為：

(1)在電剖面觀測(cè)時(shí)，以下八種情況會(huì)引起激電負(fù)異常：①測(cè)量電極(不極化電極)MN位于亂石堆上，電極接地面積小，圍巖疏松，物質(zhì)組分質(zhì)量較差導(dǎo)致接地條件差，接地不穩(wěn)。②供電或測(cè)量線路斷路。③極化體埋藏淺，電場(chǎng)源干擾大。④當(dāng)覆蓋層為低阻物質(zhì)層，底板為高阻物質(zhì)層(如炭質(zhì)層)(圖1)時(shí)，電流作用時(shí)，穿過(guò)低阻體，電流線到達(dá)高阻界面時(shí)被屏蔽下來(lái)，最終往高阻基巖面上滑過(guò)，回流經(jīng)過(guò)低阻層，此時(shí)反映低阻體性質(zhì)，不排除干擾信息介入。⑤當(dāng)覆蓋層為高阻物質(zhì)層，底板為低阻物質(zhì)層時(shí)(圖1)，電流作用時(shí)電流線繞過(guò)高阻體，經(jīng)薄弱地帶迂回到低阻層，反映低阻體性質(zhì)，不排除干擾信息介入。⑥供電AB的組電極接地不好，電極間不夠拉開。⑦供電電流太小，電壓不穩(wěn)，不足以穿透探測(cè)層。⑧供電電極AB跨過(guò)地層界線，介質(zhì)組分及極化作用較復(fù)雜。

圖1　 不同電阻率覆蓋層下的球體在中梯裝置下的ηs剖面曲線(理論計(jì)算結(jié)果)Fig.1　ηsSection Curve of a Ball Underlying theCoverage with Different Resistance underIntermediate Gradient Equipment1.μ為覆蓋層電阻率ρ1與底板電阻率ρ2的比值；2. H為覆蓋層厚度；3. h0為球體(極化體)中心深度；4. r0為球體(極化體)半徑；5.由圖可以看出，高阻覆蓋層(1)使異常幅值變大，曲線變陡，極化體兩側(cè)出現(xiàn)負(fù)異常；而低阻(2)使異常幅度變小和曲線變緩，極化體兩側(cè)出現(xiàn)負(fù)異常。

圖2　不同產(chǎn)狀銅板上中梯裝置的ηs剖面曲線(水槽實(shí)驗(yàn)結(jié)果)Fig.2　ηsSection Curve under InteremdiateGradient Equipment on Different State Cu Plate1.AB為供電極距；2. MN為測(cè)量極距；3. h為頂板埋深；4.對(duì)比不同產(chǎn)狀銅板上的ηs異常曲線可以看出，極化體的不同分布在局部會(huì)形成負(fù)異常。

(2)在電測(cè)深觀測(cè)時(shí)，觀測(cè)剖面間距較大，剖面間控制的巖性復(fù)雜，大量的干擾介質(zhì)，抵消了極化體有用介質(zhì)的電阻率差度和極化效應(yīng)等，也會(huì)引起誤差。

1.2　電磁耦合效應(yīng)產(chǎn)生的激電負(fù)異常

激電法中除激電效應(yīng)外，各種電磁耦合效應(yīng)也影響斷電后電場(chǎng)的衰減過(guò)程或電場(chǎng)的頻率特性，構(gòu)成對(duì)激電法的干擾，亦會(huì)形成負(fù)異常。

云南山區(qū)由于地形切割較深及復(fù)雜地質(zhì)特點(diǎn)，我們常采用較大供電極距的激電中梯開展面積性工作。工作中一般取供電電極距AB≥1200m，測(cè)量電極距MN=20m～40m，點(diǎn)距10m～20m，若發(fā)現(xiàn)電位差小于3mV，則加大供電電壓，整個(gè)觀測(cè)過(guò)程保證供電電流大于3000mA以上，完全支持激電工作的正常進(jìn)行。

