直流激發(fā)極化法在鉛鋅礦找礦中的應(yīng)用研究

胡國(guó)闖，常亞飛，張龍臣

（河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第一地質(zhì)勘查院，河南 鄭州 450000）

我國(guó)對(duì)鉛鋅礦的探測(cè)多采用傳統(tǒng)物探與化探相結(jié)合的方式進(jìn)行找礦活動(dòng)，由于傳統(tǒng)的找礦方法雖能完成對(duì)鉛鋅礦賦存位置的尋找，但找礦成本較高，且找礦效率不高，嚴(yán)重限制了我國(guó)鉛鋅礦的進(jìn)一步發(fā)展[1]，為此提出直流激發(fā)極化法在鉛鋅礦找礦中的應(yīng)用研究。本文通過(guò)兩個(gè)方面的分析，論述了直流激發(fā)極化法在鉛鋅礦找礦中的應(yīng)用方法，利用激電探測(cè)礦床的位置與深度，可以更加精準(zhǔn)的探測(cè)鉛鋅礦的賦存信息；通過(guò)對(duì)激電異常函數(shù)值的計(jì)算，確定測(cè)深結(jié)果的準(zhǔn)確性，進(jìn)而推斷探測(cè)結(jié)果，并利用鉆孔驗(yàn)證推斷結(jié)果的準(zhǔn)確性；直流激電在鉛鋅礦找礦中的應(yīng)用效果表明，直流激發(fā)極化法在鉛鋅礦找礦過(guò)程中可以準(zhǔn)確定位鉛鋅礦的礦層信息，確保礦體質(zhì)量，并且降低找礦工作的難度，降低整體找礦成本。

1 直流激發(fā)極化法的應(yīng)用方法分析

直流激發(fā)極化法在鉛鋅找礦過(guò)程中，通常采用激電中梯和激電測(cè)深兩種方法作為找礦活動(dòng)的常用方法。通過(guò)對(duì)時(shí)間和地域的改變[2]，激發(fā)電流的極化作用，觀測(cè)電流產(chǎn)生極化反應(yīng)后的參數(shù)變化，穩(wěn)定后的電流參數(shù)百分比視為鉛鋅找礦過(guò)程中的直流極化率。

1.1 激電在探測(cè)礦床位置中的應(yīng)用

在尋找鉛鋅礦的賦存位置時(shí)，采用100×20m的網(wǎng)度，供電極距AB=1500m，MN＝40米。采用雙向短脈沖方式供電，即占空比為1：1的正反向供電方式，供電時(shí)間4秒，周期16秒，斷電延時(shí)100ms。

由于整個(gè)找礦過(guò)程在野外進(jìn)行，因此數(shù)據(jù)采集儀要求具有抗干擾性能強(qiáng)的特點(diǎn)，采用WDFZ-10型激電發(fā)送機(jī)1臺(tái)套和WDJS-2接收機(jī)3臺(tái)，在野外測(cè)量過(guò)程中，視極化率（ηs）由接收機(jī)直接讀出，同時(shí)讀出一次場(chǎng)壓位值（△V1），供電電流（I）由發(fā)射機(jī)讀出，然后由公式：ρs=K△V1/I計(jì)算出視電阻率值。

激電中梯找礦過(guò)程中各礦體電性參數(shù)統(tǒng)計(jì)如表1所示。

表1 巖礦石電性參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)對(duì)表1參數(shù)的統(tǒng)計(jì)與分析，區(qū)分工作區(qū)中鉛鋅礦與其他巖石的電性差別。根據(jù)對(duì)數(shù)據(jù)的處理，繪制了激電中梯視ηS等值線平面圖，發(fā)現(xiàn)和圈定激電異常位置、范圍，進(jìn)一步確定鉛鋅礦的賦存信息。

野外激電中梯觀測(cè)以內(nèi)蒙古鉛鋅礦為例，采用雙向短脈沖方式供電，測(cè)量極距MN=40m，點(diǎn)距為20m。激電中梯在內(nèi)蒙古鉛鋅礦找礦過(guò)程中的視極化率等值線平面圖如圖1所示。

