激電中梯測量技術(shù)在金屬礦勘查中的運(yùn)用

張志剛

隨著金屬礦的需求量不斷的增長，全國范圍內(nèi)的地表礦、淺部礦這些易采礦已經(jīng)出現(xiàn)儲量不足和開采量下降的問題，礦產(chǎn)資源的供需矛盾將會更加突出。因此，尋求新的礦床和發(fā)現(xiàn)隱伏礦產(chǎn)將成為未來主要發(fā)展方向。在對隱伏礦產(chǎn)進(jìn)行勘查時，勘查的手段將會對勘查的成果解釋反演推斷產(chǎn)生直接影響，為了提升勘查的可靠性，研究運(yùn)用了激電中梯測量方法對金屬礦實(shí)施勘查，對該礦區(qū)金屬的賦存狀況做出合理的推斷解釋，為實(shí)際勘查工作提供指導(dǎo)。

1 物探方法概述

1.1 電法勘探

電法勘探是利用地殼中巖石和礦體間的不同結(jié)構(gòu)存在的電磁性質(zhì)差異以及電化學(xué)特性的差異，以及對電磁場、電場或電化學(xué)場的分布情況及規(guī)律的分析和研究，從而實(shí)對礦產(chǎn)資源和地質(zhì)的勘探工作。電法勘探的基本原理是通過對巖層和礦石之間的電性分布情況的分析，一旦水平和垂直方向發(fā)生變化，同時電場、電磁場的空間分布也會發(fā)生變化，這種變化即為異常。再將異常區(qū)域進(jìn)行分析和解釋，從而推斷出地下的地質(zhì)構(gòu)造以及礦源的位置、深度、形狀以及賦存等情況。

1.2 激發(fā)極化法

激發(fā)極化法通過不斷的研究和推廣，已成為電法勘探方法中重要的勘探方法之一，對于金屬礦床的預(yù)測以及礦源勘探具有顯著效果。其工作原理是利用地殼不同巖石和礦石的電性差異，對激發(fā)極化效應(yīng)進(jìn)行觀測，便可探明地下地質(zhì)特征的勘察方法。其工作原理如圖1所示。

圖1 激發(fā)極化法工作原理

運(yùn)用激發(fā)極化法進(jìn)行勘探時，假設(shè)供電電極為A、B，測量電極為M、N，當(dāng)直流電對供電電極向下供電，將會形成一次電場。當(dāng)測量電極M、N差產(chǎn)生電位差后，整個充電過程完成，因而產(chǎn)生激發(fā)極化效應(yīng)。隨著供電的停止，周圍的電場隨之消失，但測量電極M和N間的電位差卻不會隨之消失，稱之為二次電位差。二次電位差不會一直存在，會隨著時間變化呈現(xiàn)遞減并完成放電過程。對于電阻率與巖石相差不大的侵染性金屬礦而言，每個小顆粒都能在礦體表面形成激發(fā)極化效應(yīng)，便實(shí)現(xiàn)了激發(fā)極化法尋找礦體的物理基礎(chǔ)。

1.3 激電中梯法

激電中梯法利用構(gòu)建的人工場源進(jìn)行供電，保持電流不變的情況下向下供電，隨著時間的增長電位差不斷增大，最終到達(dá)峰值飽和狀態(tài)。去除供電后，地表兩點(diǎn)的電位差呈逐漸遞減的狀態(tài)，直至消失。激電中梯法便是利用電位差實(shí)現(xiàn)對礦床的勘查。

2 激電中梯法在金屬勘查中的工作方法

研究選用的是已知金屬礦區(qū)，通過對異常范圍以及視化率和視電阻率均方相對誤差的分析，以此驗(yàn)證激電中梯法的勘測精度和效果。

2.1 激電中梯測量技術(shù)方法

2.2 質(zhì)量檢查與評價

對于激電中梯測量技術(shù)質(zhì)量要求嚴(yán)格按照相關(guān)技術(shù)規(guī)定執(zhí)行。為了保證最后測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，因此設(shè)計了在不同的時間段，利用不同的儀器，采取不同的勘查的方式進(jìn)行研究。對于質(zhì)量的檢查需結(jié)合工作進(jìn)程，檢查量不少于3%對異常區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)的檢查，檢查量在4%-11%之間，質(zhì)量檢查點(diǎn)需與地點(diǎn)及時間相對分布均勻，個別檢查點(diǎn)如果誤差過大，可進(jìn)行舍棄處理，但要查明舍棄的原因，最終按照平均相對誤差作為異常區(qū)域勘查的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 資料記錄及整理

