綜合電法在礦山中的應(yīng)用

吳應(yīng)昌，吳西全，王 旭

（江西省地質(zhì)局物化探大隊(duì)，江西 南昌 330000）

現(xiàn)階段我國(guó)社會(huì)生產(chǎn)對(duì)礦產(chǎn)資源的需求量不斷增加，為解決礦產(chǎn)資源的供需矛盾問(wèn)題，開(kāi)展深部找礦成為社會(huì)關(guān)注的重點(diǎn)內(nèi)容。近些年隨著現(xiàn)代勘探技術(shù)的發(fā)展，一大批新技術(shù)涌現(xiàn)，其中綜合電法因?yàn)榫哂行矢咭约熬珳?zhǔn)度理想等優(yōu)點(diǎn)在礦山勘探中得到進(jìn)一步推廣，并取得滿意效果，是一種科學(xué)的勘探技術(shù)。

1 工程項(xiàng)目簡(jiǎn)介

江蘇高淳溧陽(yáng)地區(qū)礦產(chǎn)遠(yuǎn)景調(diào)查項(xiàng)目涵蓋高淳、溧陽(yáng)兩個(gè)行政區(qū)，面積大約1700km2（見(jiàn)圖1）。

圖1 項(xiàng)目位置

根據(jù)前期對(duì)項(xiàng)目所在地的勘察可發(fā)現(xiàn)，工作區(qū)主體構(gòu)造格架為“兩盆夾一隆”。“一隆”即工作區(qū)中部呈北北東向展布的茅山斷裂隆起帶，該斷隆帶形成于中生代；“兩盆”即中部北北東向茅山斷隆帶西部的溧水火山巖盆地，和東部的溧陽(yáng)火山巖盆地。本文項(xiàng)目位于溧水火山巖盆地的東南緣位置。

2 綜合電法的應(yīng)用

2.1 方法的選擇

在傳統(tǒng)工藝中，地球物理勘探主要采用了單一的時(shí)間域激發(fā)極化法或電磁法測(cè)深等方法，但是應(yīng)用結(jié)果證實(shí)，上述方法難以獲得全面的地質(zhì)資料信息，應(yīng)用效果不理想。針對(duì)這一問(wèn)題，本文在原有技術(shù)上開(kāi)發(fā)了激電中梯結(jié)合激電測(cè)深技術(shù)。該綜合方法在探明礦體分布中發(fā)揮著重要作用，能夠確定礦山上的異常區(qū)，再通過(guò)查明異常剖面以及延伸情況判斷是否存在成礦因素，揭露礦脈的分布與走向。

2.2 儀器設(shè)備一致性檢驗(yàn)

本項(xiàng)目中所使用的設(shè)備為重慶奔騰儀器廠生產(chǎn)的WDFZ-10KW大功率直流激電測(cè)量系統(tǒng),發(fā)射機(jī)型號(hào)為WDFZ-10，接收機(jī)型號(hào)為WDJS-2A。在現(xiàn)場(chǎng)使用一臺(tái)接收機(jī)，為提高綜合電法的數(shù)據(jù)精度在開(kāi)工前后均進(jìn)行精度測(cè)試，確保該設(shè)備在相同條件下所觀測(cè)數(shù)據(jù)相同，消除誤差。本項(xiàng)目中在開(kāi)工前和收工后選擇住區(qū)附近KG-0線和KG-1線進(jìn)行儀器精度測(cè)試，其中一致性檢驗(yàn)結(jié)果如表1、圖2、圖3所示。

表1 設(shè)備的一致性檢驗(yàn)結(jié)果

圖2 開(kāi)工一致性測(cè)試曲線

圖3 收工一致性測(cè)試曲線

2.3 設(shè)備參數(shù)的選擇

為提高礦山勘探數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度，采用同極距（AB=1200m，MN=40m）不同周期（8、16、32s）、不同延時(shí)（100、200、300ms）、不同采樣寬度（20、40、80ms）的組合方法進(jìn)行觀測(cè)，選擇最優(yōu)化的設(shè)備參數(shù)情況。根據(jù)本次對(duì)設(shè)備的實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果，最終確定最佳的數(shù)據(jù)為：采樣寬度80ms、采集周期8s、延時(shí)100ms。同時(shí)通過(guò)調(diào)整疊加次數(shù)提高觀測(cè)結(jié)果的精準(zhǔn)度，但是考慮到隨著疊加次數(shù)的增多會(huì)影響工作效率，所以該項(xiàng)目中設(shè)定疊加的次數(shù)為2次[2]。

