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        激發(fā)極化法和可控源音頻大地電磁法在鉛鋅礦勘探中的應(yīng)用

        2021-10-30 10:17:50曹乃文邱慶良
        世界有色金屬 2021年9期
        關(guān)鍵詞:激發(fā)極化電法電阻率

        白 燁,曹乃文,邱慶良

        (1.吉林省煤田地質(zhì)局物測(cè)隊(duì),吉林 長(zhǎng)春 130031;2.吉林省煤田地質(zhì)局203勘探隊(duì),吉林 四平 136000;3.吉林省煤田地質(zhì)局102勘探隊(duì),吉林 通化 135000)

        鉛鋅礦是一種含有大量鉛元素和鋅元素的礦產(chǎn)資源,在電氣、機(jī)械、軍事、冶金、化學(xué)、輕工業(yè)以及醫(yī)療領(lǐng)域均有所應(yīng)用。鉛鋅礦主要分布在我國(guó)云南地區(qū)、內(nèi)蒙古地區(qū)、廣東地區(qū)、甘肅地區(qū)、廣西地區(qū)以及湖南地區(qū),其礦產(chǎn)分布具有集中度高的特點(diǎn),并且多數(shù)屬于大中型礦床,礦石組成結(jié)構(gòu)均較為復(fù)雜。為了能夠開(kāi)發(fā)出更多的鉛鋅礦,需要對(duì)勘探手段進(jìn)行創(chuàng)新,當(dāng)前常用的勘探手段包括激發(fā)極化法、可控源音頻大地電磁法。兩種方法有著不同的特點(diǎn),需要相關(guān)人員能夠了解兩種方法的應(yīng)用原理,從而提高應(yīng)用的合理性。

        1 勘探地區(qū)基本情況

        (1)礦區(qū)地層情況。本次研究選擇某地區(qū)為例,該地區(qū)海拔高度在800m到1500m之內(nèi),地勢(shì)呈現(xiàn)為南高北低的特點(diǎn),屬于中淺切割地形,水系不發(fā)育。礦區(qū)內(nèi)控礦斷裂可以被分為北東向以及北東東向,地層較為復(fù)雜,有巖漿巖,且分布較為廣泛,存在褶皺發(fā)育和斷裂發(fā)育現(xiàn)象。但是由于在測(cè)區(qū)之內(nèi)斷層發(fā)育的不完全,所以需要依照相應(yīng)的地形地貌或者是巖性之間存在的差異來(lái)進(jìn)行識(shí)別,不同的斷層規(guī)模比較小,一般則在走向上延續(xù)了僅僅幾百米的距離左右,而斷層之間的性質(zhì)也不容易被查明[1]。該地區(qū)內(nèi)主要屬于物理風(fēng)化,化學(xué)風(fēng)化作用稍弱。從垂直剖面的角度看,土壤分層較為明顯,共分為三層,A層中含有大量有機(jī)質(zhì),顏色偏暗,B層局部位置存在缺失的現(xiàn)象,屬于淀積層,是由于土壤表層被淋洗物質(zhì)沉淀積累而成,粘土含量豐富,顏色為黃褐色,C+D層屬于風(fēng)化巖層以及基巖層。

        (2)礦區(qū)地球物理特征。通過(guò)對(duì)區(qū)域性巖石電性數(shù)據(jù)實(shí)施分析,發(fā)現(xiàn)在礦區(qū)內(nèi)部圍巖變質(zhì)巖系具有高電阻和低價(jià)化特點(diǎn)。礦區(qū)內(nèi)礦石多數(shù)構(gòu)成部分均為低阻礦物,礦體大多數(shù)都在斷裂破碎帶賦存,部分在巖性接觸帶上賦存,無(wú)論是礦體還是賦礦構(gòu)造都顯示為相對(duì)低阻。金屬礦產(chǎn)大多數(shù)帶有金屬硫化物,或者金屬礦產(chǎn)和金屬硫化物處于共生的狀態(tài),礦體極化率高。