平面圖以5.0%為背景視極化率值進(jìn)行勾繪，探測(cè)內(nèi)蒙古地區(qū)的鉛鋅礦，全礦區(qū)所獲得激電異常處便是鉛鋅礦儲(chǔ)量最多的位置。通過(guò)對(duì)圖1的分析可知，異常位于內(nèi)蒙古礦區(qū)的中東部，則可以得出結(jié)論，通過(guò)激電中梯法測(cè)量的內(nèi)蒙古礦區(qū)鉛鋅礦的賦存位置信息，北緯24°～27°，東經(jīng)40°～100°這一范圍內(nèi)的鉛鋅礦儲(chǔ)量最高。

1.2 激電在探測(cè)礦床深度中的應(yīng)用

激電測(cè)深進(jìn)行鉛鋅找礦時(shí)，采用單極和偶極相接的測(cè)深裝置進(jìn)行找礦活動(dòng)[4]，雙向電極接收激電測(cè)探，可以利用靜態(tài)觀測(cè)的方式，完成對(duì)探測(cè)結(jié)果的分析。測(cè)深裝置對(duì)礦區(qū)內(nèi)鉛鋅礦的分布情況有非常好的探測(cè)能力和分辨能力。

圖1 激電中梯視極化率等值線平面圖

激電測(cè)深的點(diǎn)距設(shè)置，以各相鄰供電點(diǎn)間的垂直距離為計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)置單位距離為25m，信息接收機(jī)采取16道測(cè)量方式，偶極點(diǎn)距為50m，單極點(diǎn)距為65m。在測(cè)深裝置的節(jié)點(diǎn)處設(shè)置垂直方向分布的極點(diǎn)[5]，可以接收來(lái)自各個(gè)方向的探測(cè)信息。在保持接收信號(hào)強(qiáng)度良好的條件下，盡量設(shè)置節(jié)點(diǎn)分布較遠(yuǎn)，保證在信號(hào)覆蓋范圍內(nèi)將測(cè)深范圍擴(kuò)大。經(jīng)過(guò)激電測(cè)深活動(dòng)可知，內(nèi)蒙古鉛鋅礦的賦存，多以露出地表的灰白色流紋斑巖和流紋質(zhì)礫巖為主，呈東北向發(fā)育，鉛鋅礦礦床的總深度大約在2.5km，寬100m～400m不等。經(jīng)過(guò)地測(cè)深結(jié)果的分析可知，鉛鋅礦的視極化率異常是由礦床的分布不均所引起，利用直流激電測(cè)量礦床的梯度和深度，可減輕采礦難度，保證開(kāi)采出的鉛鋅礦的質(zhì)量。

2 直流激發(fā)極化法在鉛芯找礦中的應(yīng)用過(guò)程

本次直流激發(fā)極化法在鉛鋅找礦中的應(yīng)用，以內(nèi)蒙古某鉛鋅礦區(qū)為參照，采用短導(dǎo)線激電儀為主要探測(cè)儀器，合理設(shè)置中間梯度裝置和測(cè)深裝置的相關(guān)參數(shù)。參數(shù)設(shè)置如表2所示。

表2 探測(cè)裝置參數(shù)設(shè)置

利用短導(dǎo)線的工作方式，對(duì)內(nèi)蒙古鉛鋅礦區(qū)的勘探任務(wù)和地形地勢(shì)進(jìn)行規(guī)劃與探測(cè)，將現(xiàn)有的地質(zhì)資料進(jìn)行整合，結(jié)合鉛鋅礦區(qū)的實(shí)施特征進(jìn)行測(cè)線布置，沿正東向西方向布置測(cè)線6條，西北向東南方向布置測(cè)線3條，保證各線間距均為100m，進(jìn)行直流激發(fā)極化找礦活動(dòng)。

2.1 工作布置

經(jīng)過(guò)對(duì)內(nèi)蒙古鉛鋅礦區(qū)的實(shí)地勘探后，分析其勘探數(shù)據(jù)與結(jié)果，并選擇對(duì)勘探工程有利的數(shù)據(jù)參數(shù)做直流激發(fā)極化法的準(zhǔn)備工作。

