激電中梯測(cè)量技術(shù)在金屬礦勘查中的運(yùn)用

張志剛

隨著金屬礦的需求量不斷的增長(zhǎng)，全國(guó)范圍內(nèi)的地表礦、淺部礦這些易采礦已經(jīng)出現(xiàn)儲(chǔ)量不足和開(kāi)采量下降的問(wèn)題，礦產(chǎn)資源的供需矛盾將會(huì)更加突出。因此，尋求新的礦床和發(fā)現(xiàn)隱伏礦產(chǎn)將成為未來(lái)主要發(fā)展方向。在對(duì)隱伏礦產(chǎn)進(jìn)行勘查時(shí)，勘查的手段將會(huì)對(duì)勘查的成果解釋反演推斷產(chǎn)生直接影響，為了提升勘查的可靠性，研究運(yùn)用了激電中梯測(cè)量方法對(duì)金屬礦實(shí)施勘查，對(duì)該礦區(qū)金屬的賦存狀況做出合理的推斷解釋?zhuān)瑸閷?shí)際勘查工作提供指導(dǎo)。

1 物探方法概述

1.1 電法勘探

電法勘探是利用地殼中巖石和礦體間的不同結(jié)構(gòu)存在的電磁性質(zhì)差異以及電化學(xué)特性的差異，以及對(duì)電磁場(chǎng)、電場(chǎng)或電化學(xué)場(chǎng)的分布情況及規(guī)律的分析和研究，從而實(shí)對(duì)礦產(chǎn)資源和地質(zhì)的勘探工作。電法勘探的基本原理是通過(guò)對(duì)巖層和礦石之間的電性分布情況的分析，一旦水平和垂直方向發(fā)生變化，同時(shí)電場(chǎng)、電磁場(chǎng)的空間分布也會(huì)發(fā)生變化，這種變化即為異常。再將異常區(qū)域進(jìn)行分析和解釋?zhuān)瑥亩茢喑龅叵碌牡刭|(zhì)構(gòu)造以及礦源的位置、深度、形狀以及賦存等情況。

1.2 激發(fā)極化法

激發(fā)極化法通過(guò)不斷的研究和推廣，已成為電法勘探方法中重要的勘探方法之一，對(duì)于金屬礦床的預(yù)測(cè)以及礦源勘探具有顯著效果。其工作原理是利用地殼不同巖石和礦石的電性差異，對(duì)激發(fā)極化效應(yīng)進(jìn)行觀測(cè)，便可探明地下地質(zhì)特征的勘察方法。其工作原理如圖1所示。

圖1 激發(fā)極化法工作原理

運(yùn)用激發(fā)極化法進(jìn)行勘探時(shí)，假設(shè)供電電極為A、B，測(cè)量電極為M、N，當(dāng)直流電對(duì)供電電極向下供電，將會(huì)形成一次電場(chǎng)。當(dāng)測(cè)量電極M、N差產(chǎn)生電位差后，整個(gè)充電過(guò)程完成，因而產(chǎn)生激發(fā)極化效應(yīng)。隨著供電的停止，周?chē)碾妶?chǎng)隨之消失，但測(cè)量電極M和N間的電位差卻不會(huì)隨之消失，稱(chēng)之為二次電位差。二次電位差不會(huì)一直存在，會(huì)隨著時(shí)間變化呈現(xiàn)遞減并完成放電過(guò)程。對(duì)于電阻率與巖石相差不大的侵染性金屬礦而言，每個(gè)小顆粒都能在礦體表面形成激發(fā)極化效應(yīng)，便實(shí)現(xiàn)了激發(fā)極化法尋找礦體的物理基礎(chǔ)。

1.3 激電中梯法

激電中梯法利用構(gòu)建的人工場(chǎng)源進(jìn)行供電，保持電流不變的情況下向下供電，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)電位差不斷增大，最終到達(dá)峰值飽和狀態(tài)。去除供電后，地表兩點(diǎn)的電位差呈逐漸遞減的狀態(tài)，直至消失。激電中梯法便是利用電位差實(shí)現(xiàn)對(duì)礦床的勘查。

2 激電中梯法在金屬勘查中的工作方法

研究選用的是已知金屬礦區(qū)，通過(guò)對(duì)異常范圍以及視化率和視電阻率均方相對(duì)誤差的分析，以此驗(yàn)證激電中梯法的勘測(cè)精度和效果。

