相位激發極化法在多寶山礦產遠景調查中的應用效果

2013-10-29 01:10:12龔勝平丁衛忠王明明王曉東李祥新

物探化探計算技術 2013年5期

龔勝平，丁衛忠，王明明，王曉東，李祥新

（1.中國地質科學院地球物理地球化學勘查研究所，河北廊坊 065000；2.河北省區域地質礦產調查研究所，河北廊坊 065000；3.河北省地球物理勘查研究院，河北廊坊 065000）

0 前言

激發極化法，按照供電電流性質的不同，有直流（時間域）激電法和交流（頻率域）激電法之分。實踐證明，激電法是勘查各類金屬礦產的重要方法。在國內用于金屬礦產的勘查大多采用較為成熟的時間域激發極化法［1－2］。頻率域極化法勘查主要采用雙頻或多頻測量，通過計算視頻散率等參數來進行地質解釋，而應用相位激電法進行礦產普查的應用相對較少。

相位激發極化法（簡稱相位激電法）作為頻率域激發極化法的一種方法，具有儀器裝備輕便、抗干擾能力強、可觀測研究的參數多等優點，可通過觀測電壓與電流的相位移來獲得地下異常體的極化特征［3－4］。目前國內、外可供測量相位參數的儀器主要有：陣列相位激電儀［5－6］、FX－1幅相儀、V8電法工作站、GDP－32Ⅱ等電法測量系統。

黑龍江多寶山地區礦產資源豐富，是我國東北地區重要的斑巖型銅礦產地，目前已發現了包括多寶山、銅山等大型斑巖銅礦床及各種中小型矽卡巖型鐵銅礦床、熱液型金礦床。地調局于2008年下達了在多寶山礦床東南部開展礦產遠景調查的任務。項目承擔單位完成了八個圖幅的地質、磁法、電法、土壤測量等工作，根據成礦條件和找礦標志圈定了找礦重點遠景區。在此期間，利用各種找礦儀器開展了方法試驗，其中將相位激電作為本次特殊景觀條件下大面積物探測量工作中的新方法，進行了效果試驗。共完成了二龍山村等八個圖幅的1∶50 000相位激電掃面試驗工作及1∶10 000的異常檢查工作。作者將其中的一處異常重點檢查區作為方法有效性實驗區，對比相位激電與直流激電掃面測量及測深結果，分析將該方法應用于礦產勘查中揭示平面異常及異常賦存空間的有效性。

1 調查區地質背景

多寶山遠景調查區位于西伯利亞板塊南緣早古生代陸緣增生帶與華北地臺北緣增生帶（即興蒙造山帶）的東段，大興安嶺湖盆系之扎蘭屯－多寶山島弧帶與孫吳上疊構造盆地過渡帶附近。南側為松嫩地塊、北側為額爾古納地塊。測區地質演化歷史漫長，地質構造復雜、火山作用和巖漿活動頻繁，各時期地層、侵入巖均有出露，區域構造方向為北東向。根據基礎地質和礦產產出情況來看，區內具有形成金屬非金屬礦床的地質背景與成礦條件。根據中國成礦區帶劃分圖，調查區橫跨吉黑成礦省和內蒙大興安嶺成礦省，其中主要區域分布在吉黑成礦省。以額爾齊斯－佐倫－黑河縫合線為界，東南部屬于小興安嶺－張廣才嶺－哈達嶺（吉林）太古宙、晚古生代、中生代金銅鎳銀鉛鋅石墨成礦帶的一部分，該成礦帶分布有小西林、昆侖氣；翠宏山、紅旗山；林海、鬧枝溝，庫源、大西林；大黑山、吉昌；紅旗嶺、溧河川、茶興嶺等鉛鋅銅鉬鎳等多金屬礦床。縫合線西北部屬于大興安嶺北段晚古生代、中、新生代鉛鋅銀金鐵（錫）煤（油氣）礦床成礦帶，分布有銅山、小多寶山、謝爾塔拉、梨子山、塔爾其、三礦溝、關烏河、古利庫等銅鉬鐵鋅金銀等多金屬礦床。

