直流激發極化法在鉛鋅礦找礦中的應用研究

胡國闖，常亞飛，張龍臣

（河南省地質礦產勘查開發局第一地質勘查院，河南 鄭州 450000）

我國對鉛鋅礦的探測多采用傳統物探與化探相結合的方式進行找礦活動，由于傳統的找礦方法雖能完成對鉛鋅礦賦存位置的尋找，但找礦成本較高，且找礦效率不高，嚴重限制了我國鉛鋅礦的進一步發展[1]，為此提出直流激發極化法在鉛鋅礦找礦中的應用研究。本文通過兩個方面的分析，論述了直流激發極化法在鉛鋅礦找礦中的應用方法，利用激電探測礦床的位置與深度，可以更加精準的探測鉛鋅礦的賦存信息；通過對激電異常函數值的計算，確定測深結果的準確性，進而推斷探測結果，并利用鉆孔驗證推斷結果的準確性；直流激電在鉛鋅礦找礦中的應用效果表明，直流激發極化法在鉛鋅礦找礦過程中可以準確定位鉛鋅礦的礦層信息，確保礦體質量，并且降低找礦工作的難度，降低整體找礦成本。

1 直流激發極化法的應用方法分析

直流激發極化法在鉛鋅找礦過程中，通常采用激電中梯和激電測深兩種方法作為找礦活動的常用方法。通過對時間和地域的改變[2]，激發電流的極化作用，觀測電流產生極化反應后的參數變化，穩定后的電流參數百分比視為鉛鋅找礦過程中的直流極化率。

1.1 激電在探測礦床位置中的應用

在尋找鉛鋅礦的賦存位置時，采用100×20m的網度，供電極距AB=1500m，MN＝40米。采用雙向短脈沖方式供電，即占空比為1：1的正反向供電方式，供電時間4秒，周期16秒，斷電延時100ms。

由于整個找礦過程在野外進行，因此數據采集儀要求具有抗干擾性能強的特點，采用WDFZ-10型激電發送機1臺套和WDJS-2接收機3臺，在野外測量過程中，視極化率（ηs）由接收機直接讀出，同時讀出一次場壓位值（△V1），供電電流（I）由發射機讀出，然后由公式：ρs=K△V1/I計算出視電阻率值。

激電中梯找礦過程中各礦體電性參數統計如表1所示。

表1 巖礦石電性參數統計表

根據對表1參數的統計與分析，區分工作區中鉛鋅礦與其他巖石的電性差別。根據對數據的處理，繪制了激電中梯視ηS等值線平面圖，發現和圈定激電異常位置、范圍，進一步確定鉛鋅礦的賦存信息。

野外激電中梯觀測以內蒙古鉛鋅礦為例，采用雙向短脈沖方式供電，測量極距MN=40m，點距為20m。激電中梯在內蒙古鉛鋅礦找礦過程中的視極化率等值線平面圖如圖1所示。

平面圖以5.0%為背景視極化率值進行勾繪，探測內蒙古地區的鉛鋅礦，全礦區所獲得激電異常處便是鉛鋅礦儲量最多的位置。通過對圖1的分析可知，異常位于內蒙古礦區的中東部，則可以得出結論，通過激電中梯法測量的內蒙古礦區鉛鋅礦的賦存位置信息，北緯24°～27°，東經40°～100°這一范圍內的鉛鋅礦儲量最高。

1.2 激電在探測礦床深度中的應用

激電測深進行鉛鋅找礦時，采用單極和偶極相接的測深裝置進行找礦活動[4]，雙向電極接收激電測探，可以利用靜態觀測的方式，完成對探測結果的分析。測深裝置對礦區內鉛鋅礦的分布情況有非常好的探測能力和分辨能力。

圖1 激電中梯視極化率等值線平面圖

激電測深的點距設置，以各相鄰供電點間的垂直距離為計算標準，設置單位距離為25m，信息接收機采取16道測量方式，偶極點距為50m，單極點距為65m。在測深裝置的節點處設置垂直方向分布的極點[5]，可以接收來自各個方向的探測信息。在保持接收信號強度良好的條件下，盡量設置節點分布較遠，保證在信號覆蓋范圍內將測深范圍擴大。經過激電測深活動可知，內蒙古鉛鋅礦的賦存，多以露出地表的灰白色流紋斑巖和流紋質礫巖為主，呈東北向發育，鉛鋅礦礦床的總深度大約在2.5km，寬100m～400m不等。經過地測深結果的分析可知，鉛鋅礦的視極化率異常是由礦床的分布不均所引起，利用直流激電測量礦床的梯度和深度，可減輕采礦難度，保證開采出的鉛鋅礦的質量。

