浅谈激电中梯及激电测深物探方法在地形复杂、切割剧烈地区的实用性

2022-10-21吕翔

世界有色金属 2022年15期

吕翔

（广东省核工业地质局二九三大队，广东广州 510000）

1 工区概况

1.1 地质特征概况

目标工区为西藏昌都芒康县某矿区，在区域上地处“三江”成矿带的澜沧江成矿带中部，澜沧江西侧江边，东侧紧邻金沙江成矿带，西侧为怒江成矿带，三江缝合带中部。区域上处在印度板块与欧亚板块的接合带，即阿尔卑斯—喜马拉雅构造带向南急拐弯部位。区内地质构造十分复杂，各主要构造单元急剧变窄，沉积岩相建造复杂，火山和岩浆活动极其强烈频繁，区域动力变质、热流变质作用特别发育，构成了本区独特的地质构造格局，形成了本区十分有利的成矿条件，矿产资源丰富，是“三江”成矿带的重要组成部分。工区出露地层简单，区内构造发育，区域性竹卡一起塘牛场断裂通过矿区，走向北东向及近南北向，几组次级构造是矿点主要含矿构造，矿区岩浆岩较发育，普查区有3个铜矿点，主要矿化带有5条。铜矿体2个。

1.2 地球物理特征概况

在测区内共采集岩矿标本3块，进行极化率η，电阻率ρ参数测定，其中砂岩2块，含铜矿（化）体标本1块。测量结果见表1。

表1 测区岩矿石电性参数统计表

通过表1标本测定结果，由于围岩及不同矿物之间物性的不同，围岩标本与铜矿物标本之间的视极化率及视电阻率数据差距较大[1]。与围岩相比，铜矿物标本具备低阻高极化的特征。特别是以铜矿为主时矿体与围岩极化率、电阻率差异明显，且工作区内地层中几乎没有炭质岩层等干扰地质体。因此在该区采用物探激发极化法寻找以方铜矿为主的铜银矿体具有良好的物性前提。

2 目的任务

鉴于工作区为高山区，海拔在2200m～4700m，相对高差很大。在2000m以上，地形切割剧烈，坡度一般在25°～40°局部60°～70°，工作难度相当大。对于投入相应工程手段造成了极大的困难，且前期收集相关地质资料少，可供参考的地质资料缺乏。前期特在此区域内相应开展激电中梯测量和激电测深两种综合物探方法测量，以达到发现矿致异常，并通过对异常推断解释大致查明矿体的分布范围及顶部埋深[2]。综合物探普查为下一步开展浅深部工程技术手段提供可供参考的可靠依据。其主要任务为：

（1）根据测区的矿权范围及相关的地质条件，在测区共布设激电中梯剖面5条，物探点255个，剖面线长1000m/条，剖面间距20m,点距200m,控制面积0.8Km2。

（2）对称四极激电测深点3个。

（3）高密度电法共4条，剖面线长320m/条，间距5m,共完成工作量1280m。

3 主要工作方法

3.1 测量

测区海拔较高，地表植被发育，通视较为野外工作条件更困难。测网布置采用1/5000的地形图量取坐标，用SP24型手持GPS定位仪进行测线方向及测量点位的确定(剖面方向为47，网度为200 nix 20m)。实地用红色塑料作为点位标记。

3.2 激电中梯

工作比例尺1∶5000，激电中梯扫面釆用短导线工作方式，供电极距AB=200m，测量极距MN=20m，点距20%。

3.3 激电测深

釆用对称四极垂向激电测深，(AB/2)max=50m；(AB/2)min=6m,测量极距(MN/2)max=10m；(MN/2)min=0.5m。

3.4 电性参数测定

釆用“泥团法”进行测定。按规范要求将岩矿石标本浸泡在水中，达饱和后将标本取出，待表面晾干，然后用潮湿的加有适量硫酸铜溶液的泥团分别与岩矿标本三个方向上的两端接触，在泥团上布置供电、测量电极，测量三个方向的极化率值。取平均值便得到每块岩矿标本的极化率值。

4 工作方法原理

激发极化是一种由于电流激发而产生的电现象，这种带电现象在大地或岩石中以电压响应滞后形式被观测到，电压响应滞的过程可以用激发电流和响应电压变化曲线来表示。

当向岩石通电瀛强度不变的电流时，岩石两端旳电位差在开始的瞬间迅速上升到某一数值（V)后，随着时间缓慢变化并渐趋于一个稳定值(△V1)。同样，在断开电流后，岩石两端的电位在瞬间迅速下降到某一数值(AV2)后随时间竣慢衰减，并在相当长时间内衰变到激发前的初始状态，由于介质的激化效应建立有一过程，因此在刚通电的瞬间，可以忽略激发极化效应对测量结果的影响，此时所测的电位差(AV1)仅与介质导电性有关，而与激发极化特性无关，这时岩石中的电场相当于电阻率测试中研究的稳定场，我们称之为一次场，供电延续一定时间后，岩石两端的电位差(△V)既包括了一次电场电位差(△V1)又包括了由介质激发极化特性产生的二次场电位差（△V2），这时岩石中的总电场称为激化场。

