視金屬因素在激電異常解釋中的應用

區小毅， 黎海龍， 陸懷成， 梁永達

(廣西壯族自治區地球物理勘察院，柳州　545005)

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視金屬因素在激電異常解釋中的應用

區小毅， 黎海龍， 陸懷成， 梁永達

(廣西壯族自治區地球物理勘察院，柳州545005)

摘要：多年以來，激發極化法被廣泛應用于金屬礦產勘探的普查、詳查和異常評價工作當中，比較明顯的激電異常總是與巖(礦)石中存在電子導體的石墨或金屬礦化有密切關系。為了突出與金屬礦化關系密切的激電異常、壓制干擾因素影響，引入了視金屬因素參數來提取激電異常的二次信息，通過應用實例論證，該激電參數二次信息能夠較好地評價激電異常，對推斷解釋有一定的指導作用。

關鍵詞：激發極化法； 視金屬因素； 激電中梯； 激電測深

0引言

一般情況下，在激發極化法工作中常常只研究采集到的視電阻率和視極化率兩種原始參數，但隨著經濟建設的發展，激電工作中除了要面對炭質巖(層)或其他一些礦化、礦染等非礦致異常的干擾以外，還會受到工業電流、高壓電線、人文建筑等干擾，這些都會使得激電異常變得更為復雜，當激電異常變得較為復雜或激電異常較為微弱的情況，就會影響地質、物探工作者對礦致異常解釋、評價的準確性和可靠程度。如何減少激電異常的多解性，更加準確地區分礦與非礦激電異常，一直是地球物理工作者需要深入研究、探討的重要課題，這里應用視金屬因素這一參數來提取激電弱異常，并能在一定程度上對干擾影響進行有效壓制，取得了較好的效果[1-3]。

1方法原理

1.1激發極化法基本理論

人們在進行電阻率法測量時，常常發現在向地下地質體(巖、礦石)供入穩定電流的情況下，可觀測到地面上兩個測量電極的電位差△V(t)隨時間緩慢增加，經過一定時間后逐漸趨于穩定(飽和值)；在斷開供電電流后，會發現電極間的電位差在最初一瞬間快速衰減，之后衰減速度變慢，經過幾十秒鐘甚至幾分鐘后衰減至零(圖1)。這種在向地下巖(礦)石供電及斷電過程中，由于電化學作用引起的隨時間緩慢變化的附加電場的現象稱為激發極化效應，它是目前尋找金屬礦產最為有效的一種地球物理勘探方法[4]。

圖1　巖(礦)石充放電曲線示意圖Fig．1　Rock(ore) charge-discharge curves schematic

1.2視金屬因素的物理意義

視金屬因素(Js)是在激發極化法中的兩個基本測量參數即視電阻率(ρs)和視極化率(ηs)的基礎上，提出的能綜合反映巖(礦)石激電和導電性特征的參數。在激發極化法中，視充電率(Ms)表達為式(1)。

(1)

式中：△V1為一次場電位差;V2(t)為二次場電位；I為供電電流；K為裝置系數；t2-t1為積分時區；Js為視金屬因素,×10-3(Ω·m )-1。

在時間域中有：

J(T,t)=η(T,t)/ρ(T)

(2)

式中，T、t、η、ρ分別為供電時間、測量延遲時間、視極化率和視電阻率。

在頻率域中有：

J(fd,fg)=F(fd,fg)/ρ(fd)

(3)

式中:F(fd,fg)為頻散率;fd、fg分別為低頻和高頻。根據激發極化法的理論，激電異常單一性較強，地形起伏、覆蓋層厚度變化以及圍巖或覆蓋層導電性不均勻等因素一般不會引起激電假異常。視金屬因素(Js)是通過激發極化法的原始觀測參數計算所得，可視為該方法的二次信息，能夠更好地突出與電子導體有關的低阻極化體異常[5-7]。

1.3正演模擬計算

作者設計一個三層大地層狀地電斷面模型，利用中國地質調查局與中國地質大學共同開發的RGIS2010重磁電數據處理軟件進行一維激電參數正演模擬計算，正演模型參數具體為：使用從3.5 m～2 250 m等18個AB/2供電極距，第一層視電阻率為100 Ω·m，層厚度為20 m，視極化率為2%；第二層視電阻率為50 Ω·m，層厚度為50 m，視極化率為5%；第三層視電阻率為500 Ω·m，視極化率為2%。正演模型示意圖如圖2所示，正演計算得到的結果如圖3所示。

