大極距高密度激電法在直接找礦和測(cè)深中的應(yīng)用

曹 軍，敬榮中，趙延朋

(中國有色桂林礦產(chǎn)地質(zhì)研究院有限公司，廣西桂林 541004)

傳統(tǒng)的高密度電法是一種運(yùn)用較廣泛的方法，主要應(yīng)用于工程物探(白登海等，2002;段來成，2008;胡煜等，2014;賈同福等，2011;李樹瓊等，2013;羅術(shù)等，2013)、地下水資源評(píng)價(jià)(底青云等，2001;季洪偉等，2013;)、淺層采空區(qū)探測(cè)(肖敏等，2014)、煤礦防治水(施龍青等，2013;張傳艷等，2013)、淺海工程勘察(黃佳坤等，2013;劉宏岳等，2013)、環(huán)境監(jiān)測(cè)(李彬等，2013;邱澤華等，2013;伍玉龍等，2012;楊海等，2014;楊杰等，2013;周錫明等，2012)、錳礦探測(cè)(解有波，2009)等方面。高密度激電法是傳統(tǒng)高密度電法的一種升級(jí)擴(kuò)展，在傳統(tǒng)高密度電法儀器上增設(shè)了獨(dú)立的極化率數(shù)據(jù)接收道以及極化率測(cè)量?jī)x器，在獲取地下巖石電阻率參數(shù)的同時(shí)，可以通過測(cè)量一次場(chǎng)斷電后兩個(gè)不極化電極間的二次場(chǎng)衰減電壓，得到地下巖石的視極化率參數(shù)。主要運(yùn)用于金屬礦探測(cè)(馬德錫等，2008;張偉等，2014)。

隨著AB距的增大，高密度激電法測(cè)量的信號(hào)越來越弱，信噪比逐漸降低，采用溫納裝置和特定的采集方式可以使該影響降到最低，根據(jù)金屬礦床測(cè)深的分辨率要求，可以采用大極距的排列方式來增加探測(cè)深度。

在銅鉛鋅礦區(qū)，兼顧各方面情況，采用大極距高密度激電法，代替激電測(cè)深對(duì)激電異常區(qū)進(jìn)行延深評(píng)價(jià)。也可在已知地表地質(zhì)情況下，對(duì)礦體進(jìn)行測(cè)量，以實(shí)現(xiàn)就礦找礦的目的。

1 方法技術(shù)及特點(diǎn)

大極距高密度激電法即在保持電極數(shù)量不變的情況下增大電極之間的距離，從而增加探測(cè)深度的一種布置方法。相對(duì)于傳統(tǒng)的高密度激電，大極距高密度激電法采用更大極距，最大AB極可達(dá)1 200 m以上。為解決大極距高密度激電法供電電流小，接收信號(hào)弱，實(shí)測(cè)極化率不太準(zhǔn)確的缺點(diǎn)，該方法未采用專門的高密度激電儀器，而是使用傳統(tǒng)的激電儀器采用專門的轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換電極排列，使用人機(jī)交互的方式采集數(shù)據(jù)，在一次電位較低的情況下采取增加發(fā)射電壓、增大發(fā)射電流等方式來解決該問題，對(duì)于飛點(diǎn)數(shù)據(jù)則可人工判斷，重新采集。

相對(duì)于偶極裝置、微分裝置，溫納裝置的抗干擾能力更強(qiáng)，在垂向的分辨率高，受地形起伏及覆蓋層厚度的影響較小的優(yōu)勢(shì)，且大極距情況下一次電位一般較低，溫納裝置的MN距離相對(duì)其它排列最大，接收的一次電位也最高，故野外采用溫納裝置采集數(shù)據(jù)。

