地形改正在山区电法工作中的应用

张 勇

(湖北省地质调查院,湖北 武汉 430034)

目前在山区开展的各种金属、非金属矿产资源的地质找矿工作中,常规的(激)电测深法手段在实际找矿工作中应用仍然较为广泛,由于山区地形起伏变化较大,它往往会导致视电阻率的观测值较严重地畸变,影响对测量成果做出正确的解释推断,降低电阻率法的应用效果。

为减弱起伏地形干扰,需要对采集的数据进行地形改正处理。同时剖面上的实际观测点多不在一个水平面上,如果提交的断面成果图上的测点仍用水平线代替地形起伏,除了不能直观反映剖面的真实情况外，也不便于结合已知地质资料来指导未知区域的对比、解释工作。

本文介绍对野外观测数据进行地形改正处理的一种方法,重点介绍一个采用纵坐标为极距均方根值绘制带地形等值线断面图的方法。通过2个实例展示这种拟断面图可以较直观地反映目标地质体的异常信息,方便对异常进行快速分析和定性解释。

1 地形改正处理

通常情况下,在山区进行电阻率法勘探时,起伏地形对视电阻率参数的影响是重要的干扰因素,简单角域地形上视电阻率的曲线特征一般在山脊表现为低阻异常,山谷表现为高阻异常[1]。目前常用的改正地形影响的方法是用比较法进行地形改正,可在很大程度上削弱地形干扰,突出有用异常。

为了运用比较法进行地形改正,一般先求得与野外实际地形相对应的纯地形异常,按下列公式计算经过地形改正后的视电阻率值[2]。

(1)

纯地形异常可以利用角域叠加法，通过单元地形电位畸变值多项式计算公式的数学解析得到。

实际工作中的观测数据地形改正处理,可以采用中南大学信息物理工程学院刘海飞博士开发的《激电法反演系统(IPInv 1.5)》软件中的测深装置地形改正(2D)模块进行。

2 软件反演

通过数据格式转换,可以把常规(激)电测深数据转换为反演软件可以识别的格式,利用高密度二维反演软件RES2DVIN进行带地形的反演处理。反演一般采用最小二乘法、变形有限元网格进行地形模拟校正,IP反演采用电阻率和极化率(充电率)同时反演方式进行,迭代次数一般选择3～5次。

3 等值线断面图绘制

3.1 纵坐标选取

一般来说,采用对数纵坐标的等值断面图能比较清晰地反映浅部异常变化,但深部异常的变化信息被过度压制,算术纵坐标的等值断面图能明显地反映深部异常变化,但浅部异常被压抑;与常用的算术和对数纵坐标相比,纵坐标采用极距的均方根值绘制的断面图所反映的断面异常信息兼顾深、浅部异常形态,定性解释时可以对断面异常作出较为全面的认识和分析[3]。

当纵坐标轴采用极距的均方根时,一般按照下式进行计算转换。

(2)

式中:R为极距AB/2;系数κ,可取1～10。

3.2 带地形数据准备

首先在AutoCAD绘图软件里面,根据拟提交的成果图比例尺绘出剖面的地形线,标注剖面上各个测点的位置,按照上述公式(2)转换计算出某个测深点全部供电极距的均方根值,然后把该值投影到剖面上的各个测点上(图1所示)。在当前用户坐标系下,在窗口的命令状态栏输入“list”命令,根据提示,依次点击获取各测点下方的每个极距节点的绘图坐标(X、Y)信息。

按照上述操作思路,在list命令下分别点击上、下剖面地形线,提取地形拐点的各个节点坐标信息作为绘制等值线软件的白化节点文件。

图1 带地形极距提取示意图Fig.1 Sketch map of pole distance extraction with terrain

新建一个txt文本文件,把经过整理的剖面测点坐标(X、Y)和对应的观测视电阻率或视极化率值(Z)组成一个断面绘图文件(X、Y、Z)并保存。

3.3 带地形断面图绘制

实际工作中有较多的成图软件可以供大家选择使用。如果采用surfer软件绘制的话,运行软件并执行以下操作:新建一个空白文件→网格→数据→白化→新建等值线。这样,一条套合了地形起伏的等值线断面图就基本完成了。绘图过程中需要注意的是不同的数据网格方法对绘制断面图的影响[4]。

