視金屬因素在激電異常解釋中的應(yīng)用

區(qū)小毅， 黎海龍， 陸懷成， 梁永達(dá)

(廣西壯族自治區(qū)地球物理勘察院，柳州　545005)

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視金屬因素在激電異常解釋中的應(yīng)用

區(qū)小毅， 黎海龍， 陸懷成， 梁永達(dá)

(廣西壯族自治區(qū)地球物理勘察院，柳州545005)

摘要：多年以來，激發(fā)極化法被廣泛應(yīng)用于金屬礦產(chǎn)勘探的普查、詳查和異常評(píng)價(jià)工作當(dāng)中，比較明顯的激電異常總是與巖(礦)石中存在電子導(dǎo)體的石墨或金屬礦化有密切關(guān)系。為了突出與金屬礦化關(guān)系密切的激電異常、壓制干擾因素影響，引入了視金屬因素參數(shù)來提取激電異常的二次信息，通過應(yīng)用實(shí)例論證，該激電參數(shù)二次信息能夠較好地評(píng)價(jià)激電異常，對(duì)推斷解釋有一定的指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：激發(fā)極化法； 視金屬因素； 激電中梯； 激電測深

0引言

一般情況下，在激發(fā)極化法工作中常常只研究采集到的視電阻率和視極化率兩種原始參數(shù)，但隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，激電工作中除了要面對(duì)炭質(zhì)巖(層)或其他一些礦化、礦染等非礦致異常的干擾以外，還會(huì)受到工業(yè)電流、高壓電線、人文建筑等干擾，這些都會(huì)使得激電異常變得更為復(fù)雜，當(dāng)激電異常變得較為復(fù)雜或激電異常較為微弱的情況，就會(huì)影響地質(zhì)、物探工作者對(duì)礦致異常解釋、評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性和可靠程度。如何減少激電異常的多解性，更加準(zhǔn)確地區(qū)分礦與非礦激電異常，一直是地球物理工作者需要深入研究、探討的重要課題，這里應(yīng)用視金屬因素這一參數(shù)來提取激電弱異常，并能在一定程度上對(duì)干擾影響進(jìn)行有效壓制，取得了較好的效果[1-3]。

1方法原理

1.1激發(fā)極化法基本理論

人們在進(jìn)行電阻率法測量時(shí)，常常發(fā)現(xiàn)在向地下地質(zhì)體(巖、礦石)供入穩(wěn)定電流的情況下，可觀測到地面上兩個(gè)測量電極的電位差△V(t)隨時(shí)間緩慢增加，經(jīng)過一定時(shí)間后逐漸趨于穩(wěn)定(飽和值)；在斷開供電電流后，會(huì)發(fā)現(xiàn)電極間的電位差在最初一瞬間快速衰減，之后衰減速度變慢，經(jīng)過幾十秒鐘甚至幾分鐘后衰減至零(圖1)。這種在向地下巖(礦)石供電及斷電過程中，由于電化學(xué)作用引起的隨時(shí)間緩慢變化的附加電場的現(xiàn)象稱為激發(fā)極化效應(yīng)，它是目前尋找金屬礦產(chǎn)最為有效的一種地球物理勘探方法[4]。

圖1　巖(礦)石充放電曲線示意圖Fig．1　Rock(ore) charge-discharge curves schematic

1.2視金屬因素的物理意義

視金屬因素(Js)是在激發(fā)極化法中的兩個(gè)基本測量參數(shù)即視電阻率(ρs)和視極化率(ηs)的基礎(chǔ)上，提出的能綜合反映巖(礦)石激電和導(dǎo)電性特征的參數(shù)。在激發(fā)極化法中，視充電率(Ms)表達(dá)為式(1)。

(1)

式中：△V1為一次場電位差;V2(t)為二次場電位；I為供電電流；K為裝置系數(shù)；t2-t1為積分時(shí)區(qū)；Js為視金屬因素,×10-3(Ω·m )-1。

在時(shí)間域中有：

J(T,t)=η(T,t)/ρ(T)

(2)

式中，T、t、η、ρ分別為供電時(shí)間、測量延遲時(shí)間、視極化率和視電阻率。

在頻率域中有：

J(fd,fg)=F(fd,fg)/ρ(fd)

(3)

