三維VIP 激電觀測(cè)系統(tǒng)在寧夏月亮山地區(qū)的應(yīng)用

陳濤濤，單志偉，安百州

（寧夏地球物理地球化學(xué)勘查院，寧夏銀川 750001）

激電測(cè)深法以巖礦石的激發(fā)極化效應(yīng)差異和電阻率差異為物性前提，是一種勘查金屬硫化物礦床的有效勘查手段。但是，傳統(tǒng)的激電測(cè)深成果僅限于單條測(cè)線的二維斷面圖，利用數(shù)據(jù)較少，難以確定三維異常體的空間賦存狀態(tài)，給資料的解譯帶來很大困難[1]。伴隨著三維可視化軟件與三維建模方法的迅速發(fā)展，礦產(chǎn)資源勘查已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了從二維到三維的突破。三維激電測(cè)深效率更高，采集數(shù)據(jù)量更大，測(cè)量深度更大，分辨率更高，結(jié)果更精確。經(jīng)過反演建立三維模型，能更形象精確地刻畫地下目標(biāo)地質(zhì)體的三維分布，對(duì)深入研究控礦構(gòu)造、礦體賦存位置等具有重要的意義[2]。三維激電測(cè)深以其復(fù)雜的理論及其數(shù)據(jù)采集和處理一直困擾著廣大物探工作者，本文通過在寧夏月亮山地區(qū)運(yùn)用三維VIP 激電觀測(cè)系統(tǒng)，建立了該區(qū)三維空間的電阻率和充電率的反演圖，并與傳統(tǒng)激電方法進(jìn)行對(duì)比，表明三維激電測(cè)深能夠提供豐富的地質(zhì)信息。

1 研究區(qū)概況

圖1 研究區(qū)大地構(gòu)造位置圖

研究區(qū)位于北祁連褶皺系走廊南山島弧、阿拉善地塊與鄂爾多斯地塊的交匯地帶，同時(shí)也是中國(guó)西部的東西向構(gòu)造帶（北祁連）與東部的近南北向構(gòu)造（賀蘭山—六盤山）帶轉(zhuǎn)換地帶[3]（圖1）。該區(qū)主要為第四系地層覆蓋，區(qū)域上出露的地層有中元古界薊縣系南華山群、園河群、西華山群，零星分布有震旦系上統(tǒng)、志留系上統(tǒng)、中泥盆統(tǒng)等地層。該區(qū)構(gòu)造條件復(fù)雜，發(fā)育有多期復(fù)式褶皺和多期多方向的斷裂。研究區(qū)西南的蟬窯處出露有加里東晚期的花崗閃長(zhǎng)巖，巖體邊部有明顯蝕變和銅礦化。研究區(qū)鄰近區(qū)域已發(fā)現(xiàn)十多處的金、銅、鉛、鋅礦（化）點(diǎn)，這些礦（化）點(diǎn)多與巖脈、熱液蝕變巖及斷裂有關(guān)。由于該區(qū)具有類似的地質(zhì)條件和成礦環(huán)境，因此該研究區(qū)成礦條件有利，找礦潛力巨大。

2 地球物理特征

研究區(qū)位于布格重力異常梯度帶上（圖2），異常分布自西向東逐漸減小，這與現(xiàn)代地形、地貌和巖性密切相關(guān)。該區(qū)的航磁異常從東北向西南逐漸增大，局部異常不發(fā)育，異常值整體較高。由于該研究工作主要是在研究區(qū)進(jìn)行三維激電測(cè)量，因此對(duì)研究區(qū)內(nèi)出露的主要巖性的電性參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（表1）。由表1 可知，第四系的視電阻率變化范圍比較大，平均視電阻率為523 Ω·m，視電阻率為中-高阻類型，最小為96 Ω·m；綠片巖的視電阻率最高，平均達(dá)1 000 Ω·m 以上。云母片巖視電阻率變化范圍也比較大，一般屬于中低阻類型，與第四系比較接近。云母片巖夾褐鐵礦化視電阻率較高，平均達(dá)641 Ω·m；大理巖與第四系黃土、沖積砂電阻率比較接近，屬于中-高阻類型。泥巖、頁巖、灰?guī)r和砂巖視電阻率最低，最小不超過20 Ω·m，顯示為低阻特性。區(qū)內(nèi)幾種巖性的平均視極化率都不是很大，綠片巖和云母片巖夾褐鐵礦化的極化率相對(duì)稍高。