從公式分析，若測(cè)區(qū)覆蓋層為低阻區(qū)時(shí)，大極距中梯裝置下，測(cè)得的視極化率負(fù)異常，應(yīng)屬于此類。由此可知：①在巖性方面，若近地表巖性為泥砂巖、泥頁(yè)巖、泥質(zhì)砂巖、砂頁(yè)巖時(shí)及它們的風(fēng)化土等電阻率相對(duì)低阻區(qū)，出現(xiàn)負(fù)值的機(jī)率大。在斜坡上或緩坡的地區(qū)，為經(jīng)過(guò)搬運(yùn)堆積的坡積物分布地段，巖層質(zhì)地較松軟，出現(xiàn)負(fù)值的機(jī)率大。②在氣候方面，在濕潤(rùn)的氣候下，潮濕土壤的砂泥巖類等地區(qū)，所測(cè)得視極化率較小，表明表層很潮濕，導(dǎo)線與大地分布電容較大，容易出現(xiàn)負(fù)值異常。③在其它方面，觀測(cè)剖面經(jīng)過(guò)老硐、煤窯、溶洞、較大裂隙等時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)負(fù)值激電異常。④在供電線路方面，A、B線圈太長(zhǎng)未放完，仍纏繞在線架上，產(chǎn)生渦流電場(chǎng)，也會(huì)出現(xiàn)負(fù)值異常。

1.3　在特定地電條件下形成的局部激電負(fù)異常

此類激電負(fù)異常的產(chǎn)生，具有一定的特殊性，與中梯裝置的供電電極和極化體相對(duì)分布的位置及極化方向有密切關(guān)系。例如，①中梯裝置中部(水平極化)，在較淺局部極化體上方兩側(cè)形成激電負(fù)異常。②局部極化體靠近供電電極時(shí)，斜極化造成供電電極和極化體之間某些地段出現(xiàn)激電負(fù)異常。③不同產(chǎn)狀的極化體在特定地電條件下出現(xiàn)激電負(fù)異常(圖2)。④在起伏地形條件下，極化體靠近山脊(或山谷)時(shí)，在兩側(cè)或一側(cè)出現(xiàn)的激電負(fù)異常等(圖3、圖4)。

2克服激電負(fù)異常影響采取的措施

產(chǎn)生激電負(fù)異常的影響因素較多，要完全克服和消除影響，是非常困難的，也是不現(xiàn)實(shí)的。在野外工作中，應(yīng)根據(jù)野外觀測(cè)出現(xiàn)的情況和實(shí)際環(huán)境條件，選擇相應(yīng)的方法進(jìn)行檢測(cè)和改善。

(1)注意M、N測(cè)量線路的影響、加大供電電流的功率、選擇合適供電電極AB極距。因?yàn)橹刑菅b置，AB越大，電磁耦合效應(yīng)越強(qiáng)，出現(xiàn)負(fù)值幾率越高。開工前，應(yīng)根據(jù)實(shí)地的地質(zhì)情況、尋找礦種的物理性質(zhì)、選擇有代表性地段進(jìn)行充、放電試驗(yàn)，選擇能解決地質(zhì)問(wèn)題的理想供電周期、采樣寬度、斷電延時(shí)、供電電流、供電極距，關(guān)注測(cè)量線路的導(dǎo)通，增加組合電極，改善接地電阻。

(2)應(yīng)盡量避開松軟地段布置激電工作。盡量減小低阻層影響，克服如含炭類物質(zhì)層、充水裂隙、巖溶塌落物等所造成的激電負(fù)異常。

(3)全力做好工作區(qū)的物性測(cè)定工作，盡量選擇完整、新鮮的巖性有利地段進(jìn)行觀測(cè)，在已知的工區(qū)內(nèi)，對(duì)擬開工作區(qū)所具有的相同勘探對(duì)象及層位和重要圍巖的物性進(jìn)行重點(diǎn)測(cè)量。

