羅振軍， 劉江山，何云樂

(湖南省有色地質(zhì)勘查研究院，湖南 長沙 410007)

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雙向單極—偶極激電測深在新疆某礦區(qū)勘查中的應(yīng)用

羅振軍， 劉江山，何云樂

(湖南省有色地質(zhì)勘查研究院，湖南 長沙 410007)

與常規(guī)的激電測深相比，特別在探查埋藏深度較深的隱伏金屬礦時，雙向單極—偶極排列具有采集數(shù)據(jù)量大、激電信號強、穿透深度大、勘探精度高和效率高等優(yōu)點。首先對激電測深數(shù)據(jù)進行二維反演，然后結(jié)合礦區(qū)地質(zhì)特征和巖礦石電性特征，對激電異常進行推斷解釋。結(jié)果表明，激電異常主要分布于巖體接觸帶和斷裂破碎帶附近，與成礦關(guān)系密切。激電異常經(jīng)過鉆探驗證深部見多處銅礦脈，說明在礦區(qū)投入雙向單極-偶極激電測深達到了較好的預(yù)期探測效果。

雙向單極—偶極測深；激電異常；視充電率；銅礦

1　引　言

為了在礦區(qū)及近外圍找尋新的銅礦接替資源儲備，擴大礦區(qū)資源儲量規(guī)模，在新疆某礦區(qū)投入了地質(zhì)、物探工作。該礦區(qū)主攻礦床類型為與火山通道相關(guān)的熱液型銅多金屬礦，其次為次火山巖斑巖型鉬礦。

時域激電雙向供電方式的軸向單極—偶極裝置測深法，和其他常規(guī)對稱裝置測深法(如對稱四極、偶極—偶極)相比，具有工作效率高、地質(zhì)勘探效果好、經(jīng)濟效益高等特點。多數(shù)銅礦和金屬硫化物的礦化作用有關(guān)，與金、銀等的硫化物共生，使得銅礦石與圍巖的充電率有明顯的差異。采用激發(fā)極化法[1,2]圈定金屬硫化物的礦化富集帶，可以為圈定找礦靶區(qū)提供依據(jù)[3]，使得間接找礦具備物性前提，并能夠取得較好的地質(zhì)效果[4-6]。

本次雙向單極—偶極測深主要在面積性激電工作的基礎(chǔ)上布設(shè)，主要工作任務(wù)是：依據(jù)時間域激電掃面工作中視充電率(Ms/%)和視電阻率(ρs/Ω·m)參數(shù)異常來劃分斷裂蝕變帶在平面上的展布特征，并利用雙向單極—偶極測深推測礦體寬度、傾向等產(chǎn)狀，預(yù)測深部是否存在極化體以及礦體沿垂向延伸的情況，為下一步的探礦工程提供信息。

2　地質(zhì)概況

勘探區(qū)位于塔里木板塊的伊犁—中天山陸殼板段西北部，其北以博羅科努—阿其克庫都克斷裂(板塊縫合線，在本區(qū)亦稱博爾塔拉大斷裂)為界，與哈薩克斯坦板塊毗鄰，包括1個Ⅱ級和3個Ⅲ級構(gòu)造單元，主體為賽里木微陸塊。北與哈薩克斯坦板塊的北天山古生代活動大陸邊緣板段相鄰，南東部為博羅科努早古生代島弧帶，最南部為伊犁晚古生代中期裂谷。北達巴特銅礦床在構(gòu)造上處于賽里木微陸塊北緣裂陷帶中，其次級構(gòu)造單元為達巴特復(fù)背斜，亦稱達巴特穹隆。

