陳 峰

(核工業(yè)二三〇研究所，湖南 長(zhǎng)沙 410007)

井中激電方法以理論與技術(shù)研究為主 (蔡柏林,1988)，在鈾礦勘探領(lǐng)域應(yīng)用尚未深入(何永勝等，2004；文雪峰等，2005；李建新等，2011；呂玉增等，2012；郭博等，2015；韋金文等，2017；楊興等，2017；薛寶林等，2020；王鋒等，2020；張鼎，2021)。已有研究者采用地-井和井-地兩種井中激電方式在新疆吐哈盆地開展了實(shí)地測(cè)量(陳漢波等，2016；安然等，2018)。測(cè)量結(jié)果表明，井-地方式電阻率測(cè)量效果良好，反映了深部成礦層位的起伏。鈾礦體賦存在視電阻率ρs小于50 Ω·m的低阻區(qū)，即鈾礦體在本區(qū)具有低阻特征。高阻區(qū)域反映了古地貌花崗巖的相對(duì)隆起，是物源區(qū)和地下水的徑流區(qū)；低阻區(qū)域顯示了古地貌的坳陷，是有機(jī)質(zhì)沉積和鈾富集還原的良好環(huán)境，因而形成了厚約十幾米的礦體。錢德儒(2021)認(rèn)為在有鐵套管的鉆孔中，可做井-地電阻率測(cè)量，追索鉆孔未及地段的礦體，以擴(kuò)大礦體范圍和儲(chǔ)量。朱長(zhǎng)喜(2011)在廣東諸廣山地區(qū)鈾礦山井中、坑道中開展了物探方法應(yīng)用試驗(yàn)，認(rèn)為地-井電磁異常能夠反映鉆孔附近的構(gòu)造裂隙、巖石蝕變發(fā)育等特征，同時(shí)也可反映裂隙帶內(nèi)蝕變發(fā)育及鈾礦化等信息(朱春生等，2012)。

以向陽(yáng)坪鈾礦床為例，從與鈾礦化緊密相關(guān)的黃鐵礦蝕變、赤鐵礦蝕變?nèi)胧郑到y(tǒng)收集向陽(yáng)坪地區(qū)地質(zhì)與物化探資料，開展與鈾成礦密切相關(guān)的礦化蝕變帶物性參數(shù)測(cè)量。初步查明含礦蝕變帶與不含礦蝕變帶的電性參數(shù)響應(yīng)特征，通過開展地-井式多方位的井中激電測(cè)量，研究井中激電異常與成礦有利的赤鐵礦、黃鐵礦蝕變之間的關(guān)系，為攻深找盲提供找礦依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

研究區(qū)出露巖體主要為印支期香草坪巖體、燕山早期第二階段豆乍山巖體、燕山晚期細(xì)?；◢弾r脈等。其中燕山早期豆乍山巖體和印支期香草坪巖體鈾含量較高，為主要產(chǎn)鈾花崗巖體。

研究區(qū)構(gòu)造發(fā)育，主要由近SN、NNE、NW和NE向5組斷裂構(gòu)成本區(qū)構(gòu)造的基本格架，其中以近SN向和NNE向斷裂最為發(fā)育，為主要控礦含礦斷裂。自東向西依次分布有F7、F8、F9、F10、F11等斷裂帶(圖1)，各斷裂帶均由一系列次級(jí)斷裂組成，這些次級(jí)斷裂密集發(fā)育，成帶出現(xiàn)，或平行、或相交、或尖滅側(cè)現(xiàn)(譚雙等，2021)。這些斷裂的交匯夾持部位、構(gòu)造變異部位以及切割香草坪巖體、豆乍山巖體及其接觸帶等部位，控制了區(qū)內(nèi)鈾礦體、礦化體及異常點(diǎn)帶的分布。

2 地球物理特征

向陽(yáng)坪鈾礦床的圍巖蝕變主要為赤鐵礦化和黃鐵礦化，礦石礦物主要為鈾-赤鐵礦和鈾-黃鐵礦。前人對(duì)該地區(qū)圍巖、蝕變巖和礦石的電性參數(shù)差異統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，向陽(yáng)坪鈾礦床中與鈾礦化密切相關(guān)的圍巖、蝕變巖和礦石的電性參數(shù)差異明顯(表1，2)。因此可開展井中激電測(cè)量，探測(cè)與鈾礦化密切相關(guān)的極化體，從而達(dá)到間接尋找深部盲礦體的目的。

