地-井式激電測量在向陽坪鈾礦床中的應(yīng)用研究

陳 峰

(核工業(yè)二三〇研究所，湖南 長沙 410007)

井中激電方法以理論與技術(shù)研究為主 (蔡柏林,1988)，在鈾礦勘探領(lǐng)域應(yīng)用尚未深入(何永勝等，2004；文雪峰等，2005；李建新等，2011；呂玉增等，2012；郭博等，2015；韋金文等，2017；楊興等，2017；薛寶林等，2020；王鋒等，2020；張鼎，2021)。已有研究者采用地-井和井-地兩種井中激電方式在新疆吐哈盆地開展了實地測量(陳漢波等，2016；安然等，2018)。測量結(jié)果表明，井-地方式電阻率測量效果良好，反映了深部成礦層位的起伏。鈾礦體賦存在視電阻率ρs小于50 Ω·m的低阻區(qū)，即鈾礦體在本區(qū)具有低阻特征。高阻區(qū)域反映了古地貌花崗巖的相對隆起，是物源區(qū)和地下水的徑流區(qū)；低阻區(qū)域顯示了古地貌的坳陷，是有機質(zhì)沉積和鈾富集還原的良好環(huán)境，因而形成了厚約十幾米的礦體。錢德儒(2021)認為在有鐵套管的鉆孔中，可做井-地電阻率測量，追索鉆孔未及地段的礦體，以擴大礦體范圍和儲量。朱長喜(2011)在廣東諸廣山地區(qū)鈾礦山井中、坑道中開展了物探方法應(yīng)用試驗，認為地-井電磁異常能夠反映鉆孔附近的構(gòu)造裂隙、巖石蝕變發(fā)育等特征，同時也可反映裂隙帶內(nèi)蝕變發(fā)育及鈾礦化等信息(朱春生等，2012)。

以向陽坪鈾礦床為例，從與鈾礦化緊密相關(guān)的黃鐵礦蝕變、赤鐵礦蝕變?nèi)胧?，系統(tǒng)收集向陽坪地區(qū)地質(zhì)與物化探資料，開展與鈾成礦密切相關(guān)的礦化蝕變帶物性參數(shù)測量。初步查明含礦蝕變帶與不含礦蝕變帶的電性參數(shù)響應(yīng)特征，通過開展地-井式多方位的井中激電測量，研究井中激電異常與成礦有利的赤鐵礦、黃鐵礦蝕變之間的關(guān)系，為攻深找盲提供找礦依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

研究區(qū)出露巖體主要為印支期香草坪巖體、燕山早期第二階段豆乍山巖體、燕山晚期細粒花崗巖脈等。其中燕山早期豆乍山巖體和印支期香草坪巖體鈾含量較高，為主要產(chǎn)鈾花崗巖體。

研究區(qū)構(gòu)造發(fā)育，主要由近SN、NNE、NW和NE向5組斷裂構(gòu)成本區(qū)構(gòu)造的基本格架，其中以近SN向和NNE向斷裂最為發(fā)育，為主要控礦含礦斷裂。自東向西依次分布有F7、F8、F9、F10、F11等斷裂帶(圖1)，各斷裂帶均由一系列次級斷裂組成，這些次級斷裂密集發(fā)育，成帶出現(xiàn)，或平行、或相交、或尖滅側(cè)現(xiàn)(譚雙等，2021)。這些斷裂的交匯夾持部位、構(gòu)造變異部位以及切割香草坪巖體、豆乍山巖體及其接觸帶等部位，控制了區(qū)內(nèi)鈾礦體、礦化體及異常點帶的分布。