式中:F(fd,fg)為頻散率;fd、fg分別為低頻和高頻。根據(jù)激發(fā)極化法的理論，激電異常單一性較強(qiáng)，地形起伏、覆蓋層厚度變化以及圍巖或覆蓋層導(dǎo)電性不均勻等因素一般不會(huì)引起激電假異常。視金屬因素(Js)是通過激發(fā)極化法的原始觀測參數(shù)計(jì)算所得，可視為該方法的二次信息，能夠更好地突出與電子導(dǎo)體有關(guān)的低阻極化體異常[5-7]。

1.3正演模擬計(jì)算

作者設(shè)計(jì)一個(gè)三層大地層狀地電斷面模型，利用中國地質(zhì)調(diào)查局與中國地質(zhì)大學(xué)共同開發(fā)的RGIS2010重磁電數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行一維激電參數(shù)正演模擬計(jì)算，正演模型參數(shù)具體為：使用從3.5 m～2 250 m等18個(gè)AB/2供電極距，第一層視電阻率為100 Ω·m，層厚度為20 m，視極化率為2%；第二層視電阻率為50 Ω·m，層厚度為50 m，視極化率為5%；第三層視電阻率為500 Ω·m，視極化率為2%。正演模型示意圖如圖2所示，正演計(jì)算得到的結(jié)果如圖3所示。

圖2　正演模型示意圖Fig．2　Schematic of forward model

圖3　正演模擬計(jì)算結(jié)果圖Fig．3　Figure of forward simulation results

從圖3可以看出，正演計(jì)算得到的視電阻率呈現(xiàn)與模型一致的“H型”曲線特征，視極化率曲線呈現(xiàn)“K型”特征，視極化率曲線對(duì)高極化層反映相對(duì)明顯，而視電阻率曲線對(duì)低阻層的反映則不明顯；通過計(jì)算該模型的視金屬因素得到圖3中黑色曲線，可以看到，其數(shù)值幅值突變明顯，對(duì)低阻高極化層的反映較其他兩種激電參數(shù)而言相當(dāng)明顯，且反映的層范圍也較為準(zhǔn)確，由此可知，視金屬因素對(duì)于低阻高極化異常能夠取得較好的評(píng)價(jià)效果。

2應(yīng)用實(shí)例

2.1工區(qū)概況

2.1.1地理自然概況

工作區(qū)位于廣西壯族自治區(qū)中部某地，區(qū)內(nèi)以低山丘陵地貌為主，溪流較為發(fā)育，大小河流常年有流水；該地屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，夏季炎熱多雨，冬季較溫暖，全年平均氣溫18℃～22℃，年均降雨量在1 361 mm～2 000 mm之間，雨水充沛；工區(qū)離縣城約50 km，有一條省道和多條縣級(jí)公路從西部通過，區(qū)內(nèi)簡易公路四通八達(dá)，交通十分便利。

2.1.2地質(zhì)概況

區(qū)內(nèi)大部分地區(qū)被第四系覆蓋，出露的地層由老到新依次有：泥盆系下統(tǒng)那高嶺組(D1n)細(xì)砂巖，郁江組(D1y)砂巖、泥質(zhì)粉砂巖，二塘組(D1e)生物灰?guī)r、白云巖，官橋組(D1g)中厚層狀細(xì)-粉晶白云巖夾少量灰?guī)r，大樂組(D1d)粉砂質(zhì)泥巖、灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r互層或夾層，第四系(Q)亞粘土、粘土及砂礫石；工區(qū)地處華南板塊南華活動(dòng)帶的來賓凹陷帶與大瑤山隆起的交界部位西北部，區(qū)域上主要發(fā)育有NNE、SN、NW向三組斷裂構(gòu)造帶，工區(qū)為一單斜構(gòu)造區(qū)內(nèi)主要發(fā)育有NNE和NW向兩組斷裂構(gòu)造。工區(qū)地質(zhì)概況及激電中梯測線布置圖如圖4所示。

工區(qū)圍巖蝕變較強(qiáng)，主要類型為硅化、重晶石化、方解石化、白云石化、黃鐵礦化和鉛鋅礦化等，它們與鉛鋅礦化有密切關(guān)系，其中重晶石化和白云石化與成礦關(guān)系最為密切，是尋找鉛鋅礦的主要找礦標(biāo)志。另外，工區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)有巖漿巖出露，但在附近的一個(gè)礦區(qū)發(fā)現(xiàn)有小型輝綠巖脈和煌斑巖脈分布，因而工區(qū)內(nèi)的巖(礦)石有可能受到巖漿巖活動(dòng)的影響[8]。