根據(jù)鉛鋅礦區(qū)的坑道情況，選擇在通過(guò)坑道揭露中最好的礦化地段作為直流激電試驗(yàn)的剖面，測(cè)量裝置的供電范圍設(shè)置1000m2，供電間距為40m，探測(cè)儀器間的點(diǎn)距設(shè)置為10m[6]，供電時(shí)間為8ms，斷電延時(shí)為200ms，保證探測(cè)過(guò)程中直流激電曲線上異常信息比例為最低，以實(shí)現(xiàn)對(duì)鉛鋅礦區(qū)最準(zhǔn)確的勘測(cè)。采用1200aM的激電測(cè)量?jī)x進(jìn)行直流電流的測(cè)量，觀察激電中梯的參數(shù)變化，記錄變化數(shù)值，計(jì)算中梯激電的視極化率。

2.2 激電異常的確定與劃分

激電異常的背景值與異常下限值的確定，利用方差理論和三倍均差理論進(jìn)行計(jì)算，求得直流激電的異常值后，保留小數(shù)點(diǎn)后三位，多次求值計(jì)算其平均值，將直流激電的異常數(shù)值誤差降到可控范圍內(nèi)。

由于探測(cè)區(qū)域內(nèi)的地層出露情況較為簡(jiǎn)單，利用含礦層數(shù)較多的石灰系巖為基礎(chǔ)探測(cè)巖層，建立與周圍鉛鋅礦環(huán)境的聯(lián)系，形成諸多鉛鋅礦堆積成的破碎帶。激電梯度測(cè)量過(guò)程中，確定礦區(qū)的地質(zhì)發(fā)育結(jié)構(gòu)，繪制地質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，由于內(nèi)蒙古鉛鋅礦區(qū)礦床的傾角較陡，鉛鋅礦體多產(chǎn)于破碎帶內(nèi)，因此局部礦層會(huì)出現(xiàn)裂隙，裂隙之間也會(huì)富集少量鉛鋅礦體，但規(guī)模較小，在繪制地質(zhì)簡(jiǎn)圖中也要將裂隙間的礦體表現(xiàn)出來(lái)。根據(jù)激電梯度的測(cè)定結(jié)果分析，礦體極化率在10%～14%之間均為優(yōu)質(zhì)礦石；某些地質(zhì)中，由于礦層的富集程度較高，產(chǎn)生的鉛鋅礦數(shù)量多，但體積規(guī)模過(guò)小，開(kāi)采過(guò)程中盡量避免對(duì)破碎礦體的開(kāi)采。將富集鉛鋅礦的異常下限定位為1600m，依據(jù)異常下限值，在礦區(qū)內(nèi)劃分三個(gè)礦體質(zhì)量的等級(jí)，其平均極化率分別為6.25、8.37和9.26，礦體的極化率越高，則說(shuō)明礦區(qū)內(nèi)鉛鋅礦的質(zhì)量越好。

受內(nèi)蒙古天氣環(huán)境變化的影響，鉛鋅礦的斷裂結(jié)構(gòu)多產(chǎn)生于破碎帶內(nèi)的砂巖中，通過(guò)對(duì)礦區(qū)內(nèi)地質(zhì)特征的分析可知，砂巖礦層的物理特征較強(qiáng)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜且質(zhì)地堅(jiān)硬，因此，這一礦區(qū)的鉛鋅礦質(zhì)量較高。礦區(qū)內(nèi)的褶皺結(jié)構(gòu)產(chǎn)生于流紋巖中，流紋巖多發(fā)育于河套礦床周圍，受河流水位變化的影響，其礦體結(jié)構(gòu)被河流沖蝕的較為嚴(yán)重，棱角逐漸被磨平，其極化率相對(duì)較高，鉛鋅礦的電阻率就會(huì)偏低。內(nèi)蒙古鉛鋅礦區(qū)內(nèi)，斷裂結(jié)構(gòu)和褶皺結(jié)構(gòu)相間存在，高低不同的電阻變化，就會(huì)形成明顯的激電異?，F(xiàn)象[7]，使得礦體的極化率背景提高，在探測(cè)區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)大面積高值礦體背景。通過(guò)結(jié)合地質(zhì)工程的實(shí)際探測(cè)情況，劃分礦區(qū)內(nèi)礦體引起極化反應(yīng)的原因，將同等因素劃分為同一極化反應(yīng)，對(duì)礦區(qū)內(nèi)的鉛鋅礦進(jìn)行準(zhǔn)確的極化劃分，是開(kāi)展直流激電方法探測(cè)鉛鋅礦的物理前提。但由于局部礦區(qū)的破碎現(xiàn)象較為明顯，其礦床較低，形成的鉛鋅礦體積小、數(shù)量多，這樣測(cè)得的激電異常值也會(huì)偏低，因此，在實(shí)地探測(cè)中，應(yīng)排除礦區(qū)破碎帶結(jié)構(gòu)，再利用直流激發(fā)極化法進(jìn)行鉛鋅礦找礦的應(yīng)用。