表1 向陽(yáng)坪鈾礦床巖石電性參數(shù)表

表2 廣西苗兒山中段芥菜坪地區(qū)巖石電性參數(shù)表

同時(shí)對(duì)開展地-井測(cè)量方法研究的地段進(jìn)行了巖性鑒定，主要包括中粗粒黑云母花崗巖、二云母花崗巖、黃鐵礦化和赤鐵礦化蝕變巖(表3，圖2)。

表3 向陽(yáng)坪鈾礦床巖芯標(biāo)本電性參數(shù)測(cè)定統(tǒng)計(jì)表

巖芯標(biāo)本電性參數(shù)測(cè)定統(tǒng)計(jì)結(jié)果(表3)顯示：①中粗粒黑云母花崗巖與中細(xì)粒黑云母花崗巖的電性參數(shù)基本相同，未有差異；②黃鐵礦化、赤鐵礦化蝕變巖的視電阻率和視極化率與圍巖花崗巖體有明顯差異；③黃鐵礦化蝕變巖電性參數(shù)呈低阻高極化，赤鐵礦化蝕變巖電性參數(shù)呈中阻中極化。

3 地-井測(cè)量工作原理及參數(shù)選擇

3.1 工作原理

井中激電的工作原理同地面激電的工作原理一樣，都是以巖礦石的激發(fā)極化機(jī)理為基礎(chǔ)。地-井方式激電是指將供電電極 A、B 布置在地面，A極置于距井口一定距離處或者置于井口，B極置于無(wú)窮遠(yuǎn)，測(cè)量電極M、N置于井中(圖3)。

通過井的地理優(yōu)勢(shì)去接近礦體再去開展地-井方式激電測(cè)量，能夠更加清晰地反映出礦體激電異常。在實(shí)際操作中，礦體的極化方向和強(qiáng)度受地面上不同方位或不同距離的 A 極布置的影響。因此把 A 極依次布置在東、南、西、北方向上，在每個(gè)方位做測(cè)量，通過對(duì)各個(gè)方向上的激電異常曲線形態(tài)和強(qiáng)弱的差異來推斷井旁盲礦體的相關(guān)地質(zhì)信息(潘和平，2013；潘和平等，2013)。

3.2 野外工作方法

地-井方式方位測(cè)量時(shí)，把A、B電極布設(shè)在地表，M、N電極布設(shè)在井內(nèi)，其中A電極布置在盲礦的方位稱為主方位，布置在盲礦的相反方位稱為反方位。為防止主、反方位的激電異常曲線變化不明顯，選取的電極A到井口的距離(r)不小于M、N電極中心位置到井口的距離(d)。

3.3 點(diǎn)距選擇

本次地-井式井中激電測(cè)量采用梯度裝置，即將M、N電極同時(shí)下同一個(gè)井，它們上下相距一定的距離(極距LMN=10 m)，深度記錄點(diǎn)在LMN中點(diǎn)。與電位裝置相比較，梯度裝置具有測(cè)值較大、易于觀測(cè)讀數(shù)、異常形態(tài)較簡(jiǎn)單、便于推斷解釋等優(yōu)點(diǎn)。梯度裝置的大極距會(huì)給觀測(cè)帶來方便，并能減小井壁局部不均勻性對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響(吳至善等,1976)。但是極距增大，外來電干擾的影響也會(huì)增大，同時(shí)由于平均作用，異常曲線也會(huì)變得平滑，不利于分辨規(guī)模較小的礦異常。綜合這兩個(gè)方面的因素，LMN距離通常為10～20 m。只有當(dāng)二次場(chǎng)電位差讀數(shù)過小，不能保證觀測(cè)精度時(shí)，才適當(dāng)加大極距LMN。

3.4 電極A到井口距離的選擇(r)

一般來說，r愈大，方位測(cè)量的探測(cè)范圍就愈大，但并非呈簡(jiǎn)單的正比關(guān)系。實(shí)際工作中應(yīng)根據(jù)兩種情況選擇最佳距離r：有利于獲得最明顯的井中激電異常；有利于獲得最顯著的方位差別。