2.4 綜合電法的野外工作要求

在該項(xiàng)目的野外工作中，使用綜合電法前需先對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行調(diào)試，并評(píng)估供電電極接地、線路敷設(shè)方法、測(cè)量站的設(shè)置情況等是否符合國(guó)家技術(shù)規(guī)范，在確定滿足技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)之后才能開(kāi)啟下一階段的工作。因此本次工程中綜合電法野外工作要求主要包括以下幾方面：

（1）在使用綜合電法期間應(yīng)充分靠近測(cè)線觀測(cè)段，并且所有的供電設(shè)備需做好防潮、防雨等措施。

（2）在每天觀測(cè)開(kāi)始前，供電站操作人員需計(jì)算供電回路電阻水平，確定電路接通并且現(xiàn)場(chǎng)人員遠(yuǎn)離電極之后及時(shí)試供電，最后選擇正確的供電電壓，并按照電壓水平優(yōu)化負(fù)載。

（3）在布設(shè)測(cè)量電極期間注意保證接線頭不接地要避免線架接觸，并在現(xiàn)場(chǎng)清理各種可能影響電極的雜草。而在個(gè)別地段出現(xiàn)的地形嚴(yán)重分割的情況可能會(huì)影響正常的物探布點(diǎn)情況。此時(shí)可在誤差可控制的基礎(chǔ)上按照垂直測(cè)線的角度移動(dòng)M與N極，形成文字記錄。

（4）同時(shí)在金屬礦探礦期間，較明顯的激電異常問(wèn)題不容忽視，在解釋激電異常問(wèn)題時(shí)應(yīng)關(guān)注以下問(wèn)題：①對(duì)異常的真實(shí)性進(jìn)行判斷，排除高壓線、鐵絲網(wǎng)等因素的影響。②了解異常覆蓋區(qū)以往探測(cè)結(jié)果的對(duì)應(yīng)性；③確定激電異常的上限限制，其中可以按照公式展開(kāi)計(jì)算（見(jiàn)公式①、公式②）。

2.5 激電中梯測(cè)量

激電中梯測(cè)量中選擇一線供多線觀測(cè)的方法，將測(cè)量范圍控制在AB兩極的中斷位置（約1/3-2/3的位置），旁線設(shè)置中按照1/5AB的間距進(jìn)行測(cè)量，在放線中選擇“U”型放線的方法。為避免電磁干擾，AB供電線與MN測(cè)量線之間嚴(yán)禁交叉；野外測(cè)量中針對(duì)異常高值點(diǎn)以及突變點(diǎn)等進(jìn)行多次觀測(cè)并測(cè)量，以多次測(cè)量平均值為最終觀測(cè)結(jié)果。在激電中梯編制圖件編制中，采用1∶5000地質(zhì)圖將電位資料投射到圖上；剖面平面圖編制中，選擇適當(dāng)比例將視電阻率以及視極化率等投影到圖上；等值線圖設(shè)置中選擇累計(jì)頻率分級(jí)的方法，將視電阻率值以及視極化率等做等量線勾繪。

在激電中梯測(cè)量中完善原始記錄，當(dāng)天導(dǎo)出關(guān)鍵數(shù)據(jù)，并計(jì)算視電阻率，見(jiàn)公式③。

在激電中梯裝置系數(shù)K計(jì)算中，可以按照公式④的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行運(yùn)算。

在公式④中，原點(diǎn)是AB之間的中點(diǎn)，X為極距MN的中點(diǎn)到原點(diǎn)之間的距離；Y代表旁線與主線之間的最短垂直距離的長(zhǎng)度。

2.6 激電對(duì)稱(chēng)四極測(cè)深

激電測(cè)深是在激電中梯異常布置的基礎(chǔ)上進(jìn)行測(cè)量的，供電極距AB/2控制在5m～1000m之間，MN/2在1m～40m之間。在野外數(shù)據(jù)測(cè)量中采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)并計(jì)算對(duì)應(yīng)電阻率，對(duì)于發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的情況需查明原因，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行成圖處理。在本次分析中，各參數(shù)計(jì)算與激電中梯測(cè)量相同，在每條測(cè)線結(jié)束后對(duì)數(shù)據(jù)處理成圖，其關(guān)鍵數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 供電極距AB/2和測(cè)量極距MN/2組合數(shù)據(jù)

3 綜合電法的應(yīng)用結(jié)果分析

3.1 在礦山剖面測(cè)量中的應(yīng)用

在案例項(xiàng)目中使用綜合電法之后，設(shè)置梯剖面測(cè)量布置的工作量為10km，分別布置在劉家山檢查區(qū)以及花山檢查區(qū)，按照實(shí)際情況設(shè)置供電電極為AB為1200m，最終測(cè)量結(jié)果如圖4所示。

