激發極化法在地質勘查找礦中的應用效果
——以阿克塞化石溝銅礦、肅北紅山井鉬礦及肅北敖包山晶質石墨礦普查勘探為例

（甘肅省地礦局第四地質礦產勘查院，甘肅 酒泉 735000）

據研究機構預測，未來5～10年，是我國以能源革命促進供給側結構性改革、推動經濟持續健康發展的關鍵時期，也是全球新一輪科技革命和產業變革從蓄勢待發到群體迸發的關鍵時期。而從原材料角度看，以制造業為主并向高端制造業演進的經濟結構仍將導致更多能源消耗。

銅具有良好的導電性和延展性，被廣泛應用于電氣、輕工、機械制造、建筑工業、國防工業等領域。根據最新數據，目前全球銅資源儲量在7.2億噸，中國銅礦查明資源儲量為1.02億噸。而在最近10年，中國銅消費量約占全球總消費的40%，銅礦自給率低下，嚴重依靠進口。

鎢鉬為耐高溫的金屬，具有良好導熱、導電、低熱膨脹系數、高溫強度、低蒸氣壓和耐磨等特性，是電子電力設備制造業、金屬材料加工業、玻璃制造業、高溫爐件結構部件制造、航空航天和國防工業應用的重要材料。

石墨是制備石墨烯的原料，具有耐高溫、導電、導熱性，還可用做潤滑劑，常溫下化學性質穩定，具抗熱震性，廣泛用于冶金、機械、耐火、電器電子、環保、新能源汽車、航空航天、國防等工業領域，是支撐高新技術發展的戰略物資。目前，我國優質的大鱗片石墨基礎儲量減少較快，資源保障程度低。因此，尋找晶質石墨礦產資源對我國科技發展、國防建設有著重要意義。

1 激發極化法技術及應用概述

1.1 激發極化法概述

激發極化法簡稱激電法，是以巖、礦石激電效應的差異為物性前提，用人工地下直流電流激發，以某種極距的裝置形式，研究地下橫、縱向激發極化效應的變化，以查明礦產資源和有關地質問題的方法。特別是在浸染型礦產勘查中利用礦體所含電子導電體在人工電場作用下使礦體內無數電子導電體顆粒構成的電偶子場疊加產生體極化的特點，增強了二次場觀測信息，同時結合視電阻率參數，對發現具有高阻高極化異常特征的浸染狀礦體也有很好的效果。廣泛應用于尋找銅、鉛鋅、鎢鉬等有色金屬礦、石墨礦，間接尋找無磁或弱磁性黑色金屬礦、貴金屬礦、稀有金屬礦和放射性礦床勘查等。除此，在尋找地下水資源、油氣礦藏和地熱田方面也發揮著越來越大的作用。

1.2 激電法工作的地球物理前提

自然界中，非礦化巖石的極化率很小，極化率一般在1%～2%，少數3%～4%，而礦化巖石和礦石的極化率隨電子導電礦物含量的增多（或結構）而變大，可達n%～n 10%。二次場的衰減特征與極化體的成分（包括含量）、結構相關。因此，當被探測的目標地質體相對圍巖有足夠明顯的電性差異時，目標地質體產生的明顯異常就能夠從背景異常中識別出來。

1.3 技術方法及參數選擇試驗

面積性的激電工作一般采用大功率激電儀，采用激電中梯裝置，短導線測量方式，而剖面測量及激電測深一般采用收發一體的多功能激電儀，采用長導線測量方式。

裝置類型有中間梯度、聯合剖面、對稱四極（溫納）、以及偶極裝置等，具體選擇根據工作目的結合現場試驗效果確定。

工作技術及儀器參數選擇內容主要包括：極距選擇、供電脈寬、延時選擇、采樣寬度、采樣塊數及迭加次數等。

2 應用實例

2.1 阿克塞化石溝銅礦勘查

2.1.1 礦區地質

化石溝銅礦地處柴達木地臺柴北緣華力西褶皺帶與塔里木地臺接合部位的阿爾金斷裂構造帶南部，與祁連山造山帶相交切。區內斷裂構造發育，巖漿活動較強烈，具明顯環形構造特點。地層、侵入體多呈近南北向弧形展布。

化石溝銅礦產于華力西晚期侵入巖的閃長巖、石英閃長巖、英云閃長斑巖、石英閃長玢巖的接觸帶變化部和斷裂構造疊加部位，受構造、巖體雙重控制，屬斑巖型銅礦床。礦化帶長15Km，寬100～200m，呈近SN向弧形帶狀展布。