相對(duì)常規(guī)的高密度激電排列，采用大極距高密度激電能明顯提高探測(cè)深度，以60根電極為例，傳統(tǒng)的高密度激電法采用的電極距一般為10 m(馬德錫等，2008;張偉等，2014)，根據(jù)前人對(duì)電法勘探理論探測(cè)深度的研究結(jié)果(吳信民等，2013)，電極距10 m的探測(cè)深度為(75～300 m)，而極距20 m的探測(cè)深度為(150～600 m)，在復(fù)雜地區(qū)一般上能達(dá)到200 m的探測(cè)深度。采用溫納裝置，使用常規(guī)的激電儀器配合轉(zhuǎn)換設(shè)備手動(dòng)采集可以提高數(shù)據(jù)采集的質(zhì)量，該采集方式兼顧探測(cè)深度、測(cè)量信號(hào)信噪比、分辨率等問題，可以得到較為可靠的原始資料。

對(duì)于常規(guī)的激電測(cè)深，對(duì)一個(gè)激電異常進(jìn)行縱向評(píng)價(jià)需要在勘探線上布置3、4個(gè)測(cè)深點(diǎn)以上，一般測(cè)深點(diǎn)點(diǎn)距大于50 m，在地形復(fù)雜地區(qū)的話工作時(shí)間較長(zhǎng)，工作量較大。相比常規(guī)的激電測(cè)深高密度激電測(cè)深具有分辨率高，工作效率高的特點(diǎn)。總的來說該方法基本可以滿足金屬礦床激電測(cè)深的探測(cè)深度和勘查的精度，可代替常規(guī)的激電測(cè)深。

2 在西藏堆龍德慶縣某鉛鋅礦的應(yīng)用

2.1 地質(zhì)背景

應(yīng)用礦區(qū)處于岡底斯—念青唐古拉板片中段南部邊緣地帶，屬岡底斯東段銅多金屬成礦帶。南側(cè)為雅魯藏布江縫合帶，受控于雅魯藏布江板塊結(jié)合帶北側(cè)岡底斯活動(dòng)大陸邊緣的火山—巖漿重疊弧。大地構(gòu)造由南向北依次劃分為:雅魯藏布江弧—陸塊碰撞結(jié)合帶、尼木—疊日中晚侏羅—早白堊世島弧形火山—巖漿弧、拉薩—墨竹工卡侏羅—晚白堊世弧后盆地、洛巴堆—唐加區(qū)沖斷帶、念青唐古拉弧背段隆五個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元。北側(cè)為念青唐古拉弧脊斷隆。

礦區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，形成了一系列近東西向的深大斷裂和緊密相間的背、向斜構(gòu)造，沿納木錯(cuò)—嘉黎斷裂帶燕山晚期巖漿巖活動(dòng)強(qiáng)烈，銅鉛鋅多金屬礦床、礦(化)點(diǎn)、多金屬地球化學(xué)異常均呈近東西向帶狀展布，成礦地質(zhì)條件有利。已發(fā)現(xiàn)的主要礦床類型為矽卡巖型銅鉛鋅多金屬礦，其次為熱液型鉛銀多金屬礦。該區(qū)成礦地質(zhì)條件好，資源潛力較大。

已知礦體賦存于花崗閃長(zhǎng)巖與大理巖接觸部位的矽卡巖中，礦體呈似層狀、脈狀，其形態(tài)受矽卡巖形態(tài)礦化，多賦存于矽卡巖的外部，產(chǎn)狀相對(duì)較穩(wěn)定，礦體頂板為大理巖、凝灰?guī)r，底板為矽卡巖、閃長(zhǎng)斑巖，礦石礦物主要為方鉛礦、閃鋅礦、黃銅礦、磁黃鐵礦、黃鐵礦，脈石礦物主要為綠泥石、綠簾石、透閃石、方解石等，礦石主要結(jié)構(gòu)為自形－半自形結(jié)構(gòu)，構(gòu)造主要為致密塊狀、條帶狀、浸染狀等，圍巖蝕變以硅化、碳酸鹽化、矽卡巖化、高嶺土化、絹云母化為主，礦床成因?yàn)榻佑|帶交代型(矽卡巖型)礦床。

