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    淺談激電中梯及激電測(cè)深物探方法在地形復(fù)雜、切割劇烈地區(qū)的實(shí)用性

    2022-10-21 04:44:56
    世界有色金屬 2022年15期
    關(guān)鍵詞:中梯化帶激發(fā)極化

    呂 翔

    (廣東省核工業(yè)地質(zhì)局二九三大隊(duì),廣東 廣州 510000)

    1 工區(qū)概況

    1.1 地質(zhì)特征概況

    目標(biāo)工區(qū)為西藏昌都芒康縣某礦區(qū),在區(qū)域上地處“三江”成礦帶的瀾滄江成礦帶中部,瀾滄江西側(cè)江邊,東側(cè)緊鄰金沙江成礦帶,西側(cè)為怒江成礦帶,三江縫合帶中部。區(qū)域上處在印度板塊與歐亞板塊的接合帶,即阿爾卑斯—喜馬拉雅構(gòu)造帶向南急拐彎部位。區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造十分復(fù)雜,各主要構(gòu)造單元急劇變窄,沉積巖相建造復(fù)雜,火山和巖漿活動(dòng)極其強(qiáng)烈頻繁,區(qū)域動(dòng)力變質(zhì)、熱流變質(zhì)作用特別發(fā)育,構(gòu)成了本區(qū)獨(dú)特的地質(zhì)構(gòu)造格局,形成了本區(qū)十分有利的成礦條件,礦產(chǎn)資源豐富,是“三江”成礦帶的重要組成部分。工區(qū)出露地層簡單,區(qū)內(nèi)構(gòu)造發(fā)育,區(qū)域性竹卡一起塘牛場斷裂通過礦區(qū),走向北東向及近南北向,幾組次級(jí)構(gòu)造是礦點(diǎn)主要含礦構(gòu)造,礦區(qū)巖漿巖較發(fā)育,普查區(qū)有3個(gè)銅礦點(diǎn),主要礦化帶有5條。銅礦體2個(gè)。

    1.2 地球物理特征概況

    在測(cè)區(qū)內(nèi)共采集巖礦標(biāo)本3塊,進(jìn)行極化率η,電阻率ρ參數(shù)測(cè)定,其中砂巖2塊,含銅礦(化)體標(biāo)本1塊。測(cè)量結(jié)果見表1。

    表1 測(cè)區(qū)巖礦石電性參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

    通過表1標(biāo)本測(cè)定結(jié)果,由于圍巖及不同礦物之間物性的不同,圍巖標(biāo)本與銅礦物標(biāo)本之間的視極化率及視電阻率數(shù)據(jù)差距較大[1]。與圍巖相比,銅礦物標(biāo)本具備低阻高極化的特征。特別是以銅礦為主時(shí)礦體與圍巖極化率、電阻率差異明顯,且工作區(qū)內(nèi)地層中幾乎沒有炭質(zhì)巖層等干擾地質(zhì)體。因此在該區(qū)采用物探激發(fā)極化法尋找以方銅礦為主的銅銀礦體具有良好的物性前提。

    2 目的任務(wù)

    鑒于工作區(qū)為高山區(qū),海拔在2200m~4700m,相對(duì)高差很大。在2000m以上,地形切割劇烈,坡度一般在25°~40°局部60°~70°,工作難度相當(dāng)大。對(duì)于投入相應(yīng)工程手段造成了極大的困難,且前期收集相關(guān)地質(zhì)資料少,可供參考的地質(zhì)資料缺乏。前期特在此區(qū)域內(nèi)相應(yīng)開展激電中梯測(cè)量和激電測(cè)深兩種綜合物探方法測(cè)量,以達(dá)到發(fā)現(xiàn)礦致異常,并通過對(duì)異常推斷解釋大致查明礦體的分布范圍及頂部埋深[2]。綜合物探普查為下一步開展淺深部工程技術(shù)手段提供可供參考的可靠依據(jù)。其主要任務(wù)為:

    (1)根據(jù)測(cè)區(qū)的礦權(quán)范圍及相關(guān)的地質(zhì)條件,在測(cè)區(qū)共布設(shè)激電中梯剖面5條,物探點(diǎn)255個(gè),剖面線長1000m/條,剖面間距20m,點(diǎn)距200m,控制面積0.8Km2。