出露的地層有早元古界溫泉群，以黑云母鉀長片麻巖為主，夾二云母石英片巖、大理巖；泥盆系中統(tǒng)汗吉尕組，主要為二云母石英砂巖、 粉砂巖夾生物灰?guī)r；泥盆系上統(tǒng)托斯庫爾他烏組，分布較廣，底部為底礫巖，以上為沉凝灰?guī)r、 凝灰質(zhì)石英砂巖、砂巖、火山角礫巖、火山礫巖等互層。主要出露的巖漿巖有華力西早期英安斑巖及華力西晚期火山巖(流紋質(zhì)晶屑凝灰熔巖、流紋質(zhì)角礫熔結(jié)凝灰?guī)r)、次火山巖(次花崗斑巖)。另有數(shù)十條花崗斑巖脈。

礦區(qū)總體屬于穹隆構(gòu)造的一部分，該穹隆為一復(fù)式褶皺，軸向為北西，軸面呈揚起和傾伏相間的拱形。背斜核部相對較平緩，在礦區(qū)范圍內(nèi)由于受構(gòu)造及巖體影響表現(xiàn)為背斜一翼近于直立的單斜地層。達巴特火山巖為火山管道相， 火山管道南側(cè)為NW向的斷層，由多個斷層面組成斷層破碎帶，寬為10～40 m，長在1 600 m以上。達巴特銅礦主要產(chǎn)于火山管道兩側(cè)的構(gòu)造帶中，大多為內(nèi)接觸帶，少量為外接觸帶。礦體呈脈狀、透鏡狀產(chǎn)出，地表礦化帶呈條帶狀展布。

圖1　激電測深剖面布置及礦區(qū)地質(zhì)Fig.1　Deployment of the IP sounding profiles and geological map of the deposit area

3　電性特征

本次物性測量共采集巖石標本193塊，包括了地表樣品和坑道樣品，主要巖性為凝灰?guī)r、流紋質(zhì)熔結(jié)角礫凝灰?guī)r、英安巖及銅礦石標本。測試結(jié)果見表1。

由表1可知：英安巖、凝灰?guī)r、流紋質(zhì)熔結(jié)角礫凝灰?guī)r和凝灰質(zhì)砂巖為高阻低極化特征；銅礦凝灰?guī)r電阻率常見值為3 510 Ω·m，充電率常見值為2.53%，具有明顯的低阻高極化特征；銅礦化流紋質(zhì)熔結(jié)角礫凝灰?guī)r電阻率常見值為12 000 Ω·m，充電率常見值為1.9%，具有明顯的高阻高極化特征；銅礦石電阻率常見值為45 Ω·m，充電率常見值為26.1%，具有明顯的低阻高極化特征。綜上所述，銅礦石、銅礦化流紋質(zhì)熔結(jié)角礫凝灰?guī)r、銅礦化凝灰?guī)r的充電率值一般較高，是各類巖石的3倍以上，具有明顯的高極化特征，而無礦化英安巖、凝灰?guī)r、泫紋質(zhì)熔結(jié)角礫凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)砂巖的充電率值一般較低，不能形成激電異常；由各巖性電阻率特征可知，礦化能使電阻率值降低，圍巖與銅礦石之間的電阻率差異較大。因此認為開展激電工作的物性前提已具備。

表1　礦區(qū)主要巖(礦)石電性參數(shù)測定結(jié)果統(tǒng)計

4　工作方法技術(shù)

雙向單極-偶極裝置勘探測線的供電電極(C)和測量電極(P)位置見圖2，供電電極極距為60 m，無窮遠極垂直激電測深剖面，并且距離剖面線3.6 km敷設(shè)，以防止測量電極與無窮遠電極處于同一導(dǎo)電帶。

根據(jù)礦區(qū)已有勘探線布設(shè)(圖1)， 布置L300線、L320線2條激電測深剖面，剖面方向為30°，線距為200 m，L300線剖面長1.7 km，L320線剖面長1.34 km，各極點采用RTK定點布設(shè)。

