綜合物探方法在甘肅柳園極旱荒漠區(qū)釩礦普查中的應(yīng)用

王 強(qiáng)，黃雪林，余 超，余 影

（1.四川省冶金地質(zhì)勘查局六0五大隊(duì)，四川 眉山 620860；2.四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局九一五水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊(duì)，四川 眉山 620000）

釩是一種具備優(yōu)異的物理、化學(xué)性能，被廣泛應(yīng)用于煉鋼、醫(yī)療、電池制造、化工等行業(yè)的金屬，被稱為金屬“維生素”和“現(xiàn)代工業(yè)味精”。近年來(lái)在此區(qū)域先后發(fā)現(xiàn)了五一山釩礦、新泉北釩礦、塔水井釩礦、七角井釩礦等礦床。在戈壁荒漠地區(qū)開(kāi)展物探工作尋找低阻地層鮮有開(kāi)展，保證供電深度和接收數(shù)據(jù)質(zhì)量是兩大難題。本次工作優(yōu)選V8多功能電法觀測(cè)系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)（下稱V8），解決了低阻地區(qū)電場(chǎng)信號(hào)接收不穩(wěn)定和深部供電穿透力的問(wèn)題。物探方法為深部工程的布置和地質(zhì)找礦提供了方向。

1 地質(zhì)及地球物理特征

1.1 地質(zhì)簡(jiǎn)述

勘查區(qū)位于甘肅省敦煌市柳園地區(qū)，屬中山區(qū)，地形地貌為戈壁荒漠區(qū)，年平均降水量約50mm、蒸發(fā)量約3000mm以上，氣候異常干燥，區(qū)內(nèi)無(wú)長(zhǎng)年流水，干河床發(fā)育。大地構(gòu)造位置位于哈薩克斯坦板塊，主要褶皺為塔水井向斜，軸向北西，兩翼一般在傾角70°～80°之間，核部為奧陶紀(jì)羅雅楚山組灰綠色石英砂巖、炭質(zhì)巖，兩翼由內(nèi)向外依次為寒武紀(jì)西雙鷹山組二段灰黑色炭質(zhì)板巖等和寒武紀(jì)西雙鷹山組一段粉砂質(zhì)板巖、白云巖等。斷裂不發(fā)育，主要為北西向，侵入巖不發(fā)育。

出露地層由老到新依次為寒武紀(jì)西雙鷹山組、奧陶紀(jì)羅雅楚山組及第四紀(jì)沖洪積砂礫石等。奧陶紀(jì)羅雅楚山組在勘查區(qū)內(nèi)出露最廣泛，與寒武紀(jì)西雙鷹山組之間呈角度不整合或斷層接觸，巖性主要為灰綠色、翠綠色中粒石英砂巖、粉砂巖夾礫巖、炭質(zhì)板巖及硅質(zhì)板巖；寒武紀(jì)西雙鷹山組一段巖性主要為粉砂質(zhì)板巖、白云巖，二段的巖性主要為炭質(zhì)板巖、粉砂質(zhì)板巖。

礦體賦存于寒武紀(jì)西雙鷹山組二段底部的炭質(zhì)板巖中，含礦巖石主要為炭質(zhì)板巖，礦體下盤(pán)圍巖主要為砂屑白云巖。

1.2 地球物理特征

勘查區(qū)共采集到的各類巖（礦）石標(biāo)本169塊，其電性參數(shù)統(tǒng)計(jì)成果見(jiàn)表1。

表1 巖（礦）石標(biāo)本電性參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

從上表看，炭質(zhì)板巖具有低阻、高極化特征；粉砂質(zhì)板巖（黃鐵礦化）具有低阻-中高極化特征；粉砂質(zhì)板巖、白云巖、石英砂巖具有中-高阻、低極化特征?？辈閰^(qū)不同地層巖性均含一定程度的炭質(zhì)，由于孔隙水極不發(fā)育，大范圍的低視電阻率異常主要為炭質(zhì)板巖及黃鐵礦化粉砂質(zhì)板巖引起。粉砂質(zhì)板巖（黃鐵礦化）因其視電阻率變化范圍與炭質(zhì)板巖比較接近，幾何平均值雖有4-5倍的差異，但因其總體值均偏低，在實(shí)際工作中通過(guò)視電阻率難以準(zhǔn)確分辨，但結(jié)合極化率和地質(zhì)特征可予以區(qū)別。

