大极距高密度激电法在直接找矿和测深中的应用

2015-03-26敬荣中赵延朋

东华理工大学学报(自然科学版) 2015年2期

曹军，敬荣中，赵延朋

(中国有色桂林矿产地质研究院有限公司，广西桂林 541004)

传统的高密度电法是一种运用较广泛的方法，主要应用于工程物探(白登海等，2002;段来成，2008;胡煜等，2014;贾同福等，2011;李树琼等，2013;罗术等，2013)、地下水资源评价(底青云等，2001;季洪伟等，2013;)、浅层采空区探测(肖敏等，2014)、煤矿防治水(施龙青等，2013;张传艳等，2013)、浅海工程勘察(黄佳坤等，2013;刘宏岳等，2013)、环境监测(李彬等，2013;邱泽华等，2013;伍玉龙等，2012;杨海等，2014;杨杰等，2013;周锡明等，2012)、锰矿探测(解有波，2009)等方面。高密度激电法是传统高密度电法的一种升级扩展，在传统高密度电法仪器上增设了独立的极化率数据接收道以及极化率测量仪器，在获取地下岩石电阻率参数的同时，可以通过测量一次场断电后两个不极化电极间的二次场衰减电压，得到地下岩石的视极化率参数。主要运用于金属矿探测(马德锡等，2008;张伟等，2014)。

随着AB距的增大，高密度激电法测量的信号越来越弱，信噪比逐渐降低，采用温纳装置和特定的采集方式可以使该影响降到最低，根据金属矿床测深的分辨率要求，可以采用大极距的排列方式来增加探测深度。

在铜铅锌矿区，兼顾各方面情况，采用大极距高密度激电法，代替激电测深对激电异常区进行延深评价。也可在已知地表地质情况下，对矿体进行测量，以实现就矿找矿的目的。

1 方法技术及特点

大极距高密度激电法即在保持电极数量不变的情况下增大电极之间的距离，从而增加探测深度的一种布置方法。相对于传统的高密度激电，大极距高密度激电法采用更大极距，最大AB极可达1 200 m以上。为解决大极距高密度激电法供电电流小，接收信号弱，实测极化率不太准确的缺点，该方法未采用专门的高密度激电仪器，而是使用传统的激电仪器采用专门的转换器转换电极排列，使用人机交互的方式采集数据，在一次电位较低的情况下采取增加发射电压、增大发射电流等方式来解决该问题，对于飞点数据则可人工判断，重新采集。

相对于偶极装置、微分装置，温纳装置的抗干扰能力更强，在垂向的分辨率高，受地形起伏及覆盖层厚度的影响较小的优势，且大极距情况下一次电位一般较低，温纳装置的MN距离相对其它排列最大，接收的一次电位也最高，故野外采用温纳装置采集数据。

相对常规的高密度激电排列，采用大极距高密度激电能明显提高探测深度，以60根电极为例，传统的高密度激电法采用的电极距一般为10 m(马德锡等，2008;张伟等，2014)，根据前人对电法勘探理论探测深度的研究结果(吴信民等，2013)，电极距10 m的探测深度为(75～300 m)，而极距20 m的探测深度为(150～600 m)，在复杂地区一般上能达到200 m的探测深度。采用温纳装置，使用常规的激电仪器配合转换设备手动采集可以提高数据采集的质量，该采集方式兼顾探测深度、测量信号信噪比、分辨率等问题，可以得到较为可靠的原始资料。

对于常规的激电测深，对一个激电异常进行纵向评价需要在勘探线上布置3、4个测深点以上，一般测深点点距大于50 m，在地形复杂地区的话工作时间较长，工作量较大。相比常规的激电测深高密度激电测深具有分辨率高，工作效率高的特点。总的来说该方法基本可以满足金属矿床激电测深的探测深度和勘查的精度，可代替常规的激电测深。

2 在西藏堆龙德庆县某铅锌矿的应用

2.1 地质背景

应用矿区处于冈底斯—念青唐古拉板片中段南部边缘地带，属冈底斯东段铜多金属成矿带。南侧为雅鲁藏布江缝合带，受控于雅鲁藏布江板块结合带北侧冈底斯活动大陆边缘的火山—岩浆重叠弧。大地构造由南向北依次划分为:雅鲁藏布江弧—陆块碰撞结合带、尼木—叠日中晚侏罗—早白垩世岛弧形火山—岩浆弧、拉萨—墨竹工卡侏罗—晚白垩世弧后盆地、洛巴堆—唐加区冲断带、念青唐古拉弧背段隆五个次级构造单元。北侧为念青唐古拉弧脊断隆。

矿区内断裂构造发育，形成了一系列近东西向的深大断裂和紧密相间的背、向斜构造，沿纳木错—嘉黎断裂带燕山晚期岩浆岩活动强烈，铜铅锌多金属矿床、矿(化)点、多金属地球化学异常均呈近东西向带状展布，成矿地质条件有利。已发现的主要矿床类型为矽卡岩型铜铅锌多金属矿，其次为热液型铅银多金属矿。该区成矿地质条件好，资源潜力较大。

已知矿体赋存于花岗闪长岩与大理岩接触部位的矽卡岩中，矿体呈似层状、脉状，其形态受矽卡岩形态矿化，多赋存于矽卡岩的外部，产状相对较稳定，矿体顶板为大理岩、凝灰岩，底板为矽卡岩、闪长斑岩，矿石矿物主要为方铅矿、闪锌矿、黄铜矿、磁黄铁矿、黄铁矿，脉石矿物主要为绿泥石、绿帘石、透闪石、方解石等，矿石主要结构为自形－半自形结构，构造主要为致密块状、条带状、浸染状等，围岩蚀变以硅化、碳酸盐化、矽卡岩化、高岭土化、绢云母化为主，矿床成因为接触带交代型(矽卡岩型)矿床。

