相位激发极化法在多宝山矿产远景调查中的应用效果

2013-10-29 01:10龚胜平丁卫忠王明明王晓东李祥新

物探化探计算技术 2013年5期

龚胜平，丁卫忠，王明明，王晓东，李祥新

（1.中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所，河北廊坊 065000；2.河北省区域地质矿产调查研究所，河北廊坊 065000；3.河北省地球物理勘查研究院，河北廊坊 065000）

0 前言

激发极化法，按照供电电流性质的不同，有直流（时间域）激电法和交流（频率域）激电法之分。实践证明，激电法是勘查各类金属矿产的重要方法。在国内用于金属矿产的勘查大多采用较为成熟的时间域激发极化法［1－2］。频率域极化法勘查主要采用双频或多频测量，通过计算视频散率等参数来进行地质解释，而应用相位激电法进行矿产普查的应用相对较少。

相位激发极化法（简称相位激电法）作为频率域激发极化法的一种方法，具有仪器装备轻便、抗干扰能力强、可观测研究的参数多等优点，可通过观测电压与电流的相位移来获得地下异常体的极化特征［3－4］。目前国内、外可供测量相位参数的仪器主要有：阵列相位激电仪［5－6］、FX－1幅相仪、V8电法工作站、GDP－32Ⅱ等电法测量系统。

黑龙江多宝山地区矿产资源丰富，是我国东北地区重要的斑岩型铜矿产地，目前已发现了包括多宝山、铜山等大型斑岩铜矿床及各种中小型矽卡岩型铁铜矿床、热液型金矿床。地调局于2008年下达了在多宝山矿床东南部开展矿产远景调查的任务。项目承担单位完成了八个图幅的地质、磁法、电法、土壤测量等工作，根据成矿条件和找矿标志圈定了找矿重点远景区。在此期间，利用各种找矿仪器开展了方法试验，其中将相位激电作为本次特殊景观条件下大面积物探测量工作中的新方法，进行了效果试验。共完成了二龙山村等八个图幅的1∶50 000相位激电扫面试验工作及1∶10 000的异常检查工作。作者将其中的一处异常重点检查区作为方法有效性实验区，对比相位激电与直流激电扫面测量及测深结果，分析将该方法应用于矿产勘查中揭示平面异常及异常赋存空间的有效性。

1 调查区地质背景

多宝山远景调查区位于西伯利亚板块南缘早古生代陆缘增生带与华北地台北缘增生带（即兴蒙造山带）的东段，大兴安岭湖盆系之扎兰屯－多宝山岛弧带与孙吴上叠构造盆地过渡带附近。南侧为松嫩地块、北侧为额尔古纳地块。测区地质演化历史漫长，地质构造复杂、火山作用和岩浆活动频繁，各时期地层、侵入岩均有出露，区域构造方向为北东向。根据基础地质和矿产产出情况来看，区内具有形成金属非金属矿床的地质背景与成矿条件。根据中国成矿区带划分图，调查区横跨吉黑成矿省和内蒙大兴安岭成矿省，其中主要区域分布在吉黑成矿省。以额尔齐斯－佐伦－黑河缝合线为界，东南部属于小兴安岭－张广才岭－哈达岭（吉林）太古宙、晚古生代、中生代金铜镍银铅锌石墨成矿带的一部分，该成矿带分布有小西林、昆仑气；翠宏山、红旗山；林海、闹枝沟，库源、大西林；大黑山、吉昌；红旗岭、溧河川、茶兴岭等铅锌铜钼镍等多金属矿床。缝合线西北部属于大兴安岭北段晚古生代、中、新生代铅锌银金铁（锡）煤（油气）矿床成矿带，分布有铜山、小多宝山、谢尔塔拉、梨子山、塔尔其、三矿沟、关乌河、古利库等铜钼铁锌金银等多金属矿床。

