激發(fā)極化法和可控源音頻大地電磁法在鉛鋅礦勘探中的應用

白 燁，曹乃文，邱慶良

（1.吉林省煤田地質(zhì)局物測隊，吉林 長春 130031；2.吉林省煤田地質(zhì)局203勘探隊，吉林 四平 136000；3.吉林省煤田地質(zhì)局102勘探隊，吉林 通化 135000）

鉛鋅礦是一種含有大量鉛元素和鋅元素的礦產(chǎn)資源，在電氣、機械、軍事、冶金、化學、輕工業(yè)以及醫(yī)療領域均有所應用。鉛鋅礦主要分布在我國云南地區(qū)、內(nèi)蒙古地區(qū)、廣東地區(qū)、甘肅地區(qū)、廣西地區(qū)以及湖南地區(qū)，其礦產(chǎn)分布具有集中度高的特點，并且多數(shù)屬于大中型礦床，礦石組成結(jié)構(gòu)均較為復雜。為了能夠開發(fā)出更多的鉛鋅礦，需要對勘探手段進行創(chuàng)新，當前常用的勘探手段包括激發(fā)極化法、可控源音頻大地電磁法。兩種方法有著不同的特點，需要相關人員能夠了解兩種方法的應用原理，從而提高應用的合理性。

1 勘探地區(qū)基本情況

（1）礦區(qū)地層情況。本次研究選擇某地區(qū)為例，該地區(qū)海拔高度在800m到1500m之內(nèi)，地勢呈現(xiàn)為南高北低的特點，屬于中淺切割地形，水系不發(fā)育。礦區(qū)內(nèi)控礦斷裂可以被分為北東向以及北東東向，地層較為復雜，有巖漿巖，且分布較為廣泛，存在褶皺發(fā)育和斷裂發(fā)育現(xiàn)象。但是由于在測區(qū)之內(nèi)斷層發(fā)育的不完全，所以需要依照相應的地形地貌或者是巖性之間存在的差異來進行識別，不同的斷層規(guī)模比較小，一般則在走向上延續(xù)了僅僅幾百米的距離左右，而斷層之間的性質(zhì)也不容易被查明[1]。該地區(qū)內(nèi)主要屬于物理風化，化學風化作用稍弱。從垂直剖面的角度看，土壤分層較為明顯，共分為三層，A層中含有大量有機質(zhì)，顏色偏暗，B層局部位置存在缺失的現(xiàn)象，屬于淀積層，是由于土壤表層被淋洗物質(zhì)沉淀積累而成，粘土含量豐富，顏色為黃褐色，C+D層屬于風化巖層以及基巖層。

（2）礦區(qū)地球物理特征。通過對區(qū)域性巖石電性數(shù)據(jù)實施分析，發(fā)現(xiàn)在礦區(qū)內(nèi)部圍巖變質(zhì)巖系具有高電阻和低價化特點。礦區(qū)內(nèi)礦石多數(shù)構(gòu)成部分均為低阻礦物，礦體大多數(shù)都在斷裂破碎帶賦存，部分在巖性接觸帶上賦存，無論是礦體還是賦礦構(gòu)造都顯示為相對低阻。金屬礦產(chǎn)大多數(shù)帶有金屬硫化物，或者金屬礦產(chǎn)和金屬硫化物處于共生的狀態(tài)，礦體極化率高。

2 勘探原理和勘探方法

（1）激發(fā)極化法。激發(fā)極化法是利用外場作用促進礦物出現(xiàn)激發(fā)極化現(xiàn)象，這些礦物中通常含有較多的金屬介質(zhì)。通過對這一現(xiàn)象進行觀察，同時結(jié)合不同金屬介質(zhì)在激發(fā)極化方面存在的差異，可以找到和礦物共同發(fā)育的金屬硫化物，最終完成找礦的目標[2]。激發(fā)極化法包括兩種方法，劃分標準為供電方式，具體為直流和交流兩種，每種方法均具備獨特的特點。前者會選擇利用供電電極為檢測區(qū)域地下提供直流脈沖電流，供電后斷電觀察測量電極存在的電位差，并記錄隨著時間不斷的衰減二次場數(shù)據(jù)的變化，最后使用電位差和二次場對視電阻率和視極化率進行計算。后者會選擇利用供電電極為檢測區(qū)域地下提供低頻交變電流，同樣需要觀察電位差指標，除此之外需要觀察電壓以及發(fā)射電流存在的相位差，計算視電阻率。在本次勘探工作中對視電阻率、視極化率進行計算，從而尋找到鉛鋅礦化富集區(qū)域。

（2）可控源音頻大地電磁法?？煽卦匆纛l是電磁測深的新型方式，會針對頻率域設置特殊信號源，和傳統(tǒng)檢測技術相比該技術可以消除弱信號，避免可能隨機出現(xiàn)的天然場源，其中地層電阻率和工作頻率會給探測深度帶來直接影響。可控源音頻大地電磁法是一種將有限長度的接地電偶極子作為場源的測深手段，會在距離偶極中心區(qū)域一定位置對電場參數(shù)和磁場參數(shù)進行觀測。此次勘探研究中選擇赤道偶極裝置實施標量工作和測量工作，如圖1所示，即為該種方法中使用的赤道偶極裝置，對電、磁場的水平分量數(shù)據(jù)進行觀測和記錄，其中電場水平分量需要電場和場源處于平行的狀態(tài)，磁場水平分量需要磁場和場源處于正交的狀態(tài)。在觀測水平分量之后結(jié)合電場和磁場的振幅數(shù)據(jù)對阻抗電阻率實施計算。對電場相位和磁場實施觀察和測試，可以為后續(xù)阻抗相位的計算提供數(shù)據(jù)基礎。阻抗電阻率、相位兩個參數(shù)共同聯(lián)合之后可以得出可控源反演電阻率，最后利用這一參數(shù)可以對勘探地區(qū)的地質(zhì)情況進行分析，提高地質(zhì)解釋質(zhì)量。