圖2　雙向單極—偶極激電測深裝置示意圖Fig.2　Sketch Map of the two-way pole-dipole IP sounding array

工作儀器為1臺由法國IRIS公司生產(chǎn)的VIP5000時間域和頻率域激發(fā)極化發(fā)射機和2臺ELREC6六通道電阻率和激發(fā)極化接收機。供電周期T為8 s，供電時間和斷電時間均為2 s，以保證二次衰減曲線有20個窗口的電位值V2(mV)及多的采集次數(shù)。采集數(shù)據(jù)時，勘探線上的13個電位電極在敷設(shè)好后固定不動，從測線兩端沿測線移動供電電極(圖2)，每個供電點單次供電可同時觀測12道的電參數(shù)，即分別可獲得12個視電阻率(ρs)和視充電率(Ms)參數(shù)。

剖面上的記錄點O和O′分別為兩個測量電極(P1、P2)的中心點與供電點(C1、C4)之間的中心點(圖3)，O為正向記錄點，O′為反向記錄點。雙向單極—偶極裝置的間隔系數(shù)n=±0.25，0.75，1.25，…，21.25，21.75，22.25。供電電極的間距為30 m，隨著電極距系數(shù)n的加大，探測深度(h)也加大。

圖3　雙向單極—偶極測深裝置原理示意圖Fig.3　Schematic diagram of the two-way pole-dipole sounding array

視電阻率和視充電率參數(shù)是地下電性不均勻和地形的一種綜合反映，二維擬斷面圖反映的是地下地質(zhì)體沿一定深度范圍內(nèi)電性特征總的模擬，Ms、ρs在擬斷面圖上的異常特征并不表示地質(zhì)體在地下空間的真實分布，精確確定礦(化)體在空間的分布特征需借助專業(yè)的反演軟件。數(shù)據(jù)處理采用加拿大哥倫比亞大學研制的二維反演軟件DCIP2D系統(tǒng)進行反演，基本原理是在繪制電參數(shù)擬電斷面的基礎(chǔ)上，采用有限元法[7]構(gòu)制二維地電模型進行正演，根據(jù)有限原理對模型數(shù)據(jù)迭代擬合，若迭代次數(shù)達到一定數(shù)值后突然下降，曲線趨向平緩，說明迭代相對誤差達到最小。該軟件可附加每個供電電極、測量電極點的高程，在反演時對地形自動計算，從而消除了地形的影響。雙向單極—偶極即分為正向單極—偶極和反向單極—偶極排列，對由兩個方向供電獲得的Ms、ρs參數(shù)構(gòu)制的地電斷面進行反演，可以消除僅由一個方向供電獲取的Ms、ρs參數(shù)在擬斷面圖中因不對稱而造成的異常位置的偏移。

5　激電異常特征與分析推斷

圖4(a)為L300線的視電阻率擬斷面等值線圖。由圖4(a)可知，L300線從南西到北東視電阻率呈高—低—高分布，且界面較為明顯。其中橫向上，在0～200 m處視電阻率值在1 600～6 000 Ω·m之間，推測為英安巖地層的反映；在200～600 m處視電阻率值為800 Ω·m，說明觀測的電阻率在同一層位，推測為凝灰?guī)r的反映，且在500～600 m之間視電阻率梯度帶較為明顯，推斷該處為流紋質(zhì)熔結(jié)角礫凝灰?guī)r與礫凝灰?guī)r接觸部位；在600～1 500 m處視電阻率值在3 200～10 000 Ω·m之間，推測為流紋質(zhì)熔結(jié)角礫凝灰?guī)r地層的反映，且在800～1 200 m處由淺至深電阻率等值線有錯動，結(jié)合地質(zhì)資料，推測該處有斷層F存在。

圖4(b)為L320線的視電阻率擬斷面等值線圖。由圖4(b)可知，L320線從南西到北東視電阻率呈中—低—高—中分布，且界面較為明顯，推斷為英安巖—凝灰?guī)r—流紋質(zhì)熔結(jié)角礫凝灰?guī)r—凝灰?guī)r。其中橫向上，500 m處深部為高阻，推斷由流紋質(zhì)熔結(jié)角礫凝灰?guī)r往南西向深部侵入引起；在700～800 m處淺部電阻率等值線有錯動，結(jié)合地質(zhì)資料，推斷有F斷層存在，且與L300線剖面推斷斷層為同一斷層，斷層傾向北東。