断电后激发极化电位衰减所遵循的规律是激发极化理论最重要的问题之一，人们对此提出了不少假说，并采用各种非周期函数来逼近激发极化电位衰减实验曲线。这些曲线函数大致可分为四种：

（1）指数函数形式：有人把极化衰减与电容放电对比，得出了指数函数形式的拟合公式

△Uzp=△Uzp（0）e-kt，式中的k为衰减常数，t为断电后经过的时间。

△Uzp(0)为t=ou4刻的激发极化电位。

（2）双曲线函数形式：1951年雷斯在充电3～10分钟对金属矿体的模型测冕中，成功地用函数式作为5秒到几分钟时间间隔内激发极化衰减曲线的近似式。也曾使用更复杂的双曲线形式作为近似式，如式中k和kt均为常数。

（3）对数函数形式：许多人发现，无论在实验室内或在野外条件下，对于逼近激发极化电位时间和频率特H：的资料来说，最好的两数之一是对数规律，如：

式中的A、K和B为在电极电位与电流密度的对数成比例的假设条件下导出的描述电极电位的常数。该函数不满足极限条件，当t时，△uZp，柯马罗夫提出了能满足极限条件的公式：

式中的b为正比于极化电流并以电压为量纲的振幅参数，g、h为时间参数，ta为充电时问，t为断电后测定△UZp的时间。

（4）含高斯概率积分的扩散方程解形式雷诺夫等人发现，无论是电子导体还是离子导电的沉积岩，用下面的公式来逼近极化的实验资料最方便：式中的Q为正比于扩散系数，并与围岩介质孔隙及包裏体半径的平方成反比的时间常数。

5 工作方法的优势

（1）相较于传统地质工作手段（槽探、浅井、坑探、钻探等），由于交通、地理环境等因素，开展激电中梯及激电测深方法，可以大大降低交通运输成本及勘查费用，特别是在交通条件差，地形复杂，切割剧烈的地区。对于工作区勘查程度低，所收集的原始资料有限，在地表开展相应的物探技术方法，可以粗略的圈定出工作重点区域，大致查明矿体分布及埋深，减少由于区域地质条件了解不够，造成工作手段的资源浪费，也可对后期坑道、钻探等工程项目的见矿率提供前期保障[3]。

（2）相较于其它传统物探方法，由于该区域地形切割剧烈，磁法测量因山岩陡峭因素干扰，造成数据波动较大，数据的真实性、可靠性降低。地震方法因地处藏区少数民族地区，爆破物品的审批及使用都非常繁琐，对工作开展造成不利影响，增加了工作开展难度及经费预算。

（3）在环境保护方面，工作区地处澜沧江水系边，对环保的要求较高，使用激电中梯和激电测深对环境的破坏很小，基本不会对地表植被及山地、构造等造成破坏。

6 数据处理

及时将仪器内的测量数据通过传输软件传输到计算机中，运用RES2DINV反演软件进行坏点删除、地形校正、格式转换及反演计算等步骤，绘制出电阻率色谱图，依据等值线图上的视电阻率值的变化特征结合钻探和地质调查资料作出地质解释。

在进行室内资料整理时，对激电视极化率（ηa）、视电阻率（ρa）数据经过100%的复核，在数据准确无误时编制各类成果图件。

6.1 相关图件的编制

（1）物探实际材料图：以测区1：5000地形、地质图为底图，并将其与所做的激电中梯扫面的测线、测点及激电测深点位置综合绘制，作为该测区的物探工作实际材料图。

（2）等值线平面图：a、激电中梯视极化率（ηa）等值线平面图：工作比例尺为1∶5000，成图比例尺为1∶5000。先计算ηa平均背景值、异常下限值、等值线间隔，然后勾绘ηa等值线平面图。计算公式如下：

平均背景值（ηa）：在测区内按一定比例抽取具有代表性的测线上激电异常两侧背景区内的ηa值计算算术平均值ηa，作为测区内平均背景值。

在测区内选择有代表性的A线、C线、D线的ηa值代入⑴、⑵、⑶式进行计算，得到该测区丄平均背景值为0.5%,异常下限值0.7%，等值线间隔0.24%。按照（0.7、1.0、1.3......）%勾绘等值线平面图。

b、激电中梯视电阻率（ρa）等值线平面图的工作比例尺为1∶5000，成图比例尺为1∶5000。按照（50、100、200......）Ωm勾绘等值线平面图，P.等值线最大值勾绘至800Ωm。

