自然電位法在晶質(zhì)石墨礦找礦中的應(yīng)用——以南江尖山石墨礦、攀枝花新民石墨礦為例

黎廣

自然電位法在晶質(zhì)石墨礦找礦中的應(yīng)用——以南江尖山石墨礦、攀枝花新民石墨礦為例

黎廣

（中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心四川總隊(duì)，成都 610000）

方法實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)南江尖山石墨礦勘探運(yùn)用物探激電中梯采不到有效數(shù)據(jù)，后采取自然電位法進(jìn)行面積工作，異常反應(yīng)明顯；攀枝花新民石墨礦實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)兩種方法都能取得效果，開(kāi)展了自然電位法與激電中梯相結(jié)合的綜合物探找礦實(shí)踐，利用小比例尺的自然電位測(cè)量圈定異常靶區(qū)，再以激電中梯對(duì)異常靶區(qū)進(jìn)行驗(yàn)證確認(rèn)，極大地提高了物探準(zhǔn)確率及工作效率。兩個(gè)不同地區(qū)的石墨礦勘探結(jié)果表明，自然電位法這種古老簡(jiǎn)單的物探方法對(duì)某些區(qū)域的晶質(zhì)石墨礦勘探效果顯著，對(duì)四川南江地區(qū)、攀枝花地區(qū)的同類型晶質(zhì)石墨礦勘探工作具有一定的參考價(jià)值。

晶質(zhì)石墨礦；自然電位；激電中梯

自然電場(chǎng)法是利用大地中自然電場(chǎng)作為場(chǎng)源，進(jìn)行找礦和解決地質(zhì)問(wèn)題的一種方法，自然電位法是自然電場(chǎng)法的觀測(cè)方式之一，也是應(yīng)用最早的一種電法勘探方法。

自然電位法不需要人工電源，具有輕便、工作效率高的優(yōu)勢(shì)，但在近二十年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、便攜電源等越來(lái)越多地應(yīng)用于物探儀器之中，自然電位法由于取得參數(shù)單一（僅測(cè)量電位差）、復(fù)雜環(huán)境下無(wú)法排除干擾等局限性逐漸被其他物探方法所取代。在最近幾年的石墨礦勘探中發(fā)現(xiàn)，在某些地區(qū)的石墨礦運(yùn)用激發(fā)極化法得不到較好的勘探效果（電阻率極低，極化率測(cè)不準(zhǔn)，甚至用軟件同步方式無(wú)法測(cè)量），而采取自然電位法測(cè)量，則取得了非常好的效果，所圈定的負(fù)值異常區(qū)，要么與已知礦相吻合，要么通過(guò)鉆探得到驗(yàn)證。在有些地區(qū)的石墨礦勘探兩種方法都能取得較好的效果時(shí)，采取小比例尺的自然電位測(cè)量進(jìn)行掃面，再以大比例尺激電中梯進(jìn)行驗(yàn)證和確認(rèn)，可以取得事半功倍的效果。

本文主要介紹自然電位法在南江尖山石墨礦、攀枝花新民石墨礦勘探中的應(yīng)用實(shí)例。

1 自然電位法原理

在工作中發(fā)現(xiàn)，石墨礦位置會(huì)形成自電異常，自然電位的成因說(shuō)法不一，主要有以下兩種：

1）地下潛水面切割電子導(dǎo)電礦體，潛水面上部發(fā)生氧化作用，下部發(fā)生還原作用，使礦體上、下兩端表面產(chǎn)生不均勻的雙電層，進(jìn)而在礦體內(nèi)外形成自然電場(chǎng)。通常在礦體上方的地表可觀測(cè)到負(fù)的自然電位異常，因此可實(shí)現(xiàn)找礦目的，如圖1所示。

圖1 自電氧化還原反應(yīng)示意圖

2）礦體本身并不參加化學(xué)反應(yīng)，只起傳遞電子作用。地下水溶液經(jīng)過(guò)多孔巖石孔隙中流動(dòng)時(shí)，由于水溶液中常含有大量的正、負(fù)離子，且?guī)r石顆粒有吸引負(fù)離子的作用，致使地下水帶走大量的正離子，形成自然電場(chǎng)負(fù)異常。