2.1 激電中梯測(cè)量技術(shù)方法

2.2 質(zhì)量檢查與評(píng)價(jià)

對(duì)于激電中梯測(cè)量技術(shù)質(zhì)量要求嚴(yán)格按照相關(guān)技術(shù)規(guī)定執(zhí)行。為了保證最后測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，因此設(shè)計(jì)了在不同的時(shí)間段，利用不同的儀器，采取不同的勘查的方式進(jìn)行研究。對(duì)于質(zhì)量的檢查需結(jié)合工作進(jìn)程，檢查量不少于3%對(duì)異常區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)的檢查，檢查量在4%-11%之間，質(zhì)量檢查點(diǎn)需與地點(diǎn)及時(shí)間相對(duì)分布均勻，個(gè)別檢查點(diǎn)如果誤差過(guò)大，可進(jìn)行舍棄處理，但要查明舍棄的原因，最終按照平均相對(duì)誤差作為異常區(qū)域勘查的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 資料記錄及整理

激電中梯測(cè)量工作記錄，主要是對(duì)生產(chǎn)性觀測(cè)、質(zhì)量檢查觀測(cè)、儀器調(diào)整檢驗(yàn)以及物性標(biāo)本采集進(jìn)行原始記錄。同時(shí)對(duì)測(cè)量工作中的視電阻率值、視極化率值、勾繪平面等值線圖，依據(jù)原始數(shù)據(jù)記錄并結(jié)合相關(guān)地質(zhì)資料，繪制出綜合推斷成果圖。

3 金屬礦實(shí)例勘查分析

為了驗(yàn)證激電中梯測(cè)量技術(shù)對(duì)金屬礦實(shí)際的勘查效果，研究將某金屬礦作為實(shí)驗(yàn)測(cè)區(qū)。對(duì)該礦區(qū)進(jìn)行勘查前，首先查明了目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的巖石分布情況，以此推測(cè)出伏巖體的空間分布形態(tài)。已知該礦區(qū)包含了多種礦產(chǎn)，并伴有生硫化物。通過(guò)激電中梯測(cè)量技術(shù)能夠?qū)⒌V體與圍巖利用電性差異進(jìn)行區(qū)分，因此低阻高極化將反映出礦體異常。

3.1 儀器設(shè)備

儀器設(shè)備采用10km大功率激電測(cè)量系統(tǒng)，接收機(jī)、激電發(fā)送機(jī)、機(jī)電電源、發(fā)電機(jī)的選擇如表1所示。

表1 野外探物工作主要儀器

3.2 勘查前期工作布置

研究以激電中梯法對(duì)礦區(qū)的剖面進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量總長(zhǎng)度為4km，比列尺為1：2000，激電測(cè)量系統(tǒng)選用10KW的大功率設(shè)備。為了保證探測(cè)數(shù)據(jù)的精度和滿足工作設(shè)計(jì)要求，供電周期15s延時(shí)180ms。電極距A和B距離為1800m，測(cè)量極距M和Z距離為40m，要求每個(gè)測(cè)量間距20m，并采用雙向段脈寬供電方式，電流保證在3000mA～4000mA，測(cè)量電位30mV。基線的布設(shè)采用GPS、羅盤(pán)、量尺相結(jié)合的方式，將點(diǎn)線做標(biāo)記處理，測(cè)點(diǎn)間誤差要少于5m。采樣寬度為金屬礦區(qū)內(nèi)有2貫穿全區(qū)的斷裂，發(fā)育為復(fù)式向形構(gòu)造。礦體中圍巖多以巖漿巖為主，露出的有新村單元和荷樹(shù)崠巖體激電測(cè)量技術(shù)要求嚴(yán)格按照國(guó)家地礦行業(yè)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

