地形改正在山區(qū)電法工作中的應用

張 勇

(湖北省地質(zhì)調(diào)查院,湖北 武漢 430034)

目前在山區(qū)開展的各種金屬、非金屬礦產(chǎn)資源的地質(zhì)找礦工作中,常規(guī)的(激)電測深法手段在實際找礦工作中應用仍然較為廣泛,由于山區(qū)地形起伏變化較大,它往往會導致視電阻率的觀測值較嚴重地畸變,影響對測量成果做出正確的解釋推斷,降低電阻率法的應用效果。

為減弱起伏地形干擾,需要對采集的數(shù)據(jù)進行地形改正處理。同時剖面上的實際觀測點多不在一個水平面上,如果提交的斷面成果圖上的測點仍用水平線代替地形起伏,除了不能直觀反映剖面的真實情況外，也不便于結(jié)合已知地質(zhì)資料來指導未知區(qū)域的對比、解釋工作。

本文介紹對野外觀測數(shù)據(jù)進行地形改正處理的一種方法,重點介紹一個采用縱坐標為極距均方根值繪制帶地形等值線斷面圖的方法。通過2個實例展示這種擬斷面圖可以較直觀地反映目標地質(zhì)體的異常信息,方便對異常進行快速分析和定性解釋。

1 地形改正處理

通常情況下,在山區(qū)進行電阻率法勘探時,起伏地形對視電阻率參數(shù)的影響是重要的干擾因素,簡單角域地形上視電阻率的曲線特征一般在山脊表現(xiàn)為低阻異常,山谷表現(xiàn)為高阻異常[1]。目前常用的改正地形影響的方法是用比較法進行地形改正,可在很大程度上削弱地形干擾,突出有用異常。

為了運用比較法進行地形改正,一般先求得與野外實際地形相對應的純地形異常,按下列公式計算經(jīng)過地形改正后的視電阻率值[2]。

(1)

純地形異常可以利用角域疊加法，通過單元地形電位畸變值多項式計算公式的數(shù)學解析得到。

實際工作中的觀測數(shù)據(jù)地形改正處理,可以采用中南大學信息物理工程學院劉海飛博士開發(fā)的《激電法反演系統(tǒng)(IPInv 1.5)》軟件中的測深裝置地形改正(2D)模塊進行。

2 軟件反演

通過數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換,可以把常規(guī)(激)電測深數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為反演軟件可以識別的格式,利用高密度二維反演軟件RES2DVIN進行帶地形的反演處理。反演一般采用最小二乘法、變形有限元網(wǎng)格進行地形模擬校正,IP反演采用電阻率和極化率(充電率)同時反演方式進行,迭代次數(shù)一般選擇3～5次。

3 等值線斷面圖繪制

3.1 縱坐標選取

一般來說,采用對數(shù)縱坐標的等值斷面圖能比較清晰地反映淺部異常變化,但深部異常的變化信息被過度壓制,算術(shù)縱坐標的等值斷面圖能明顯地反映深部異常變化,但淺部異常被壓抑;與常用的算術(shù)和對數(shù)縱坐標相比,縱坐標采用極距的均方根值繪制的斷面圖所反映的斷面異常信息兼顧深、淺部異常形態(tài),定性解釋時可以對斷面異常作出較為全面的認識和分析[3]。

當縱坐標軸采用極距的均方根時,一般按照下式進行計算轉(zhuǎn)換。

(2)

式中:R為極距AB/2;系數(shù)κ,可取1～10。

3.2 帶地形數(shù)據(jù)準備

首先在AutoCAD繪圖軟件里面,根據(jù)擬提交的成果圖比例尺繪出剖面的地形線,標注剖面上各個測點的位置,按照上述公式(2)轉(zhuǎn)換計算出某個測深點全部供電極距的均方根值,然后把該值投影到剖面上的各個測點上(圖1所示)。在當前用戶坐標系下,在窗口的命令狀態(tài)欄輸入“l(fā)ist”命令,根據(jù)提示,依次點擊獲取各測點下方的每個極距節(jié)點的繪圖坐標(X、Y)信息。

按照上述操作思路,在list命令下分別點擊上、下剖面地形線,提取地形拐點的各個節(jié)點坐標信息作為繪制等值線軟件的白化節(jié)點文件。

圖1 帶地形極距提取示意圖Fig.1 Sketch map of pole distance extraction with terrain

新建一個txt文本文件,把經(jīng)過整理的剖面測點坐標(X、Y)和對應的觀測視電阻率或視極化率值(Z)組成一個斷面繪圖文件(X、Y、Z)并保存。

3.3 帶地形斷面圖繪制

實際工作中有較多的成圖軟件可以供大家選擇使用。如果采用surfer軟件繪制的話,運行軟件并執(zhí)行以下操作:新建一個空白文件→網(wǎng)格→數(shù)據(jù)→白化→新建等值線。這樣,一條套合了地形起伏的等值線斷面圖就基本完成了。繪圖過程中需要注意的是不同的數(shù)據(jù)網(wǎng)格方法對繪制斷面圖的影響[4]。

為了方便對圖件進行后續(xù)的諸如添加驗證鉆孔信息、地質(zhì)剖面等資料內(nèi)容的話,可以將其輸出為AutoCAD軟件的dxf文件格式后進行后期的編輯處理工作。