圖2 研究區(qū)地球物理特征圖

表1 研究區(qū)電性參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

3 三維激電測(cè)深

三維激電對(duì)礦產(chǎn)勘探的意義重大，主要表現(xiàn)在：①面元觀測(cè)，施工效率高，大深度；②同時(shí)觀測(cè)單個(gè)發(fā)射極的全空間電場(chǎng)，數(shù)據(jù)更完備，有利于壓制反演多解性；③使用三維反演算法對(duì)數(shù)據(jù)集進(jìn)行解釋，壓制旁測(cè)線投影效應(yīng)，提升解釋可靠性；④三維數(shù)據(jù)體顯示，更精準(zhǔn)地把握地下目標(biāo)體分布[4]。三維VIP 激電觀測(cè)系統(tǒng)是采用張量真三維來建立三維空間可視化模型的（圖3）。與傳統(tǒng)的標(biāo)量假三維相比區(qū)別如下：傳統(tǒng)的標(biāo)量假三維是多條平行的二維測(cè)線，組合數(shù)據(jù)后進(jìn)行三維反演，這種三維圖的數(shù)據(jù)量小，可信度較低；而張量真三維是一組發(fā)射電極發(fā)射時(shí)，大量的張量觀測(cè)點(diǎn)同時(shí)觀測(cè)，通過移動(dòng)發(fā)射電極來獲取全空間的三維張量電場(chǎng)，從而進(jìn)行張量反演，具有施工效率高、數(shù)據(jù)完備等優(yōu)點(diǎn)。它顯示的三維數(shù)據(jù)體更加準(zhǔn)確，便于更精準(zhǔn)地把握地下目標(biāo)體的分布[5]。該次研究運(yùn)用三維VIP 激電觀測(cè)系統(tǒng)分析研究區(qū)的電阻率和充電率。

3.1 發(fā)射部分

三維VIP 激電觀測(cè)系統(tǒng)采用大功率發(fā)射機(jī)。由于大電極距下需要建立很大功率的電流場(chǎng)以獲取深部信息，在發(fā)射電極遠(yuǎn)離接收面元時(shí)，為獲取較好的激電衰減曲線往往需要很大的電流，因此一般采用大功率發(fā)射機(jī)[6]。

3.2 接收部分

三維VIP 激電觀測(cè)系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)電流和接收電壓的波形基于GPS 時(shí)間戳同步處理，它是全波形同步記錄的，這樣的二次場(chǎng)衰減曲線計(jì)算更精確。該系統(tǒng)為張量觀測(cè)，一般由兩道接收機(jī)組成，可避免大極距下過多的電纜鋪設(shè)。此外，該系統(tǒng)的接收機(jī)能存儲(chǔ)一整天的連續(xù)時(shí)間序列，確保時(shí)間的完整性。在鋪設(shè)好觀測(cè)系統(tǒng)后，僅需設(shè)置各道標(biāo)記后開機(jī)即可，中途無需操作，具有野外操作簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。

3.3 處理和解釋軟件

該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理軟件的原理是自動(dòng)時(shí)間同步、自動(dòng)疊加、手動(dòng)選擇信噪比較好的時(shí)段進(jìn)行重新疊加、標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出。它能對(duì)電阻率、充電率進(jìn)行三維反演，支持張量觀測(cè)數(shù)據(jù)，同時(shí)它能根據(jù)實(shí)際電極的大地坐標(biāo)進(jìn)行最佳三維網(wǎng)格剖分，能較方便地剔除信噪比較差的觀測(cè)點(diǎn)，方便三維圖的顯示。

3.4 數(shù)據(jù)質(zhì)量分析

通過三維激電的試驗(yàn)可知，研究區(qū)內(nèi)的一次場(chǎng)電壓重復(fù)性比較穩(wěn)定（圖4），觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)差Q 因子很小，曲線光滑，滿足質(zhì)量控制要求。