圖1 赤道偶極裝置

3 勘探結(jié)果討論

3.1 勘探區(qū)域激發(fā)極化掃面數(shù)據(jù)及其結(jié)果分析

通過對激發(fā)極化掃面數(shù)據(jù)進行分析評估，如圖2所示為中間梯度裝置測量布置示意圖，可以發(fā)現(xiàn)充電率值較高時其走向為東北，高電阻率值則屬于北東走向或者近東西作響。兩組構(gòu)造走向和區(qū)域地質(zhì)所表現(xiàn)出的走向具有一致性。雖然視充電率值處于一個較低的狀態(tài)，但是背景值的水平更低，大約在4ms左右，由此可以得出異常具備可信性，但是也不排除是由弱激電異常是由于巖性因素所導致的。北西方向的視電阻率低，而南東方向的視電阻率則較高，北西段區(qū)域顯示的為第四系沙土礫石低電阻，南東區(qū)域顯示的為侵入巖高電阻?？碧絽^(qū)域的中部位置電阻率呈現(xiàn)為多條條帶，且條帶具有高低相間的特點，同時也對應了多次的巖漿侵入活動，使得勘探區(qū)域內(nèi)的構(gòu)造變得更加復雜。

圖2 激發(fā)極化法工作原理

結(jié)合異常特征和視電阻率之間的關系，本次勘探過程中對視充電率的異常進行了劃分，分為2個異常。第1個激發(fā)極化異常在勘測區(qū)域的中南部區(qū)域，走向為N45°E，異常長度為600m，異常寬度為120m。異常在高阻以及高低電阻的接觸帶之上，充電率在最高峰的情況下可以達到11.8ms。視電阻率在100歐姆米到300歐姆米之間。第2個激發(fā)極化異常在勘測區(qū)域的東南部區(qū)域，該異常在西南方向和東部區(qū)域均處于未封閉的狀態(tài)，屬于北東走向。視充電率最高峰值可以達到30ms左右，視電阻率數(shù)值在200歐姆米左右，視充電率異常在高低電阻的接觸帶之上。

3.2 勘探區(qū)域東南部異常區(qū)域物探資料討論

為了保證礦產(chǎn)檢測精度應當將其頻率設計為0.25Hz到7600Hz，采樣時間為45分鐘，在此基礎上進行采集頻點布置。結(jié)合視充電率異常的情況、襯度以及視電阻率存在的組合關系進行分析和評估，在2號異常區(qū)域內(nèi)進行了激發(fā)極化掃面檢測，并布設了不同可控源音頻大地電磁線，以此來對剖面進行深度檢測，包括390、410、430、450、470、490以及510。390線電法綜合剖面下存在3處充電率異常的情況，其峰值為886點、914點、966點，996點充電率最大的峰值數(shù)據(jù)為31.3ms。410線電法綜合剖面下存在3處充電率異常的情況，其峰值為886點、906點、962點，962點充電率最大值可以達到29.4 ms。430線電法的綜合剖面下存在2處充電率異常的情況，其峰值分別是900點、972點，在這其中比較大的點充電率為28.2 ms，該點為972點。450線電法綜合剖面下存在2處充電率異常的情況，其峰值分別是896點、974點，在這其中比較大的點充電率為24.6ms，該點為974點。470線電法的綜合剖面下存在2處充電率異常的情況，其峰值分別是906點、964點，在這其中比較大的點充電率為18.85ms，該點為964點。490線電法的綜合剖面下存在2處充電率異常的情況，其峰值分別是914點、964點，在這其中比較大的點充電率為16.55ms，該點為964點。510線電法的綜合剖面下存在2處充電率異常的情況，其峰值分別是912點、940點，在這其中比較大的點充電率為15.8ms，該點為940點。每條測線均存在異常的情況，位置和視電阻率值均較為相似，認定該異常情況和礦存在相關關系。

4 結(jié)語

在物探工作中選擇合適的檢測手段，同時結(jié)合地質(zhì)信息，可以解決實際工作中存在的地質(zhì)問題，提高鉛鋅礦的檢測效率，對礦區(qū)實施有效的劃分。在本次研究區(qū)域內(nèi)發(fā)現(xiàn)了異?，F(xiàn)象，其類型均為中阻、高阻高極化異常，且前種異常情況位于接觸帶區(qū)域，后種異常情況位于巖體區(qū)域。視充電率異常問題均是研究中應格外注意的現(xiàn)象，因此在發(fā)現(xiàn)異常區(qū)域之后應當對其進行研究，盡快判斷出異常的類型，相關人員可以利用鉆探的方式實施工程驗證。在工作實踐中利用時間域激發(fā)極化法可以發(fā)現(xiàn)勘探區(qū)域內(nèi)對于成礦有促進作用的地段，隨后在該地段使用可控源音頻大地電磁法可以對礦體實施準確的空間定位監(jiān)測，在聯(lián)合已有信息打基礎上能夠?qū)碧絽^(qū)域的異常情況實施更加全面的解釋，以此來提高找礦工作的效率。