高密度電法在礦山地質勘查中的應用效果

侯明利，李美英，趙同壽

（新疆維吾爾自治區(qū)地質礦產勘查開發(fā)局物理化學探礦大隊，新疆 昌吉 831100）

1 礦區(qū)地質特征

1.1 地層

礦田地層區(qū)劃屬塔里木—南疆地層大區(qū)（Ⅳ）、塔里木地層區(qū)（Ⅳ2）、塔里木地層分區(qū)（Ⅳ22）中的拜城地層小區(qū)（Ⅳ22-1）。區(qū)域內主要沉積了中、新生界的地層，以侏羅系、第四系為主。

1.1.1 侏羅系下統塔里奇克組（J1t）

該組為一套河流相及泥炭沼澤相，巖性以砂巖、粉砂巖夾礦層組成[1]。為南疆地區(qū)主要含礦層位之一，含多層工業(yè)礦層，厚73m～420m。下與黃山街組為整合接觸、上與下侏羅統阿合組為平行不整合接觸。

本組總體有三個由粗到細的旋回組成，每個旋回下部由綠灰色、灰色砂巖、砂礫巖組成，具有交錯層，為河流相沉積，上部由灰黑—淺灰細砂巖、粉砂巖、泥巖、可采礦層組成，為泥炭沼澤相。

1.1.2 侏羅系下統阿合組（J1a）

該組由于礦石堅硬、單一，在區(qū)內常構成陡峻的單面山。又稱作“標準砂巖層”，為一套河床相或河流三角洲的粗碎屑巖建造，為A 組礦層間接找礦標志。區(qū)域內巖性、巖相變化不大，區(qū)域上夾泥巖及礦線。厚度一般200m～517m，一般為200m～300m，變化總體趨勢是東厚西薄。

1.1.3 侏羅系中統陽霞組（J2y）

該組為一套由河流相、泥炭沼澤相、湖泊相組合的陸相含礦地層。該組含多層工業(yè)礦層，主要由灰白、黃灰綠色粗砂巖、礫狀砂巖與灰綠色細砂巖、粉砂巖及炭質泥板巖和礦層組成。為南疆地區(qū)主要產礦地層之一。含有豐富的植物及少量孢粉化石。區(qū)域上，厚度變化是東厚西薄，厚度212m～628m，一般為500m 多，下與阿合組（J1a）整合接觸。

本組按礦物特性可分為四段，自上而下分別為：炭質泥板巖段、B 含礦段、砂礫巖段、下含礦段。炭質泥板巖段為本區(qū)標志層，為一套湖泊相，巖性為黑、灰黑色泥板巖、泥質粉砂巖、粉砂巖。其余三個巖性段，由于劃分不一，故合并為含礦段[2]。此段巖性特征是上、下細而中間粗，如結合阿合組看，本區(qū)下侏羅統由下而上明顯構成粗—細—粗—細兩個完整旋回。本組工業(yè)礦層賦存于B 含礦段一般有1 ～4層，總厚2m～7m，其特點是礦層單層少，但厚度大。下含礦段不含工業(yè)礦層均為礦線或無價值的薄礦層，但層數眾多，具河流相的典型多階特點。

1.1.4 第四系（Q）

第四系上更新統—全新統洪沖積層（Q3-4pal）：僅分布于礦區(qū)南部，組成河漫灘及一級階地，部分地帶可能有沼澤分布，并有鹽漬化現象。厚數米至十余米，表面發(fā)育有土壤層，下部主要由卵礫石、砂松散堆積而成。

沼澤沉積層（Q4h）：僅分布于礦區(qū)內東向沖溝側，多呈條塊狀，見有泉水出露，地下水位埋深較淺。地層巖性主要為粉土、粉質粘土、淤泥，普遍有腐植層，飽含水分，富含植物根系，厚度0.3m～1.2m。

1.2 構造

礦區(qū)構造總體較簡單，受區(qū)域斷裂阿一斷層和阿二斷層的影響，主要發(fā)育有東西向、近東西向斷層和北東-北東東向、北西-北西西向三組斷層。斷層構造主要發(fā)育于中北部ZK301 號孔和ZK1303 號孔聯線的北部，南部和東部小斷層較發(fā)育，中部、中南部及西部斷層不發(fā)育。

2 調查礦區(qū)的地球物理特征

礦區(qū)整體地勢較平坦，地形地貌受后期礦業(yè)開發(fā)影響較大，本次物探工作主要集中在采坑西部的防洪景觀大壩，該區(qū)域出露地層，主要為第四系沼澤沉積層、第四系卵礫石層、侏羅系阿合組地層、侏羅系塔里奇克組上段、侏羅系塔里奇克組下段等，礦石電性根據外部物理條件的變化存在一定的變化。