4 結(jié)果分析

4.1 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)反演分析

該研究為盡量排除反演的人為性對(duì)結(jié)果的影響，數(shù)據(jù)反演僅剔除觀測(cè)較差的數(shù)據(jù)點(diǎn)，同時(shí)采用均勻空間作為初始模型。在反演之前使用ERTLab 軟件對(duì)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行剔點(diǎn)操作。通過分析研究區(qū)電阻率和充電率的統(tǒng)計(jì)直方圖（圖5～6），決定使用10 Ω·m 和1 mV/V 均勻空間作為研究區(qū)的反演初始模型，所有反演均未做任何約束（圖7）。

4.2 電阻率反演結(jié)果與對(duì)比

為驗(yàn)證該次測(cè)量的反演結(jié)果，將電阻率的三維可視化模型進(jìn)行切片處理（圖8），并將處理結(jié)果與可控源音頻大地電磁測(cè)深（圖9）和三級(jí)激電測(cè)深（圖10）進(jìn)行對(duì)比。從三維激電的切片中可知，切片內(nèi)電阻率總體變化較小，淺部位置出現(xiàn)兩處高阻，位于切片的中上部與右上部，應(yīng)為局部不均勻體所致，中部為橫貫研究區(qū)的低阻帶，且向深部延伸較大，在低阻帶左下方為一電阻率特性表現(xiàn)為中阻的地質(zhì)體，該地質(zhì)體向左下方傾斜。在可控源音頻大地電磁測(cè)深剖面中也表現(xiàn)為同樣的電阻率特征，即在剖面左下部顯示出相對(duì)中-高阻特征。同樣，在三極激電測(cè)深剖面也顯示為類似的電阻率特征。這說明該次的三維激電測(cè)深結(jié)果與可控源音頻大地電磁測(cè)深和頻率域、時(shí)間域三極激電測(cè)深[7]對(duì)應(yīng)較好，具有較高的準(zhǔn)確率。

圖3 三維激電方法裝置圖

圖4 數(shù)據(jù)質(zhì)量分析演示圖

圖5 研究區(qū)電阻率統(tǒng)計(jì)直方圖

圖6 研究區(qū)充電率統(tǒng)計(jì)直方圖

圖7 反演過程示意圖

4.3 充電率反演結(jié)果與對(duì)比

在研究區(qū)的充電率三維可視化模型中可以看出（圖11），該次三維激電測(cè)深在研究區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)了兩處異常體。其中，一號(hào)異常體在研究區(qū)內(nèi)圈閉較好，顯示成柱形，其充電率的范圍在25～30 mV/V，結(jié)合電阻率的三維可視化模型可知，該異常體表現(xiàn)為中-低阻、高充電率特性；二號(hào)異常體位于研究區(qū)的右上方，沒有圈閉，不能辨別異常體形態(tài)，其充電率范圍在5～7 mV/V。

為驗(yàn)證充電率的反演結(jié)果，對(duì)充電率模型進(jìn)行切片處理（圖12）。由圖12 可知，柱形異常最頂端距離地表約200 m，同時(shí)該異常體也位于交流頻率域二維激電測(cè)深異常范圍內(nèi)（圖13），直流時(shí)間域二維激電測(cè)深在此處亦有高極化率顯示[8]（圖14），三者吻合較好，說明該三維充電率反演圖具有較高的可信度。

5 地質(zhì)解釋

圖8 研究區(qū)電阻率反演切片圖

圖9 研究區(qū)可控源音頻大地電磁測(cè)深電阻率反演圖

圖10 研究區(qū)三極激電測(cè)深電阻率反演圖

結(jié)合研究區(qū)的鉆孔資料，對(duì)研究區(qū)的三維激電測(cè)深的電阻率反演結(jié)果進(jìn)行分析，研究區(qū)內(nèi)電阻率總體變化較小，在地表至176 m 為第四系和新近系地層，電阻率較低，不超過10 Ω·m，巖性基本為桔紅、淺褐紅色泥巖（黏土）、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖夾灰綠色的泥灰?guī)r；176～293 m 為下白堊統(tǒng)馬東山組地層，電阻率范圍在10～20 Ω·m，巖性為灰綠色薄-中層狀鈣質(zhì)泥巖、泥灰?guī)r互層，夾隱晶灰?guī)r，褐紅色的泥巖、砂質(zhì)泥巖；293～484 m 為下白堊統(tǒng)李洼峽地層，電阻率基本在20 Ω·m 左右，巖性以灰綠頁巖、泥灰?guī)r和紫紅色砂質(zhì)泥巖、泥巖互層，整體顯示為低阻特性，與物性測(cè)量結(jié)果基本一致。