圖4　工區(qū)地質(zhì)概況及激電中梯測線布置圖Fig．4　Geological survey and the work area of the gradient induced polarization survey line layout

2.2找礦標(biāo)志

1)地層巖性標(biāo)志。下泥盆統(tǒng)二塘組下段白云巖(上倫白云巖)為區(qū)內(nèi)主要賦礦層位，該層位是本區(qū)尋找層狀、似層狀鉛鋅礦(化)體的地層標(biāo)志。

2)構(gòu)造標(biāo)志。區(qū)內(nèi)分布的桐木斷裂及同庚斷裂兩條復(fù)合性斷裂及其旁側(cè)派生的次級(jí)小斷裂以及一些層間破碎帶是本區(qū)主要的控礦、賦礦構(gòu)造。

3)地球化學(xué)標(biāo)志。本區(qū)Pb、Zn、Cu等元素的化探組合異常區(qū)是本區(qū)尋找鉛鋅礦的重要地球化學(xué)標(biāo)志。

4)直接找礦標(biāo)志。區(qū)內(nèi)民采重晶石、銅、鉛鋅礦已有一定時(shí)段，故有民采礦坑或民采坑道分布地段、礦體露頭分布地段也是本區(qū)找礦的重要標(biāo)志，擁有較強(qiáng)硅化、重晶石礦化蝕變的部位也是本區(qū)重要的找礦標(biāo)志。

2.3地球物理前提

物性工作主要是利用小對(duì)稱四極裝置對(duì)工區(qū)內(nèi)采集的巖(礦)石標(biāo)本進(jìn)行物性測量，采集的巖(礦)石標(biāo)本主要有泥巖、砂巖、白云巖以及礦化白云巖，物性測量統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。

表1　工區(qū)巖(礦)石標(biāo)本物性測量參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

從表1可知，泥巖、砂巖及白云巖的視電阻率相對(duì)較高，其中白云巖的視電阻率最高，平均值達(dá)到5 540 Ω·m，礦化白云巖的視電阻率相對(duì)最小，平均值只有1 440 Ω·m；泥巖、砂巖及白云巖的視極化率則相對(duì)較低，平均值在0.56%～1.75%范圍左右，而含礦(化)的白云巖的視極化率平均值則達(dá)到9.85%，礦化白云巖相對(duì)于圍巖或其他巖石具有較為明顯的低阻高極化和高視金屬因素特征，因此，在本區(qū)開展激發(fā)極化法具有良好的地球物理前提。

2.4方法技術(shù)

巖(礦)石的物性差異是進(jìn)行地球物理勘探的充分必要條件，從上述工區(qū)物性資料可知，礦化白云巖相對(duì)于圍巖或其他巖石具有較為明顯的低阻高極化特征。所以物探勘查工作以激電中梯測量為主，在圈定的異常區(qū)(段)輔助以一定工作量的激電測深工作：在面積約2 km2的工作區(qū)內(nèi)開展200 m×20 m網(wǎng)度的激電中梯掃面工作，并在異常區(qū)(段)布置了約50個(gè)激電測深點(diǎn)，點(diǎn)距為40 m。

激電工作采用加拿大生產(chǎn)的GDD大功率直流激電儀，可同時(shí)測量得到視電阻率和視極化率兩個(gè)參數(shù)。正式工作前期，在工區(qū)內(nèi)進(jìn)行了一條方法試驗(yàn)性剖面測量，試驗(yàn)結(jié)果為依據(jù)，在以能夠突出激電異常和提高工作效率的原則下，確定了本次激電中梯測量的裝置參數(shù)：采用10 kw大功率發(fā)電機(jī)供電，供電極距AB=1 600 m，供電時(shí)基為2 s，最大供電電流達(dá)到將近3 A，MN=20 m，一次電位延時(shí)為100 ms，二次電位積分為200 ms，觀測范圍在AB中部的2/3地段。供電電極采用多條錫箔紙呈扇形并聯(lián)布設(shè)并澆灌大量濃鹽水，測量電極采用固體不極化電極并在放置電極處刨坑，工區(qū)第四系覆蓋廣泛，電極接地條件相當(dāng)良好，完全滿足相關(guān)規(guī)范要求。

3成果解釋評(píng)價(jià)