所選的實驗區覆蓋厚度一般在1m～3m之間，局部大于3m，屬典型的淺覆蓋地質調查區。地質圖如圖1所示。侵入巖為海西晚期閃長巖和斜長花崗巖。二疊紀巖漿侵入活動規模最大，分布面積最廣。區內出露有古生代、中生代火山巖。變質巖主要為古生代地層的區域變質巖和其與侵入巖接觸而形成的接觸變質巖，主要為五道嶺組（P2w），多具片理化，有銅、鉛、鋅礦化。

2 物性特征

根據多寶山銅礦礦帶巖心物性參數統計顯示，礦化巖石、碳質板巖具有高極化特征，其中碳質板巖呈高極化低阻特征，黃鐵礦礦化凝灰巖呈中等極化中等電阻率特征，礦化花崗閃長巖、安山巖呈中等極化高阻特征，當礦化為浸染狀時含銅品位越高的礦石電阻率往往有增大的趨勢。礦石標本極化率一般在8%～12%之間，電阻率大于2 000Ω·m，當礦石為致密塊狀時極化率可達63%，礦帶外圍黃鐵礦化巖石個別標本極化率也可達到73%以上。

研究區標本的電性參數列于表1。從表1可以看出：高電阻率巖石為流紋巖、安山巖、安山玢巖、板巖；花崗閃長巖、凝灰巖具有中等電阻率；而變質粉砂巖為低電阻。相位參數表明，安山巖變化范圍最大，從－12.8marad到3mrad；流紋斑巖和流紋巖次之，相位值從小于－6mrad到2mrad不等；其它巖石的相位值變化范圍較小，一般在0mrad附近波動，波動范圍不超過5mrad。無論變化范圍大小，這些巖石的常見相位值都在0mrad左右，反映了該區域進行相位測量的背景。

3 方法應用

3.1 方法原理

相位激電法通過供電電極向地下供入某一頻率的低頻電流，激發地質體產生諧變異常場。通過同步測量電極間的諧變電位差，獲取電場電位差相對于供電電流的相位移（φs）以及視電阻率（ρs）。

視電阻率ρs（f）通常表示為［3］：

其中 K為裝置系數；f為工作頻率。

式（1）即為視電阻率，式（2）為測量的視相位值。

相位激電法測量的是電場電壓與供電電流之間的絕對相位差，根據相應裝置利用電位差計算視電阻率，繼而利用視電阻率和實測相位參數進行地質解釋。

在低頻工作條件下，相位差反映地質體極化特性，與極化率存在對應關系。地質體極化率越高，相位差越大。因此，利用相位激發極化法研究和測定這種相位差，能夠確定地下導體是否存在，以便達到礦產勘查的目的。

3.2 勘查效果

工作中使用的儀器為物化探所產FX－1型幅相儀，儀器由接收機、發射機、升壓器、供電電源（12V密封式鉛酸電瓶）組成。供電電極為不銹鋼電極；測量電極為氯化鉛固體不極化電極。儀器的同步方式采用GPS同步方式控制。考慮勘探深度、分辨能力、異常幅值與電磁耦合等因素，通過試驗確定采用的工作頻率f＝0.25Hz，供電電流約為400mA。面積測量采用偶極裝置AB＝MN＝a＝40m，隔離系數n＝2。測量網度按1∶10 000比例要求采用100＊20m。執行標準為DZ／T0070－93《時間域激發極化法技術規定》。測量的視相位總均方誤差為0.46mrad，視電阻率均方相對誤差為5.16%，符合規范要求。

為驗證儀器與方法的有效性，在實驗區開展了大功率直流激電法的測量，采用中間梯度裝置。使用的儀器為DJF10－1A型大功率激電儀。布置AB極距為2 000m，MN ＝40m。發射電流6.5A，供電時間2s，延遲時間100ms，積分時間100ms；測量信號用不極化電極提取。測點與相位激電法同一點位。執行技術標準為《時間域激發極化法技術規定》（DZ／T0070－1993）。

在測區測量所得相位激發極化法成果圖如圖2所示，直流激電法成果圖如圖3所示，由圖2與圖3對比可以看出：

（1）兩者所反映的激電異常分布相似，視相位異常區與激電中梯視極化率異常區吻合。

兩種方法在發射極距上存在著較大區別，勘查深度因此有所不同，但是反映的平面異常部位與形態仍大體一致。這說明相位激電能在揭示異常體平面分布上與直流激電方法取得較為一致效果。