根據(jù)圖4中的相關(guān)資料可以發(fā)現(xiàn)，在測(cè)量范圍的西北角位置的ηs值一般為1%～2%，裸露部分以含礫粗砂巖以及白色礫巖為主。在剖面1點(diǎn)的1600-1900以及2點(diǎn)760-1160,可以發(fā)現(xiàn)綜合電法下該地區(qū)表現(xiàn)出低阻高極化的特征，大部分地區(qū)的ρs值均小于100Ω·m,呈低阻電性特征，ηs值為5%～15%，呈高極化電性特征。當(dāng)?shù)匾苑凵皫r、灰黑色泥巖等為主，再結(jié)合往期的地質(zhì)勘察資料，認(rèn)為造成這一特征的主要原因是含炭質(zhì)的二疊系龍?zhí)督M地層。

剖面2點(diǎn)1200-1360，綜合電法檢測(cè)后顯示ρs值為100Ω·m～300Ω·m，呈中低電阻電性，ηs值較為平穩(wěn)，均值為4.2%，造成這一現(xiàn)象的原因可能為含炭質(zhì)二疊系棲霞組的影響；而在點(diǎn)1400-2200位置，可發(fā)現(xiàn)出高阻低極化特征，其ρs值為700Ω·m～1600Ω·m且視極化率值控制在2%～3%之間，地表位置可以發(fā)現(xiàn)大量的中粗粒斜長(zhǎng)花崗斑巖、中粗粒黑云母花崗閃長(zhǎng)斑巖等，造成這一現(xiàn)象的原因可能與巖體性能有關(guān)。

在點(diǎn)2680-3480位置在經(jīng)過(guò)測(cè)量后，ps值被穩(wěn)定在200Ω·m～500Ω·m之間，且ηs值的變化更加平穩(wěn)，維持在1%～2%范圍內(nèi)。從地質(zhì)特征來(lái)看，由于礦山處于燕山晚期中粗粒斜長(zhǎng)花崗斑巖且?guī)r性單一，這可能是造成數(shù)據(jù)變化平穩(wěn)的主要原因。

而在花山檢查區(qū)中，綜合電法的測(cè)量結(jié)果如圖5所示。

圖5 花山檢查區(qū)的測(cè)量結(jié)果

從圖5中的相關(guān)內(nèi)容可以發(fā)現(xiàn)，整個(gè)測(cè)量區(qū)域內(nèi)的電性特征差異不顯著，整體維持在較為平穩(wěn)的狀態(tài)下，且剖面3點(diǎn)3720-4400位置，地表以黏土為主，因此電阻率整體偏低。

3.2 剖面激電異常研究

在本次研究中發(fā)現(xiàn)了明顯的異常位置，其中在1600-1900號(hào)地段中，激電異常表現(xiàn)為陡立的低阻高極化帶，其電阻率被控制在100Ω·m以下，而視極化率則普遍維持在5%以上，且近地表峰值甚至達(dá)到了15%。針對(duì)這一結(jié)果并結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)資料，認(rèn)為其原因可能與含炭質(zhì)的二疊系龍?zhí)督M地層有關(guān)（見(jiàn)圖6）。

圖6 綜合物探異常圖（1）

同時(shí)在綜合電法測(cè)量中發(fā)現(xiàn)在1920-2200號(hào)地點(diǎn)上，AB/2＜1000m區(qū)域存在明顯的高阻中等極化特征，其視電阻率值維持在300Ω·m～600Ω·m范圍內(nèi)（見(jiàn)圖7），并表現(xiàn)出嚴(yán)重的視電阻率等值曲線扭曲問(wèn)題，根據(jù)這一結(jié)果，認(rèn)為可能與燕山期巖體從側(cè)面侵入有關(guān)。

圖7 綜合物探異常圖（2）

3.3 應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

根據(jù)案例項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)可發(fā)現(xiàn)，在本次礦山勘探中采用綜合電法之后所獲得的激電異常特征與地層、巖性的分布基本吻合，證明該方法科學(xué)有效，尤其是劉家山檢查區(qū)中發(fā)現(xiàn)了激電異常情況，值得做進(jìn)一步調(diào)查，因此認(rèn)為該方法在指導(dǎo)劉家山檢查區(qū)礦藏勘探中的效果顯著。

4 結(jié)語(yǔ)

綜合電法滿足礦山勘探的相關(guān)要求，本文所介紹的綜合電法操作路徑科學(xué)有效，并且最終也證明綜合電法具有顯著優(yōu)勢(shì)，可以用于觀察礦山內(nèi)巖層狀態(tài)，是一種科學(xué)的地質(zhì)勘探技術(shù)，具有良好的適應(yīng)性，值得做進(jìn)一步推廣。