表1 矿区岩、矿石电性特征Table 1 The rocks and ores characteristics of mine

2.2 岩石、矿石的物性特征

本次物探测量工作开展之前，采集了该矿区不同岩性的岩石、矿石标本进行物性测定，共采集电性测量标本55件。标本物性测量结果(表1)表明:该区铅锌矿石为低电阻率(平均4.59 Ω·m)，高极化率(平均49.55%)特征，矿石与围岩电性差异较大;另外，黄铁矿碳质板岩和黄铁矿化硅灰岩物性亦显示为中、低阻高极化特征，可能会对矿区激电测量解释带来一定的干扰。总体来说，在结合矿区地质情况，有效剔除炭质层的干扰的情况下，在该矿区采用激电测量法直接找矿，具有良好的物性差异前提。

2.3 数据采集

本次测量布置测线两条，以查明激电中梯异常在纵向上的分布情况。因矿区已有的勘探线为46°布置，应矿方要求测线按照46°方向布置，并未垂直于激电中梯异常走向和地层展布方向，具体布置见图1。野外数据采集采用的仪器为北京地质仪器厂生产的DWJ-ⅢA和DWJ-ⅢF。采用电源为0～600 V智能可恒流或恒压电源，电源选择的是恒流100 mA模式，在一次电位较低的情况下适当增大电流。测量排列方式为温纳装置。测量参数为供电周期8 s，延时200 ms。采用的电极距为20 m。测量线由12条大线组成，每条大线10个电极，供电线和接收线分开，供电线60个电极，材料为钢管;接收线使用58个固体不极化电极。通过增加极距减小了横向上和纵向的分辨率，但相对于传统的激电测深，大极距高密度激电测深的分辨率又有显著的提高。

2.4 应用效果

按照由已知到未知的原则，本次测量先在已知的有工程控制的矿体上布置测线，开展方法技术试验工作，选取较为有效的测量方法和装置，研究总结已知矿床、已知岩性的电阻率、极化率异常的规律特征。然后在未知的，存在激电中梯异常有利成矿区域上采用相同的装置参数布置勘探工作，采用类比法开展未知区的找矿预测工作。

根据矿区地质、工程勘探等成果，将测线的中点布置于已知矿体的露头处(图1)。从图可以看出:测线0～550 m为第四系冲积层，550～625 m为布宗组，625～1 200 m为闪长斑岩体。矿体位于赋存于布宗组地层中，是典型的矽卡岩铅锌矿体。

根据高密度激电法的探测结果(图2)，可得到矿区布宗组、闪长斑岩体、矿体的电阻率和极化率特征，可重新推断隐伏地质单元的分布情况。由图可见:地表25～200 m处表现为高电阻率、低极化率特征，并且沿着测线方向逐渐变深，推断为闪长斑岩体。测线方向200～520 m从地表至以下40 m深处表现为中高电阻率、低极化率特征，推断为第四系冲积层。测线方向270～520 m，标高3920～3970 m表现为低阻高极化特征推断为蚀变带。测线方向520～725 m为上侏罗统—下白垩统林布宗组(J3-K1)表现为低－中低电阻率高极化率特征(处于蚀变带中所致)。测线方向725～1 100 m出露闪长斑岩体，表现为高电阻率低极化率特征。已知矿体表现为中、高电阻率、高极化率特征，推断是由于矿体附近硅化蚀变较强，因此矿体表现为中高电阻率，而非典型高品位铅锌矿体的低电阻率、高极化率特征。因此采用电阻率参数结合极化率特征可以较为准确的圈定岩体界线，含金属硫化物较多的矿化蚀变带位置，这说明该方法可以达到就矿找矿的目的。

通过前期激电中梯法的测量结果，发现上侏罗统-下白垩统林布宗组(J3-K1)在已知矿体以东仍然存在较强的激电异常，并且异常走向与布宗组地层走向基本一致，推断在已知的布宗组地层向下存在隐伏的矿化蚀变带。因此在已知矿体的东面布置高密度激电测线一条。

图3为无工程控制的高密度激电测线剖面的反演结果，由图可见:综合电阻率和极化率反演结果的特征，能明显的划分高电阻率，高极化率的岩体分布范围。测线方向25～520 m地表出露闪长斑岩体，标高4 050 m以上表现为高电阻率低极化率特征。测线方向520～730 m地表出露布宗组地层，地表至地下深处40 m表现为高电阻率，低极化率特征。测线方向730～1 100 m地表出露闪长斑岩体，表现为高电阻率低极化率特征。在测线方向730～1 100 m，标高4050以下以及地表出露白垩统林布宗组(J3-K1)的40 m以下深部存在明显的低电阻率、高极化率异常。显然该区为一矿化蚀变带，且在地质上具有很好的成矿条件。推断已知矿体向东有延伸。

3 结语

大极距高密度激电法在西藏堆龙德庆县某铅锌矿的应用结果表明:使用60根供电电极，该方法最大探测深度为200 m，勘探深度和分辨率能达到金属矿普查阶段要求，在激电测深方面，该方法具有分辨率高，工作效率高等特点，明显优于常规的激电测深法。采取人机交互，适当的根据条件选择供电电压及温纳装置等方式能较好的解决野外数据采集过程中因一次电位较低，数据信噪比较低的问题，从而采集到较为可靠的野外原始数据。采用电阻率和极化率相结合的解释方式能更好的划分和解释异常，更清楚的寻找找矿标志层，对地表出露的金属硫化物矿体具有较好的就矿找矿效果。

图1 矿区地质、激电中梯异常及高密度激电测线布置图Fig.1 The geological map of mine，anomaly of induced-current middle-gradient method，Location of high-density induced polarization method