圖2　正演模型示意圖Fig．2　Schematic of forward model

圖3　正演模擬計算結果圖Fig．3　Figure of forward simulation results

從圖3可以看出，正演計算得到的視電阻率呈現與模型一致的“H型”曲線特征，視極化率曲線呈現“K型”特征，視極化率曲線對高極化層反映相對明顯，而視電阻率曲線對低阻層的反映則不明顯；通過計算該模型的視金屬因素得到圖3中黑色曲線，可以看到，其數值幅值突變明顯，對低阻高極化層的反映較其他兩種激電參數而言相當明顯，且反映的層范圍也較為準確，由此可知，視金屬因素對于低阻高極化異常能夠取得較好的評價效果。

2應用實例

2.1工區概況

2.1.1地理自然概況

工作區位于廣西壯族自治區中部某地，區內以低山丘陵地貌為主，溪流較為發育，大小河流常年有流水；該地屬亞熱帶季風氣候區，夏季炎熱多雨，冬季較溫暖，全年平均氣溫18℃～22℃，年均降雨量在1 361 mm～2 000 mm之間，雨水充沛；工區離縣城約50 km，有一條省道和多條縣級公路從西部通過，區內簡易公路四通八達，交通十分便利。

2.1.2地質概況

區內大部分地區被第四系覆蓋，出露的地層由老到新依次有：泥盆系下統那高嶺組(D1n)細砂巖，郁江組(D1y)砂巖、泥質粉砂巖，二塘組(D1e)生物灰巖、白云巖，官橋組(D1g)中厚層狀細-粉晶白云巖夾少量灰巖，大樂組(D1d)粉砂質泥巖、灰巖、泥質灰巖互層或夾層，第四系(Q)亞粘土、粘土及砂礫石；工區地處華南板塊南華活動帶的來賓凹陷帶與大瑤山隆起的交界部位西北部，區域上主要發育有NNE、SN、NW向三組斷裂構造帶，工區為一單斜構造區內主要發育有NNE和NW向兩組斷裂構造。工區地質概況及激電中梯測線布置圖如圖4所示。

工區圍巖蝕變較強，主要類型為硅化、重晶石化、方解石化、白云石化、黃鐵礦化和鉛鋅礦化等，它們與鉛鋅礦化有密切關系，其中重晶石化和白云石化與成礦關系最為密切，是尋找鉛鋅礦的主要找礦標志。另外，工區內未發現有巖漿巖出露，但在附近的一個礦區發現有小型輝綠巖脈和煌斑巖脈分布，因而工區內的巖(礦)石有可能受到巖漿巖活動的影響[8]。

圖4　工區地質概況及激電中梯測線布置圖Fig．4　Geological survey and the work area of the gradient induced polarization survey line layout

2.2找礦標志

1)地層巖性標志。下泥盆統二塘組下段白云巖(上倫白云巖)為區內主要賦礦層位，該層位是本區尋找層狀、似層狀鉛鋅礦(化)體的地層標志。

2)構造標志。區內分布的桐木斷裂及同庚斷裂兩條復合性斷裂及其旁側派生的次級小斷裂以及一些層間破碎帶是本區主要的控礦、賦礦構造。

3)地球化學標志。本區Pb、Zn、Cu等元素的化探組合異常區是本區尋找鉛鋅礦的重要地球化學標志。

4)直接找礦標志。區內民采重晶石、銅、鉛鋅礦已有一定時段，故有民采礦坑或民采坑道分布地段、礦體露頭分布地段也是本區找礦的重要標志，擁有較強硅化、重晶石礦化蝕變的部位也是本區重要的找礦標志。

2.3地球物理前提

物性工作主要是利用小對稱四極裝置對工區內采集的巖(礦)石標本進行物性測量，采集的巖(礦)石標本主要有泥巖、砂巖、白云巖以及礦化白云巖，物性測量統計結果見表1。

表1　工區巖(礦)石標本物性測量參數統計表

從表1可知，泥巖、砂巖及白云巖的視電阻率相對較高，其中白云巖的視電阻率最高，平均值達到5 540 Ω·m，礦化白云巖的視電阻率相對最小，平均值只有1 440 Ω·m；泥巖、砂巖及白云巖的視極化率則相對較低，平均值在0.56%～1.75%范圍左右，而含礦(化)的白云巖的視極化率平均值則達到9.85%，礦化白云巖相對于圍巖或其他巖石具有較為明顯的低阻高極化和高視金屬因素特征，因此，在本區開展激發極化法具有良好的地球物理前提。