2 直流激發極化法在鉛芯找礦中的應用過程

本次直流激發極化法在鉛鋅找礦中的應用，以內蒙古某鉛鋅礦區為參照，采用短導線激電儀為主要探測儀器，合理設置中間梯度裝置和測深裝置的相關參數。參數設置如表2所示。

表2 探測裝置參數設置

利用短導線的工作方式，對內蒙古鉛鋅礦區的勘探任務和地形地勢進行規劃與探測，將現有的地質資料進行整合，結合鉛鋅礦區的實施特征進行測線布置，沿正東向西方向布置測線6條，西北向東南方向布置測線3條，保證各線間距均為100m，進行直流激發極化找礦活動。

2.1 工作布置

經過對內蒙古鉛鋅礦區的實地勘探后，分析其勘探數據與結果，并選擇對勘探工程有利的數據參數做直流激發極化法的準備工作。

根據鉛鋅礦區的坑道情況，選擇在通過坑道揭露中最好的礦化地段作為直流激電試驗的剖面，測量裝置的供電范圍設置1000m2，供電間距為40m，探測儀器間的點距設置為10m[6]，供電時間為8ms，斷電延時為200ms，保證探測過程中直流激電曲線上異常信息比例為最低，以實現對鉛鋅礦區最準確的勘測。采用1200aM的激電測量儀進行直流電流的測量，觀察激電中梯的參數變化，記錄變化數值，計算中梯激電的視極化率。

2.2 激電異常的確定與劃分

激電異常的背景值與異常下限值的確定，利用方差理論和三倍均差理論進行計算，求得直流激電的異常值后，保留小數點后三位，多次求值計算其平均值，將直流激電的異常數值誤差降到可控范圍內。

由于探測區域內的地層出露情況較為簡單，利用含礦層數較多的石灰系巖為基礎探測巖層，建立與周圍鉛鋅礦環境的聯系，形成諸多鉛鋅礦堆積成的破碎帶。激電梯度測量過程中，確定礦區的地質發育結構，繪制地質結構簡圖，由于內蒙古鉛鋅礦區礦床的傾角較陡，鉛鋅礦體多產于破碎帶內，因此局部礦層會出現裂隙，裂隙之間也會富集少量鉛鋅礦體，但規模較小，在繪制地質簡圖中也要將裂隙間的礦體表現出來。根據激電梯度的測定結果分析，礦體極化率在10%～14%之間均為優質礦石；某些地質中，由于礦層的富集程度較高，產生的鉛鋅礦數量多，但體積規模過小，開采過程中盡量避免對破碎礦體的開采。將富集鉛鋅礦的異常下限定位為1600m，依據異常下限值，在礦區內劃分三個礦體質量的等級，其平均極化率分別為6.25、8.37和9.26，礦體的極化率越高，則說明礦區內鉛鋅礦的質量越好。

受內蒙古天氣環境變化的影響，鉛鋅礦的斷裂結構多產生于破碎帶內的砂巖中，通過對礦區內地質特征的分析可知，砂巖礦層的物理特征較強，結構復雜且質地堅硬，因此，這一礦區的鉛鋅礦質量較高。礦區內的褶皺結構產生于流紋巖中，流紋巖多發育于河套礦床周圍，受河流水位變化的影響，其礦體結構被河流沖蝕的較為嚴重，棱角逐漸被磨平，其極化率相對較高，鉛鋅礦的電阻率就會偏低。內蒙古鉛鋅礦區內，斷裂結構和褶皺結構相間存在，高低不同的電阻變化，就會形成明顯的激電異常現象[7]，使得礦體的極化率背景提高，在探測區域內出現大面積高值礦體背景。通過結合地質工程的實際探測情況，劃分礦區內礦體引起極化反應的原因，將同等因素劃分為同一極化反應，對礦區內的鉛鋅礦進行準確的極化劃分，是開展直流激電方法探測鉛鋅礦的物理前提。但由于局部礦區的破碎現象較為明顯，其礦床較低，形成的鉛鋅礦體積小、數量多，這樣測得的激電異常值也會偏低，因此，在實地探測中，應排除礦區破碎帶結構，再利用直流激發極化法進行鉛鋅礦找礦的應用。