（2）兩種方法反映的視電阻率高低分布由于勘查深度的不同而存在一些差異，但測量效果也有一致性。

相同之處在于測區中的龍江組安山玢巖的高阻特征反映相同，其它部位視電阻率相對大小的反映也大致相同。不同點主要表現在相位激電反映的視電阻率高低異常較直流激電明晰；直流激電測量的視電阻率值整體較相位激電小。這主要是由于測量所反映的地質體深度不同及儀器間的標定不同而引起的；直流激電由于測量深度較深，巖體的體積效應更明顯。測區中南部為二疊系花崗巖分布區，呈現高阻（大于900Ω·m）弱極化（16mrad左右）電性特征；測區中西部五道嶺組和甘河組分布區呈現中等電阻值（700Ω·m左右）弱極化（20mrad左右）的電性特征。通過探槽取樣，揭露后者所見巖性為角巖化流紋質凝灰巖及絹云長英角巖，所見蝕變為角巖化、絹云母化。對Au、Ag、Cu、Pb、Zn、Mo等六種元素的分析結果較低。通過地表驗證可見，該處的異常是由熱液接觸變質及低溫熱液蝕變引起的，而非由礦化引起。

表1 多寶山礦產遠景調查區巖石電性統計表Tab.1 Rock electrical statistics table of metallogenic prospective survey experimental area in Duobaoshan

（3）測區中北部的異常區位于測區中部二疊系花崗閃長巖與五道嶺組、光華組接觸部位，由多條帶狀異常組成，屬低阻高極化異常類型，相位異常值高達90mrad以上。異常區南側有一個鉬礦化點，推測該異常有較高的找礦前景，值得進一步的研究。

為查明異常形態，針對具有找礦前景的中北部異常，進一步開展了相位激電測深工作。采用的裝置參數如下：a＝40m，n＝1、2、3；a＝100m，n＝1、2、3。測深剖面布置位置如圖2（a）所繪兩條平行的剖面線L1、剖面線L2所示。測量點距20m。剖面L1的測量數據的相位及電阻率反演斷面圖如圖4、圖5所示。剖面L2的測量數據的相位及電阻率反演斷面圖如圖6、圖7所示。

3.2.1 剖面L1解譯

從剖面L1成果圖可以看出：在相位激電測深中，由于較密的點距和偶極－偶極裝置特點，橫向分辨率較好，反映出的地質體結構形態清晰。從相位與電阻率成果圖看出異常體傾角約為45°，異常體有向地下延伸的趨勢，另外也可以映證地下異常體具有低阻高極化特征。

3.2.2 剖面L2解譯

剖面L2位于L1平行方向，反應的異常形態有相似之處，說明了相位激電在揭示地質體上的穩定可靠性。而從相位與電阻率值來看，異常在該剖面上有所減弱，這是由于剖面已經距異常中心較L1剖面遠的緣故。

通過在該異常區域進行探槽取樣，揭露所見巖性為輕微碎裂二長花崗巖，所見蝕變為絹云母化、碎裂巖化，所取化學樣及原巖光譜樣通過對Au、Ag、Cu、Pb、Zn、Mo等六種元素的分析，Au含量最高為0.1×10－6、Ag含量最高為6.27×10－6，其余四種元素含量較低。通過地表驗證，可見該處的異常是由低溫熱液蝕變作用及Au、Ag兩元素的高含量值引起的，但地表未達到礦化。

由此可見，相位激電方法在礦產勘查面積性測量與測深工作中都能起到較好的效果，對異常的分布及形態特征都能具有較為理想的勘查結果。開展面積性測量時，儀器輕便快捷、工作效率高、抗干擾能力強、反映的異常清楚，效果不弱于直流激電法。

開展測深工作時，與大功率激電測深相比，相位激電的功率要小的多，測量的深度也相對較淺。但是相位激電測深具有分辨率高，揭示異常形態明晰的特點。另外該方法工作效率高，在工作過程中只需5人－6人即可完成工作。因此，相位激電方法具有較好的應用前景，值得推廣該方法的應用。