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

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。