當外部物理條件理想時及受后期構造破壞較小時，其電性一般變化規(guī)律為老地層電阻率大，新地層電阻率小。

當局部礦層充水、錯動、破碎、斷裂構造發(fā)育時，電阻率會發(fā)生明顯的變化，在本區(qū)細砂巖含水性優(yōu)于粗砂巖優(yōu)于礫巖，所以其電阻率會逐漸下降。

構造發(fā)育的附近，或者出現層位錯動、或者地層產生褶皺變化、或者巖溶發(fā)育地帶等。這種變化一般都伴隨著一定范圍的地層裂隙發(fā)育，從而為地層水體的富集提供了有利空間。當裂隙充水時，在縱向和橫向上都打破了原有電性故有變化規(guī)律，呈現相對低阻。電法勘探正是利用巖層之間及巖層與異常體之間的電性差異，來區(qū)分不同的地質巖層、劃分低阻異常，分析測區(qū)水文地質情況。

3 礦山勘查區(qū)采用高密度電法進行探測時工作參數選擇

本次勘查區(qū)高密度電法采用WGMD-4 型二維集中式高密度電阻率儀進行野外數據采集。本次勘查區(qū)擬采用溫納α 裝置。

在高密度電阻率法中，由于溫納裝置與異常對應關系好，是常用的裝置之一。最早的高密度電阻率法一般使用三電位電極系。所謂三電位電極系就是將溫納裝置、偶極裝置和微分裝置按一定方式組合后構成的一種測量系統。這是由于電極轉換需要時間，因此當連接好等距的AMNB 四個電極后，可以作三次組合，依次構成溫納裝置、偶極裝置和微分裝置，或稱為溫納α 裝置、溫納β 裝置和溫納γ 裝置。這樣在某一測點就可以獲得三個電極排列的測量參數。

溫納裝置對電阻率的垂向變化比較敏感，一般用來探測水平目標體。溫納裝置的裝置系數是2πa，相比于其它裝置而言是最小的。因而同樣情況下，可觀測到較強的信號，可以在地質噪聲較大的地方使用。另一方面，由于它的裝置系數小，因此在同樣電極布置情況下，它的探測深度也小。另外，溫納裝置的邊界損失較大。

4 典型剖面的解釋

6 線位于工區(qū)南部，方位角60°，剖面由西向東主要為河漫灘、人工大壩、塔里奇克上段地層。本次高密度測深工作成果如圖5～6。

200～440 點近地表：深度范圍約0m～15m，主要表現為低阻異常，電阻率在200Ω·m 以下，異常呈連續(xù)的層狀展布于近地表，推測為人工堆積的廢料、沼澤沉積層的電性反映。

460～510 點淺部：深度范圍約10m～20m，主要表現為高阻異常，電阻率在400Ω·m～1000Ω·m 之間，異常呈層狀展布于淺部，第四系卵礫石的電性反映。

0～80 點：主要表現為中阻異常，電阻率值在250Ω·m～400Ω·m 之間，異常形態(tài)變化均勻，推測為阿合組礫巖的電性反應。

80～200 點：上部主要表現為高阻異常，電阻率形態(tài)不規(guī)則，呈“團塊狀”，推測為不含水的塔里奇克組上段的細砂巖的電性反映；下部主要表現為低阻異常，電阻率值在200Ω·m 以下，異常形態(tài)變化不大，推測為塔里奇克組上段細砂巖的電性反映，該套巖性賦水性強，周圍又有一定的水源供給，故該礦山勘查區(qū)地層深部可能含有一定的地下水。

200～500 點中深部：上部主要表現為層狀高阻異常，電阻率在400Ω·m～1000Ω·m 之間，推測為塔里奇克組下段砂質礫巖的電性反映，電阻率增大的原因是該處地層完整性較好，裂隙發(fā)育較少的緣故。下部主要表現為中低阻異常，電阻率值在100Ω·m～200Ω·m 之間，異常形態(tài)變均勻，推測為塔里奇克組下段砂質礫巖的電性反映。其深部有電阻率降低的趨勢，推測為其中含有一定的粗砂夾層有一定的破碎充水所致。

圖1 6 線高密度成果圖

5 結論

（1）該區(qū)地層電性整體上有明顯的層狀分布特征，異常產狀表現順層的特征，不同地層引起的電阻率異常整體上有明顯的界線。

（2）礦區(qū)斷裂構造或者地層間錯動比較明顯。由本次高密度測深工作結果可知，測深斷面縱向上雖然分層性明顯，但是F9 斷裂附近電阻率異常等值線，形態(tài)明顯發(fā)生改變；說明斷裂F9 對該區(qū)地層有明顯的破壞作用，成為了有利的導水、儲水空間。

（3）該區(qū)塔里奇克組上段砂巖以及下段的粗砂巖電阻率明顯低于背景電阻率，說明了該類礦石含水性好，并且該區(qū)后期構造活動比較發(fā)育，為水源提供了良好的儲存空間和補給通道，推測該處深部含有一定含量的地下水資源，后期開采過程作中應注意這一影響。