所选的实验区覆盖厚度一般在1m～3m之间，局部大于3m，属典型的浅覆盖地质调查区。地质图如图1所示。侵入岩为海西晚期闪长岩和斜长花岗岩。二叠纪岩浆侵入活动规模最大，分布面积最广。区内出露有古生代、中生代火山岩。变质岩主要为古生代地层的区域变质岩和其与侵入岩接触而形成的接触变质岩，主要为五道岭组（P2w），多具片理化，有铜、铅、锌矿化。

2 物性特征

根据多宝山铜矿矿带岩心物性参数统计显示，矿化岩石、碳质板岩具有高极化特征，其中碳质板岩呈高极化低阻特征，黄铁矿矿化凝灰岩呈中等极化中等电阻率特征，矿化花岗闪长岩、安山岩呈中等极化高阻特征，当矿化为浸染状时含铜品位越高的矿石电阻率往往有增大的趋势。矿石标本极化率一般在8%～12%之间，电阻率大于2 000Ω·m，当矿石为致密块状时极化率可达63%，矿带外围黄铁矿化岩石个别标本极化率也可达到73%以上。

研究区标本的电性参数列于表1。从表1可以看出：高电阻率岩石为流纹岩、安山岩、安山玢岩、板岩；花岗闪长岩、凝灰岩具有中等电阻率；而变质粉砂岩为低电阻。相位参数表明，安山岩变化范围最大，从－12.8marad到3mrad；流纹斑岩和流纹岩次之，相位值从小于－6mrad到2mrad不等；其它岩石的相位值变化范围较小，一般在0mrad附近波动，波动范围不超过5mrad。无论变化范围大小，这些岩石的常见相位值都在0mrad左右，反映了该区域进行相位测量的背景。

3 方法应用

3.1 方法原理

相位激电法通过供电电极向地下供入某一频率的低频电流，激发地质体产生谐变异常场。通过同步测量电极间的谐变电位差，获取电场电位差相对于供电电流的相位移（φs）以及视电阻率（ρs）。

视电阻率ρs（f）通常表示为［3］：

其中 K为装置系数；f为工作频率。

式（1）即为视电阻率，式（2）为测量的视相位值。

相位激电法测量的是电场电压与供电电流之间的绝对相位差，根据相应装置利用电位差计算视电阻率，继而利用视电阻率和实测相位参数进行地质解释。

在低频工作条件下，相位差反映地质体极化特性，与极化率存在对应关系。地质体极化率越高，相位差越大。因此，利用相位激发极化法研究和测定这种相位差，能够确定地下导体是否存在，以便达到矿产勘查的目的。

3.2 勘查效果

工作中使用的仪器为物化探所产FX－1型幅相仪，仪器由接收机、发射机、升压器、供电电源（12V密封式铅酸电瓶）组成。供电电极为不锈钢电极；测量电极为氯化铅固体不极化电极。仪器的同步方式采用GPS同步方式控制。考虑勘探深度、分辨能力、异常幅值与电磁耦合等因素，通过试验确定采用的工作频率f＝0.25Hz，供电电流约为400mA。面积测量采用偶极装置AB＝MN＝a＝40m，隔离系数n＝2。测量网度按1∶10 000比例要求采用100＊20m。执行标准为DZ／T0070－93《时间域激发极化法技术规定》。测量的视相位总均方误差为0.46mrad，视电阻率均方相对误差为5.16%，符合规范要求。

为验证仪器与方法的有效性，在实验区开展了大功率直流激电法的测量，采用中间梯度装置。使用的仪器为DJF10－1A型大功率激电仪。布置AB极距为2 000m，MN ＝40m。发射电流6.5A，供电时间2s，延迟时间100ms，积分时间100ms；测量信号用不极化电极提取。测点与相位激电法同一点位。执行技术标准为《时间域激发极化法技术规定》（DZ／T0070－1993）。

在测区测量所得相位激发极化法成果图如图2所示，直流激电法成果图如图3所示，由图2与图3对比可以看出：

（1）两者所反映的激电异常分布相似，视相位异常区与激电中梯视极化率异常区吻合。

两种方法在发射极距上存在着较大区别，勘查深度因此有所不同，但是反映的平面异常部位与形态仍大体一致。这说明相位激电能在揭示异常体平面分布上与直流激电方法取得较为一致效果。