2.3 測(cè)深結(jié)果推斷

激電梯度測(cè)深工程，選擇在兩條端點(diǎn)數(shù)為9的測(cè)線上進(jìn)行探測(cè)。首先挖掘礦床深度在160m處，進(jìn)行對(duì)測(cè)線端點(diǎn)的觀測(cè)工作，記錄結(jié)果數(shù)據(jù)；再將礦床挖掘到250m，繼續(xù)保持同等測(cè)線端點(diǎn)，記錄顯示數(shù)據(jù)的變化。將兩次探測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，推斷最終鉛鋅礦的探測(cè)結(jié)果。根據(jù)礦區(qū)地質(zhì)及物性條件的分析，認(rèn)為鉛鋅礦在礦床是深度10m左右均為常態(tài)礦體，隨著挖掘深度的逐漸增大，當(dāng)挖掘深度在100m～150m時(shí)，礦體電阻值處于飽和狀態(tài)。其中三個(gè)深度點(diǎn)探測(cè)的礦體電阻值結(jié)果曲線如圖2所示。

圖2 三點(diǎn)測(cè)深結(jié)果曲線

通過(guò)對(duì)圖2測(cè)深結(jié)果曲線的綜合分析可知，在深度為100m、130m、150m處測(cè)量的電阻值曲線形態(tài)相近，電阻最高值均出現(xiàn)在100m～500m之間。根據(jù)對(duì)礦區(qū)地質(zhì)信息及物性條件的分析，推斷采礦工程的挖掘深度為125m左右。

2.4 鉆孔驗(yàn)證

通過(guò)測(cè)量鉛鋅礦激電梯度范圍，得出了激電中梯的異常函數(shù)值；從測(cè)深曲線上看，在隨著挖掘深度值的升高的同時(shí)，電阻值逐漸降低，該區(qū)域的鉛鋅礦極化率就越高。

為了驗(yàn)證這一推斷結(jié)果的準(zhǔn)確性，進(jìn)行鉆孔驗(yàn)證試驗(yàn)，根據(jù)前期物探地質(zhì)規(guī)律的特征，驗(yàn)證三個(gè)深度點(diǎn)的鉛鋅礦的含量與質(zhì)量。

分別在上述推斷過(guò)程中深度為100m、130m、150m的地質(zhì)處打孔，利用異常函數(shù)值的計(jì)算，驗(yàn)證三處地質(zhì)中鉛鋅礦的質(zhì)量，若礦體產(chǎn)狀與延伸程度和測(cè)深資料相符，則說(shuō)明推斷結(jié)果準(zhǔn)確；若礦體產(chǎn)狀與延伸程度和測(cè)深資料有偏差，則說(shuō)明推斷結(jié)果存在誤差。

誤差的出現(xiàn)是一種常見(jiàn)的現(xiàn)象，是由于該地質(zhì)環(huán)境中正長(zhǎng)斑巖體斷裂所引起的。正長(zhǎng)斑巖發(fā)生斷裂現(xiàn)象后，周圍產(chǎn)生大量斑巖漿，隨著環(huán)境的變化，斑巖漿逐漸堆積形成新的斑巖礦床，斷裂處便會(huì)重新發(fā)育鉛鋅礦石，導(dǎo)致礦體產(chǎn)狀與延伸程度發(fā)生改變。