2.4方法技術

巖(礦)石的物性差異是進行地球物理勘探的充分必要條件，從上述工區物性資料可知，礦化白云巖相對于圍巖或其他巖石具有較為明顯的低阻高極化特征。所以物探勘查工作以激電中梯測量為主，在圈定的異常區(段)輔助以一定工作量的激電測深工作：在面積約2 km2的工作區內開展200 m×20 m網度的激電中梯掃面工作，并在異常區(段)布置了約50個激電測深點，點距為40 m。

激電工作采用加拿大生產的GDD大功率直流激電儀，可同時測量得到視電阻率和視極化率兩個參數。正式工作前期，在工區內進行了一條方法試驗性剖面測量，試驗結果為依據，在以能夠突出激電異常和提高工作效率的原則下，確定了本次激電中梯測量的裝置參數：采用10 kw大功率發電機供電，供電極距AB=1 600 m，供電時基為2 s，最大供電電流達到將近3 A，MN=20 m，一次電位延時為100 ms，二次電位積分為200 ms，觀測范圍在AB中部的2/3地段。供電電極采用多條錫箔紙呈扇形并聯布設并澆灌大量濃鹽水，測量電極采用固體不極化電極并在放置電極處刨坑，工區第四系覆蓋廣泛，電極接地條件相當良好，完全滿足相關規范要求。

3成果解釋評價

3.1激電中梯測量

對工區內其中一小范圍的測區進行詳細研究，具體測線布置如圖4所示，測線以盡量垂直主要構造、結合測區實際情況按照東西向進行布置[9]。

圖5為測區激電中梯測量綜合成果圖。視電阻率、視極化率曲線是最原始的測量結果，該成果圖可根據異常的完整性和連續性在平剖圖上較為直觀地表達出來。從圖5(c)可以看出，測區中部視電阻率相對較低，兩側電阻率明顯增大；視極化率在東部相對較低，往西部呈平緩升高的趨勢，只是在西南部存在幾處跳躍較大的極值。

由圖5(a)可見，測區視電阻率的平面特征與平剖圖的整體特征大同小異，結合地質成果能夠明顯地看出，東西兩側的高阻分別反映了郁江組和二塘組上段地層，中間低阻反映了二塘組下段地層，測區中的高低阻梯度帶恰好與區內兩條北東向斷裂構造帶十分吻合，但南部的南部的北西向斷裂則表現得不那么明顯；測區東部視極化率相對較低，中西部呈現平緩的相對高值異常，測區西南角呈現較大范圍的高極化異常，視極化率異常與斷裂構造表面上關系并不十分密切。

為了進一步確定異常區域(段)，更為準確地評價低緩異常區的激電異常，引入了視金屬因素參數來提取激電二次信息。由圖5(d)可見，測區東、西兩側數值相對較低，測區中部呈現一與F2斷裂基本平行的北東向異常帶且連續性較好，推斷該異常帶與F2斷裂構造帶關系密切；

測區西南角的視極化率高值區域范圍有所減小，分割為兩個相對獨立的異常區，這兩處與現在正在開采的民窿對應良好，說明了視金屬因素參數能夠將低緩異常帶較為明顯地突出出來，且與已知的異常對應較好，證實了其有效性和可靠性。

3.2激電測深

由于測區東側地形條件較為復雜且接地條件并不理想，所以本次激電測深工作采用三極測深裝置，最小AB/2=10 m，最大AB/2=1 000 m；最小MN/2=2 m，最大MN/2=40 m；無窮遠極OC>5AO(AB/2)達到5 km，具體測深極距如表2所示。

表2　激電測深極距對應關系表

由圖6(a)中可見，激電中梯視電阻率曲線呈現中間低兩端高、視極化率曲線呈現中間高兩端低的特征，且視極化率曲線左陡右緩，視電阻率值范圍約幾十歐姆米至七百多歐姆米，視極化率值范圍約0.5%～2%，與圖6(b)和圖6(c)中AB/2=320 m～400 m極距的測深結果對應較好；圖6(a)中低阻范圍較大，測段小號測段由淺到深、大號測段中深部(AB/2=60 m～400 m)呈現兩個低阻異常區，在淺部(AB/2<60 m)中、大號測段呈現明顯高阻異常；圖6(c)中高極化異常范圍也較大，測段中部由淺到深呈現較為明顯的近直立的高極化異常，從淺到深有三個高值圈閉異常且數值依次有所減小。