表1 礦區(qū)巖、礦石電性特征Table 1 The rocks and ores characteristics of mine

2.2 巖石、礦石的物性特征

本次物探測(cè)量工作開展之前，采集了該礦區(qū)不同巖性的巖石、礦石標(biāo)本進(jìn)行物性測(cè)定，共采集電性測(cè)量標(biāo)本55件。標(biāo)本物性測(cè)量結(jié)果(表1)表明:該區(qū)鉛鋅礦石為低電阻率(平均4.59 Ω·m)，高極化率(平均49.55%)特征，礦石與圍巖電性差異較大;另外，黃鐵礦碳質(zhì)板巖和黃鐵礦化硅灰?guī)r物性亦顯示為中、低阻高極化特征，可能會(huì)對(duì)礦區(qū)激電測(cè)量解釋帶來一定的干擾。總體來說，在結(jié)合礦區(qū)地質(zhì)情況，有效剔除炭質(zhì)層的干擾的情況下，在該礦區(qū)采用激電測(cè)量法直接找礦，具有良好的物性差異前提。

2.3 數(shù)據(jù)采集

本次測(cè)量布置測(cè)線兩條，以查明激電中梯異常在縱向上的分布情況。因礦區(qū)已有的勘探線為46°布置，應(yīng)礦方要求測(cè)線按照46°方向布置，并未垂直于激電中梯異常走向和地層展布方向，具體布置見圖1。野外數(shù)據(jù)采集采用的儀器為北京地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)的DWJ-ⅢA和DWJ-ⅢF。采用電源為0～600 V智能可恒流或恒壓電源，電源選擇的是恒流100 mA模式，在一次電位較低的情況下適當(dāng)增大電流。測(cè)量排列方式為溫納裝置。測(cè)量參數(shù)為供電周期8 s，延時(shí)200 ms。采用的電極距為20 m。測(cè)量線由12條大線組成，每條大線10個(gè)電極，供電線和接收線分開，供電線60個(gè)電極，材料為鋼管;接收線使用58個(gè)固體不極化電極。通過增加極距減小了橫向上和縱向的分辨率，但相對(duì)于傳統(tǒng)的激電測(cè)深，大極距高密度激電測(cè)深的分辨率又有顯著的提高。

2.4 應(yīng)用效果

按照由已知到未知的原則，本次測(cè)量先在已知的有工程控制的礦體上布置測(cè)線，開展方法技術(shù)試驗(yàn)工作，選取較為有效的測(cè)量方法和裝置，研究總結(jié)已知礦床、已知巖性的電阻率、極化率異常的規(guī)律特征。然后在未知的，存在激電中梯異常有利成礦區(qū)域上采用相同的裝置參數(shù)布置勘探工作，采用類比法開展未知區(qū)的找礦預(yù)測(cè)工作。

根據(jù)礦區(qū)地質(zhì)、工程勘探等成果，將測(cè)線的中點(diǎn)布置于已知礦體的露頭處(圖1)。從圖可以看出:測(cè)線0～550 m為第四系沖積層，550～625 m為布宗組，625～1 200 m為閃長(zhǎng)斑巖體。礦體位于賦存于布宗組地層中，是典型的矽卡巖鉛鋅礦體。