上述自然電場(chǎng)的形成原理不盡相同，但有兩個(gè)共同點(diǎn)，一是跟地下水關(guān)系或者潛水面的關(guān)系密切，二是在礦體部位都會(huì)形成自然電位負(fù)異常。

2 應(yīng)用實(shí)例-南江尖山石墨礦

表1 井旁測(cè)深數(shù)據(jù)

2.1 項(xiàng)目情況

該測(cè)區(qū)制定的初始物探方案采用的是大功率激電中梯，主要利用石墨礦低電阻、高極化的特性，但在參數(shù)測(cè)量和剖面試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，激電中梯無(wú)法取得準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，在已知見(jiàn)礦井旁做激電測(cè)深也測(cè)不準(zhǔn)極化率參數(shù)，因此大功率激電中梯不適合本礦區(qū)應(yīng)用；由于我們單位在上世紀(jì)80年代有以自然電位法找石墨礦的經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)協(xié)商更改方案，采取自然電位法掃面測(cè)量，在該工區(qū)取得了較好的找礦效果。

2.2 方法選擇

1）井旁測(cè)深實(shí)驗(yàn)

右表1為鉆孔井旁測(cè)深資料，這個(gè)鉆孔在50m時(shí)見(jiàn)礦，從這個(gè)井旁測(cè)深數(shù)據(jù)表可以得知，極距=100～150時(shí)電位差vp變小，極化率M1也不穩(wěn)定。由此可以得出如下結(jié)論：

如果采用大功率激電的話，可能有點(diǎn)困難，因?yàn)榧る娭刑軦B布設(shè)距離較大。采用激電測(cè)深測(cè)量礦體頂板是可行的。

2）剖面激電中梯實(shí)驗(yàn)

圖2為激電中梯儀器導(dǎo)出的實(shí)驗(yàn)剖面數(shù)據(jù)截圖，從圖中可以看出部分所有測(cè)點(diǎn)極化率測(cè)量值不準(zhǔn)確，部分測(cè)點(diǎn)電位差反向。儀器采用GPS同步方式，如果采用軟件同步，儀器會(huì)一直處于找沿狀態(tài)下，無(wú)法測(cè)量。在該礦區(qū)無(wú)法使用激電中梯測(cè)量。

圖2 剖面中梯測(cè)量數(shù)據(jù)

3）剖面自然電位實(shí)驗(yàn)

圖3為實(shí)驗(yàn)剖面的自然電位法的折線圖，以自電異常-300mv為背景可以得出，在石墨礦露頭處有非常明顯的自然電位異常，表明石墨礦和其他巖礦石有明顯自然電位差異，具備在該礦區(qū)開(kāi)展自然電位的地球物理前提條件。

2.3 物探成果

圖4為采用自然電位平面異常等值線圖，觀測(cè)方法采用電位觀測(cè)方式，根據(jù)這個(gè)異常分布圖，以-250mv為背景值共圈出三個(gè)異常區(qū)域，分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ號(hào)異常。

圖3 剖面自然電位數(shù)據(jù)折線圖

圖4 自然電位平面異常等值線圖

2.4 地質(zhì)成果

經(jīng)過(guò)地質(zhì)詳勘：Ⅰ號(hào)異常區(qū)域發(fā)現(xiàn)石墨礦物資源量570.5萬(wàn)噸（Ⅰ、Ⅴ號(hào)礦體），平均品位7.8；Ⅱ號(hào)異常區(qū)域發(fā)現(xiàn)石墨礦物資源量7.5萬(wàn)噸（Ⅳ號(hào)礦體），平均品位5.5；Ⅲ號(hào)異常區(qū)域發(fā)現(xiàn)打鉆驗(yàn)證為礦化，品位較低達(dá)不到工業(yè)品位（如圖5所示）。