（3）剖面平面图：测区激电中梯视极化率（ηa）、视电阻率（ρa）剖面平面图比例为1∶5000，参数坐标：ηa值以1cm表示0.1%，ρa值以1cm表示20Ωm。

（4）地质、物探综合平面图：工作比例尺1∶5000,成图比例尺为1∶5000。将视极化率（ηa）等值线平面图与同比例尺的地质图绘制在一起，得到测区的地质、物探综合平面图。

（5）地质、物探综合剖面图：比例尺为1∶1000，由同比例尺的激电中梯ηa、ρa，剖面图、激电测深ηa、ρa拟断面图以及地质剖面图绘制而成。

6.2 激电异常推断解释

根据岩石、矿石标本的地球物理特征，该去激电异常具有低阻高极化率特征。该区激电异常总体呈走向北西，倾向南东方向展布，通过本次测量后，对野外采集数据的成图进行处理及分析后，共圈定了III、IV、V三个主要异常[4]。根据其分布规律，结合地质资料以及与含矿层位之间的关系，对各异常解释如下：

III异常区（III号铜矿化带）：位于矿化带产于托瓦一木水断裂东盘三叠系上统夺盖拉组灰黄色砂岩层间破碎带中，预测长度650m,宽0.2m～3m,总体走向北西，倾向南东，倾角20°～47°与地层斜较。ηa最高值为2.27%，异常主要位于A线15/280、16/300、17/320号点，B线18/340号点，C线17/320、19/360号点上，异常规模不大，且在空间分布上不连续，该异常形态比较复杂，多处存在多个相对独立的单点异常，且附近存在有多条次生断裂带与主断裂带（托瓦一木水断层）交错，构造复杂，从整个异常上来看，相对独立的单点异常主要分布于III号铜矿化带附近，呈零星状分布，III号铜矿化带在平面分布连续性较差，深部异常反应不明显，ρs相对低阻分布区域主要在矿化带和断裂带内，视电阻率＜400Ωm，从高密度视电阻率图像分析，物探初步推断III号铜矿化带产状为311°∠70°。III异常区（III号铜矿化带）虽有一定的成矿条件，工作区中仅为单点高值异常，连续性差，建议投入适量的探槽或深部工程进行揭露和有效控制，以了解矿化体延伸规模、产状及深部变化特征等。

IV号异常（IV号铜矿化带）：位于测区中部矿化带产于托瓦一木水断裂东盘三叠系上统夺盖拉组灰黄色细粒砂岩层间构造破碎带中，预测控制长度1100m，宽度1.5m～5m。总体走向西北。倾向南西，倾角39°～70°，产状变化较大，呈舒缓波状，IV号异常（IV号铜矿化带）与III异常区（III号铜矿化带）相似[5]。ηa最高值为1.86%，异常规模不大，且在空间分布上不连续，该异常形态比较复杂，多处存在多个相对独立的单点异常，且附近存在有多条次生断裂带与主断裂带（托瓦一木水断层）交错，构造复杂，从整个异常上来看，相对独立的单点异常主要分布于IV号异常（IV号铜矿化带）附近，呈零星状分布，ps相对低阻分布区域主要在矿化带和断裂带内，视电阻率＜500Ωmo IV号异常（IV号铜矿化带）虽有一定的成矿条件，由于工作区中仅为单点高值异常，无法确定该矿床规模和丰度，建议投入适量的探槽或深部工程进行揭露和有效控制，以了解矿化体延伸规模、产状及深部变化特征等。

V号异常带（V号铜矿化带）：位于托瓦一木水断裂东盘三叠系上统夺盖拉组层间构造破碎带中，预测控制长度1205m,宽约1.0m～2.5m，总体走向北西，倾向南西，倾角30°～70°，产状变化大，呈现舒缓波状。ηa最高值为2.71%，相对异常值较高，断层构造发育，且异常沿断层分布，有较好的成矿条件。矿脉主要呈带状分布，连续性较好，工作区域视电阻率整体偏髙，局部具有“低阻高极化”特征，根据测深单支曲线推算得该异常的顶部最浅埋深为15m。从高密度视电阻率图像分析，物探初步推断III号铜矿化带产状为333°∠37°。对已知和新发现的矿（化）体，投入适量的探槽或深部工程进行揭露和有效控制，以了解矿化体延伸规模、产状及深部变化特征等，再进一步评估工业开釆价值。

综合整个III、IV、V三个主要异常分析，物探初步推断：深部异常在空间分布上连续性较差，主要以零星状分布，异常形态比较复杂，多处存在多个相对独立的单点异常，但局部具有“低阻高极化”特征，建议以此作为远期勘探目标。