3.3 探測(cè)精度保證措施及技術(shù)規(guī)程

利用激電中梯測(cè)量技術(shù)測(cè)量時(shí)，探測(cè)數(shù)據(jù)的精度以及相關(guān)技術(shù)規(guī)范將對(duì)勘查的最終結(jié)果產(chǎn)生影響。因此，在此次探測(cè)過(guò)程中，發(fā)電機(jī)的輸出電流浮動(dòng)控制需小于2.5%，而且在探測(cè)工作開(kāi)始之前需對(duì)供電和導(dǎo)線實(shí)施完全漏電檢查；測(cè)量電極按照質(zhì)量保證規(guī)范選用小于2mv的不極化電極，連接方式為多組電極并聯(lián)，測(cè)量工作開(kāi)始之前需對(duì)電極差進(jìn)行檢查。除此之外，利用激電中梯測(cè)量技術(shù)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，需對(duì)測(cè)量?jī)x器中的數(shù)據(jù)及圖件認(rèn)真觀察，一旦發(fā)現(xiàn)突變點(diǎn)或可疑測(cè)點(diǎn)需進(jìn)行重復(fù)觀測(cè)處理，防止勘查錯(cuò)誤及遺漏事故發(fā)生。為了進(jìn)一步保證探測(cè)結(jié)果的精準(zhǔn)，要求檢查點(diǎn)實(shí)施均勻的分布，對(duì)探測(cè)的所有數(shù)據(jù)和原始記錄采取100%的核算復(fù)查，同時(shí)，圖件及附件產(chǎn)生的探測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行核對(duì)檢查處理。關(guān)于本次的探測(cè)工作，各個(gè)環(huán)節(jié)和方面嚴(yán)格執(zhí)行《電阻率剖面法技術(shù)規(guī)程》和《時(shí)間域激發(fā)極化法技術(shù)規(guī)程》。

3.4 激電中梯測(cè)量技術(shù)方法的運(yùn)用

在對(duì)該礦區(qū)的礦體資源勘查時(shí)，應(yīng)用了激電中梯測(cè)量技術(shù)方法，并利用了該方法對(duì)激電的異常區(qū)域?qū)嵤┝颂綔y(cè)和鎖定，通過(guò)對(duì)硫化物與金屬的聯(lián)系以及視電阻率及視極化率的分析，找出礦床可能存在的地點(diǎn)和區(qū)域。通過(guò)對(duì)物探資料的綜合分析和解釋推斷，得出相應(yīng)的勘查結(jié)果。

3.5 物探資料的綜合分析與原因推斷

3.5.1 視電阻率ρs異常測(cè)區(qū)描述

弗賴(lài)登塔爾認(rèn)為：數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的最終目的不是不被遺忘，因?yàn)闊o(wú)論是個(gè)人生活還是人類(lèi)歷史，每一階段的知識(shí)只是階梯，重要的是知識(shí)是否仍然保持作用和活力。目前多數(shù)高職學(xué)院的數(shù)學(xué)課程過(guò)于功利化，似乎要在每一個(gè)高數(shù)題上挖掘出就業(yè)機(jī)會(huì)和競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，這種過(guò)于強(qiáng)調(diào)應(yīng)用的思維看起來(lái)是符合與專(zhuān)業(yè)課程結(jié)合的思想，但是實(shí)際上往往會(huì)南轅北轍，忽略了數(shù)學(xué)最本質(zhì)的美和數(shù)學(xué)化，其實(shí)數(shù)學(xué)本身最廣泛的環(huán)境適用性帶來(lái)的作用最大?？v觀國(guó)內(nèi)外職業(yè)學(xué)校數(shù)學(xué)課成功的原因無(wú)不與專(zhuān)業(yè)實(shí)踐緊密相聯(lián)，職業(yè)院校的學(xué)生普遍害怕高數(shù)，無(wú)窮無(wú)盡的推導(dǎo)會(huì)給數(shù)學(xué)教育蒙上陰影，高數(shù)因此被視為毫無(wú)用武之地的屠龍之技。

通過(guò)對(duì)測(cè)區(qū)視電阻率的綜合分析，該區(qū)域的ρs值在200Ω·m上下，并呈低背景值狀態(tài)，其中最高點(diǎn)能夠達(dá)到1380Ω·m，ρs平均值大約為212Ω·m左右。異常區(qū)主要以高阻為主，通過(guò)對(duì)巖層情況的現(xiàn)場(chǎng)分析，異常區(qū)發(fā)現(xiàn)大量的石英巖，推測(cè)該異常區(qū)產(chǎn)生高阻的原因是由石英巖脈導(dǎo)致的。

該高阻區(qū)域位于整個(gè)測(cè)區(qū)的東側(cè)，形狀類(lèi)似于方形，覆蓋面積為0.62平方公里，測(cè)得的視電阻率ρs值大約為410Ω·m。