激電中梯測量工作記錄，主要是對生產(chǎn)性觀測、質(zhì)量檢查觀測、儀器調(diào)整檢驗(yàn)以及物性標(biāo)本采集進(jìn)行原始記錄。同時對測量工作中的視電阻率值、視極化率值、勾繪平面等值線圖，依據(jù)原始數(shù)據(jù)記錄并結(jié)合相關(guān)地質(zhì)資料，繪制出綜合推斷成果圖。

3 金屬礦實(shí)例勘查分析

為了驗(yàn)證激電中梯測量技術(shù)對金屬礦實(shí)際的勘查效果，研究將某金屬礦作為實(shí)驗(yàn)測區(qū)。對該礦區(qū)進(jìn)行勘查前，首先查明了目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的巖石分布情況，以此推測出伏巖體的空間分布形態(tài)。已知該礦區(qū)包含了多種礦產(chǎn)，并伴有生硫化物。通過激電中梯測量技術(shù)能夠?qū)⒌V體與圍巖利用電性差異進(jìn)行區(qū)分，因此低阻高極化將反映出礦體異常。

3.1 儀器設(shè)備

儀器設(shè)備采用10km大功率激電測量系統(tǒng)，接收機(jī)、激電發(fā)送機(jī)、機(jī)電電源、發(fā)電機(jī)的選擇如表1所示。

表1 野外探物工作主要儀器

3.2 勘查前期工作布置

研究以激電中梯法對礦區(qū)的剖面進(jìn)行測量，測量總長度為4km，比列尺為1：2000，激電測量系統(tǒng)選用10KW的大功率設(shè)備。為了保證探測數(shù)據(jù)的精度和滿足工作設(shè)計要求，供電周期15s延時180ms。電極距A和B距離為1800m，測量極距M和Z距離為40m，要求每個測量間距20m，并采用雙向段脈寬供電方式，電流保證在3000mA～4000mA，測量電位30mV。基線的布設(shè)采用GPS、羅盤、量尺相結(jié)合的方式，將點(diǎn)線做標(biāo)記處理，測點(diǎn)間誤差要少于5m。采樣寬度為金屬礦區(qū)內(nèi)有2貫穿全區(qū)的斷裂，發(fā)育為復(fù)式向形構(gòu)造。礦體中圍巖多以巖漿巖為主，露出的有新村單元和荷樹崠巖體激電測量技術(shù)要求嚴(yán)格按照國家地礦行業(yè)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

3.3 探測精度保證措施及技術(shù)規(guī)程

利用激電中梯測量技術(shù)測量時，探測數(shù)據(jù)的精度以及相關(guān)技術(shù)規(guī)范將對勘查的最終結(jié)果產(chǎn)生影響。因此，在此次探測過程中，發(fā)電機(jī)的輸出電流浮動控制需小于2.5%，而且在探測工作開始之前需對供電和導(dǎo)線實(shí)施完全漏電檢查；測量電極按照質(zhì)量保證規(guī)范選用小于2mv的不極化電極，連接方式為多組電極并聯(lián)，測量工作開始之前需對電極差進(jìn)行檢查。除此之外，利用激電中梯測量技術(shù)進(jìn)行測量時，需對測量儀器中的數(shù)據(jù)及圖件認(rèn)真觀察，一旦發(fā)現(xiàn)突變點(diǎn)或可疑測點(diǎn)需進(jìn)行重復(fù)觀測處理，防止勘查錯誤及遺漏事故發(fā)生。為了進(jìn)一步保證探測結(jié)果的精準(zhǔn)，要求檢查點(diǎn)實(shí)施均勻的分布，對探測的所有數(shù)據(jù)和原始記錄采取100%的核算復(fù)查，同時，圖件及附件產(chǎn)生的探測數(shù)據(jù)進(jìn)行核對檢查處理。關(guān)于本次的探測工作，各個環(huán)節(jié)和方面嚴(yán)格執(zhí)行《電阻率剖面法技術(shù)規(guī)程》和《時間域激發(fā)極化法技術(shù)規(guī)程》。

3.4 激電中梯測量技術(shù)方法的運(yùn)用

在對該礦區(qū)的礦體資源勘查時，應(yīng)用了激電中梯測量技術(shù)方法，并利用了該方法對激電的異常區(qū)域?qū)嵤┝颂綔y和鎖定，通過對硫化物與金屬的聯(lián)系以及視電阻率及視極化率的分析，找出礦床可能存在的地點(diǎn)和區(qū)域。通過對物探資料的綜合分析和解釋推斷，得出相應(yīng)的勘查結(jié)果。