    (2)對(duì)稱四極激電測(cè)深點(diǎn)3個(gè)。

    (3)高密度電法共4條,剖面線長320m/條,間距5m,共完成工作量1280m。

    3 主要工作方法

    3.1 測(cè)量

    測(cè)區(qū)海拔較高,地表植被發(fā)育,通視較為野外工作條件更困難。測(cè)網(wǎng)布置采用1/5000的地形圖量取坐標(biāo),用SP24型手持GPS定位儀進(jìn)行測(cè)線方向及測(cè)量點(diǎn)位的確定(剖面方向?yàn)?7,網(wǎng)度為200 nix 20m)。實(shí)地用紅色塑料作為點(diǎn)位標(biāo)記。

    3.2 激電中梯

    工作比例尺1∶5000,激電中梯掃面釆用短導(dǎo)線工作方式,供電極距AB=200m,測(cè)量極距MN=20m,點(diǎn)距20%。

    3.3 激電測(cè)深

    釆用對(duì)稱四極垂向激電測(cè)深,(AB/2)max=50m;(AB/2)min=6m,測(cè) 量 極 距(MN/2)max=10m;(MN/2)min=0.5m。

    3.4 電性參數(shù)測(cè)定

    釆用“泥團(tuán)法”進(jìn)行測(cè)定。按規(guī)范要求將巖礦石標(biāo)本浸泡在水中,達(dá)飽和后將標(biāo)本取出,待表面晾干,然后用潮濕的加有適量硫酸銅溶液的泥團(tuán)分別與巖礦標(biāo)本三個(gè)方向上的兩端接觸,在泥團(tuán)上布置供電、測(cè)量電極,測(cè)量三個(gè)方向的極化率值。取平均值便得到每塊巖礦標(biāo)本的極化率值。

    4 工作方法原理

    激發(fā)極化是一種由于電流激發(fā)而產(chǎn)生的電現(xiàn)象,這種帶電現(xiàn)象在大地或巖石中以電壓響應(yīng)滯后形式被觀測(cè)到,電壓響應(yīng)滯的過程可以用激發(fā)電流和響應(yīng)電壓變化曲線來表示。

    當(dāng)向巖石通電瀛強(qiáng)度不變的電流時(shí),巖石兩端旳電位差在開始的瞬間迅速上升到某一數(shù)值(V)后,隨著時(shí)間緩慢變化并漸趨于一個(gè)穩(wěn)定值(△V1)。同樣,在斷開電流后,巖石兩端的電位在瞬間迅速下降到某一數(shù)值(AV2)后隨時(shí)間竣慢衰減,并在相當(dāng)長時(shí)間內(nèi)衰變到激發(fā)前的初始狀態(tài),由于介質(zhì)的激化效應(yīng)建立有一過程,因此在剛通電的瞬間,可以忽略激發(fā)極化效應(yīng)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響,此時(shí)所測(cè)的電位差(AV1)僅與介質(zhì)導(dǎo)電性有關(guān),而與激發(fā)極化特性無關(guān),這時(shí)巖石中的電場相當(dāng)于電阻率測(cè)試中研究的穩(wěn)定場,我們稱之為一次場,供電延續(xù)一定時(shí)間后,巖石兩端的電位差(△V)既包括了一次電場電位差(△V1)又包括了由介質(zhì)激發(fā)極化特性產(chǎn)生的二次場電位差(△V2),這時(shí)巖石中的總電場稱為激化場。

    斷電后激發(fā)極化電位衰減所遵循的規(guī)律是激發(fā)極化理論最重要的問題之一,人們對(duì)此提出了不少假說,并采用各種非周期函數(shù)來逼近激發(fā)極化電位衰減實(shí)驗(yàn)曲線。這些曲線函數(shù)大致可分為四種:

    (1)指數(shù)函數(shù)形式:有人把極化衰減與電容放電對(duì)比,得出了指數(shù)函數(shù)形式的擬合公式

    △Uzp=△Uzp(0)e-kt,式中的k為衰減常數(shù),t為斷電后經(jīng)過的時(shí)間。

    △Uzp(0)為t=ou4刻的激發(fā)極化電位。

    (2)雙曲線函數(shù)形式:1951年雷斯在充電3~10分鐘對(duì)金屬礦體的模型測(cè)冕中,成功地用函數(shù)式作為5秒到幾分鐘時(shí)間間隔內(nèi)激發(fā)極化衰減曲線的近似式。也曾使用更復(fù)雜的雙曲線形式作為近似式,如式中k和kt均為常數(shù)。