        2 勘探原理和勘探方法

        (1)激發(fā)極化法。激發(fā)極化法是利用外場(chǎng)作用促進(jìn)礦物出現(xiàn)激發(fā)極化現(xiàn)象,這些礦物中通常含有較多的金屬介質(zhì)。通過(guò)對(duì)這一現(xiàn)象進(jìn)行觀察,同時(shí)結(jié)合不同金屬介質(zhì)在激發(fā)極化方面存在的差異,可以找到和礦物共同發(fā)育的金屬硫化物,最終完成找礦的目標(biāo)[2]。激發(fā)極化法包括兩種方法,劃分標(biāo)準(zhǔn)為供電方式,具體為直流和交流兩種,每種方法均具備獨(dú)特的特點(diǎn)。前者會(huì)選擇利用供電電極為檢測(cè)區(qū)域地下提供直流脈沖電流,供電后斷電觀察測(cè)量電極存在的電位差,并記錄隨著時(shí)間不斷的衰減二次場(chǎng)數(shù)據(jù)的變化,最后使用電位差和二次場(chǎng)對(duì)視電阻率和視極化率進(jìn)行計(jì)算。后者會(huì)選擇利用供電電極為檢測(cè)區(qū)域地下提供低頻交變電流,同樣需要觀察電位差指標(biāo),除此之外需要觀察電壓以及發(fā)射電流存在的相位差,計(jì)算視電阻率。在本次勘探工作中對(duì)視電阻率、視極化率進(jìn)行計(jì)算,從而尋找到鉛鋅礦化富集區(qū)域。

        (2)可控源音頻大地電磁法。可控源音頻是電磁測(cè)深的新型方式,會(huì)針對(duì)頻率域設(shè)置特殊信號(hào)源,和傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)相比該技術(shù)可以消除弱信號(hào),避免可能隨機(jī)出現(xiàn)的天然場(chǎng)源,其中地層電阻率和工作頻率會(huì)給探測(cè)深度帶來(lái)直接影響。可控源音頻大地電磁法是一種將有限長(zhǎng)度的接地電偶極子作為場(chǎng)源的測(cè)深手段,會(huì)在距離偶極中心區(qū)域一定位置對(duì)電場(chǎng)參數(shù)和磁場(chǎng)參數(shù)進(jìn)行觀測(cè)。此次勘探研究中選擇赤道偶極裝置實(shí)施標(biāo)量工作和測(cè)量工作,如圖1所示,即為該種方法中使用的赤道偶極裝置,對(duì)電、磁場(chǎng)的水平分量數(shù)據(jù)進(jìn)行觀測(cè)和記錄,其中電場(chǎng)水平分量需要電場(chǎng)和場(chǎng)源處于平行的狀態(tài),磁場(chǎng)水平分量需要磁場(chǎng)和場(chǎng)源處于正交的狀態(tài)。在觀測(cè)水平分量之后結(jié)合電場(chǎng)和磁場(chǎng)的振幅數(shù)據(jù)對(duì)阻抗電阻率實(shí)施計(jì)算。對(duì)電場(chǎng)相位和磁場(chǎng)實(shí)施觀察和測(cè)試,可以為后續(xù)阻抗相位的計(jì)算提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。阻抗電阻率、相位兩個(gè)參數(shù)共同聯(lián)合之后可以得出可控源反演電阻率,最后利用這一參數(shù)可以對(duì)勘探地區(qū)的地質(zhì)情況進(jìn)行分析,提高地質(zhì)解釋質(zhì)量。

        圖1 赤道偶極裝置

        3 勘探結(jié)果討論

        3.1 勘探區(qū)域激發(fā)極化掃面數(shù)據(jù)及其結(jié)果分析

        通過(guò)對(duì)激發(fā)極化掃面數(shù)據(jù)進(jìn)行分析評(píng)估,如圖2所示為中間梯度裝置測(cè)量布置示意圖,可以發(fā)現(xiàn)充電率值較高時(shí)其走向?yàn)闁|北,高電阻率值則屬于北東走向或者近東西作響。兩組構(gòu)造走向和區(qū)域地質(zhì)所表現(xiàn)出的走向具有一致性。雖然視充電率值處于一個(gè)較低的狀態(tài),但是背景值的水平更低,大約在4ms左右,由此可以得出異常具備可信性,但是也不排除是由弱激電異常是由于巖性因素所導(dǎo)致的。北西方向的視電阻率低,而南東方向的視電阻率則較高,北西段區(qū)域顯示的為第四系沙土礫石低電阻,南東區(qū)域顯示的為侵入巖高電阻??碧絽^(qū)域的中部位置電阻率呈現(xiàn)為多條條帶,且條帶具有高低相間的特點(diǎn),同時(shí)也對(duì)應(yīng)了多次的巖漿侵入活動(dòng),使得勘探區(qū)域內(nèi)的構(gòu)造變得更加復(fù)雜。

