四極測(cè)深極距排列改進(jìn)在桂陽(yáng)寶山邊部找礦中的應(yīng)用

楊俊廣， 李 波， 李建斌， 游 桂， 高鴻斌

(湖南省有色地質(zhì)勘查局 一總隊(duì)， 郴州 423000)

0 引言

測(cè)區(qū)位于寶山礦區(qū)的西側(cè)，本次物探工作是在測(cè)區(qū)中先采用大功率激電中梯掃面圈定異常，然后用四極測(cè)深對(duì)目標(biāo)異常體進(jìn)行測(cè)量，確定目標(biāo)異常體的空間產(chǎn)狀情況。但在四極測(cè)深實(shí)施過(guò)程中，往往出現(xiàn)電流太小，數(shù)據(jù)測(cè)量困難，影響最終的測(cè)量效果。為解決這個(gè)問(wèn)題，對(duì)測(cè)深的電極排列進(jìn)行改進(jìn)，筆者是在改變供電極距(AB/2)時(shí)，對(duì)測(cè)量電極距(MN/2)同時(shí)相應(yīng)增大，使供電極距(AB/2)在大極距區(qū)域構(gòu)成了等深電極排列。通過(guò)對(duì)供電極距的改進(jìn)，改變了傳統(tǒng)電極排列測(cè)量過(guò)程中存在的供電困難，數(shù)據(jù)測(cè)量質(zhì)量較差的情況。

1 四極測(cè)深排列

對(duì)稱四極排列是把供電電極A、B與測(cè)量電極M、N對(duì)稱排列于測(cè)點(diǎn)的兩側(cè)，且在同一直線上,AO=BO=AB/2，MO=NO=MN/2，對(duì)稱四極視電阻率表達(dá)式為式(1)[1,4]。

ρs=kΔUMN/I

(1)

在測(cè)量過(guò)程中，通過(guò)逐漸增大A、B間的距離，以增大勘探深度,當(dāng)電極距(AB/2)變化，而測(cè)點(diǎn)O的位置不變時(shí)，則構(gòu)成對(duì)稱四極測(cè)深排列。然而實(shí)際工作中，隨著AB距離不斷增大，當(dāng)AB/MN值較大時(shí)，ΔUMN值很小，導(dǎo)致地電參數(shù)數(shù)據(jù)難以觀測(cè)。

2 等深模式電極排列特征

在圖1 中，AM=BN=na。只要確定了最佳a(bǔ)值，即可計(jì)算各電極點(diǎn)位及排列長(zhǎng)度。針對(duì)某一測(cè)點(diǎn)等深電極排列的選擇問(wèn)題，為了獲取響應(yīng)函數(shù)的表達(dá)式，可以將測(cè)點(diǎn)作為坐標(biāo)原點(diǎn)，同時(shí)，假設(shè)點(diǎn)電源強(qiáng)度為1 A，即單位電流，并定義一個(gè)比值：

Za=ZE/na

(2)

式中:ZE目標(biāo)勘探深度；n為單位電極距a的倍數(shù)(小數(shù)或整數(shù)均可)，也即定義AM、BN長(zhǎng)度的系數(shù)。M、N間響應(yīng)函數(shù)僅是以Za為自變量的一元復(fù)合二次函數(shù)，簡(jiǎn)寫(xiě)為RMN=f(Za)。可見(jiàn)，只要通過(guò)求取極值的方式確定響應(yīng)函數(shù)極大值對(duì)應(yīng)的Za值，則很容易根據(jù)目標(biāo)深度ZE確定最佳的電極距na。反之，根據(jù)已擬定電極距，可以預(yù)估該電極系的理論勘探深度。這樣就可以根據(jù)目標(biāo)異常體的深度有選擇性地設(shè)計(jì)電極排列方案。

圖1 對(duì)稱四極測(cè)深裝置Fig.1 Symmetrical quadrupole sounding device

圖2 電極排列改進(jìn)前后的點(diǎn)位分布圖Fig.2 The point distribution diagrams of equal depth mode and traditional electrode sequence(a)對(duì)數(shù)排列；(b)等深模式電極排列

在圖2中，以各電極距對(duì)應(yīng)的理論深度為參考，同比換算成對(duì)數(shù)排列，換算后的結(jié)果可以近似于按對(duì)數(shù)排列法采集的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，生成的斷面點(diǎn)位分布圖。