    (3)對(duì)數(shù)函數(shù)形式:許多人發(fā)現(xiàn),無論在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)或在野外條件下,對(duì)于逼近激發(fā)極化電位時(shí)間和頻率特H:的資料來說,最好的兩數(shù)之一是對(duì)數(shù)規(guī)律,如:

    式中的A、K和B為在電極電位與電流密度的對(duì)數(shù)成比例的假設(shè)條件下導(dǎo)出的描述電極電位的常數(shù)。該函數(shù)不滿足極限條件,當(dāng)t時(shí),△uZp,柯馬羅夫提出了能滿足極限條件的公式:

    式中的b為正比于極化電流并以電壓為量綱的振幅參數(shù),g、h為時(shí)間參數(shù),ta為充電時(shí)問,t為斷電后測(cè)定△UZp的時(shí)間。

    (4)含高斯概率積分的擴(kuò)散方程解形式雷諾夫等人發(fā)現(xiàn),無論是電子導(dǎo)體還是離子導(dǎo)電的沉積巖,用下面的公式來逼近極化的實(shí)驗(yàn)資料最方便:式中的Q為正比于擴(kuò)散系數(shù),并與圍巖介質(zhì)孔隙及包裏體半徑的平方成反比的時(shí)間常數(shù)。

    5 工作方法的優(yōu)勢(shì)

    (1)相較于傳統(tǒng)地質(zhì)工作手段(槽探、淺井、坑探、鉆探等),由于交通、地理環(huán)境等因素,開展激電中梯及激電測(cè)深方法,可以大大降低交通運(yùn)輸成本及勘查費(fèi)用,特別是在交通條件差,地形復(fù)雜,切割劇烈的地區(qū)。對(duì)于工作區(qū)勘查程度低,所收集的原始資料有限,在地表開展相應(yīng)的物探技術(shù)方法,可以粗略的圈定出工作重點(diǎn)區(qū)域,大致查明礦體分布及埋深,減少由于區(qū)域地質(zhì)條件了解不夠,造成工作手段的資源浪費(fèi),也可對(duì)后期坑道、鉆探等工程項(xiàng)目的見礦率提供前期保障[3]。

    (2)相較于其它傳統(tǒng)物探方法,由于該區(qū)域地形切割劇烈,磁法測(cè)量因山巖陡峭因素干擾,造成數(shù)據(jù)波動(dòng)較大,數(shù)據(jù)的真實(shí)性、可靠性降低。地震方法因地處藏區(qū)少數(shù)民族地區(qū),爆破物品的審批及使用都非常繁瑣,對(duì)工作開展造成不利影響,增加了工作開展難度及經(jīng)費(fèi)預(yù)算。

    (3)在環(huán)境保護(hù)方面,工作區(qū)地處瀾滄江水系邊,對(duì)環(huán)保的要求較高,使用激電中梯和激電測(cè)深對(duì)環(huán)境的破壞很小,基本不會(huì)對(duì)地表植被及山地、構(gòu)造等造成破壞。

    6 數(shù)據(jù)處理

    及時(shí)將儀器內(nèi)的測(cè)量數(shù)據(jù)通過傳輸軟件傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中,運(yùn)用RES2DINV反演軟件進(jìn)行壞點(diǎn)刪除、地形校正、格式轉(zhuǎn)換及反演計(jì)算等步驟,繪制出電阻率色譜圖,依據(jù)等值線圖上的視電阻率值的變化特征結(jié)合鉆探和地質(zhì)調(diào)查資料作出地質(zhì)解釋。

    在進(jìn)行室內(nèi)資料整理時(shí),對(duì)激電視極化率(ηa)、視電阻率(ρa(bǔ))數(shù)據(jù)經(jīng)過100%的復(fù)核,在數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無誤時(shí)編制各類成果圖件。

    6.1 相關(guān)圖件的編制

    (1)物探實(shí)際材料圖:以測(cè)區(qū)1:5000地形、地質(zhì)圖為底圖,并將其與所做的激電中梯掃面的測(cè)線、測(cè)點(diǎn)及激電測(cè)深點(diǎn)位置綜合繪制,作為該測(cè)區(qū)的物探工作實(shí)際材料圖。