圖5為L300線和L320線的視充電率擬斷面等值線圖。由圖5可知，2條剖面的視充電率均為兩側(cè)低，中間高，視充電率值在2%～16%之間。剖面視充電率以10%為異常下限圈定激電異常，異常呈帶狀分布，整體傾向北東，與接觸帶、斷裂帶傾向較為一致。激電異常中心主要分布在視電阻率梯度帶和斷裂帶上，推斷激電異常主要與流紋質(zhì)熔結(jié)角礫凝灰?guī)r和凝灰?guī)r的接觸帶、斷裂帶及接觸帶兩側(cè)的礦化蝕變和銅礦體有關(guān)。

圖4　L300線和L320線視電阻率擬斷面等值線Fig.4　Pseudosection contour maps of the apparent resistivity in line No.300 and 320

圖5　L300線和L320線視充電率擬斷面等值線Fig.5　Pseudosection contour maps of the apparent chargeability in line No.300 and 320

根據(jù)已有鉆孔可知，礦(化)體主要富集在流紋質(zhì)熔結(jié)角礫凝灰?guī)r接觸帶和斷裂破碎帶中。經(jīng)鉆孔驗證，激電異常處流紋質(zhì)熔結(jié)角礫凝灰?guī)r呈全巖礦化特征，激電異常主要為礦化流紋質(zhì)熔結(jié)角礫凝灰?guī)r、斷裂帶礦化蝕變、接觸帶礦化蝕變及銅礦體的綜合反映，在激電異常處見到多層銅礦體。

6　結(jié)　論

1)本次通過系統(tǒng)的電參數(shù)測定，掌握了礦區(qū)主要巖(礦)石電阻率和充電率的差異，為解釋激電異常和視電阻率異常提供了依據(jù)。

2)通過激電測深工作，進一步了解了平面異常的空間分布特征，異常主要分為以下三種類型：①低電阻率高充電率異常主要是相對低阻的巖石(如礦化凝灰?guī)r)或斷裂破碎帶中的礦化的反映；②高電阻率高充電率異常主要為斑巖體內(nèi)部的礦體(化)的反映；③高充電率及與之對應(yīng)的視電阻率梯度帶的異常一般為巖體接觸帶和圍巖內(nèi)礦化的綜合反映。

3)通過激電測深剖面測量工作，視電阻率和視充電率異常較好地反映了巖體接觸帶、構(gòu)造蝕變帶和礦(化)體的分布情況，為鉆探工程提供了依據(jù)。

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The Application of Two-way Pole-dipole IP Sounding to Exploration in a Mining Area of Xinjiang

Luo Zhenjun,Liu Jiangshan,He Yunle

(HunanInstituteofNonferrousGeologicalExplorationandResearch,ChangshaHunan410007,China)

Compared to a conventional IP sounding, the two-way pole-dipole array has the advantages of large data acquisition, strong electrical signal, big penetration depth, high precision and high efficiency, especially in deep burial depth exploration of concealed metallic ore. At first a two-dimensional inversion was conducted from the IP sounding data, and then combining the geological characteristics of the mining area and the electrical characteristics of rocks and minerals, the induced polarization anomalies were inferred and interpreted. The results show that the IP anomalies mainly distributed in rock contact zone and fracture zone nearby, and closely related to mineralization. The IP anomaly verified through drilling had seen many copper veins in deep area, indicating that the two-way pole-dipole IP sounding achieved a better expected detection result in this deposit.

two-way pole-dipole sounding; IP anomaly; chargeability; copper

10.3969/j.issn.1672-7940.2016.04.010

羅振軍(1981-)，男，工程師，主要從事地球物理勘查工作。E-mail:415489078@qq.com

P631.3

A

2016-04-07