2.5 結(jié)論

尖山石墨礦類型屬于區(qū)域變質(zhì)型的中-細(xì)粒晶質(zhì)鱗片石墨，該礦區(qū)石墨礦分布集中，最深處達(dá)到500m，通過(guò)實(shí)測(cè)發(fā)現(xiàn)在該區(qū)域無(wú)法運(yùn)用激電中梯進(jìn)行測(cè)量，采取自然電位法能取得很好的效果。

圖5 尖山石墨礦礦體水平投影圖

圖6 激電中梯（上）、激電測(cè)深（下）數(shù)據(jù)表

3 應(yīng)用實(shí)例-攀枝花新民石墨礦

3.1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

攀枝花新民石墨礦屬于《中西部地區(qū)晶質(zhì)石墨等特種非金屬礦產(chǎn)調(diào)查》的子項(xiàng)目，找礦靶區(qū)位于攀枝花市仁和區(qū)同德鎮(zhèn)南西方向的新民村一帶。該區(qū)位攀枝花斷裂帶西側(cè)緣-磨盤(pán)山斷裂帶間的地段,屬川滇成礦帶，成礦層位為前震旦系咱里組，巖性以云母石英片巖為主，次含少量角閃斜長(zhǎng)片麻巖、斜長(zhǎng)角閃巖以及石墨質(zhì)云母石英片巖。

3.2 方法實(shí)驗(yàn)

開(kāi)始設(shè)計(jì)之前，在測(cè)區(qū)選擇有石墨礦出露的地段，進(jìn)行方法實(shí)驗(yàn)。

1）激電方法實(shí)驗(yàn)

右圖6為激電中梯及激電測(cè)深試驗(yàn)數(shù)據(jù)，從圖標(biāo)中可以發(fā)現(xiàn)，激電中梯反應(yīng)在石墨礦露頭處呈現(xiàn)低阻高極化的異常；同樣在測(cè)深的時(shí)候也相對(duì)應(yīng)地呈現(xiàn)低阻高極化的異常。

證明在激發(fā)極化法在本區(qū)都能對(duì)石墨礦異常有較好的反應(yīng)。

圖7 自然電位剖面折線圖

2）自然電位剖面實(shí)驗(yàn)

如上圖7所示，石墨礦露頭附近，自然電位異常比較明顯，礦體附近異常為-400～-300，礦體外圍自然電位值為0～200，證明自然電位法對(duì)該測(cè)區(qū)石墨礦異常也有較好的異常反應(yīng)。

3）物探設(shè)計(jì)

通過(guò)實(shí)驗(yàn)，確立了在該區(qū)的找礦思路，制訂了在該區(qū)的物探設(shè)計(jì)，即采取多種物探方法相結(jié)合的思路：

對(duì)區(qū)內(nèi)含礦地質(zhì)體進(jìn)行小比例尺（1∶2.5萬(wàn)）自然電位掃面，大致確定含礦位置，縮小找礦范圍；

在自電異常區(qū)內(nèi)開(kāi)展大比例尺（1∶1萬(wàn)）激電中梯測(cè)量，以“低阻高激化”兩個(gè)指標(biāo)對(duì)自電異常區(qū)域進(jìn)行驗(yàn)證并進(jìn)一步確定礦致異常范圍。

圖8 自然電位平面等值線圖

3.3 成果分析

1）自然電位

右圖8為攀枝花新民礦區(qū)石墨礦自然電位異常平面圖結(jié)合地質(zhì)資料，以-250為異常值共圈定A1（管家箐）、A2（芭蕉箐）兩個(gè)自電異常。異常區(qū)域均為地質(zhì)見(jiàn)礦區(qū)域。