        圖2 激發(fā)極化法工作原理

        結(jié)合異常特征和視電阻率之間的關(guān)系,本次勘探過(guò)程中對(duì)視充電率的異常進(jìn)行了劃分,分為2個(gè)異常。第1個(gè)激發(fā)極化異常在勘測(cè)區(qū)域的中南部區(qū)域,走向?yàn)镹45°E,異常長(zhǎng)度為600m,異常寬度為120m。異常在高阻以及高低電阻的接觸帶之上,充電率在最高峰的情況下可以達(dá)到11.8ms。視電阻率在100歐姆米到300歐姆米之間。第2個(gè)激發(fā)極化異常在勘測(cè)區(qū)域的東南部區(qū)域,該異常在西南方向和東部區(qū)域均處于未封閉的狀態(tài),屬于北東走向。視充電率最高峰值可以達(dá)到30ms左右,視電阻率數(shù)值在200歐姆米左右,視充電率異常在高低電阻的接觸帶之上。

        3.2 勘探區(qū)域東南部異常區(qū)域物探資料討論

        為了保證礦產(chǎn)檢測(cè)精度應(yīng)當(dāng)將其頻率設(shè)計(jì)為0.25Hz到7600Hz,采樣時(shí)間為45分鐘,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行采集頻點(diǎn)布置。結(jié)合視充電率異常的情況、襯度以及視電阻率存在的組合關(guān)系進(jìn)行分析和評(píng)估,在2號(hào)異常區(qū)域內(nèi)進(jìn)行了激發(fā)極化掃面檢測(cè),并布設(shè)了不同可控源音頻大地電磁線,以此來(lái)對(duì)剖面進(jìn)行深度檢測(cè),包括390、410、430、450、470、490以及510。390線電法綜合剖面下存在3處充電率異常的情況,其峰值為886點(diǎn)、914點(diǎn)、966點(diǎn),996點(diǎn)充電率最大的峰值數(shù)據(jù)為31.3ms。410線電法綜合剖面下存在3處充電率異常的情況,其峰值為886點(diǎn)、906點(diǎn)、962點(diǎn),962點(diǎn)充電率最大值可以達(dá)到29.4 ms。430線電法的綜合剖面下存在2處充電率異常的情況,其峰值分別是900點(diǎn)、972點(diǎn),在這其中比較大的點(diǎn)充電率為28.2 ms,該點(diǎn)為972點(diǎn)。450線電法綜合剖面下存在2處充電率異常的情況,其峰值分別是896點(diǎn)、974點(diǎn),在這其中比較大的點(diǎn)充電率為24.6ms,該點(diǎn)為974點(diǎn)。470線電法的綜合剖面下存在2處充電率異常的情況,其峰值分別是906點(diǎn)、964點(diǎn),在這其中比較大的點(diǎn)充電率為18.85ms,該點(diǎn)為964點(diǎn)。490線電法的綜合剖面下存在2處充電率異常的情況,其峰值分別是914點(diǎn)、964點(diǎn),在這其中比較大的點(diǎn)充電率為16.55ms,該點(diǎn)為964點(diǎn)。510線電法的綜合剖面下存在2處充電率異常的情況,其峰值分別是912點(diǎn)、940點(diǎn),在這其中比較大的點(diǎn)充電率為15.8ms,該點(diǎn)為940點(diǎn)。每條測(cè)線均存在異常的情況,位置和視電阻率值均較為相似,認(rèn)定該異常情況和礦存在相關(guān)關(guān)系。

        4 結(jié)語(yǔ)

        在物探工作中選擇合適的檢測(cè)手段,同時(shí)結(jié)合地質(zhì)信息,可以解決實(shí)際工作中存在的地質(zhì)問(wèn)題,提高鉛鋅礦的檢測(cè)效率,對(duì)礦區(qū)實(shí)施有效的劃分。在本次研究區(qū)域內(nèi)發(fā)現(xiàn)了異?,F(xiàn)象,其類型均為中阻、高阻高極化異常,且前種異常情況位于接觸帶區(qū)域,后種異常情況位于巖體區(qū)域。視充電率異常問(wèn)題均是研究中應(yīng)格外注意的現(xiàn)象,因此在發(fā)現(xiàn)異常區(qū)域之后應(yīng)當(dāng)對(duì)其進(jìn)行研究,盡快判斷出異常的類型,相關(guān)人員可以利用鉆探的方式實(shí)施工程驗(yàn)證。在工作實(shí)踐中利用時(shí)間域激發(fā)極化法可以發(fā)現(xiàn)勘探區(qū)域內(nèi)對(duì)于成礦有促進(jìn)作用的地段,隨后在該地段使用可控源音頻大地電磁法可以對(duì)礦體實(shí)施準(zhǔn)確的空間定位監(jiān)測(cè),在聯(lián)合已有信息打基礎(chǔ)上能夠?qū)碧絽^(qū)域的異常情況實(shí)施更加全面的解釋,以此來(lái)提高找礦工作的效率。

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