根據(jù)巖（礦）石電性參數(shù)特征推測(cè)羅雅楚山組地層呈高阻、低極化率特征；西雙鷹山組二段地層呈中低阻-高極化率特征；西雙鷹山組一段地層呈中高阻-中低極化率特征（圖1）。目標(biāo)礦化層底板為中高阻白云巖、粉砂質(zhì)板巖，據(jù)此推測(cè)反演成果中的低阻異常帶下部和中高阻異常接觸帶上的中低阻-中高極化區(qū)域?yàn)榘自茙r和炭質(zhì)板巖接觸帶，為成礦有利位置。綜上，勘查區(qū)巖（礦）石物性差異明顯，具備良好的開(kāi)展物探工作的前提。

圖1 地層電性結(jié)構(gòu)分布圖

2 工作布置及數(shù)據(jù)采集

2.1 工作布置

在勘查區(qū)布置了4條大功率激電剖面，編號(hào)JD0、JD15、JD16、JD31。測(cè)線長(zhǎng)500m～900m，方位30°，間距800m，點(diǎn)距20m。根據(jù)激電測(cè)量成果，在JD0、JD15激電異常地段布置了音頻大地電磁測(cè)深點(diǎn)63個(gè)。

2.2 設(shè)備選擇

勘查區(qū)巖石炭質(zhì)含量較高，視電阻率較低，目標(biāo)層為炭質(zhì)板巖，視電阻率值最小值小于1Ω·m，接收到的電位在10-3～10-6之間。供電電流可能無(wú)法穿透地表的低阻層，即使電流穿透深度足夠大也會(huì)因?yàn)橐淮螆?chǎng)信號(hào)弱而不能采集到電流信號(hào)。因此，工作儀器的選擇成為本次工作成敗的關(guān)鍵之一。

在開(kāi)工前選擇了三種主流的儀器做對(duì)比觀測(cè)實(shí)驗(yàn)，最大發(fā)射功率為20KW的某兩種儀器和最大發(fā)射功率為30KW的V8。經(jīng)對(duì)比驗(yàn)證后發(fā)現(xiàn)僅V8的電流穿透深度大，接收數(shù)據(jù)分辨率高、質(zhì)量好，另兩種設(shè)備采集的視極化率和一次電位要么重復(fù)性極差，要么根本無(wú)法獲得數(shù)據(jù)。最終選用V8采集數(shù)據(jù)。

2.3 供電及接收電極處理

勘查區(qū)表層土質(zhì)為沙土，松散且覆蓋厚，接地電阻大。供電電極位置選擇覆蓋稍薄的正地形，一般布置6-9個(gè)電極坑埋設(shè)鋁箔，鋪設(shè)鋁箔的電極坑規(guī)格為1.5m×0.5m×1.5m（長(zhǎng)×寬×深度）,，成“○”排列開(kāi)，前一天在坑內(nèi)灌入大量飽和鹽水浸泡，并在周圍空隙處挖開(kāi)表層松散土壤打入1.5m長(zhǎng)的純銅電極。使用當(dāng)天再次灌入大量飽和鹽水浸泡直到鹽水在電極坑內(nèi)積蓄不在滲透時(shí)埋設(shè)供電電極，后壓實(shí)。測(cè)量電極直徑0.3m，深度0.5m，也提前一天用飽和鹽水浸泡，工作當(dāng)天再次澆灌飽和鹽水，每個(gè)測(cè)量點(diǎn)均設(shè)置兩個(gè)備用測(cè)量電極坑。確保了供電電流的穿透深度和電流強(qiáng)度，工作中供電電流均大于20A，接地電阻均小于500Ω。