通過普、詳查工作，礦區共圈定礦體45個，其中銅礦體41個，鎢礦體3個，金礦體1個。單個礦體長50～1000 m，最長1850m，厚0.45～11.76 m，最厚19.4 m，銅品位0.21%～2.84%，平均品位0.54%。礦石礦物主要為黃鐵礦、磁黃鐵礦、黃銅礦，次為磁鐵礦、斑銅礦、方鉛礦、毒砂等。

2.1.2 電性特征

表1 主要巖礦石物性參數統計表

根據化石溝銅礦電性測定結果以及在探槽揭露、鉆孔驗證、銅礦礦脈、銅礦化帶上測得的數據得知，英云閃長斑巖型銅礦石（原生）極化率最高，極化率平均值一般大于5%，其次為含銅礦化的英云閃長斑巖、石英閃長玢巖，極化率平均值一般在3%左右，其銅含量與黃鐵礦等多金屬硫化物的含量成正相關關系。花崗巖、石英脈極化率小于2%。相比較，銅多金屬硫化物引起的低阻、高極化”異常能從背景異常中分辨出來。

2.1.3 異常特征及成果

化石溝銅礦詳查時，在礦區北部362～206線完成1:5000激電中梯掃面2.18㎞2，206線以南為點距20m的激電剖面。以視極化率值5%為異常下限，圈定“高極化、低阻異常”激電異常3處（見圖1）。其中：

圖1 化石溝銅礦激電中梯ηs平面等值線圖

M1異常：長1150m，寬30m～100m，視極化率ηs最高為7.5%。

M2異常：156線以南未封閉，長大于3350m，寬80m左右，視極化率ηs最高值為13.6%；激電異常帶與化石溝主礦化蝕變帶位置對應。

M3異常：位于M2異常東350m處。異常帶長850m，寬80～300m，視極化率ηs最高值為10.9%。

經地表探槽揭露、多條剖面布置鉆孔驗證，3處激電異常均為銅礦（化）引起。其中M3異常為物探掃面時發現的盲礦體異常，為化石溝的后期找礦工作提供了新的思路及依據。

2.2 肅北紅山井鉬礦勘查

2.2.1 礦區地質

紅山井鉬礦位于塔里木板塊的東段，北山南帶晚古生代裂谷活動帶中部，輝銅山至音凹峽多金屬成礦帶東段北側的次級斷裂東大泉—金場溝深大斷裂控制的銅、鉛、鋅、金、銀、鐵、鎢、鉬多金屬成礦帶上。

鉬礦（化）帶嚴格受構造破碎帶控制，呈北西西向延伸，長約2000m，寬200m左右。礦體的頂、底板為正長花崗巖與二長花崗巖。礦床成因類型屬于受構造裂隙控制的斑巖型鉬礦床。礦石由含輝鉬礦石英細脈及其所穿插的花崗巖與輝綠巖構成。主要的金屬礦物為硫化物和氧化物。計有黃鐵礦、黃銅礦、閃鋅礦、方鉛礦、磁鐵礦．赤鐵礦、白鐵礦、錫石、斑銅礦、輝鉬礦等。

2.2.2 電性特征

經物性測定，輝鉬礦石極化率較高，一般在4.5%～6.5%之間，電阻率相對較低；而輝綠巖、鉀長花崗巖、二長花崗巖、石英巖極化率一般在1.5%～4.4%，電阻率相對較高，二者存在電性差異，存在開展激電法的地球物理前提。

2.2.3 異常特征及成果

做激電中梯剖面10條，以視極化率值3.5%為界，圈定“高極化、中低阻”異常3處。其中M2激電異常明顯反應了紅山井鉬礦化帶的空間分布形態，如圖2。

圖2 紅山井鉬礦激電中梯ηs平面等值線圖

M1異常：點異常，ηs極大值為3.76%，地表巖性為鉀長花崗巖，局部穿插輝綠巖，推測該段存在金屬硫化物但含量較少。探槽揭露見較弱礦化，未圈出鉬礦體。

M2異常：北西-南東走向，長約950m，寬80m～170m，ηs在4.0%～6.5%之間，對應ρs在400～1200Ω?m，具“高極化中低阻”異常特征，該異常巖性主要為鉀長花崗巖和二長花崗巖，并穿插輝綠巖以及石英脈，異常部位與地質圈定的鉬礦化帶位置對應。多鉆孔驗證異常為鉬礦體引起（如圖3所示），其中東部153、149線鉆探驗證激電異常見到盲礦體。

M3異常：測區東南角，未圈閉，視極化率較高，ηs在6%～10%之間，對應視電阻率ρs在150～300Ω?m之間，具“高極化低電阻”異常特征，查證異常為含炭質凝灰質板巖引起。