根據(jù)r與球體激電異常幅值之間的關(guān)系(圖4)可以看出：①當(dāng)r=d時(shí)，球體視極化率值最大，二次場(chǎng)值(ΔV2)異常反映最明顯；②而對(duì)于視極化率曲線來說，由于井軸上極化場(chǎng)隨r增大而衰減的速度要比二次場(chǎng)隨r增大而減小的速度大得多，故視極化率異常幅度隨r增大而增加。因此，當(dāng)選擇視極化率為主要參數(shù)時(shí)，在保證讀數(shù)精度的條件下，應(yīng)當(dāng)盡量選用較大r值。

3.5 方位數(shù)的選擇

當(dāng)r=0時(shí),地-井曲線是必測(cè)的，目的是為了取得視極化率的背景值、發(fā)現(xiàn)井底盲礦和進(jìn)行對(duì)比解釋(黃智輝，1979；郭剛，1996)。最基本的方位測(cè)量組合方式為：在主剖面上進(jìn)行主、反方位及r=0這三條地-井方式的測(cè)量。同時(shí)在垂直主剖面的方位上做一條輔助方位測(cè)量。為了便于將不同方位的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，各A極方位的r值應(yīng)相等，測(cè)量裝置及供電電流強(qiáng)度也應(yīng)力求相同。

3.6 B極距離rB的選擇

B極(圖5)至井口的距離rB必須足夠大，距離過小會(huì)影響勘探深度和探測(cè)范圍，使異常曲線發(fā)生畸變而造成推斷解釋上的困難。B極距離過大也會(huì)給工作帶來不便，而且無(wú)此必要?！毒屑ぐl(fā)極化法技術(shù)規(guī)程》要求rB>3r(中華人民共和國(guó)國(guó)土資源部，2016)，結(jié)合實(shí)際測(cè)量地形條件限制，rB選定為600 m。

本次裝置試驗(yàn)采用兩套參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)研究(圖6)。虛線實(shí)驗(yàn)參數(shù)：LMN/2=5 m,rB=600 m，r=200 m，測(cè)量點(diǎn)距為10 m。實(shí)線實(shí)驗(yàn)參數(shù)：LMN/2=10 m，rB=600 m，r=200 m，測(cè)量點(diǎn)距為20 m。

結(jié)果顯示(圖6)，大極距探測(cè)范圍大，曲線由于平均作用變得平滑，因而不能詳細(xì)分層，但有利于了解巖礦層的電性和選取背景。小極距由于探測(cè)范圍小，它能很好地反映出礦層中的局部不均勻性(夾層)，從而可詳細(xì)分層。因此本次地-井式井中激電測(cè)量裝置在局部蝕變巖地段即測(cè)量的重點(diǎn)地段采用虛線實(shí)驗(yàn)參數(shù)，在圍巖地段采用實(shí)線實(shí)驗(yàn)參數(shù)。

4 地-井式激電異常特征研究

圍繞向陽(yáng)坪鈾礦床兩個(gè)主要黃鐵礦化含礦蝕變構(gòu)造F9、F10揭露的3個(gè)鉆孔進(jìn)行地-井式井中激電測(cè)量(圖7)，主要探測(cè)F9、F10構(gòu)造帶黃鐵礦化蝕變帶的延伸情況。

4.1 ZK0-16激電異常特征

選擇在已知剖面0號(hào)線鉆孔ZK0-16進(jìn)行井中激電測(cè)量，測(cè)量方位Ra分別為主方位272°、反方位95°、側(cè)方位202°。當(dāng)r=0時(shí)，井中激電測(cè)量曲線(圖8c)顯示在孔深140～160 m處井中激電曲線呈現(xiàn)低阻高極化，鉆孔在該段揭露到多條黃鐵礦化脈體，有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。淺部的碎裂巖未有異常反應(yīng)。

綜合分析測(cè)量方位Ra為272°、95°、202°時(shí)三條井中激電測(cè)量曲線(圖8b)異常特征。在孔深140～160 m處主方位曲線在黃鐵礦化碎裂巖部位呈現(xiàn)上正下負(fù)的“反S形”；反方位特征曲線在黃鐵礦化碎裂巖部位呈現(xiàn)異常減弱，特征曲線形態(tài)是上負(fù)下正的“正S形”，大致符合有限延伸向井傾斜厚板模型；主方位與側(cè)方位測(cè)量曲線同步性較好，位置出現(xiàn)少許位移，表明黃鐵礦化沿構(gòu)造傾向往深部及走向上往東向可能有較好的連續(xù)性，深部可能存在較好的極化體。主方位與反方位測(cè)量曲線差異較大，表明含有黃鐵礦化的蝕變巖沿構(gòu)造傾向往淺部可能存在尖滅現(xiàn)象。

