自然電位砂巖型鈾礦地形改正及其應(yīng)用

游 陳，湯洪志，陳曉冬 ，陳建龍，肖小松

（1.東華理工大學(xué)地球物理與測(cè)控技術(shù)學(xué)院，江西南昌330013；2.中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙410083；3.核工業(yè)二一六大隊(duì)，新疆烏魯木齊830000）

1 概述

從20 世紀(jì)80 年代末期開(kāi)始對(duì)伊犁盆地砂巖型鈾礦進(jìn)行勘查，先后在伊犁盆地發(fā)現(xiàn)了五個(gè)砂巖型鈾礦床，可見(jiàn)該地區(qū)的鈾礦資源十分豐富。隨著科技技術(shù)的飛速發(fā)展，儀器的更新?lián)Q代，淺部的礦產(chǎn)資源有限，開(kāi)始向深部資源進(jìn)軍，找礦的難度不斷加大。理論和實(shí)踐均表明，砂巖型鈾礦上可觀測(cè)到明顯的自然電位異常。因此對(duì)于適合地浸技術(shù)采礦的砂巖型鈾礦，可以采用自然電位法進(jìn)行勘探。但自然電位法干擾因素多，其中地形起伏對(duì)自然電位的影響是干擾之一。

2 自然電位法地形改正

2.1 自然電位法野外數(shù)據(jù)采集

自然電位在野外數(shù)據(jù)采集時(shí)，需按照野外勘探技術(shù)規(guī)范進(jìn)行。首先選好測(cè)區(qū)，布置好測(cè)線(xiàn)，用GPS 定點(diǎn)，沿測(cè)線(xiàn)方向在地表上挖兩個(gè)相距50m的小坑，分別埋入兩個(gè)用水浸泡好的不激化電極；然后選用靈敏度較高的萬(wàn)用表進(jìn)行測(cè)量，用GPS 同時(shí)記入該點(diǎn)的高程Ai以及兩點(diǎn)的電位差；最后在同時(shí)移動(dòng)兩不激化電極到下一點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，其測(cè)距為50m。理論上記錄的數(shù)據(jù)滿(mǎn)足公式：

式中：V——兩點(diǎn)電位差。

由于在地表觀測(cè)的是兩點(diǎn)的電位差，它不能反映地下的實(shí)際情況，需要把電位差轉(zhuǎn)化為電位：

式中：Ui——疊加后的自然電位；

a——測(cè)線(xiàn)起點(diǎn)的自然電位，假設(shè)為0mV。

2.2 自然電位數(shù)據(jù)處理流程

野外所測(cè)得數(shù)據(jù)為電位差，經(jīng)過(guò)式（2）處理自然電位，再剔除過(guò)濾電場(chǎng)，完成預(yù)處理。然后處理自然電位數(shù)據(jù)，在處理數(shù)據(jù)時(shí)需按照如圖1所示的數(shù)據(jù)資料流程處理[4]。

圖1 自然電位處理流程圖

2.3 地形改正原理

自然電位異常與地形的影響呈現(xiàn)兩種關(guān)系：一種是鏡像關(guān)系；另一種是反鏡像關(guān)系，其中鏡像關(guān)系的情況占多數(shù)。多數(shù)地形起伏與自然電位異常存在三種關(guān)系：線(xiàn)性關(guān)系、二次關(guān)系或指數(shù)關(guān)系，利用其相關(guān)性進(jìn)行改正，關(guān)系式為[1]：

式中：ΔUi——電位改正值；

ΔHi——地形相對(duì)高差；

a0、a1、a2、A、B、C——無(wú)量綱常系數(shù)。

在地形改正時(shí)，先將野外數(shù)據(jù)采集記錄的高程和測(cè)點(diǎn)的自然電位相對(duì)應(yīng)，再?gòu)南鄬?duì)高差曲線(xiàn)中選取一段變化幅度較大的地形，然后通過(guò)測(cè)點(diǎn)號(hào)找到其對(duì)應(yīng)的 自 然 電 位 ，得 到 一 組 相 對(duì) 高 差{ΔH1，ΔH2，ΔH3，...，ΔHn} 及 其 對(duì) 應(yīng) 的 自 然 電 位{ΔU1，ΔU2，ΔU3，...，ΔUn} ，n為所取擬合數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)，最后根據(jù)相關(guān)性進(jìn)行改正。

其中，多數(shù)相關(guān)性主要以線(xiàn)性相關(guān)為主，假設(shè)自然電位關(guān)于相對(duì)高差的線(xiàn)性函數(shù)為公式（3），則應(yīng)用最小二乘線(xiàn)性擬合公式為：

設(shè)自然電位是關(guān)于相對(duì)高差的二次函數(shù)，即ΔU=f(ΔH)=a0+a1ΔH+a2ΔH2應(yīng)用最小二乘擬合公式為：

設(shè)自然電位是關(guān)于相對(duì)高差的指數(shù)函數(shù)，即ΔU=f(ΔH)=AeBΔH+C，將公式兩端取對(duì)數(shù)變形，再結(jié)合線(xiàn)性回歸方程的，得：