为了方便对图件进行后续的诸如添加验证钻孔信息、地质剖面等资料内容的话,可以将其输出为AutoCAD软件的dxf文件格式后进行后期的编辑处理工作。

4 应用实例

4.1 湖北某铅锌矿电测深

区内发现的铅锌矿体均赋存在近东西向的构造破碎带中,其形态规模受其控制,矿体产状大体与含矿构造破碎带一致。为了配合该区的普查找矿工作,在区内开展了电测深剖面工作,目的是进一步了解和控制含矿构造破碎带的产状及深部延伸情况,为后续钻探施工提供依据。

断面图的纵坐标采用极距的均方根值,系数κ取1.0,横坐标采用算术坐标。

由普查区0勘探线的视电阻率等值线断面图(图2左)可以看出,剖面72-84测点下方的高视电阻率ρs(600～1 600 Ω·m)异常范围与区内呈高阻电性特征的坪原组千枚状砂质板岩、南沱组冰碛含砾砂岩地层的分布范围较吻合。84-106测点下方中深部的中低视电阻率(10～200 Ω·m)异常与呈低阻电性特征的陡山沱组粘土岩、炭质页岩地层的分布范围相一致。其中位于剖面84测点下方的视电阻率等值线梯度带与钻孔ZK001控制的含铅锌矿的构造破碎带的深度和分布形态也有较好的对应关系。

图2 电测深拟断面图(左为实际地形,右为水平地形)Fig.2 Pseudo section map of electrical sounding1.铅锌矿化露头及倾向;2.钻孔揭露矿体;3.物探推测构造。

从不带地形的等值线断面图(图2右)可以看出,剖面84测点下方的视电阻率等值线梯度带和ZK001控制的含矿构造破碎带的深度范围差别较大,该断面图不能较直观地和已知地质资料进行对比、分析。

根据剖面电测深成果,地质人员及时调整了根据地表矿体产状,原定于剖面80测点处施工的控制矿体延伸的钻孔位置。电测深成果为钻探布设和施工提供了较好的参考依据。

4.2 湖北某铜金多金属矿激电测深

区内的铜金矿(化)体主要分布在志留系坟头组角岩化泥质粉砂岩、细砂岩地层中的近东西向构造(F2)内,黄铜矿主要呈细脉状分布于矿石中,伴生矿物主要为黄铁矿和磁黄铁矿;矿体呈脉状、似层状分布于构造破碎带中。

激电测深工作的目的是了解和控制含矿构造破碎带(F2)的产状及延伸情况,为后续钻探施工提供依据。

图3 4线视电阻率等值线断面图(左为原始数据,右为地改后数据)Fig.3 Apparent resistivity contour profile of line 4

图4 4线激电测深与软件反演对比图(上为等值线断面图,下为反演断面图)Fig.4 Contrast map of IP sounding and software inversion of line 4

物性测定显示,铜金矿(化)体主要呈低阻、高极化电性特征反映。

断面图的纵坐标采用极距的均方根值,系数κ取1.5,横坐标采用算术坐标。

从该区4线视电阻率等值线断面图可以看出(图3右),经过对观测数据进行地形改正处理,1 480测点下方中深部位的由山谷地形引起的高阻异常得到削弱,剖面1 720测点下方由山脊地形引起的低阻异常影响也得到明显改善。位于剖面1 720测点附近,由构造破碎带(F2)引起的视电阻率等值线梯度带异常更加明晰可辨。

地形改正处理可以削弱由地形引起的假异常,突出局部地质体的异常。

从4线激电测深等值线断面图与采用带地形反演软件(RES2DINV)的处理结果对比可以看出(图4),采用经过地形改正处理后绘制的等值线断面图和带地形自动反演成果都可以削弱地形的影响,突出局部地质体的异常信息,方便对异常进行分析、推断和解释。相对而言,采用地形改正处理后数据绘制的等值线断面图异常细节更加丰富,方便对异常进行快速分析和定性解释。

5 结论

(1) 在地形起伏较大的山区开展电法工作,对观测数据进行地形改正处理是提高山区电法勘探地质效果的一个关键。

(2) 采用地形改正处理后的电测深数据绘制的断面图可以削弱地形影响,断面异常信息更加接近于实际地电情况。

(3) 采用极距均方根为纵坐标绘制的带地形等值线断面图,能够较均衡地反映浅部和深部的断面电性变化。实际工作中可以灵活选取公式(2)中系数κ值,使所获得的断面异常视深度与已知的地质成果相匹配,方便对未知区作出较全面的定性分析和解释推断。