3.1激電中梯測量

對(duì)工區(qū)內(nèi)其中一小范圍的測區(qū)進(jìn)行詳細(xì)研究，具體測線布置如圖4所示，測線以盡量垂直主要構(gòu)造、結(jié)合測區(qū)實(shí)際情況按照東西向進(jìn)行布置[9]。

圖5為測區(qū)激電中梯測量綜合成果圖。視電阻率、視極化率曲線是最原始的測量結(jié)果，該成果圖可根據(jù)異常的完整性和連續(xù)性在平剖圖上較為直觀地表達(dá)出來。從圖5(c)可以看出，測區(qū)中部視電阻率相對(duì)較低，兩側(cè)電阻率明顯增大；視極化率在東部相對(duì)較低，往西部呈平緩升高的趨勢，只是在西南部存在幾處跳躍較大的極值。

由圖5(a)可見，測區(qū)視電阻率的平面特征與平剖圖的整體特征大同小異，結(jié)合地質(zhì)成果能夠明顯地看出，東西兩側(cè)的高阻分別反映了郁江組和二塘組上段地層，中間低阻反映了二塘組下段地層，測區(qū)中的高低阻梯度帶恰好與區(qū)內(nèi)兩條北東向斷裂構(gòu)造帶十分吻合，但南部的南部的北西向斷裂則表現(xiàn)得不那么明顯；測區(qū)東部視極化率相對(duì)較低，中西部呈現(xiàn)平緩的相對(duì)高值異常，測區(qū)西南角呈現(xiàn)較大范圍的高極化異常，視極化率異常與斷裂構(gòu)造表面上關(guān)系并不十分密切。

為了進(jìn)一步確定異常區(qū)域(段)，更為準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)低緩異常區(qū)的激電異常，引入了視金屬因素參數(shù)來提取激電二次信息。由圖5(d)可見，測區(qū)東、西兩側(cè)數(shù)值相對(duì)較低，測區(qū)中部呈現(xiàn)一與F2斷裂基本平行的北東向異常帶且連續(xù)性較好，推斷該異常帶與F2斷裂構(gòu)造帶關(guān)系密切；

測區(qū)西南角的視極化率高值區(qū)域范圍有所減小，分割為兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的異常區(qū)，這兩處與現(xiàn)在正在開采的民窿對(duì)應(yīng)良好，說明了視金屬因素參數(shù)能夠?qū)⒌途彯惓л^為明顯地突出出來，且與已知的異常對(duì)應(yīng)較好，證實(shí)了其有效性和可靠性。

3.2激電測深

由于測區(qū)東側(cè)地形條件較為復(fù)雜且接地條件并不理想，所以本次激電測深工作采用三極測深裝置，最小AB/2=10 m，最大AB/2=1 000 m；最小MN/2=2 m，最大MN/2=40 m；無窮遠(yuǎn)極OC>5AO(AB/2)達(dá)到5 km，具體測深極距如表2所示。

表2　激電測深極距對(duì)應(yīng)關(guān)系表

由圖6(a)中可見，激電中梯視電阻率曲線呈現(xiàn)中間低兩端高、視極化率曲線呈現(xiàn)中間高兩端低的特征，且視極化率曲線左陡右緩，視電阻率值范圍約幾十歐姆米至七百多歐姆米，視極化率值范圍約0.5%～2%，與圖6(b)和圖6(c)中AB/2=320 m～400 m極距的測深結(jié)果對(duì)應(yīng)較好；圖6(a)中低阻范圍較大，測段小號(hào)測段由淺到深、大號(hào)測段中深部(AB/2=60 m～400 m)呈現(xiàn)兩個(gè)低阻異常區(qū)，在淺部(AB/2<60 m)中、大號(hào)測段呈現(xiàn)明顯高阻異常；圖6(c)中高極化異常范圍也較大，測段中部由淺到深呈現(xiàn)較為明顯的近直立的高極化異常，從淺到深有三個(gè)高值圈閉異常且數(shù)值依次有所減小。

圖5　激電中梯測量綜合成果圖Fig．5　Induced polarization measurements in the consolidated results of the ladder diagram(a)視電阻率平面等值線圖;(b)視極化率平面等值線圖;(c)激電中梯平面剖面圖;(d)視金屬因素平面等值線圖