2.3 測深結果推斷

激電梯度測深工程，選擇在兩條端點數為9的測線上進行探測。首先挖掘礦床深度在160m處，進行對測線端點的觀測工作，記錄結果數據；再將礦床挖掘到250m，繼續保持同等測線端點，記錄顯示數據的變化。將兩次探測結果進行對比分析，推斷最終鉛鋅礦的探測結果。根據礦區地質及物性條件的分析，認為鉛鋅礦在礦床是深度10m左右均為常態礦體，隨著挖掘深度的逐漸增大，當挖掘深度在100m～150m時，礦體電阻值處于飽和狀態。其中三個深度點探測的礦體電阻值結果曲線如圖2所示。

圖2 三點測深結果曲線

通過對圖2測深結果曲線的綜合分析可知，在深度為100m、130m、150m處測量的電阻值曲線形態相近，電阻最高值均出現在100m～500m之間。根據對礦區地質信息及物性條件的分析，推斷采礦工程的挖掘深度為125m左右。

2.4 鉆孔驗證

通過測量鉛鋅礦激電梯度范圍，得出了激電中梯的異常函數值；從測深曲線上看，在隨著挖掘深度值的升高的同時，電阻值逐漸降低，該區域的鉛鋅礦極化率就越高。

為了驗證這一推斷結果的準確性，進行鉆孔驗證試驗，根據前期物探地質規律的特征，驗證三個深度點的鉛鋅礦的含量與質量。

分別在上述推斷過程中深度為100m、130m、150m的地質處打孔，利用異常函數值的計算，驗證三處地質中鉛鋅礦的質量，若礦體產狀與延伸程度和測深資料相符，則說明推斷結果準確；若礦體產狀與延伸程度和測深資料有偏差，則說明推斷結果存在誤差。

誤差的出現是一種常見的現象，是由于該地質環境中正長斑巖體斷裂所引起的。正長斑巖發生斷裂現象后，周圍產生大量斑巖漿，隨著環境的變化，斑巖漿逐漸堆積形成新的斑巖礦床，斷裂處便會重新發育鉛鋅礦石，導致礦體產狀與延伸程度發生改變。

為判斷推斷過程中誤差的可控制，建立鉛鋅礦源與直流激電中心的內部連接，保證異常函數值的大小不會隨著直流激電中心的改變而改變。

對鉛鋅礦源賦存位置進行鉆孔，觀察礦床深部的鉛鋅礦的含量，沒有礦產，則證明異常函數值具有穩定性，那么推斷誤差就會保持在可控范圍內，利用Suffer等相關數據處理軟件對誤差進行數據編輯分析[8]，將數字誤差無限趨于零，最終繪制出鉛鋅礦的斷面圖。從斷面圖的形態分析，進而確定礦體的發育方向和傾斜角度。

3 應用效果

通過設計直流激發極化法在鉛鋅礦找礦中的應用試驗，分析試驗數據，確定激電中梯和激電測深在鉛鋅礦找礦中的有效利用。將礦區環境的簡圖進行繪制后，深入分析礦區礦床的賦存信息和礦藏比，進而計算鉛鋅礦的異常函數值。這一過程，有效的利用直流激電將探測工程的難度降到最低，直接利用直流激電儀進行探測，檢測出該礦區內賦存的所有礦體，根據直流激電儀顯示的極化率的不同，確定鉛鋅礦的位置信息。

當礦區內的破碎帶較多時，地質構造過于復雜，造成礦體形態各異，形成現在展布的異常形態，由于露出地表的鉛鋅礦常年受到環境的影響，表層礦體氧化反應嚴重，造成其極化率值較正常鉛鋅礦的極化率低。利用直流激發極化法將礦床內的礦體以直流電的形式進行傳輸，避免因化學反應引起的巖體結構變化而造成的推斷誤差。

根據分析激電中梯和激電測深的結果，確定礦區內的鉛鋅礦的含量與質量均在標準值以上，在規劃采礦工程時，可以舍棄誤差值，確保采礦規劃數據的準確，結合傳統物探的結果分析，將直流激電儀的數據進行統計分析，確定該區域內鉛鋅礦的賦存信息和礦體質量。直流激發極化法的應用，使對鉛鋅礦的探測更加便捷安全，提高鉛鋅礦找礦的工作效率。

4 結語

本文對直流激發極化法在鉛鋅礦找礦中的應用方法、應用過程和應用效果進行分析，以內蒙古鉛鋅礦為參照，合理選用激發極化法探測礦床的位置與深度，并利用鉆孔實驗確定推理結果的準確性，完成對鉛鋅礦的位置信息和質量的探測。直流激發極化法的應用，大大便利了鉛鋅礦的找礦工程，提高了找礦效率。希望本文的研究能夠為我國直流激發極化法在鉛鋅礦找礦工程中的應用提供理論依據和參考。