為判斷推斷過(guò)程中誤差的可控制，建立鉛鋅礦源與直流激電中心的內(nèi)部連接，保證異常函數(shù)值的大小不會(huì)隨著直流激電中心的改變而改變。

對(duì)鉛鋅礦源賦存位置進(jìn)行鉆孔，觀察礦床深部的鉛鋅礦的含量，沒(méi)有礦產(chǎn)，則證明異常函數(shù)值具有穩(wěn)定性，那么推斷誤差就會(huì)保持在可控范圍內(nèi)，利用Suffer等相關(guān)數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)誤差進(jìn)行數(shù)據(jù)編輯分析[8]，將數(shù)字誤差無(wú)限趨于零，最終繪制出鉛鋅礦的斷面圖。從斷面圖的形態(tài)分析，進(jìn)而確定礦體的發(fā)育方向和傾斜角度。

3 應(yīng)用效果

通過(guò)設(shè)計(jì)直流激發(fā)極化法在鉛鋅礦找礦中的應(yīng)用試驗(yàn)，分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，確定激電中梯和激電測(cè)深在鉛鋅礦找礦中的有效利用。將礦區(qū)環(huán)境的簡(jiǎn)圖進(jìn)行繪制后，深入分析礦區(qū)礦床的賦存信息和礦藏比，進(jìn)而計(jì)算鉛鋅礦的異常函數(shù)值。這一過(guò)程，有效的利用直流激電將探測(cè)工程的難度降到最低，直接利用直流激電儀進(jìn)行探測(cè)，檢測(cè)出該礦區(qū)內(nèi)賦存的所有礦體，根據(jù)直流激電儀顯示的極化率的不同，確定鉛鋅礦的位置信息。

當(dāng)?shù)V區(qū)內(nèi)的破碎帶較多時(shí)，地質(zhì)構(gòu)造過(guò)于復(fù)雜，造成礦體形態(tài)各異，形成現(xiàn)在展布的異常形態(tài)，由于露出地表的鉛鋅礦常年受到環(huán)境的影響，表層礦體氧化反應(yīng)嚴(yán)重，造成其極化率值較正常鉛鋅礦的極化率低。利用直流激發(fā)極化法將礦床內(nèi)的礦體以直流電的形式進(jìn)行傳輸，避免因化學(xué)反應(yīng)引起的巖體結(jié)構(gòu)變化而造成的推斷誤差。

根據(jù)分析激電中梯和激電測(cè)深的結(jié)果，確定礦區(qū)內(nèi)的鉛鋅礦的含量與質(zhì)量均在標(biāo)準(zhǔn)值以上，在規(guī)劃采礦工程時(shí)，可以舍棄誤差值，確保采礦規(guī)劃數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確，結(jié)合傳統(tǒng)物探的結(jié)果分析，將直流激電儀的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，確定該區(qū)域內(nèi)鉛鋅礦的賦存信息和礦體質(zhì)量。直流激發(fā)極化法的應(yīng)用，使對(duì)鉛鋅礦的探測(cè)更加便捷安全，提高鉛鋅礦找礦的工作效率。

4 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)直流激發(fā)極化法在鉛鋅礦找礦中的應(yīng)用方法、應(yīng)用過(guò)程和應(yīng)用效果進(jìn)行分析，以內(nèi)蒙古鉛鋅礦為參照，合理選用激發(fā)極化法探測(cè)礦床的位置與深度，并利用鉆孔實(shí)驗(yàn)確定推理結(jié)果的準(zhǔn)確性，完成對(duì)鉛鋅礦的位置信息和質(zhì)量的探測(cè)。直流激發(fā)極化法的應(yīng)用，大大便利了鉛鋅礦的找礦工程，提高了找礦效率。希望本文的研究能夠?yàn)槲覈?guó)直流激發(fā)極化法在鉛鋅礦找礦工程中的應(yīng)用提供理論依據(jù)和參考。