通過上述分析可知，原始的視電阻率和視極化率圖異常范圍較大、異常較為平緩，從中我們較難劃分出比較明顯的異常形態(tài)，難以對(duì)測量結(jié)果作出較為準(zhǔn)確、可靠的評(píng)價(jià)。因此，應(yīng)用視金屬因素參數(shù)提取出激電異常二次信息得到圖6(d)的結(jié)果，從圖6(d)中可以看出，視金屬因素異常主要分布在中淺部(10 m

圖6　激電測深綜合剖面圖Fig．6　IP sounding integrated cross sectional view(a)視電阻率、極化率曲線圖;(b)視電阻率擬斷面圖;(c)視極化率擬斷面圖;(d)視金屬因素?cái)M斷面圖

4結(jié)論

1)一般情況下，激電中梯測量中對(duì)于低阻板橫向中梯的ηs異常，遠(yuǎn)大于縱向中梯的ηs異常，對(duì)于高阻板縱向中梯的ηs異常，明顯大于橫向中梯的ηs異常；激發(fā)極化法中的極化率異?？煞譃閮深悾孩俑咦璧V物蝕變占主導(dǎo)地位的高阻高極化異常；②破碎或低阻巖礦物占主導(dǎo)地位的低阻高極化異常。因而，在異常解釋、評(píng)價(jià)中有突出良導(dǎo)極化體的視金屬因素(Js)和突出高阻極化體的視激電率(Gs)兩個(gè)參數(shù)。

2)通過這里研究可知，開展面積性的大功率激電中梯測量能夠從宏觀上較好地了解、掌握工區(qū)地下的整體地電特征和激電特征，結(jié)合相關(guān)地質(zhì)、化探資料后有助于技術(shù)人員圈定成礦有利地段；對(duì)于某些激電弱異常區(qū)或地電特征復(fù)雜地段原始激電參數(shù)效果不佳，難以做出較為準(zhǔn)確的定性解釋，在這些情況下，應(yīng)用視金屬因素參數(shù)提取激電二次信息，能夠更好地突出低阻激電異常區(qū)(段)，一定程度上提高了激電解釋的準(zhǔn)確性和可靠程度。

3)實(shí)例中通過綜合分析物探成果，激電平面等值線圖圈定了測區(qū)中部一條北東向的激電異常帶，輔助以激電測深工作了解、控制了礦(化)異常在縱向上的發(fā)育和延伸情況；視金屬因素?cái)嗝鎴D顯示有兩條層狀、似層狀的激電異常，地質(zhì)工作已經(jīng)對(duì)淺層的異常帶有了較好地控制，通過激電工作推斷深部還存在一層狀異常，為將來進(jìn)一步的地質(zhì)和鉆探相關(guān)工作打下基礎(chǔ)。

4)在實(shí)際工作中由于地形起伏、圍巖或覆蓋層導(dǎo)電性不均勻等因素的影響，會(huì)造成觀測得到的原始數(shù)據(jù)形成假異常，這種情況下應(yīng)用視金屬因素參數(shù)也無助于壓制炭質(zhì)或石墨這類低阻高極化非礦異常的干擾。因此，視金屬因素參數(shù)的應(yīng)用存在一定的弊端和局限性，在今后的工作中要持著謹(jǐn)慎的態(tài)度、根據(jù)實(shí)際情況加以應(yīng)用。

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收稿日期：2015-03-05改回日期：2016-02-15

作者簡介：區(qū)小毅(1986-)，男，工程師，主要從事地球物理勘探的研究和工作，E-mail:15594097@qq.com。

文章編號(hào)：1001-1749(2016)03-0340-07

中圖分類號(hào)：P 631.3

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.3969/j.issn.1001-1749.2016.03.08

The application of the metallic ratio parameter in the interpretation of IP anomaly

OU Xiao-yi, LI Hai-long, LU Huai-cheng, LIANG Yong-da

(Guangxi Geophysical Investigation Institute, Liuzhou545005, China)

Abstract:Over the years, induced polarization (IP) method was widely used in the work of metal mineral exploration, detailed investigation and abnormality evaluation, which is always a closely related to the obvious IP anomaly with the rock (ore) containing graphite or metal mineralization. To highlight the metal mineralization closely related with IP anomaly and to suppress the interference factors, people introduce the metallic ratio parameter to extract the secondary information of IP anomaly. This could evaluate the IP anomaly better and has some guidance for inference and interpretation. In this paper, the authors use the metallic ratio parameter in an example of specific job for a detailed discussion.

Key words:induced polarization; the metallic ratio; IP intermediate; IP sounding