(4)對(duì)出現(xiàn)負(fù)值或正負(fù)值交替出現(xiàn)的剖面數(shù)據(jù)，與旁側(cè)剖面觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，再對(duì)同剖面多測(cè)點(diǎn)及多旁線多測(cè)點(diǎn)進(jìn)行趨勢(shì)分析，結(jié)合剖面通過(guò)地段的物性分布大小情況，確定改正系數(shù)，完成數(shù)據(jù)的線性校正。

(5)選擇在一定濕度下的氣候觀測(cè)。地表疏松沉積層水氣蒸發(fā)，土壤環(huán)境濕度較小，極利于激電工作的雙參數(shù)觀測(cè)，一般不要選擇露珠清晨、雨后濕地工作，否則會(huì)使數(shù)據(jù)變大、變負(fù)。

(6)考慮A、B供電線路(圈)的影響。將A、B線圈所有線放完，再回到供電點(diǎn)處重新布極，或剪掉多余的部分再打好電極接好線路。

3結(jié)論

中梯裝置下產(chǎn)生激電負(fù)異常的原因較多、影響因素較復(fù)雜，本文羅列的只是在實(shí)際工作環(huán)境中，野外觀測(cè)出現(xiàn)的許多重復(fù)物理現(xiàn)象，其可能原因影響總結(jié)為三大類：一是觀測(cè)誤差的結(jié)果，二是電磁耦合效應(yīng)產(chǎn)生的結(jié)果，三是在特定地電條件下形成的局部激電負(fù)異常。作為野外工作者，當(dāng)出現(xiàn)激電負(fù)值異常時(shí)，要認(rèn)識(shí)到這是在人工電場(chǎng)作用下地電參數(shù)所反映的正常物理變化現(xiàn)象。在進(jìn)行中梯裝置測(cè)量時(shí)，特別要注意供電AB及測(cè)量MN導(dǎo)線的纏繞及線路導(dǎo)通、土壤濕度的影響，要做好野外作業(yè)前工作裝置、供測(cè)電極距參數(shù)選定等有效性的試驗(yàn)，把握有利的氣象觀測(cè)條件，只要采取有效的工作方案和合適的技術(shù)手段并注意相應(yīng)的事項(xiàng)，就能夠克服或減少引起此類負(fù)值的問(wèn)題，提高原始資料的可信度，從而取得較理想的激電工作效果。

參考文獻(xiàn)

[1]李金銘.激發(fā)極化法方法技術(shù)指南[M].北京：地質(zhì)出版社，2004.

[2]李金銘.地電場(chǎng)與電法勘探[M].北京：地質(zhì)出版社，2005.

[3]袁見齊、朱上慶等.礦床學(xué)[M].北京：地質(zhì)出版社，1979.

[4]徐開禮、朱志澄等.構(gòu)造地質(zhì)學(xué)[M].北京：地質(zhì)出版社，2004.

[4]云南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院.云南省云縣新村地區(qū)銅多金屬礦物探工作成果報(bào)告[R].2013.

[5]云南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院.云南省峨山峨臘廠地區(qū)銅鐵多金屬礦重點(diǎn)勘查物探工作成果報(bào)告[R].2012.

THE IP NEGATIVE ANOMALY CAUSED BY INTERMEDIATE GRADIENT EQUIPMENT AND THE COUNTERMEASURE

ZHANG Yu-peng，QIAN Jia-cai

(YunnanExplorationInstituteofGeologyandMineralResources，Kunming650051)

Abstract：In IP geophysical exploration，the electric parameter apparent polarization ratio is often negative because of observation error，electromagnetic couplingeffects and certain geoelectric conditions，etc.On the basis of the previous study and in combination with our experience，we have the sum-up of the origin of negative anomaly and the countermeasure in IP geophysical exploration in oreder to understand correctly IP negative anomaly rapidly in the field work.

Key Words：Intermediate Gradient Equipment；Anomaly；Formation Origin；Countermeasure

中圖分類號(hào)：P631.3+24

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1004-1885(2015)4-579-4

作者簡(jiǎn)介：張宇鵬(1989～)，男，云南硯山縣人，助理工程師，主要從事地球物理勘查工作。

收稿日期：2015-09-21