（2）两种方法反映的视电阻率高低分布由于勘查深度的不同而存在一些差异，但测量效果也有一致性。

相同之处在于测区中的龙江组安山玢岩的高阻特征反映相同，其它部位视电阻率相对大小的反映也大致相同。不同点主要表现在相位激电反映的视电阻率高低异常较直流激电明晰；直流激电测量的视电阻率值整体较相位激电小。这主要是由于测量所反映的地质体深度不同及仪器间的标定不同而引起的；直流激电由于测量深度较深，岩体的体积效应更明显。测区中南部为二叠系花岗岩分布区，呈现高阻（大于900Ω·m）弱极化（16mrad左右）电性特征；测区中西部五道岭组和甘河组分布区呈现中等电阻值（700Ω·m左右）弱极化（20mrad左右）的电性特征。通过探槽取样，揭露后者所见岩性为角岩化流纹质凝灰岩及绢云长英角岩，所见蚀变为角岩化、绢云母化。对Au、Ag、Cu、Pb、Zn、Mo等六种元素的分析结果较低。通过地表验证可见，该处的异常是由热液接触变质及低温热液蚀变引起的，而非由矿化引起。

表1 多宝山矿产远景调查区岩石电性统计表Tab.1 Rock electrical statistics table of metallogenic prospective survey experimental area in Duobaoshan

（3）测区中北部的异常区位于测区中部二叠系花岗闪长岩与五道岭组、光华组接触部位，由多条带状异常组成，属低阻高极化异常类型，相位异常值高达90mrad以上。异常区南侧有一个钼矿化点，推测该异常有较高的找矿前景，值得进一步的研究。

为查明异常形态，针对具有找矿前景的中北部异常，进一步开展了相位激电测深工作。采用的装置参数如下：a＝40m，n＝1、2、3；a＝100m，n＝1、2、3。测深剖面布置位置如图2（a）所绘两条平行的剖面线L1、剖面线L2所示。测量点距20m。剖面L1的测量数据的相位及电阻率反演断面图如图4、图5所示。剖面L2的测量数据的相位及电阻率反演断面图如图6、图7所示。

3.2.1 剖面L1解译

从剖面L1成果图可以看出：在相位激电测深中，由于较密的点距和偶极－偶极装置特点，横向分辨率较好，反映出的地质体结构形态清晰。从相位与电阻率成果图看出异常体倾角约为45°，异常体有向地下延伸的趋势，另外也可以映证地下异常体具有低阻高极化特征。

3.2.2 剖面L2解译

剖面L2位于L1平行方向，反应的异常形态有相似之处，说明了相位激电在揭示地质体上的稳定可靠性。而从相位与电阻率值来看，异常在该剖面上有所减弱，这是由于剖面已经距异常中心较L1剖面远的缘故。

通过在该异常区域进行探槽取样，揭露所见岩性为轻微碎裂二长花岗岩，所见蚀变为绢云母化、碎裂岩化，所取化学样及原岩光谱样通过对Au、Ag、Cu、Pb、Zn、Mo等六种元素的分析，Au含量最高为0.1×10－6、Ag含量最高为6.27×10－6，其余四种元素含量较低。通过地表验证，可见该处的异常是由低温热液蚀变作用及Au、Ag两元素的高含量值引起的，但地表未达到矿化。

由此可见，相位激电方法在矿产勘查面积性测量与测深工作中都能起到较好的效果，对异常的分布及形态特征都能具有较为理想的勘查结果。开展面积性测量时，仪器轻便快捷、工作效率高、抗干扰能力强、反映的异常清楚，效果不弱于直流激电法。

开展测深工作时，与大功率激电测深相比，相位激电的功率要小的多，测量的深度也相对较浅。但是相位激电测深具有分辨率高，揭示异常形态明晰的特点。另外该方法工作效率高，在工作过程中只需5人－6人即可完成工作。因此，相位激电方法具有较好的应用前景，值得推广该方法的应用。