通過(guò)圖2可知，等深模式排列法的點(diǎn)位既在小極距范圍內(nèi)保持了足夠的點(diǎn)位密度，也在大極距時(shí)保證了點(diǎn)位的均勻性；相比之下，等深模式法的深部數(shù)據(jù)具有更高的采集密度，在畸變數(shù)據(jù)處理及解釋結(jié)果的可靠性上也具有更明顯的優(yōu)勢(shì)，能使采集的深部數(shù)據(jù)既滿足均勻分布又有較高信息密度，有效提高對(duì)深部地質(zhì)體的分辨能力。這就決定了在深部測(cè)深斷面等值線圖上，等值線細(xì)節(jié)更加突出，等值線值由淺至深的變化規(guī)律更加清晰，高低異常過(guò)渡較為平穩(wěn)。

3 在寶山邊部礦區(qū)的應(yīng)用效果

3.1 測(cè)區(qū)巖(礦)體物性特征

工作區(qū)位于坪寶礦田內(nèi)，出露地層有泥盆系上統(tǒng)錫礦山組，石炭系下統(tǒng)孟公坳組、石磴子組、測(cè)水組、梓門橋組，中上統(tǒng)壺天群，出露地層巖性為灰?guī)r、炭質(zhì)灰?guī)r、粉砂巖、白云巖、泥灰?guī)r。其電性參數(shù)測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 測(cè)區(qū)主要巖礦石電性參數(shù)統(tǒng)計(jì)表Tab.1 Statistical table of main rock and mineral electrical parameters in surveying area

表1反映了測(cè)區(qū)主要巖(礦)石物性參數(shù)特征。硫化多金屬礦體電阻率較低，極化率較高，相比灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r等圍巖電阻率低3倍以上，視極化率高3倍～5倍，表現(xiàn)出明顯的低阻高極化特征。區(qū)內(nèi)炭質(zhì)灰?guī)r為低阻高極化，為激電異常的干擾體。

總之，以上巖(礦)電性參數(shù)特征，為本區(qū)物探工作的開(kāi)展和資料的解釋提供了依據(jù)。

3.2 測(cè)區(qū)四極測(cè)深極距排列改進(jìn)

在數(shù)據(jù)測(cè)量過(guò)程中，采用的測(cè)深極距排列存在接收電壓低、電流小的問(wèn)題，導(dǎo)致數(shù)據(jù)測(cè)量效果較差，工作效率低下，為改變此種狀況，在本次測(cè)量過(guò)程中，對(duì)測(cè)深的極距排列進(jìn)行相應(yīng)改進(jìn)，通過(guò)改進(jìn)，供電極距AB在600 m ～1 500 m，構(gòu)成了等深模式極距排列(表2)。

表2 改進(jìn)前后測(cè)深電極排列Tab.2 Sounding electrode distance sequences before and after improvement

3.3 工作區(qū)異常解釋

通過(guò)測(cè)區(qū)4 km2激電中梯測(cè)量，獲得了較好的視極化率異常，取得了較好的激電異常效果。

IP4異常位呈條帶狀分布，由3個(gè)激電異常組成，走向北西，與測(cè)區(qū)斷裂F3近于平行，推測(cè)該異常處可能發(fā)育有與斷裂F3平行的次級(jí)斷裂，IP4異常成礦條件較為有利，確定為目標(biāo)異常體(圖3)。

圖3 激電中梯異常及測(cè)深剖面布置圖Fig.3 The IP anomaly & sounding section profile in surveying area

圖4 102線極距排列改前斷面圖Fig.4 Section profile of line 102 electrode distance sequences unimproved

圖5 102線極距排列改后斷面圖Fig.5 Section profile of line 102 electrode distance sequences improved

圖6 72線激電測(cè)深斷面圖Fig.6 Line 72 IP sounding section profile

為查明IP4異常的深部空間情況及其與F3斷裂關(guān)系，分別對(duì)F3斷裂和IP4異常進(jìn)行四極激電測(cè)深。測(cè)線方位分別為垂直F110和F3斷裂的走向，編號(hào)為102線和72線，測(cè)點(diǎn)編號(hào)從100(1 000 m)點(diǎn)，自西向東、自南向北依次增大。

對(duì)比圖4、圖5可知：斷面等值線在淺部扭曲趨勢(shì)基本相同，深部斷面圖差異較大，AB/2≥200 m的斷面圖上，改前MN電極距最大值為40 m，信號(hào)較弱，所測(cè)數(shù)據(jù)跳變劇烈，異常值橫向呈串珠狀排列，改進(jìn)后的斷面等值線較密集、平滑，高低異常值過(guò)渡平緩，等值線細(xì)節(jié)突出，能夠反映目標(biāo)異常體深部空間的真實(shí)情況。