該工作區(qū)從整體上看，呈低阻狀態(tài)，而視電阻高阻異常區(qū)域分布的位置大多以點(diǎn)狀構(gòu)成。通過(guò)分析高電阻產(chǎn)生的原因，是因?yàn)樵搮^(qū)域含有石英巖脈，且平均值在410Ω·m左右。因此推測(cè)出該工作區(qū)的構(gòu)造斷裂帶被石英巖脈所覆蓋，且西北方向比較零散，所以ρs值相對(duì)比較低，該區(qū)域東南方向比較完整，所以ρs值相對(duì)較高。

3.5.2 視極化率ηs異常測(cè)區(qū)描述

通過(guò)對(duì)該工作區(qū)視極化率ηs值的綜合分析，該區(qū)域視極化率ηs值通常在1.8%上下，并呈現(xiàn)高背景值狀態(tài)。其中視極化率ηs最高值達(dá)到39%，最低值為-3.1%，測(cè)得的平均值為1.9%。

從整體上看，該測(cè)區(qū)東西部區(qū)域呈高級(jí)化，而中部區(qū)域一般為低極化。若按照視極化率整體的分布狀況進(jìn)行分析，東部和西部?jī)蓚€(gè)測(cè)區(qū)被劃分成兩個(gè)高極化帶，方向?yàn)槟媳弊呦颉Ｅc此同時(shí)，東部和西部?jī)蓚€(gè)極化帶還存在少量的點(diǎn)狀低極化異常。

通過(guò)對(duì)視極化率ηs值的分析推斷，該工作區(qū)呈中高背景值，視極化率ηs平面的分布形態(tài)是以視極化率ηs異常主要以以高極化分布為主。其中位于工作區(qū)西部的高極化率極化異常長(zhǎng)約900m，寬度為280m，覆蓋工作區(qū)域?yàn)?.23km2，測(cè)得的視極化率ηs值為5%，最高值可達(dá)8%。同時(shí)，該異常帶中還分布著零星的低極化，視極化率ηs大約為-1.9%～2.1%之間。通過(guò)觀察西部低極化帶，以南北方向貫穿在工作區(qū)中，北部常以塊狀分布在工作區(qū)內(nèi)；另一高視極化率ηs異常分布在工作區(qū)的東部，長(zhǎng)度大約1200m,實(shí)測(cè)寬度約為190m，覆蓋面積達(dá)0.7km2，視極化率的最高點(diǎn)達(dá)到7%，平均值為3.8%.

3.5.3 視化率ηs異常推斷原因

勘查區(qū)域內(nèi)巖層主要分布情況為：工作區(qū)南部測(cè)得巖石類(lèi)型為正長(zhǎng)花崗巖；東北部測(cè)區(qū)為二長(zhǎng)花崗巖；西南部為二長(zhǎng)花崗巖；西北部為石英長(zhǎng)巖；中部為花崗斑巖且貫穿工作區(qū)的南北兩面。工作區(qū)整體視極化率勘查結(jié)果呈高背景狀態(tài)。

工作區(qū)高極化形成的原因是由二長(zhǎng)花崗巖脈中的金屬硫化物引起，通過(guò)對(duì)勘查結(jié)果分析，金屬鉬、銅以及金與高極化異常有直接關(guān)系。其中高極化異常區(qū)域的化探結(jié)果顯示，該區(qū)域還有大量的銅。西部高極化異常的化探結(jié)果顯示，該區(qū)域擁有兩個(gè)鉬集中地。而高阻東部區(qū)域的化探異常結(jié)果表明，該區(qū)域含有鉬和金。

經(jīng)測(cè)得東部高阻帶沒(méi)有金屬鉬、銅以及金，但中高阻部分的高極化率卻出現(xiàn)了鉬和銅區(qū)域交叉情況，并且觀察形態(tài)相近。

通過(guò)對(duì)以上勘查結(jié)果分析，二長(zhǎng)花崗巖巖脈是引起工作區(qū)高極化率異常的主要原因，并與所含礦體關(guān)系緊密，尤其在中高阻異常地帶最為密切，可以確定工作區(qū)中最優(yōu)礦體位置與正長(zhǎng)花崗巖、二長(zhǎng)花崗巖以及石英長(zhǎng)巖重合處的含金屬硫化物石英巖巖脈有關(guān)系。