2 地球物理特征

向陽坪鈾礦床的圍巖蝕變主要為赤鐵礦化和黃鐵礦化，礦石礦物主要為鈾-赤鐵礦和鈾-黃鐵礦。前人對該地區(qū)圍巖、蝕變巖和礦石的電性參數(shù)差異統(tǒng)計結(jié)果顯示，向陽坪鈾礦床中與鈾礦化密切相關(guān)的圍巖、蝕變巖和礦石的電性參數(shù)差異明顯(表1，2)。因此可開展井中激電測量，探測與鈾礦化密切相關(guān)的極化體，從而達到間接尋找深部盲礦體的目的。

表1 向陽坪鈾礦床巖石電性參數(shù)表

表2 廣西苗兒山中段芥菜坪地區(qū)巖石電性參數(shù)表

同時對開展地-井測量方法研究的地段進行了巖性鑒定，主要包括中粗粒黑云母花崗巖、二云母花崗巖、黃鐵礦化和赤鐵礦化蝕變巖(表3，圖2)。

表3 向陽坪鈾礦床巖芯標本電性參數(shù)測定統(tǒng)計表

巖芯標本電性參數(shù)測定統(tǒng)計結(jié)果(表3)顯示：①中粗粒黑云母花崗巖與中細粒黑云母花崗巖的電性參數(shù)基本相同，未有差異；②黃鐵礦化、赤鐵礦化蝕變巖的視電阻率和視極化率與圍巖花崗巖體有明顯差異；③黃鐵礦化蝕變巖電性參數(shù)呈低阻高極化，赤鐵礦化蝕變巖電性參數(shù)呈中阻中極化。

3 地-井測量工作原理及參數(shù)選擇

3.1 工作原理

井中激電的工作原理同地面激電的工作原理一樣，都是以巖礦石的激發(fā)極化機理為基礎(chǔ)。地-井方式激電是指將供電電極 A、B 布置在地面，A極置于距井口一定距離處或者置于井口，B極置于無窮遠，測量電極M、N置于井中(圖3)。

通過井的地理優(yōu)勢去接近礦體再去開展地-井方式激電測量，能夠更加清晰地反映出礦體激電異常。在實際操作中，礦體的極化方向和強度受地面上不同方位或不同距離的 A 極布置的影響。因此把 A 極依次布置在東、南、西、北方向上，在每個方位做測量，通過對各個方向上的激電異常曲線形態(tài)和強弱的差異來推斷井旁盲礦體的相關(guān)地質(zhì)信息(潘和平，2013；潘和平等，2013)。

3.2 野外工作方法

地-井方式方位測量時，把A、B電極布設(shè)在地表，M、N電極布設(shè)在井內(nèi)，其中A電極布置在盲礦的方位稱為主方位，布置在盲礦的相反方位稱為反方位。為防止主、反方位的激電異常曲線變化不明顯，選取的電極A到井口的距離(r)不小于M、N電極中心位置到井口的距離(d)。

3.3 點距選擇

本次地-井式井中激電測量采用梯度裝置，即將M、N電極同時下同一個井，它們上下相距一定的距離(極距LMN=10 m)，深度記錄點在LMN中點。與電位裝置相比較，梯度裝置具有測值較大、易于觀測讀數(shù)、異常形態(tài)較簡單、便于推斷解釋等優(yōu)點。梯度裝置的大極距會給觀測帶來方便，并能減小井壁局部不均勻性對測量結(jié)果的影響(吳至善等,1976)。但是極距增大，外來電干擾的影響也會增大，同時由于平均作用，異常曲線也會變得平滑，不利于分辨規(guī)模較小的礦異常。綜合這兩個方面的因素，LMN距離通常為10～20 m。只有當二次場電位差讀數(shù)過小，不能保證觀測精度時，才適當加大極距LMN。

3.4 電極A到井口距離的選擇(r)

一般來說，r愈大，方位測量的探測范圍就愈大，但并非呈簡單的正比關(guān)系。實際工作中應(yīng)根據(jù)兩種情況選擇最佳距離r：有利于獲得最明顯的井中激電異常；有利于獲得最顯著的方位差別。