圖11 研究區(qū)充電率三維反演圖

圖12 研究區(qū)充電率反演切片圖

圖13 研究區(qū)交流二維激電極化率反演圖

圖14 研究區(qū)直流二維激電極化率反演圖

通過研究三維激電測(cè)深的充電率反演結(jié)果（圖12）可知，一號(hào)異常形態(tài)的柱形特征可能為巖漿巖體或者巖體外蝕變帶的反映，同時(shí)該異常體與地層不具有對(duì)應(yīng)特點(diǎn)。根據(jù)研究區(qū)的鉆孔資料可知，研究區(qū)地層由上往下依次是第四系、下白堊統(tǒng)馬東山組、下白堊統(tǒng)立洼峽組和下白堊統(tǒng)三橋組，異常未顯示出與地層有對(duì)應(yīng)關(guān)系，結(jié)合該區(qū)的地質(zhì)資料，引起該異常體的原因可能為加里東晚期-華力西期巖體有小巖枝（巖株）侵入到了該處位置，形成了該處的異常。

研究區(qū)外圍分布礦床（或礦點(diǎn)）雖然與中元古代薊縣系巖石有密切的空間關(guān)系，但根據(jù)成礦學(xué)理論，并對(duì)比寧夏其他地區(qū)礦化特征（如賀蘭山地區(qū)），成礦作用最有可能還是與巖漿系統(tǒng)的熱液活動(dòng)有關(guān)。大多數(shù)情況下，變質(zhì)作用僅形成無根無礦石英脈。同時(shí)，對(duì)工作區(qū)外圍金屬成礦作用的調(diào)研表明，煌斑巖脈、石英脈和斜長(zhǎng)石脈發(fā)育，與金礦化關(guān)系密切；加里東晚期花崗閃長(zhǎng)巖脈（株）主要分布在南華山，則伴隨銅礦化。這些地質(zhì)事實(shí)表明，研究區(qū)內(nèi)可能存在的金屬成礦系統(tǒng)與巖漿熱液活動(dòng)有時(shí)空、成因上的聯(lián)系。

前期分析認(rèn)為覆蓋層以下的激電異常具有“高阻低激化”與“低阻高極化”相間展布特點(diǎn)。“低阻高極化”可能與礦化蝕變破碎帶有關(guān)，“高阻低激化”可能與巖漿巖體有關(guān)。通過該次三維工作結(jié)合鉆孔揭露情況分析，認(rèn)為該工區(qū)與礦化有關(guān)的異常帶性質(zhì)應(yīng)為中-高阻高極化，低阻高極化可能與斷層破碎帶關(guān)系密切，并認(rèn)為下步鉆孔布設(shè)工作應(yīng)以此為特點(diǎn)。

6 結(jié)論

通過在研究區(qū)開展三維激電測(cè)深，分析其反演結(jié)果，同時(shí)結(jié)合二維電阻率和極化率的反演結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，得到以下結(jié)論：

（1）三維VIP 激電觀測(cè)系統(tǒng)具有操作簡(jiǎn)單、施工效率高、數(shù)據(jù)完備和準(zhǔn)確率高等特點(diǎn)，能清晰直觀地反映出地下信息數(shù)據(jù)的分布特征，可獲得豐富的地電信息和極化率信息。

（2）該次三維激電測(cè)深效果比較理想，圈定出高充電率的異常范圍，對(duì)異常的三維形態(tài)反映比較清晰直觀，通過分析異常形態(tài)，結(jié)合鉆孔和區(qū)域地質(zhì)等資料認(rèn)為，該充電率異?？赡苡汕秩霂r體或與侵入體的礦化蝕變引起。

（3）由于新生界覆蓋層較厚，使得研究區(qū)整體電阻率背景較低，該次三維激電工作電阻率反映的效果不明顯，認(rèn)為可能是地層電阻率差異較小、淺部不均勻體的干擾使得巖體電阻率特征在該區(qū)反映不明顯。

（4）月亮山地區(qū)激電工作找礦標(biāo)志應(yīng)以中-高阻高極化為主，由于該工區(qū)新構(gòu)造活動(dòng)較多，低阻高極化可能與斷層破碎帶關(guān)系較為密切。