165測線激電中梯曲線在21～33測點之間發現較明顯的“高極化、中低電阻”異常，ηs最高值5.8%，異常呈低緩雙峰形態，與地表礦化帶位置對應（輝綠巖和花崗巖的接觸帶部位），局部有石英脈穿插。激電測深反應深部存在高極化、低阻異常體。經布置鉆孔驗證，見到鉬多金屬礦體。

圖3 紅山井鉬礦165線綜合剖面圖

2.3 肅北敖包山晶質石墨礦礦集區勘查

2.3.1 地質概述

敖包山—白臺溝晶質石墨礦集區：地處阿爾金大斷裂北側，堆若格特向斜轉折端東部—南翼，敦煌基底雜巖隆起帶、梧桐溝-紅柳峽太古宙-古元古代鉛鋅、鐵、石墨成礦帶上，出露地層簡單，褶皺、斷裂構造較為發育，侵入巖僅有零星分布。

出露地層主要為太古宇-古元古界敦煌巖群、長城系熬油溝組、白堊系新民堡群及第四系。敦煌巖群B巖組第二巖段為晶質石墨礦主要的賦礦層位，含礦圍巖為二云石英片巖、條帶狀黑云斜長片麻巖及含石墨透閃石化大理巖。

2.3.2 物性特征

礦區巖礦石電性參數測定見表2。

表2 敖包山-白臺溝東晶質石墨礦巖（礦）石標本電性參數統計表

礦區內石墨礦石標本的極化率最高，平均值為43.5%，電阻率均值較低，為37.3Ω·m；其次為含石墨二云石英片巖、含石墨大理巖，極化率及電阻率隨石墨含量的變化起伏較大；斜長角閃巖、黑云斜長片麻巖、花崗巖等巖性極化率一般低于10%，電阻率相對較高。說明石墨礦與圍巖存在明顯的電性差異，具備開展激電法的物理條件。

2.3.3 應用效果

在敖包山礦區，利用大功率激電中梯掃面圈定、追索礦體取得較好的效果效果，但在白臺溝礦區，由于地表石墨礦體出露，并有大面積含石墨圍分布形成低阻層屏蔽，中梯裝置供電效果不好，造成觀測數據困難。經方法試驗，改用AM=MN=NB=40m的激電溫納裝置，抗干擾性顯著增強，采集到較強的一次場信號，找礦效果突出。

圖4 敖包山晶質石墨礦集區白臺溝11線綜合剖面圖

如圖4，采用中梯裝置時，無法觀測到有用信號，測線中間段視電阻率幾近為零，視極化率曲線在10%～35%之間跳躍，觀測數據不穩定，不可靠。

而采用激電溫納裝置，在測線的350～470測點、500～540測點以及580～600測點之間出現視電阻率ρs值在8.6～60Ω·m的3層“U”型低阻異常，其視極化率在12%～30%之間，具明顯“低阻高極化”異常特征，異常位置與地表含石墨巖層對應。激電測深顯示深部存在明顯的高極化、低阻體，產狀北傾。經鉆孔驗證深部見到厚大石墨礦體。

3 結論

激電法在銅、鉛鋅、鎢鉬等多金屬礦及非金屬石墨礦勘查中取得了較好的地質效果，主要源于礦石礦物富含電子導體的金屬、多金屬硫化物及非金屬石墨礦物，礦化體具有高激發極化特性，與圍巖相比激電性差異明顯。“高極化、中低電阻特征”是地球物理找礦標志。

激電法工作能有效圈定極化體分布范圍，尋找盲礦，并判定礦化體延伸、埋深、產狀及分布特征等，指導地質工程布置。

通過激電法在上述幾處地質找礦勘查中的應用效果及體會，總結開展激電法的工作要點如下：

（1）被探測的地質體相對圍巖具一定的激電性差異是設計、開展激電法的前提條件。

（2）一般受構造控制或接觸帶型的帶狀“高極化、低阻型”異常體，激電效果尤為明顯。

（3）工作布置采用由已知到未知的原則，先行在已知地段進行有效實驗，并選擇合適、有效的方法儀器及各項技術指標。

（4）必須在礦區開展一定數量的巖、礦石電性測定，為正確選擇有效的方法及解釋推斷提供依據。

（5）注重與地質資料、其他物化探資料相結合，對比分析進行綜合解釋。

在金屬礦勘查時，要注意識別炭質巖石引起的干擾，而在石墨礦勘查時，工作方法的選擇要考慮低阻屏蔽影響。

（6）對經過工程驗證后的礦區資料，應進行“再解釋、回頭看”。必要時依據工程所見極化體和實測物性數據進行正演計算，與實測異常對比、總結，提出進一步開展工作的指導意見。