綜合物探方法在甘肅柳園極旱荒漠區釩礦普查中的應用

王 強，黃雪林，余 超，余 影

（1.四川省冶金地質勘查局六0五大隊，四川 眉山 620860；2.四川省地質礦產勘查開發局九一五水文地質工程地質隊，四川 眉山 620000）

釩是一種具備優異的物理、化學性能，被廣泛應用于煉鋼、醫療、電池制造、化工等行業的金屬，被稱為金屬“維生素”和“現代工業味精”。近年來在此區域先后發現了五一山釩礦、新泉北釩礦、塔水井釩礦、七角井釩礦等礦床。在戈壁荒漠地區開展物探工作尋找低阻地層鮮有開展，保證供電深度和接收數據質量是兩大難題。本次工作優選V8多功能電法觀測系統采集數據（下稱V8），解決了低阻地區電場信號接收不穩定和深部供電穿透力的問題。物探方法為深部工程的布置和地質找礦提供了方向。

1 地質及地球物理特征

1.1 地質簡述

勘查區位于甘肅省敦煌市柳園地區，屬中山區，地形地貌為戈壁荒漠區，年平均降水量約50mm、蒸發量約3000mm以上，氣候異常干燥，區內無長年流水，干河床發育。大地構造位置位于哈薩克斯坦板塊，主要褶皺為塔水井向斜，軸向北西，兩翼一般在傾角70°～80°之間，核部為奧陶紀羅雅楚山組灰綠色石英砂巖、炭質巖，兩翼由內向外依次為寒武紀西雙鷹山組二段灰黑色炭質板巖等和寒武紀西雙鷹山組一段粉砂質板巖、白云巖等。斷裂不發育，主要為北西向，侵入巖不發育。

出露地層由老到新依次為寒武紀西雙鷹山組、奧陶紀羅雅楚山組及第四紀沖洪積砂礫石等。奧陶紀羅雅楚山組在勘查區內出露最廣泛，與寒武紀西雙鷹山組之間呈角度不整合或斷層接觸，巖性主要為灰綠色、翠綠色中粒石英砂巖、粉砂巖夾礫巖、炭質板巖及硅質板巖；寒武紀西雙鷹山組一段巖性主要為粉砂質板巖、白云巖，二段的巖性主要為炭質板巖、粉砂質板巖。

礦體賦存于寒武紀西雙鷹山組二段底部的炭質板巖中，含礦巖石主要為炭質板巖，礦體下盤圍巖主要為砂屑白云巖。

1.2 地球物理特征

勘查區共采集到的各類巖（礦）石標本169塊，其電性參數統計成果見表1。

表1 巖（礦）石標本電性參數統計表

從上表看，炭質板巖具有低阻、高極化特征；粉砂質板巖（黃鐵礦化）具有低阻-中高極化特征；粉砂質板巖、白云巖、石英砂巖具有中-高阻、低極化特征?？辈閰^不同地層巖性均含一定程度的炭質，由于孔隙水極不發育，大范圍的低視電阻率異常主要為炭質板巖及黃鐵礦化粉砂質板巖引起。粉砂質板巖（黃鐵礦化）因其視電阻率變化范圍與炭質板巖比較接近，幾何平均值雖有4-5倍的差異，但因其總體值均偏低，在實際工作中通過視電阻率難以準確分辨，但結合極化率和地質特征可予以區別。

根據巖（礦）石電性參數特征推測羅雅楚山組地層呈高阻、低極化率特征；西雙鷹山組二段地層呈中低阻-高極化率特征；西雙鷹山組一段地層呈中高阻-中低極化率特征（圖1）。目標礦化層底板為中高阻白云巖、粉砂質板巖，據此推測反演成果中的低阻異常帶下部和中高阻異常接觸帶上的中低阻-中高極化區域為白云巖和炭質板巖接觸帶，為成礦有利位置。綜上，勘查區巖（礦）石物性差異明顯，具備良好的開展物探工作的前提。

圖1 地層電性結構分布圖

2 工作布置及數據采集

2.1 工作布置

在勘查區布置了4條大功率激電剖面，編號JD0、JD15、JD16、JD31。測線長500m～900m，方位30°，間距800m，點距20m。根據激電測量成果，在JD0、JD15激電異常地段布置了音頻大地電磁測深點63個。

2.2 設備選擇

勘查區巖石炭質含量較高，視電阻率較低，目標層為炭質板巖，視電阻率值最小值小于1Ω·m，接收到的電位在10-3～10-6之間。供電電流可能無法穿透地表的低阻層，即使電流穿透深度足夠大也會因為一次場信號弱而不能采集到電流信號。因此，工作儀器的選擇成為本次工作成敗的關鍵之一。