在地質(zhì)選定的成礦地層靶區(qū)內(nèi)，自然電場(chǎng)法快速高效地查明了礦(化)帶大體分布范圍。

2）激電中梯

激電中梯測(cè)量分別在A1、A2兩個(gè)異常區(qū)域分塊布置。

如上圖9所示，A1自電異常處跟激電異常基本對(duì)應(yīng)，都呈馬蹄形狀，但激電異常更加細(xì)化。

如上圖10所示，A2自電異常處跟激電異常位置、形狀基本對(duì)應(yīng)。

圖9 A1異常（管家箐）激電中梯視極化率ηs、視電阻率ρs等值線平面圖

圖10 A2異常（芭蕉箐）激電中梯視極化率ηs、視電阻率ρs等值線平面圖

3.4 地質(zhì)驗(yàn)證

通過(guò)在該礦區(qū)的自然電位法掃面及激電中梯掃面工作，采取包含關(guān)系，在該區(qū)域確立了三個(gè)礦致異常帶B1、B2、B3；通過(guò)地質(zhì)剖面測(cè)量、槽探驗(yàn)證及采樣分析的方法，在這三個(gè)異常帶共發(fā)現(xiàn)8個(gè)石墨礦體，預(yù)測(cè)資源量為478.8萬(wàn)噸，礦物資源量為35.4萬(wàn)噸。

3.5 結(jié)論

新民石墨礦類型屬于區(qū)域變質(zhì)型的大鱗片晶質(zhì)石墨，石墨礦呈層狀分布，最大厚度為16.8m，在該區(qū)域采取自然電位與激電中梯相結(jié)合的物探方法，取得了較好的效果。

4 結(jié)束語(yǔ)

自然電位法由于其方法、儀器（精度要求不高的話，萬(wàn)用表就能測(cè)量）太過(guò)簡(jiǎn)單，很多專家認(rèn)為該方法已經(jīng)落后了，但實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)該方法對(duì)某些區(qū)域石墨礦異常反應(yīng)較明顯，應(yīng)該要把這種古老的物探方法加以利用，而不能作為一種落后、過(guò)時(shí)的產(chǎn)物給拋棄。

方法的選擇性很重要，在本區(qū)適用的方法，其他地區(qū)不一定合適。自然電位法需要以地下水溶液存在為前提，四川地區(qū)地下水資源較發(fā)達(dá)，而在一些戈壁灘、沙漠地帶如果單純運(yùn)用該方法，需要做方法適用性實(shí)驗(yàn)。

條件允許情況下，應(yīng)采取多種物探方法，不同方法相互印證，使物探找礦準(zhǔn)確性更高、實(shí)用性更強(qiáng)。

[1] 傅良魁．電法勘探教程[M]．北京：地質(zhì)出版社，1983．

[2] 英承彬，陳忠獻(xiàn)．陸懷成．自然電場(chǎng)法劇變場(chǎng)的起因初探及其應(yīng)用[J]．物探與化探，1995，(4)：315-318．

[3] 黎廣．物探方法在南江尖山石墨礦中的選擇及應(yīng)用效果[J]．中國(guó)非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊，2015，（05）：27-28+37．

[4]任喜榮，趙國(guó)良，鄧輝，等．綜合物探方法在鴨子溝銅多金屬礦勘查上的應(yīng)用[J]．物探與化探，2015，39（5）：885-890．

The Application of the Spontaneous Potential Method to the Exploration of Crystalline Graphite Deposit

LI Guang

(Sichuan Division, Geological Exploration Center for the China Building Material Industry, Chengdu 610017)

Experimental results indicate that induced polarization intermediate gradient survey is not applicable to the Jianshan graphite deposit in Nanjiang, but spontaneous potential method is very effective to it. Whereas both induced polarization intermediate gradient survey and spontaneous potential method have very good results in the Xinmin graphite deposit, Panzhihua which shows that spontaneous potential method may be used in some crystalline graphite deposits.

graphite deposit; spontaneous potential method; induced polarization intermediate gradient survey

2018-10-19

黎廣（1984-），男，湖南省汩羅市人，工程師，主要從事物探技術(shù)相關(guān)工作

P631.321

A

1006-0995（2019）03-0485-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2019.03.028