3.5.4 推斷結(jié)論

結(jié)合視電阻率ρs，視極化率ηs以及地質(zhì)資料表明，該工作區(qū)高極化異常與石英巖巖脈走向一致，因此可作為高極化巖脈的區(qū)分依據(jù)。由于高極化帶中金屬鉬、銅以高極化區(qū)位置一致，可視為礦體勘查最有利位置；通過(guò)對(duì)東西部視電阻率的分布情況分析，推斷出斷裂是引起中部高阻帶的實(shí)際原因。

綜上所述，在實(shí)驗(yàn)勘查區(qū)域內(nèi)，根據(jù)中高極化率異常帶和高極化異常帶為基礎(chǔ)分成兩個(gè)尋礦預(yù)測(cè)區(qū)。其中，中高極化率異常帶輻射了高極化異常的周邊區(qū)域，面積大概為0.65km2，此預(yù)測(cè)區(qū)的金屬鉬、銅元素與實(shí)際測(cè)量一致，方向有向東延伸的趨勢(shì)，在對(duì)該區(qū)域勘查時(shí)綜合考慮向東延伸的可能；而已高極化異常帶為基礎(chǔ)的預(yù)測(cè)區(qū)，高極化異常地帶周邊又存在著低阻地帶，此測(cè)區(qū)的鉬原色與實(shí)際測(cè)量一致，覆蓋面積達(dá)0.54km2。由此證明以上兩個(gè)預(yù)測(cè)區(qū)都具有找礦價(jià)值。

3.6 勘查結(jié)果分析

以綜合推斷解釋結(jié)論為依據(jù)，對(duì)工作區(qū)內(nèi)的兩個(gè)預(yù)測(cè)區(qū)進(jìn)行勘查。利用數(shù)據(jù)繪制出激電中梯平面圖，觀察和區(qū)分激電異常在該礦區(qū)的具體位置?？辈閰^(qū)域內(nèi)測(cè)線的視電阻率的分布情況是兩端高而中間低，南面和西面相對(duì)比北面和東面高，但是整體視電阻率提升不高，與已知的地質(zhì)信息相吻合。通過(guò)對(duì)視極化率分析，測(cè)線大致分成兩個(gè)區(qū)域，即兩端背景區(qū)與處在中部位置的異常區(qū)。數(shù)據(jù)顯示，測(cè)線兩端的背景區(qū)極化率在1.9%，狀態(tài)相對(duì)穩(wěn)定，表現(xiàn)為沒(méi)有礦源和弱礦源；而處于中部異常區(qū)表現(xiàn)出連續(xù)異常，測(cè)得的極化率在1.9%以下，分析原因與礦體及蝕變帶走向有關(guān)。通過(guò)對(duì)該礦區(qū)的勘查，獲得的質(zhì)量檢查結(jié)果：實(shí)測(cè)點(diǎn)數(shù)300，檢查點(diǎn)數(shù)40個(gè)，檢查率達(dá)到了13.3%。通過(guò)將測(cè)得數(shù)據(jù)計(jì)算獲得的視化率均方誤差為±0.14%，視電阻率獲得的均方相對(duì)誤差為±10.4%，因此滿足了設(shè)計(jì)要求并達(dá)到了B級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

通過(guò)運(yùn)用激電中梯測(cè)量技術(shù)方法，探測(cè)出各條測(cè)量都存在高級(jí)化異常，并且異常分布表現(xiàn)為幅度大和范圍廣。通過(guò)與已知測(cè)區(qū)地質(zhì)礦體資源分布對(duì)比，研究勘查的異常區(qū)與該礦區(qū)的礦體分布情況一致，由此驗(yàn)證了激電中梯測(cè)量法在金屬礦勘查工作中具有顯著效果。

4 結(jié)論

在多金屬礦中，硫化物與礦石之間存有著密切的聯(lián)系，利用激電中梯測(cè)量技術(shù)進(jìn)行勘查時(shí)，圍巖與金屬礦石存在著電性差異。礦石表現(xiàn)出低阻高級(jí)化特性，通過(guò)實(shí)例分析表面，運(yùn)用激電中梯測(cè)量技術(shù)對(duì)金屬礦進(jìn)行勘查是有顯著效果的，由于激電中梯法具有高效率大面層檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，隨著該勘探方法不斷得到認(rèn)可和推廣，已經(jīng)成為金屬礦勘查工作中重要的手段。