由圖5可知：在AB/2=200以淺，在1 000 m～1 060 m (100點(diǎn)-106點(diǎn))，視電阻率為低阻，呈“凹”型，推測(cè)106 點(diǎn)(1 060 m處)可能發(fā)育有一條斷裂，傾向?yàn)槟蠔|，斷面深部視電阻率左高右低，下部視電阻率高，界面清晰，右側(cè)低阻整體呈“V”型向深部延深，推測(cè)在112點(diǎn)附近存在一斷裂，傾向?yàn)槟蠔|，傾角50°左右，為F110斷裂在深部的反映。極化率異常主要分布1 080 m (108點(diǎn))到1 160 m (116點(diǎn))，異常規(guī)模較大，異常幅值為2.5%～4%，深度為AB/2=150 m～350 m左右。

通過(guò)測(cè)深，異常情況和激電中梯掃面所圈定的異常范圍基本吻合，礦化體埋深大約在AB/2=150 m～350 m。IP4異常中心位于102線112(1120 m)點(diǎn), AB/2=250 m附近，由表2可知，對(duì)應(yīng)的異常中心埋深大約為153 m～170 m。 由72線測(cè)深斷面圖(圖6)可知：視電阻率值中間高，兩邊低，電阻率等值線向下扭曲趨勢(shì)相同，斷面圖的深部，視電阻率等值線值較高，巖性較完整。視極化率異常值在AB/2=300 m處和斷面的右下側(cè)較高，通過(guò)72激電測(cè)深斷面，推測(cè)F3斷裂次級(jí)斷裂的存在，產(chǎn)狀傾向南西、較陡。

3.4 鉆探結(jié)果

為驗(yàn)證目標(biāo)異常體IP4的深部空間情況及與F3斷裂間的關(guān)系，在102線1 080 m(108點(diǎn))附近設(shè)計(jì)了淺鉆QZ6，設(shè)計(jì)深度40.38 m,在24.8 m～26.9 m揭露到了破碎帶:深灰色,局部見(jiàn)大量次棱角狀灰?guī)r角礫斷續(xù)分布,大小為1 mm *2 mm～4 mm*7mm,由方解石細(xì)脈及小團(tuán)快充填膠結(jié),局部裂隙發(fā)育,充填方解石,證實(shí)了 F110斷裂次級(jí)斷裂的存在(圖7)；在114點(diǎn)(1 140 m處)附近設(shè)計(jì)了ZK10201鉆孔，設(shè)計(jì)深度500.46 m， 160.35 m～164.43 m揭露到弱黃鐵礦化灰?guī)r：局部見(jiàn)少量不規(guī)則裂隙及方解石細(xì)脈，脈寬1 mm～3 mm,巖石中見(jiàn)少量浸染狀、小團(tuán)快狀黃鐵礦；280 m～284 m為破碎帶:灰-深灰色,局部見(jiàn)少量次棱角狀角礫,角礫大小為1 mm*3 mm～4 mm*7 mm,不規(guī)側(cè)裂隙及方解石細(xì)脈發(fā)育,方解石脈寬1 mm～5 mm,沿裂隙面充填褐紅色泥質(zhì)物及少量的Pb、Zn、Ag,局部見(jiàn)大理巖化,為F3斷裂的延伸；480.5 m～481.26 m為破碎帶:深灰色,局部見(jiàn)少量次棱角狀-次圓狀灰?guī)r角礫,角礫大小為1 mm *3 mm～5 mm *12 mm,不規(guī)則裂隙發(fā)育,沿裂隙面充填方解石細(xì)脈、炭質(zhì)物及少量細(xì)粒狀黃鐵礦、Pb、Zn、Ag，推斷為F3斷裂的次級(jí)斷裂F3-1(圖7)。

圖7 物探地質(zhì)綜合剖面圖Fig.7 Comprehensive section profile of geophysical prospecting

4 結(jié)論

1) 通過(guò)對(duì)測(cè)深極距進(jìn)行改進(jìn)，測(cè)深極距在大極距區(qū)域形成等深模式極距排列，整個(gè)極距排列的比值MN/AB大于或等于1/15,增大了MN間距，獲得較大ΔUMN值， 解決了過(guò)去傳統(tǒng)極距排列在測(cè)量過(guò)程中存在的問(wèn)題，取得較好的數(shù)據(jù)測(cè)量效果，提高了工作效率。

2) 極距改進(jìn)后，采集的數(shù)據(jù)在深部具有更高的均勻度，測(cè)深斷面圖件的深部細(xì)節(jié)更加突出，異常數(shù)值高低過(guò)渡平穩(wěn)，有效提高對(duì)深部地質(zhì)體的分辨能力。

3)在四極測(cè)深異常解釋的過(guò)程中，通過(guò)等深模式斷面等值線圖直接進(jìn)行相應(yīng)的解釋，改變了排列方式改進(jìn)前用對(duì)數(shù)模式進(jìn)行解釋的模式。

致謝

在本文成文過(guò)程中受到成都理工大學(xué)李才明老師和湖南有色地質(zhì)勘查局一總隊(duì)鐘江臨總工的指導(dǎo)，在此表示感謝！