在開工前選擇了三種主流的儀器做對比觀測實驗，最大發射功率為20KW的某兩種儀器和最大發射功率為30KW的V8。經對比驗證后發現僅V8的電流穿透深度大，接收數據分辨率高、質量好，另兩種設備采集的視極化率和一次電位要么重復性極差，要么根本無法獲得數據。最終選用V8采集數據。

2.3 供電及接收電極處理

勘查區表層土質為沙土，松散且覆蓋厚，接地電阻大。供電電極位置選擇覆蓋稍薄的正地形，一般布置6-9個電極坑埋設鋁箔，鋪設鋁箔的電極坑規格為1.5m×0.5m×1.5m（長×寬×深度）,，成“○”排列開，前一天在坑內灌入大量飽和鹽水浸泡，并在周圍空隙處挖開表層松散土壤打入1.5m長的純銅電極。使用當天再次灌入大量飽和鹽水浸泡直到鹽水在電極坑內積蓄不在滲透時埋設供電電極，后壓實。測量電極直徑0.3m，深度0.5m，也提前一天用飽和鹽水浸泡，工作當天再次澆灌飽和鹽水，每個測量點均設置兩個備用測量電極坑。確保了供電電流的穿透深度和電流強度，工作中供電電流均大于20A，接地電阻均小于500Ω。

2.4 采集參數設置

經過試驗確定了采集參數如下：大功率激電供電極距為1200m,供電周期32S，MN為40m；音頻大地電磁測量采用“十”字形張量觀測裝置，測量電極距為20m，數據采集時間選擇為40分鐘，增益設置為×4。

3 應用效果分析

3.1 綜合分析

全區ρs平均值為12.4Ω·m；ηs平均值為8.8%，統計結果見表2。

表2 成果數據統計表

上表可以看出，激電成果中視電阻率小于10Ω·m的占比為68.7%，視極化率大于5%的占比60.4%，勘查區為低阻-中等極化率地區。

3.2 各剖面異常特征分析

圖2 激電剖面平面圖

JD0、JD15、JD31剖面出現明顯的激電異常，視極化率中部高，兩側低；視電阻率中部低，兩側高，對應極好（圖2）。JD16剖面激電異常不明顯，表明V2釩礦化體未向東側延伸。激電異常的分布特征與地層的分布情況吻合較好，視極化率峰值連線和視電阻率極低值連線與V1、V2兩條北西向釩礦化體的平面位置及走向基本一致，達到了大致查明礦化體平面位置分布情況的目的

JD0、JD15剖面均出現了兩個視極化率峰值，均位于已施工的探槽位置或附近。激電異常中部主要出露石英砂巖，兩側經探槽揭露為炭質板巖，產狀較陡，部分探槽褐鐵礦化、硅化、綠泥石化發育，化驗顯示有釩礦化。

3.2.1 JD0剖面

激電異常分布在200m～640m之間，寬約440m，異常段ηs平均值為12.9%，最大值為24.0%，最小值為2.5%；ρs平均值為16.6Ω·m，最大值為46.59Ω·m，最小值4.32Ω·m。

4 軟件和仿真的設計

系統采用PLC作為主控制器，由光電傳感器檢測到調酸槽內的光度，經過A/D轉換輸入到PLC中進行PID調節，最終調節結果通過固態繼電器輸送給氣動隔膜閥調節隔膜閥的開度。PLC控制流程圖，如圖2所示。

圖2 PLC控制流程圖

系統采用PLC進行PID調節控制氣動隔膜閥，在MATLAB提供的Simulink環境下建立PID模型，首先根據工程上的整定經驗知道：如果控制量為光照強度，則Kc一般是20%～60%，Ti大約是180s～600s，Td大概范圍3s～180s。建立仿真模型圖，如圖4所示?？刂崎y門開度范圍控制在50%到60%之間。經過整定以后得到的仿真控制波形圖如圖3所示。

圖3 調酸槽氣動閥門控制仿真曲線圖

5 實施效果

（1）光電控制系統代替人工觀察和看管，減輕勞動強度、安全可靠、杜絕了安全事故的發生；

（2）反應釜可以在密閉下作業，只需要留一個廢氣出口與廢氣凈化吸收塔相連通，避免反應產生的有毒有害氣體溢出危害環境；

（3）密閉下作業減少熱量損失、減少排風量節約了能源；

（4）有利于廢氣的綜合回收和環境保護。

注意事項：每批作業完成后要清洗光源玻璃管和玻璃窗上的污漬，保證光通道暢通，確保控制系統準確無誤。