3.5 物探資料的綜合分析與原因推斷

3.5.1 視電阻率ρs異常測區(qū)描述

弗賴登塔爾認(rèn)為：數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的最終目的不是不被遺忘，因?yàn)闊o論是個人生活還是人類歷史，每一階段的知識只是階梯，重要的是知識是否仍然保持作用和活力。目前多數(shù)高職學(xué)院的數(shù)學(xué)課程過于功利化，似乎要在每一個高數(shù)題上挖掘出就業(yè)機(jī)會和競爭優(yōu)勢，這種過于強(qiáng)調(diào)應(yīng)用的思維看起來是符合與專業(yè)課程結(jié)合的思想，但是實(shí)際上往往會南轅北轍，忽略了數(shù)學(xué)最本質(zhì)的美和數(shù)學(xué)化，其實(shí)數(shù)學(xué)本身最廣泛的環(huán)境適用性帶來的作用最大。縱觀國內(nèi)外職業(yè)學(xué)校數(shù)學(xué)課成功的原因無不與專業(yè)實(shí)踐緊密相聯(lián)，職業(yè)院校的學(xué)生普遍害怕高數(shù)，無窮無盡的推導(dǎo)會給數(shù)學(xué)教育蒙上陰影，高數(shù)因此被視為毫無用武之地的屠龍之技。

通過對測區(qū)視電阻率的綜合分析，該區(qū)域的ρs值在200Ω·m上下，并呈低背景值狀態(tài)，其中最高點(diǎn)能夠達(dá)到1380Ω·m，ρs平均值大約為212Ω·m左右。異常區(qū)主要以高阻為主，通過對巖層情況的現(xiàn)場分析，異常區(qū)發(fā)現(xiàn)大量的石英巖，推測該異常區(qū)產(chǎn)生高阻的原因是由石英巖脈導(dǎo)致的。

該高阻區(qū)域位于整個測區(qū)的東側(cè)，形狀類似于方形，覆蓋面積為0.62平方公里，測得的視電阻率ρs值大約為410Ω·m。

該工作區(qū)從整體上看，呈低阻狀態(tài)，而視電阻高阻異常區(qū)域分布的位置大多以點(diǎn)狀構(gòu)成。通過分析高電阻產(chǎn)生的原因，是因?yàn)樵搮^(qū)域含有石英巖脈，且平均值在410Ω·m左右。因此推測出該工作區(qū)的構(gòu)造斷裂帶被石英巖脈所覆蓋，且西北方向比較零散，所以ρs值相對比較低，該區(qū)域東南方向比較完整，所以ρs值相對較高。

3.5.2 視極化率ηs異常測區(qū)描述

通過對該工作區(qū)視極化率ηs值的綜合分析，該區(qū)域視極化率ηs值通常在1.8%上下，并呈現(xiàn)高背景值狀態(tài)。其中視極化率ηs最高值達(dá)到39%，最低值為-3.1%，測得的平均值為1.9%。

從整體上看，該測區(qū)東西部區(qū)域呈高級化，而中部區(qū)域一般為低極化。若按照視極化率整體的分布狀況進(jìn)行分析，東部和西部兩個測區(qū)被劃分成兩個高極化帶，方向?yàn)槟媳弊呦颉Ｅc此同時，東部和西部兩個極化帶還存在少量的點(diǎn)狀低極化異常。

通過對視極化率ηs值的分析推斷，該工作區(qū)呈中高背景值，視極化率ηs平面的分布形態(tài)是以視極化率ηs異常主要以以高極化分布為主。其中位于工作區(qū)西部的高極化率極化異常長約900m，寬度為280m，覆蓋工作區(qū)域?yàn)?.23km2，測得的視極化率ηs值為5%，最高值可達(dá)8%。同時，該異常帶中還分布著零星的低極化，視極化率ηs大約為-1.9%～2.1%之間。通過觀察西部低極化帶，以南北方向貫穿在工作區(qū)中，北部常以塊狀分布在工作區(qū)內(nèi)；另一高視極化率ηs異常分布在工作區(qū)的東部，長度大約1200m,實(shí)測寬度約為190m，覆蓋面積達(dá)0.7km2，視極化率的最高點(diǎn)達(dá)到7%，平均值為3.8%.

3.5.3 視化率ηs異常推斷原因

勘查區(qū)域內(nèi)巖層主要分布情況為：工作區(qū)南部測得巖石類型為正長花崗巖；東北部測區(qū)為二長花崗巖；西南部為二長花崗巖；西北部為石英長巖；中部為花崗斑巖且貫穿工作區(qū)的南北兩面。工作區(qū)整體視極化率勘查結(jié)果呈高背景狀態(tài)。

工作區(qū)高極化形成的原因是由二長花崗巖脈中的金屬硫化物引起，通過對勘查結(jié)果分析，金屬鉬、銅以及金與高極化異常有直接關(guān)系。其中高極化異常區(qū)域的化探結(jié)果顯示，該區(qū)域還有大量的銅。西部高極化異常的化探結(jié)果顯示，該區(qū)域擁有兩個鉬集中地。而高阻東部區(qū)域的化探異常結(jié)果表明，該區(qū)域含有鉬和金。