3 蒙其古爾礦區(qū)地形改正

3.1 工區(qū)概況

測(cè)區(qū)為蒙其古爾礦區(qū)，礦區(qū)主要為上三疊統(tǒng)，廣泛發(fā)育中下侏羅統(tǒng)水西溝群、中侏羅統(tǒng)頭屯河組、白堊系和新近系。

（1）水西溝群在礦區(qū)內(nèi)總體為一套沖積扇—三角洲沉積體系，中侏羅統(tǒng)頭屯河組為一套雜色碎屑巖沉積，以泥巖和中細(xì)砂巖互層為主，厚度一般為0～117m。

（2）白堊系為一套干旱條件下形成的褐紅色河湖相沉積，以砂質(zhì)泥巖和泥質(zhì)砂巖為主。

（3）新近系巖性主要為褐紅色鈣質(zhì)砂礫巖夾砂巖和泥巖，底部為弱鈣質(zhì)交接的含礫粗砂巖、灰白色鈣質(zhì)交接細(xì)砂巖，厚度變化較大，厚度一般為0～220m。

斜坡陡峭，相對(duì)高差較大，適合研究地形改正，沿西南方向布置2條測(cè)線(xiàn)，沿西北方向布置5條測(cè)線(xiàn)。

3.2 擬合數(shù)據(jù)選取

地形改正的擬合數(shù)據(jù)選擇需遵循以下原則：①地形起伏較大；②由地形引起的自然電位異常變化明顯；③地形與自然電位異常之間的相關(guān)性較好[1]。23 號(hào)線(xiàn)是地形起伏較大的測(cè)線(xiàn)，測(cè)線(xiàn)布置方向?yàn)槲鞅狈较?。設(shè)1372m 為該地區(qū)的平均高程，繪制其相對(duì)高差曲線(xiàn)如圖2所示和自然電位曲線(xiàn)如圖3所示。

圖2 相對(duì)高差曲線(xiàn)

圖3 自然電位曲線(xiàn)

可以看出起伏的地形引起了自然電位變化顯著，對(duì)地下地質(zhì)體的信息造成了較大干擾，兩者之間大致呈現(xiàn)反鏡像關(guān)系。

3.3 擬合公式的改正效果

若相對(duì)高差與自然電位之間滿(mǎn)足線(xiàn)性關(guān)系，運(yùn)用最小二乘擬合公式（6），計(jì)算參數(shù)a0=144.7278 ，a1=-1.17378，得到線(xiàn)性擬合關(guān)系式為：

若相對(duì)高差與自然電位之間滿(mǎn)足二次函數(shù)關(guān)系，運(yùn)用最小二乘擬合公式（7），計(jì)算參數(shù)a0=-0.0006，a1=-1.1877，a2=146.16，得到二次擬合關(guān)系式為：

若相對(duì)高差與自然電位之間滿(mǎn)足指數(shù)函數(shù)關(guān)系，運(yùn)用最小二乘擬合公式（8），計(jì)算參數(shù)A=124.29，B=-0.01，C=0，得到自指數(shù)擬合關(guān)系式為：

曲線(xiàn)擬合如圖4所示。

圖4 應(yīng)用最小二乘公式所實(shí)現(xiàn)的線(xiàn)性、二次、指數(shù)擬合

從圖4中能看出：由于二次擬合公式（10）中二次項(xiàng)系數(shù)a0較小，使得線(xiàn)性擬合與二次擬合得到的曲線(xiàn)十分接近，相對(duì)高差在（-100m，75m）的區(qū)間內(nèi)比較接近，且自然電位改正量和相對(duì)高差擬合效果較好，而指數(shù)擬合得到的效果顯然沒(méi)有線(xiàn)性和二次擬合效果好。因此，砂巖型鈾礦區(qū)地形改正采用線(xiàn)性擬合比較合適。利用線(xiàn)性擬合對(duì)比改正前后得到圖5。

由圖5 可見(jiàn)，自然電位異常受地形的影響較大，改正后的自然電位曲線(xiàn)在（800～1250m）區(qū)間內(nèi)自然電位曲線(xiàn)顯然比改正前的自然電位曲線(xiàn)要高，而在1250m之后，改正后的自然電位曲線(xiàn)在迅速下降，在1300m后，改正前的自然電位曲線(xiàn)低于改正后的自然電位曲線(xiàn)。

圖5 線(xiàn)性擬合公式改正前后對(duì)比圖

4 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)測(cè)區(qū)的相對(duì)高差與自然電位地形改正量進(jìn)行線(xiàn)性、二次、指數(shù)擬合，對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)采用線(xiàn)性擬合的效果較好，并得出相對(duì)高差與自然電位地形改正量的關(guān)系式，利用其關(guān)系式可以消除砂巖型鈾礦區(qū)地形起伏對(duì)自然電位測(cè)量的影響。