圖5　激電中梯測量綜合成果圖Fig．5　Induced polarization measurements in the consolidated results of the ladder diagram(a)視電阻率平面等值線圖;(b)視極化率平面等值線圖;(c)激電中梯平面剖面圖;(d)視金屬因素平面等值線圖

通過上述分析可知，原始的視電阻率和視極化率圖異常范圍較大、異常較為平緩，從中我們較難劃分出比較明顯的異常形態，難以對測量結果作出較為準確、可靠的評價。因此，應用視金屬因素參數提取出激電異常二次信息得到圖6(d)的結果，從圖6(d)中可以看出，視金屬因素異常主要分布在中淺部(10 m

圖6　激電測深綜合剖面圖Fig．6　IP sounding integrated cross sectional view(a)視電阻率、極化率曲線圖;(b)視電阻率擬斷面圖;(c)視極化率擬斷面圖;(d)視金屬因素擬斷面圖

4結論

1)一般情況下，激電中梯測量中對于低阻板橫向中梯的ηs異常，遠大于縱向中梯的ηs異常，對于高阻板縱向中梯的ηs異常，明顯大于橫向中梯的ηs異常；激發極化法中的極化率異常可分為兩類：①高阻礦物蝕變占主導地位的高阻高極化異常；②破碎或低阻巖礦物占主導地位的低阻高極化異常。因而，在異常解釋、評價中有突出良導極化體的視金屬因素(Js)和突出高阻極化體的視激電率(Gs)兩個參數。

2)通過這里研究可知，開展面積性的大功率激電中梯測量能夠從宏觀上較好地了解、掌握工區地下的整體地電特征和激電特征，結合相關地質、化探資料后有助于技術人員圈定成礦有利地段；對于某些激電弱異常區或地電特征復雜地段原始激電參數效果不佳，難以做出較為準確的定性解釋，在這些情況下，應用視金屬因素參數提取激電二次信息，能夠更好地突出低阻激電異常區(段)，一定程度上提高了激電解釋的準確性和可靠程度。

3)實例中通過綜合分析物探成果，激電平面等值線圖圈定了測區中部一條北東向的激電異常帶，輔助以激電測深工作了解、控制了礦(化)異常在縱向上的發育和延伸情況；視金屬因素斷面圖顯示有兩條層狀、似層狀的激電異常，地質工作已經對淺層的異常帶有了較好地控制，通過激電工作推斷深部還存在一層狀異常，為將來進一步的地質和鉆探相關工作打下基礎。

4)在實際工作中由于地形起伏、圍巖或覆蓋層導電性不均勻等因素的影響，會造成觀測得到的原始數據形成假異常，這種情況下應用視金屬因素參數也無助于壓制炭質或石墨這類低阻高極化非礦異常的干擾。因此，視金屬因素參數的應用存在一定的弊端和局限性，在今后的工作中要持著謹慎的態度、根據實際情況加以應用。

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收稿日期：2015-03-05改回日期：2016-02-15

作者簡介：區小毅(1986-)，男，工程師，主要從事地球物理勘探的研究和工作，E-mail:15594097@qq.com。

文章編號：1001-1749(2016)03-0340-07

中圖分類號：P 631.3

文獻標志碼：A

DOI：10.3969/j.issn.1001-1749.2016.03.08

The application of the metallic ratio parameter in the interpretation of IP anomaly

OU Xiao-yi, LI Hai-long, LU Huai-cheng, LIANG Yong-da

(Guangxi Geophysical Investigation Institute, Liuzhou545005, China)

Abstract:Over the years, induced polarization (IP) method was widely used in the work of metal mineral exploration, detailed investigation and abnormality evaluation, which is always a closely related to the obvious IP anomaly with the rock (ore) containing graphite or metal mineralization. To highlight the metal mineralization closely related with IP anomaly and to suppress the interference factors, people introduce the metallic ratio parameter to extract the secondary information of IP anomaly. This could evaluate the IP anomaly better and has some guidance for inference and interpretation. In this paper, the authors use the metallic ratio parameter in an example of specific job for a detailed discussion.

Key words:induced polarization; the metallic ratio; IP intermediate; IP sounding