4.2 ZK7-4激電異常特征

7號(hào)線鉆孔ZK7-4井中激電測(cè)量方位Ra分別為主方位272°、反方位95°、側(cè)方位202°。當(dāng)r=0時(shí)，井中激電測(cè)量曲線(圖9a)顯示在孔深90～150 m井中激電曲線呈現(xiàn)低阻高極化，鉆孔在該段揭露到多條黃鐵礦化脈體，有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。在赤鐵礦化蝕變巖地段，井中激電測(cè)量視極化率曲線未有明顯的異常反應(yīng)，表明赤鐵礦化蝕變帶極化率響應(yīng)較低。

綜合分析測(cè)量方位Ra為272°、95°、202°時(shí)三條井中激電測(cè)量曲線(圖9c)異常特征。主方位曲線在黃鐵礦化碎裂巖部位呈現(xiàn)上正下負(fù)的“反S形”，當(dāng)板狀體延伸越大，主方位上的特征曲線正異常區(qū)沿其延伸方向伸展也越大，深部可能存在較好的極化體；反方位特征曲線在黃鐵礦化碎裂巖部位呈現(xiàn)異常為負(fù)，特征曲線形態(tài)是上負(fù)下正的“正S形”；側(cè)方位特征曲線在黃鐵礦化碎裂巖部位與正方位的特征曲線形態(tài)近似，初步推斷沿該側(cè)方位的構(gòu)造蝕變巖延伸穩(wěn)定。

4.3 ZKD7-4激電異常特征

D7號(hào)線鉆孔ZKD7-4井中激電測(cè)量方位Ra分別為主方位272°、反方位95°、側(cè)方位202°。當(dāng)r=0時(shí)，井中激電測(cè)量曲線(圖10a)顯示在孔深140～160 m井中激電曲線呈現(xiàn)低阻高極化，鉆孔在該段揭露到多條黃鐵礦化脈體，有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。但在500 m后面視電阻率發(fā)生畸變，逐步變高。

綜合分析測(cè)量方位Ra為272°、95°、202°時(shí)三條井中激電測(cè)量曲線(圖10c)異常特征。主方位曲線在黃鐵礦化碎裂巖部位的底部呈現(xiàn)上正下負(fù)的“反S形”；反方位特征曲線在黃鐵礦化碎裂巖部位的底部呈現(xiàn)異常為負(fù)，特征曲線形態(tài)是上負(fù)下正的“正S形”；側(cè)方位特征曲線峰值在正方位的上方，且峰值比正方位大，表明構(gòu)造蝕變巖沿走向及傾向延伸發(fā)生了一定的變化，且構(gòu)造規(guī)模沿該方位可能變大。當(dāng)孔深超過500 m，由于供電信號(hào)急劇減弱，視電阻率發(fā)生畸變，因此井中激電測(cè)量數(shù)據(jù)真實(shí)性有待研究。

5 結(jié)論

地-井式激電測(cè)量在井中物探領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景，文中結(jié)合實(shí)際地質(zhì)、鉆孔和物探等資料研究了不同方位的激發(fā)極化曲線特征，對(duì)礦體的方位和延伸情況進(jìn)行了預(yù)判，對(duì)礦體賦存情況進(jìn)行了綜合分析。

(1)地-井激電測(cè)量在黃鐵礦化蝕變巖地段異常反映強(qiáng)烈，在赤鐵礦化蝕變巖地段未有明顯的異常反應(yīng)，反映出該方法在含黃鐵礦化蝕變的構(gòu)造巖中測(cè)量更為有效。

(2)黃鐵礦化在激電異常中的特征為：主方位特征曲線呈現(xiàn)上正下負(fù)的“反S形”，反方位特征曲線呈現(xiàn)上負(fù)下正的“正S形”。

(3)側(cè)方位特征曲線能夠判斷構(gòu)造蝕變巖沿在走向及傾向上的變化。

(4)激電特征曲線中的正負(fù)異常區(qū)大小能夠判斷深部板狀體的延伸情況。

(5)由于受鉆孔偏斜影響，激電特征曲線的異常反應(yīng)位置與實(shí)際鉆孔存在一定偏差。