2.4 采集參數(shù)設(shè)置

經(jīng)過(guò)試驗(yàn)確定了采集參數(shù)如下：大功率激電供電極距為1200m,供電周期32S，MN為40m；音頻大地電磁測(cè)量采用“十”字形張量觀測(cè)裝置，測(cè)量電極距為20m，數(shù)據(jù)采集時(shí)間選擇為40分鐘，增益設(shè)置為×4。

3 應(yīng)用效果分析

3.1 綜合分析

全區(qū)ρs平均值為12.4Ω·m；ηs平均值為8.8%，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 成果數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

上表可以看出，激電成果中視電阻率小于10Ω·m的占比為68.7%，視極化率大于5%的占比60.4%，勘查區(qū)為低阻-中等極化率地區(qū)。

3.2 各剖面異常特征分析

圖2 激電剖面平面圖

JD0、JD15、JD31剖面出現(xiàn)明顯的激電異常，視極化率中部高，兩側(cè)低；視電阻率中部低，兩側(cè)高，對(duì)應(yīng)極好（圖2）。JD16剖面激電異常不明顯，表明V2釩礦化體未向東側(cè)延伸。激電異常的分布特征與地層的分布情況吻合較好，視極化率峰值連線和視電阻率極低值連線與V1、V2兩條北西向釩礦化體的平面位置及走向基本一致，達(dá)到了大致查明礦化體平面位置分布情況的目的

JD0、JD15剖面均出現(xiàn)了兩個(gè)視極化率峰值，均位于已施工的探槽位置或附近。激電異常中部主要出露石英砂巖，兩側(cè)經(jīng)探槽揭露為炭質(zhì)板巖，產(chǎn)狀較陡，部分探槽褐鐵礦化、硅化、綠泥石化發(fā)育，化驗(yàn)顯示有釩礦化。

3.2.1 JD0剖面

激電異常分布在200m～640m之間，寬約440m，異常段ηs平均值為12.9%，最大值為24.0%，最小值為2.5%；ρs平均值為16.6Ω·m，最大值為46.59Ω·m，最小值4.32Ω·m。

4 軟件和仿真的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用PLC作為主控制器，由光電傳感器檢測(cè)到調(diào)酸槽內(nèi)的光度，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換輸入到PLC中進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，最終調(diào)節(jié)結(jié)果通過(guò)固態(tài)繼電器輸送給氣動(dòng)隔膜閥調(diào)節(jié)隔膜閥的開(kāi)度。PLC控制流程圖，如圖2所示。

圖2 PLC控制流程圖

系統(tǒng)采用PLC進(jìn)行PID調(diào)節(jié)控制氣動(dòng)隔膜閥，在MATLAB提供的Simulink環(huán)境下建立PID模型，首先根據(jù)工程上的整定經(jīng)驗(yàn)知道：如果控制量為光照強(qiáng)度，則Kc一般是20%～60%，Ti大約是180s～600s，Td大概范圍3s～180s。建立仿真模型圖，如圖4所示?？刂崎y門(mén)開(kāi)度范圍控制在50%到60%之間。經(jīng)過(guò)整定以后得到的仿真控制波形圖如圖3所示。

圖3 調(diào)酸槽氣動(dòng)閥門(mén)控制仿真曲線圖

5 實(shí)施效果

（1）光電控制系統(tǒng)代替人工觀察和看管，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、安全可靠、杜絕了安全事故的發(fā)生；

（2）反應(yīng)釜可以在密閉下作業(yè)，只需要留一個(gè)廢氣出口與廢氣凈化吸收塔相連通，避免反應(yīng)產(chǎn)生的有毒有害氣體溢出危害環(huán)境；

（3）密閉下作業(yè)減少熱量損失、減少排風(fēng)量節(jié)約了能源；

（4）有利于廢氣的綜合回收和環(huán)境保護(hù)。

注意事項(xiàng)：每批作業(yè)完成后要清洗光源玻璃管和玻璃窗上的污漬，保證光通道暢通，確?？刂葡到y(tǒng)準(zhǔn)確無(wú)誤。