    (2)等值線平面圖:a、激電中梯視極化率(ηa)等值線平面圖:工作比例尺為1∶5000,成圖比例尺為1∶5000。先計(jì)算ηa平均背景值、異常下限值、等值線間隔,然后勾繪ηa等值線平面圖。計(jì)算公式如下:

    平均背景值(ηa):在測(cè)區(qū)內(nèi)按一定比例抽取具有代表性的測(cè)線上激電異常兩側(cè)背景區(qū)內(nèi)的ηa值計(jì)算算術(shù)平均值ηa,作為測(cè)區(qū)內(nèi)平均背景值。

    在測(cè)區(qū)內(nèi)選擇有代表性的A線、C線、D線的ηa值代入⑴、⑵、⑶式進(jìn)行計(jì)算,得到該測(cè)區(qū)丄平均背景值為0.5%,異常下限值0.7%,等值線間隔0.24%。按照(0.7、1.0、1.3......)%勾繪等值線平面圖。

    b、激電中梯視電阻率(ρa(bǔ))等值線平面圖的工作比例尺為1∶5000,成圖比例尺為1∶5000。按照(50、100、200......)Ωm勾繪等值線平面圖,P.等值線最大值勾繪至800Ωm。

    (3)剖面平面圖:測(cè)區(qū)激電中梯視極化率(ηa)、視電阻率(ρa(bǔ))剖面平面圖比例為1∶5000,參數(shù)坐標(biāo):ηa值以1cm表示0.1%,ρa(bǔ)值以1cm表示20Ωm。

    (4)地質(zhì)、物探綜合平面圖:工作比例尺1∶5000,成圖比例尺為1∶5000。將視極化率(ηa)等值線平面圖與同比例尺的地質(zhì)圖繪制在一起,得到測(cè)區(qū)的地質(zhì)、物探綜合平面圖。

    (5)地質(zhì)、物探綜合剖面圖:比例尺為1∶1000,由同比例尺的激電中梯ηa、ρa(bǔ),剖面圖、激電測(cè)深ηa、ρa(bǔ)擬斷面圖以及地質(zhì)剖面圖繪制而成。

    6.2 激電異常推斷解釋

    根據(jù)巖石、礦石標(biāo)本的地球物理特征,該去激電異常具有低阻高極化率特征。該區(qū)激電異常總體呈走向北西,傾向南東方向展布,通過本次測(cè)量后,對(duì)野外采集數(shù)據(jù)的成圖進(jìn)行處理及分析后,共圈定了III、IV、V三個(gè)主要異常[4]。根據(jù)其分布規(guī)律,結(jié)合地質(zhì)資料以及與含礦層位之間的關(guān)系,對(duì)各異常解釋如下:

    III異常區(qū)(III號(hào)銅礦化帶):位于礦化帶產(chǎn)于托瓦一木水?dāng)嗔褨|盤三疊系上統(tǒng)奪蓋拉組灰黃色砂巖層間破碎帶中,預(yù)測(cè)長度650m,寬0.2m~3m,總體走向北西,傾向南東,傾角20°~47°與地層斜較。ηa最高值為2.27%,異常主要位于A線15/280、16/300、17/320號(hào)點(diǎn),B線18/340號(hào)點(diǎn),C線17/320、19/360號(hào)點(diǎn)上,異常規(guī)模不大,且在空間分布上不連續(xù),該異常形態(tài)比較復(fù)雜,多處存在多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的單點(diǎn)異常,且附近存在有多條次生斷裂帶與主斷裂帶(托瓦一木水?dāng)鄬樱┙诲e(cuò),構(gòu)造復(fù)雜,從整個(gè)異常上來看,相對(duì)獨(dú)立的單點(diǎn)異常主要分布于III號(hào)銅礦化帶附近,呈零星狀分布,III號(hào)銅礦化帶在平面分布連續(xù)性較差,深部異常反應(yīng)不明顯,ρs相對(duì)低阻分布區(qū)域主要在礦化帶和斷裂帶內(nèi),視電阻率<400Ωm,從高密度視電阻率圖像分析,物探初步推斷III號(hào)銅礦化帶產(chǎn)狀為311°∠70°。III異常區(qū)(III號(hào)銅礦化帶)雖有一定的成礦條件,工作區(qū)中僅為單點(diǎn)高值異常,連續(xù)性差,建議投入適量的探槽或深部工程進(jìn)行揭露和有效控制,以了解礦化體延伸規(guī)模、產(chǎn)狀及深部變化特征等。