根據(jù)高密度激電法的探測(cè)結(jié)果(圖2)，可得到礦區(qū)布宗組、閃長(zhǎng)斑巖體、礦體的電阻率和極化率特征，可重新推斷隱伏地質(zhì)單元的分布情況。由圖可見:地表25～200 m處表現(xiàn)為高電阻率、低極化率特征，并且沿著測(cè)線方向逐漸變深，推斷為閃長(zhǎng)斑巖體。測(cè)線方向200～520 m從地表至以下40 m深處表現(xiàn)為中高電阻率、低極化率特征，推斷為第四系沖積層。測(cè)線方向270～520 m，標(biāo)高3920～3970 m表現(xiàn)為低阻高極化特征推斷為蝕變帶。測(cè)線方向520～725 m為上侏羅統(tǒng)—下白堊統(tǒng)林布宗組(J3-K1)表現(xiàn)為低－中低電阻率高極化率特征(處于蝕變帶中所致)。測(cè)線方向725～1 100 m出露閃長(zhǎng)斑巖體，表現(xiàn)為高電阻率低極化率特征。已知礦體表現(xiàn)為中、高電阻率、高極化率特征，推斷是由于礦體附近硅化蝕變較強(qiáng)，因此礦體表現(xiàn)為中高電阻率，而非典型高品位鉛鋅礦體的低電阻率、高極化率特征。因此采用電阻率參數(shù)結(jié)合極化率特征可以較為準(zhǔn)確的圈定巖體界線，含金屬硫化物較多的礦化蝕變帶位置，這說明該方法可以達(dá)到就礦找礦的目的。

通過前期激電中梯法的測(cè)量結(jié)果，發(fā)現(xiàn)上侏羅統(tǒng)-下白堊統(tǒng)林布宗組(J3-K1)在已知礦體以東仍然存在較強(qiáng)的激電異常，并且異常走向與布宗組地層走向基本一致，推斷在已知的布宗組地層向下存在隱伏的礦化蝕變帶。因此在已知礦體的東面布置高密度激電測(cè)線一條。

圖3為無工程控制的高密度激電測(cè)線剖面的反演結(jié)果，由圖可見:綜合電阻率和極化率反演結(jié)果的特征，能明顯的劃分高電阻率，高極化率的巖體分布范圍。測(cè)線方向25～520 m地表出露閃長(zhǎng)斑巖體，標(biāo)高4 050 m以上表現(xiàn)為高電阻率低極化率特征。測(cè)線方向520～730 m地表出露布宗組地層，地表至地下深處40 m表現(xiàn)為高電阻率，低極化率特征。測(cè)線方向730～1 100 m地表出露閃長(zhǎng)斑巖體，表現(xiàn)為高電阻率低極化率特征。在測(cè)線方向730～1 100 m，標(biāo)高4050以下以及地表出露白堊統(tǒng)林布宗組(J3-K1)的40 m以下深部存在明顯的低電阻率、高極化率異常。顯然該區(qū)為一礦化蝕變帶，且在地質(zhì)上具有很好的成礦條件。推斷已知礦體向東有延伸。

3 結(jié)語

大極距高密度激電法在西藏堆龍德慶縣某鉛鋅礦的應(yīng)用結(jié)果表明:使用60根供電電極，該方法最大探測(cè)深度為200 m，勘探深度和分辨率能達(dá)到金屬礦普查階段要求，在激電測(cè)深方面，該方法具有分辨率高，工作效率高等特點(diǎn)，明顯優(yōu)于常規(guī)的激電測(cè)深法。采取人機(jī)交互，適當(dāng)?shù)母鶕?jù)條件選擇供電電壓及溫納裝置等方式能較好的解決野外數(shù)據(jù)采集過程中因一次電位較低，數(shù)據(jù)信噪比較低的問題，從而采集到較為可靠的野外原始數(shù)據(jù)。采用電阻率和極化率相結(jié)合的解釋方式能更好的劃分和解釋異常，更清楚的尋找找礦標(biāo)志層，對(duì)地表出露的金屬硫化物礦體具有較好的就礦找礦效果。

圖1 礦區(qū)地質(zhì)、激電中梯異常及高密度激電測(cè)線布置圖Fig.1 The geological map of mine，anomaly of induced-current middle-gradient method，Location of high-density induced polarization method

圖2 礦區(qū)已知礦體高密度激電測(cè)量反演電阻率、極化率斷面圖Fig.2 The cross-section of resistivity and chargeability with work control

圖3 礦區(qū)未工程控制測(cè)線激電測(cè)量反演電阻率、極化率斷面圖Fig.3 The cross-section of resistivity and chargeability without work control

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