根據(jù)r與球體激電異常幅值之間的關(guān)系(圖4)可以看出：①當r=d時，球體視極化率值最大，二次場值(ΔV2)異常反映最明顯；②而對于視極化率曲線來說，由于井軸上極化場隨r增大而衰減的速度要比二次場隨r增大而減小的速度大得多，故視極化率異常幅度隨r增大而增加。因此，當選擇視極化率為主要參數(shù)時，在保證讀數(shù)精度的條件下，應(yīng)當盡量選用較大r值。

3.5 方位數(shù)的選擇

當r=0時,地-井曲線是必測的，目的是為了取得視極化率的背景值、發(fā)現(xiàn)井底盲礦和進行對比解釋(黃智輝，1979；郭剛，1996)。最基本的方位測量組合方式為：在主剖面上進行主、反方位及r=0這三條地-井方式的測量。同時在垂直主剖面的方位上做一條輔助方位測量。為了便于將不同方位的測量結(jié)果進行對比，各A極方位的r值應(yīng)相等，測量裝置及供電電流強度也應(yīng)力求相同。

3.6 B極距離rB的選擇

B極(圖5)至井口的距離rB必須足夠大，距離過小會影響勘探深度和探測范圍，使異常曲線發(fā)生畸變而造成推斷解釋上的困難。B極距離過大也會給工作帶來不便，而且無此必要?！毒屑ぐl(fā)極化法技術(shù)規(guī)程》要求rB>3r(中華人民共和國國土資源部，2016)，結(jié)合實際測量地形條件限制，rB選定為600 m。

本次裝置試驗采用兩套參數(shù)進行試驗研究(圖6)。虛線實驗參數(shù)：LMN/2=5 m,rB=600 m，r=200 m，測量點距為10 m。實線實驗參數(shù)：LMN/2=10 m，rB=600 m，r=200 m，測量點距為20 m。

結(jié)果顯示(圖6)，大極距探測范圍大，曲線由于平均作用變得平滑，因而不能詳細分層，但有利于了解巖礦層的電性和選取背景。小極距由于探測范圍小，它能很好地反映出礦層中的局部不均勻性(夾層)，從而可詳細分層。因此本次地-井式井中激電測量裝置在局部蝕變巖地段即測量的重點地段采用虛線實驗參數(shù)，在圍巖地段采用實線實驗參數(shù)。

4 地-井式激電異常特征研究

圍繞向陽坪鈾礦床兩個主要黃鐵礦化含礦蝕變構(gòu)造F9、F10揭露的3個鉆孔進行地-井式井中激電測量(圖7)，主要探測F9、F10構(gòu)造帶黃鐵礦化蝕變帶的延伸情況。

4.1 ZK0-16激電異常特征

選擇在已知剖面0號線鉆孔ZK0-16進行井中激電測量，測量方位Ra分別為主方位272°、反方位95°、側(cè)方位202°。當r=0時，井中激電測量曲線(圖8c)顯示在孔深140～160 m處井中激電曲線呈現(xiàn)低阻高極化，鉆孔在該段揭露到多條黃鐵礦化脈體，有較好的對應(yīng)關(guān)系。淺部的碎裂巖未有異常反應(yīng)。

綜合分析測量方位Ra為272°、95°、202°時三條井中激電測量曲線(圖8b)異常特征。在孔深140～160 m處主方位曲線在黃鐵礦化碎裂巖部位呈現(xiàn)上正下負的“反S形”；反方位特征曲線在黃鐵礦化碎裂巖部位呈現(xiàn)異常減弱，特征曲線形態(tài)是上負下正的“正S形”，大致符合有限延伸向井傾斜厚板模型；主方位與側(cè)方位測量曲線同步性較好，位置出現(xiàn)少許位移，表明黃鐵礦化沿構(gòu)造傾向往深部及走向上往東向可能有較好的連續(xù)性，深部可能存在較好的極化體。主方位與反方位測量曲線差異較大，表明含有黃鐵礦化的蝕變巖沿構(gòu)造傾向往淺部可能存在尖滅現(xiàn)象。