    IV號(hào)異常(IV號(hào)銅礦化帶):位于測(cè)區(qū)中部礦化帶產(chǎn)于托瓦一木水?dāng)嗔褨|盤三疊系上統(tǒng)奪蓋拉組灰黃色細(xì)粒砂巖層間構(gòu)造破碎帶中,預(yù)測(cè)控制長度1100m,寬度1.5m~5m??傮w走向西北。傾向南西,傾角39°~70°,產(chǎn)狀變化較大,呈舒緩波狀,IV號(hào)異常(IV號(hào)銅礦化帶)與III異常區(qū)(III號(hào)銅礦化帶)相似[5]。ηa最高值為1.86%,異常規(guī)模不大,且在空間分布上不連續(xù),該異常形態(tài)比較復(fù)雜,多處存在多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的單點(diǎn)異常,且附近存在有多條次生斷裂帶與主斷裂帶(托瓦一木水?dāng)鄬樱┙诲e(cuò),構(gòu)造復(fù)雜,從整個(gè)異常上來看,相對(duì)獨(dú)立的單點(diǎn)異常主要分布于IV號(hào)異常(IV號(hào)銅礦化帶)附近,呈零星狀分布,ps相對(duì)低阻分布區(qū)域主要在礦化帶和斷裂帶內(nèi),視電阻率<500Ωmo IV號(hào)異常(IV號(hào)銅礦化帶)雖有一定的成礦條件,由于工作區(qū)中僅為單點(diǎn)高值異常,無法確定該礦床規(guī)模和豐度,建議投入適量的探槽或深部工程進(jìn)行揭露和有效控制,以了解礦化體延伸規(guī)模、產(chǎn)狀及深部變化特征等。

    V號(hào)異常帶(V號(hào)銅礦化帶):位于托瓦一木水?dāng)嗔褨|盤三疊系上統(tǒng)奪蓋拉組層間構(gòu)造破碎帶中,預(yù)測(cè)控制長度1205m,寬約1.0m~2.5m,總體走向北西,傾向南西,傾角30°~70°,產(chǎn)狀變化大,呈現(xiàn)舒緩波狀。ηa最高值為2.71%,相對(duì)異常值較高,斷層構(gòu)造發(fā)育,且異常沿?cái)鄬臃植?,有較好的成礦條件。礦脈主要呈帶狀分布,連續(xù)性較好,工作區(qū)域視電阻率整體偏髙,局部具有“低阻高極化”特征,根據(jù)測(cè)深單支曲線推算得該異常的頂部最淺埋深為15m。從高密度視電阻率圖像分析,物探初步推斷III號(hào)銅礦化帶產(chǎn)狀為333°∠37°。對(duì)已知和新發(fā)現(xiàn)的礦(化)體,投入適量的探槽或深部工程進(jìn)行揭露和有效控制,以了解礦化體延伸規(guī)模、產(chǎn)狀及深部變化特征等,再進(jìn)一步評(píng)估工業(yè)開釆價(jià)值。

    綜合整個(gè)III、IV、V三個(gè)主要異常分析,物探初步推斷:深部異常在空間分布上連續(xù)性較差,主要以零星狀分布,異常形態(tài)比較復(fù)雜,多處存在多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的單點(diǎn)異常,但局部具有“低阻高極化”特征,建議以此作為遠(yuǎn)期勘探目標(biāo)。

    7 結(jié)論

    (1)在地形復(fù)雜、切割劇烈的地區(qū)開展激電中梯和激電測(cè)深物探方法具有良好的可行性和實(shí)用性。

    (2)對(duì)于勘查程度低,地質(zhì)資料缺乏的勘查區(qū),開展激電中梯和激電測(cè)深物探方法,對(duì)初步查明礦區(qū)構(gòu)造及礦體的分布、規(guī)模、產(chǎn)狀以及連續(xù)性具有可靠的指引作用。

    (3)在結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料及槽探、坑探、鉆探等工程驗(yàn)證后,對(duì)比物探成果資料能夠很好的查明礦區(qū)深部地質(zhì)構(gòu)造、礦體延伸等問題。

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