4 應用實例

4.1 湖北某鉛鋅礦電測深

區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)的鉛鋅礦體均賦存在近東西向的構(gòu)造破碎帶中,其形態(tài)規(guī)模受其控制,礦體產(chǎn)狀大體與含礦構(gòu)造破碎帶一致。為了配合該區(qū)的普查找礦工作,在區(qū)內(nèi)開展了電測深剖面工作,目的是進一步了解和控制含礦構(gòu)造破碎帶的產(chǎn)狀及深部延伸情況,為后續(xù)鉆探施工提供依據(jù)。

斷面圖的縱坐標采用極距的均方根值,系數(shù)κ取1.0,橫坐標采用算術(shù)坐標。

由普查區(qū)0勘探線的視電阻率等值線斷面圖(圖2左)可以看出,剖面72-84測點下方的高視電阻率ρs(600～1 600 Ω·m)異常范圍與區(qū)內(nèi)呈高阻電性特征的坪原組千枚狀砂質(zhì)板巖、南沱組冰磧含礫砂巖地層的分布范圍較吻合。84-106測點下方中深部的中低視電阻率(10～200 Ω·m)異常與呈低阻電性特征的陡山沱組粘土巖、炭質(zhì)頁巖地層的分布范圍相一致。其中位于剖面84測點下方的視電阻率等值線梯度帶與鉆孔ZK001控制的含鉛鋅礦的構(gòu)造破碎帶的深度和分布形態(tài)也有較好的對應關(guān)系。

圖2 電測深擬斷面圖(左為實際地形,右為水平地形)Fig.2 Pseudo section map of electrical sounding1.鉛鋅礦化露頭及傾向;2.鉆孔揭露礦體;3.物探推測構(gòu)造。

從不帶地形的等值線斷面圖(圖2右)可以看出,剖面84測點下方的視電阻率等值線梯度帶和ZK001控制的含礦構(gòu)造破碎帶的深度范圍差別較大,該斷面圖不能較直觀地和已知地質(zhì)資料進行對比、分析。

根據(jù)剖面電測深成果,地質(zhì)人員及時調(diào)整了根據(jù)地表礦體產(chǎn)狀,原定于剖面80測點處施工的控制礦體延伸的鉆孔位置。電測深成果為鉆探布設和施工提供了較好的參考依據(jù)。

4.2 湖北某銅金多金屬礦激電測深

區(qū)內(nèi)的銅金礦(化)體主要分布在志留系墳頭組角巖化泥質(zhì)粉砂巖、細砂巖地層中的近東西向構(gòu)造(F2)內(nèi),黃銅礦主要呈細脈狀分布于礦石中,伴生礦物主要為黃鐵礦和磁黃鐵礦;礦體呈脈狀、似層狀分布于構(gòu)造破碎帶中。

激電測深工作的目的是了解和控制含礦構(gòu)造破碎帶(F2)的產(chǎn)狀及延伸情況,為后續(xù)鉆探施工提供依據(jù)。

圖3 4線視電阻率等值線斷面圖(左為原始數(shù)據(jù),右為地改后數(shù)據(jù))Fig.3 Apparent resistivity contour profile of line 4

圖4 4線激電測深與軟件反演對比圖(上為等值線斷面圖,下為反演斷面圖)Fig.4 Contrast map of IP sounding and software inversion of line 4

物性測定顯示,銅金礦(化)體主要呈低阻、高極化電性特征反映。

斷面圖的縱坐標采用極距的均方根值,系數(shù)κ取1.5,橫坐標采用算術(shù)坐標。

從該區(qū)4線視電阻率等值線斷面圖可以看出(圖3右),經(jīng)過對觀測數(shù)據(jù)進行地形改正處理,1 480測點下方中深部位的由山谷地形引起的高阻異常得到削弱,剖面1 720測點下方由山脊地形引起的低阻異常影響也得到明顯改善。位于剖面1 720測點附近,由構(gòu)造破碎帶(F2)引起的視電阻率等值線梯度帶異常更加明晰可辨。

地形改正處理可以削弱由地形引起的假異常,突出局部地質(zhì)體的異常。

從4線激電測深等值線斷面圖與采用帶地形反演軟件(RES2DINV)的處理結(jié)果對比可以看出(圖4),采用經(jīng)過地形改正處理后繪制的等值線斷面圖和帶地形自動反演成果都可以削弱地形的影響,突出局部地質(zhì)體的異常信息,方便對異常進行分析、推斷和解釋。相對而言,采用地形改正處理后數(shù)據(jù)繪制的等值線斷面圖異常細節(jié)更加豐富,方便對異常進行快速分析和定性解釋。

5 結(jié)論

(1) 在地形起伏較大的山區(qū)開展電法工作,對觀測數(shù)據(jù)進行地形改正處理是提高山區(qū)電法勘探地質(zhì)效果的一個關(guān)鍵。

(2) 采用地形改正處理后的電測深數(shù)據(jù)繪制的斷面圖可以削弱地形影響,斷面異常信息更加接近于實際地電情況。

(3) 采用極距均方根為縱坐標繪制的帶地形等值線斷面圖,能夠較均衡地反映淺部和深部的斷面電性變化。實際工作中可以靈活選取公式(2)中系數(shù)κ值,使所獲得的斷面異常視深度與已知的地質(zhì)成果相匹配,方便對未知區(qū)作出較全面的定性分析和解釋推斷。