經(jīng)測得東部高阻帶沒有金屬鉬、銅以及金，但中高阻部分的高極化率卻出現(xiàn)了鉬和銅區(qū)域交叉情況，并且觀察形態(tài)相近。

通過對以上勘查結(jié)果分析，二長花崗巖巖脈是引起工作區(qū)高極化率異常的主要原因，并與所含礦體關(guān)系緊密，尤其在中高阻異常地帶最為密切，可以確定工作區(qū)中最優(yōu)礦體位置與正長花崗巖、二長花崗巖以及石英長巖重合處的含金屬硫化物石英巖巖脈有關(guān)系。

3.5.4 推斷結(jié)論

結(jié)合視電阻率ρs，視極化率ηs以及地質(zhì)資料表明，該工作區(qū)高極化異常與石英巖巖脈走向一致，因此可作為高極化巖脈的區(qū)分依據(jù)。由于高極化帶中金屬鉬、銅以高極化區(qū)位置一致，可視為礦體勘查最有利位置；通過對東西部視電阻率的分布情況分析，推斷出斷裂是引起中部高阻帶的實(shí)際原因。

綜上所述，在實(shí)驗(yàn)勘查區(qū)域內(nèi)，根據(jù)中高極化率異常帶和高極化異常帶為基礎(chǔ)分成兩個尋礦預(yù)測區(qū)。其中，中高極化率異常帶輻射了高極化異常的周邊區(qū)域，面積大概為0.65km2，此預(yù)測區(qū)的金屬鉬、銅元素與實(shí)際測量一致，方向有向東延伸的趨勢，在對該區(qū)域勘查時綜合考慮向東延伸的可能；而已高極化異常帶為基礎(chǔ)的預(yù)測區(qū)，高極化異常地帶周邊又存在著低阻地帶，此測區(qū)的鉬原色與實(shí)際測量一致，覆蓋面積達(dá)0.54km2。由此證明以上兩個預(yù)測區(qū)都具有找礦價值。

3.6 勘查結(jié)果分析

以綜合推斷解釋結(jié)論為依據(jù)，對工作區(qū)內(nèi)的兩個預(yù)測區(qū)進(jìn)行勘查。利用數(shù)據(jù)繪制出激電中梯平面圖，觀察和區(qū)分激電異常在該礦區(qū)的具體位置。勘查區(qū)域內(nèi)測線的視電阻率的分布情況是兩端高而中間低，南面和西面相對比北面和東面高，但是整體視電阻率提升不高，與已知的地質(zhì)信息相吻合。通過對視極化率分析，測線大致分成兩個區(qū)域，即兩端背景區(qū)與處在中部位置的異常區(qū)。數(shù)據(jù)顯示，測線兩端的背景區(qū)極化率在1.9%，狀態(tài)相對穩(wěn)定，表現(xiàn)為沒有礦源和弱礦源；而處于中部異常區(qū)表現(xiàn)出連續(xù)異常，測得的極化率在1.9%以下，分析原因與礦體及蝕變帶走向有關(guān)。通過對該礦區(qū)的勘查，獲得的質(zhì)量檢查結(jié)果：實(shí)測點(diǎn)數(shù)300，檢查點(diǎn)數(shù)40個，檢查率達(dá)到了13.3%。通過將測得數(shù)據(jù)計算獲得的視化率均方誤差為±0.14%，視電阻率獲得的均方相對誤差為±10.4%，因此滿足了設(shè)計要求并達(dá)到了B級標(biāo)準(zhǔn)。

通過運(yùn)用激電中梯測量技術(shù)方法，探測出各條測量都存在高級化異常，并且異常分布表現(xiàn)為幅度大和范圍廣。通過與已知測區(qū)地質(zhì)礦體資源分布對比，研究勘查的異常區(qū)與該礦區(qū)的礦體分布情況一致，由此驗(yàn)證了激電中梯測量法在金屬礦勘查工作中具有顯著效果。

4 結(jié)論

在多金屬礦中，硫化物與礦石之間存有著密切的聯(lián)系，利用激電中梯測量技術(shù)進(jìn)行勘查時，圍巖與金屬礦石存在著電性差異。礦石表現(xiàn)出低阻高級化特性，通過實(shí)例分析表面，運(yùn)用激電中梯測量技術(shù)對金屬礦進(jìn)行勘查是有顯著效果的，由于激電中梯法具有高效率大面層檢測等優(yōu)點(diǎn)，隨著該勘探方法不斷得到認(rèn)可和推廣，已經(jīng)成為金屬礦勘查工作中重要的手段。