4.2 ZK7-4激電異常特征

7號線鉆孔ZK7-4井中激電測量方位Ra分別為主方位272°、反方位95°、側(cè)方位202°。當r=0時，井中激電測量曲線(圖9a)顯示在孔深90～150 m井中激電曲線呈現(xiàn)低阻高極化，鉆孔在該段揭露到多條黃鐵礦化脈體，有較好的對應(yīng)關(guān)系。在赤鐵礦化蝕變巖地段，井中激電測量視極化率曲線未有明顯的異常反應(yīng)，表明赤鐵礦化蝕變帶極化率響應(yīng)較低。

綜合分析測量方位Ra為272°、95°、202°時三條井中激電測量曲線(圖9c)異常特征。主方位曲線在黃鐵礦化碎裂巖部位呈現(xiàn)上正下負的“反S形”，當板狀體延伸越大，主方位上的特征曲線正異常區(qū)沿其延伸方向伸展也越大，深部可能存在較好的極化體；反方位特征曲線在黃鐵礦化碎裂巖部位呈現(xiàn)異常為負，特征曲線形態(tài)是上負下正的“正S形”；側(cè)方位特征曲線在黃鐵礦化碎裂巖部位與正方位的特征曲線形態(tài)近似，初步推斷沿該側(cè)方位的構(gòu)造蝕變巖延伸穩(wěn)定。

4.3 ZKD7-4激電異常特征

D7號線鉆孔ZKD7-4井中激電測量方位Ra分別為主方位272°、反方位95°、側(cè)方位202°。當r=0時，井中激電測量曲線(圖10a)顯示在孔深140～160 m井中激電曲線呈現(xiàn)低阻高極化，鉆孔在該段揭露到多條黃鐵礦化脈體，有較好的對應(yīng)關(guān)系。但在500 m后面視電阻率發(fā)生畸變，逐步變高。

綜合分析測量方位Ra為272°、95°、202°時三條井中激電測量曲線(圖10c)異常特征。主方位曲線在黃鐵礦化碎裂巖部位的底部呈現(xiàn)上正下負的“反S形”；反方位特征曲線在黃鐵礦化碎裂巖部位的底部呈現(xiàn)異常為負，特征曲線形態(tài)是上負下正的“正S形”；側(cè)方位特征曲線峰值在正方位的上方，且峰值比正方位大，表明構(gòu)造蝕變巖沿走向及傾向延伸發(fā)生了一定的變化，且構(gòu)造規(guī)模沿該方位可能變大。當孔深超過500 m，由于供電信號急劇減弱，視電阻率發(fā)生畸變，因此井中激電測量數(shù)據(jù)真實性有待研究。

5 結(jié)論

地-井式激電測量在井中物探領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景，文中結(jié)合實際地質(zhì)、鉆孔和物探等資料研究了不同方位的激發(fā)極化曲線特征，對礦體的方位和延伸情況進行了預(yù)判，對礦體賦存情況進行了綜合分析。

(1)地-井激電測量在黃鐵礦化蝕變巖地段異常反映強烈，在赤鐵礦化蝕變巖地段未有明顯的異常反應(yīng)，反映出該方法在含黃鐵礦化蝕變的構(gòu)造巖中測量更為有效。

(2)黃鐵礦化在激電異常中的特征為：主方位特征曲線呈現(xiàn)上正下負的“反S形”，反方位特征曲線呈現(xiàn)上負下正的“正S形”。

(3)側(cè)方位特征曲線能夠判斷構(gòu)造蝕變巖沿在走向及傾向上的變化。

(4)激電特征曲線中的正負異常區(qū)大小能夠判斷深部板狀體的延伸情況。

(5)由于受鉆孔偏斜影響，激電特征曲線的異常反應(yīng)位置與實際鉆孔存在一定偏差。