双向单极—偶极激电测深在新疆某矿区勘查中的应用

罗振军， 刘江山，何云乐

(湖南省有色地质勘查研究院，湖南 长沙 410007)



双向单极—偶极激电测深在新疆某矿区勘查中的应用

罗振军， 刘江山，何云乐

(湖南省有色地质勘查研究院，湖南 长沙 410007)

与常规的激电测深相比，特别在探查埋藏深度较深的隐伏金属矿时，双向单极—偶极排列具有采集数据量大、激电信号强、穿透深度大、勘探精度高和效率高等优点。首先对激电测深数据进行二维反演，然后结合矿区地质特征和岩矿石电性特征，对激电异常进行推断解释。结果表明，激电异常主要分布于岩体接触带和断裂破碎带附近，与成矿关系密切。激电异常经过钻探验证深部见多处铜矿脉，说明在矿区投入双向单极-偶极激电测深达到了较好的预期探测效果。

双向单极—偶极测深；激电异常；视充电率；铜矿

1　引　言

为了在矿区及近外围找寻新的铜矿接替资源储备，扩大矿区资源储量规模，在新疆某矿区投入了地质、物探工作。该矿区主攻矿床类型为与火山通道相关的热液型铜多金属矿，其次为次火山岩斑岩型钼矿。

时域激电双向供电方式的轴向单极—偶极装置测深法，和其他常规对称装置测深法(如对称四极、偶极—偶极)相比，具有工作效率高、地质勘探效果好、经济效益高等特点。多数铜矿和金属硫化物的矿化作用有关，与金、银等的硫化物共生，使得铜矿石与围岩的充电率有明显的差异。采用激发极化法[1,2]圈定金属硫化物的矿化富集带，可以为圈定找矿靶区提供依据[3]，使得间接找矿具备物性前提，并能够取得较好的地质效果[4-6]。

本次双向单极—偶极测深主要在面积性激电工作的基础上布设，主要工作任务是：依据时间域激电扫面工作中视充电率(Ms/%)和视电阻率(ρs/Ω·m)参数异常来划分断裂蚀变带在平面上的展布特征，并利用双向单极—偶极测深推测矿体宽度、倾向等产状，预测深部是否存在极化体以及矿体沿垂向延伸的情况，为下一步的探矿工程提供信息。

2　地质概况

勘探区位于塔里木板块的伊犁—中天山陆壳板段西北部，其北以博罗科努—阿其克库都克断裂(板块缝合线，在本区亦称博尔塔拉大断裂)为界，与哈萨克斯坦板块毗邻，包括1个Ⅱ级和3个Ⅲ级构造单元，主体为赛里木微陆块。北与哈萨克斯坦板块的北天山古生代活动大陆边缘板段相邻，南东部为博罗科努早古生代岛弧带，最南部为伊犁晚古生代中期裂谷。北达巴特铜矿床在构造上处于赛里木微陆块北缘裂陷带中，其次级构造单元为达巴特复背斜，亦称达巴特穹隆。

出露的地层有早元古界温泉群，以黑云母钾长片麻岩为主，夹二云母石英片岩、大理岩；泥盆系中统汗吉尕组，主要为二云母石英砂岩、 粉砂岩夹生物灰岩；泥盆系上统托斯库尔他乌组，分布较广，底部为底砾岩，以上为沉凝灰岩、 凝灰质石英砂岩、砂岩、火山角砾岩、火山砾岩等互层。主要出露的岩浆岩有华力西早期英安斑岩及华力西晚期火山岩(流纹质晶屑凝灰熔岩、流纹质角砾熔结凝灰岩)、次火山岩(次花岗斑岩)。另有数十条花岗斑岩脉。

矿区总体属于穹隆构造的一部分，该穹隆为一复式褶皱，轴向为北西，轴面呈扬起和倾伏相间的拱形。背斜核部相对较平缓，在矿区范围内由于受构造及岩体影响表现为背斜一翼近于直立的单斜地层。达巴特火山岩为火山管道相， 火山管道南侧为NW向的断层，由多个断层面组成断层破碎带，宽为10～40 m，长在1 600 m以上。达巴特铜矿主要产于火山管道两侧的构造带中，大多为内接触带，少量为外接触带。矿体呈脉状、透镜状产出，地表矿化带呈条带状展布。

图1　激电测深剖面布置及矿区地质Fig.1　Deployment of the IP sounding profiles and geological map of the deposit area

3　电性特征

本次物性测量共采集岩石标本193块，包括了地表样品和坑道样品，主要岩性为凝灰岩、流纹质熔结角砾凝灰岩、英安岩及铜矿石标本。测试结果见表1。

由表1可知：英安岩、凝灰岩、流纹质熔结角砾凝灰岩和凝灰质砂岩为高阻低极化特征；铜矿凝灰岩电阻率常见值为3 510 Ω·m，充电率常见值为2.53%，具有明显的低阻高极化特征；铜矿化流纹质熔结角砾凝灰岩电阻率常见值为12 000 Ω·m，充电率常见值为1.9%，具有明显的高阻高极化特征；铜矿石电阻率常见值为45 Ω·m，充电率常见值为26.1%，具有明显的低阻高极化特征。综上所述，铜矿石、铜矿化流纹质熔结角砾凝灰岩、铜矿化凝灰岩的充电率值一般较高，是各类岩石的3倍以上，具有明显的高极化特征，而无矿化英安岩、凝灰岩、泫纹质熔结角砾凝灰岩、凝灰质砂岩的充电率值一般较低，不能形成激电异常；由各岩性电阻率特征可知，矿化能使电阻率值降低，围岩与铜矿石之间的电阻率差异较大。因此认为开展激电工作的物性前提已具备。

表1　矿区主要岩(矿)石电性参数测定结果统计

4　工作方法技术

双向单极-偶极装置勘探测线的供电电极(C)和测量电极(P)位置见图2，供电电极极距为60 m，无穷远极垂直激电测深剖面，并且距离剖面线3.6 km敷设，以防止测量电极与无穷远电极处于同一导电带。

根据矿区已有勘探线布设(图1)， 布置L300线、L320线2条激电测深剖面，剖面方向为30°，线距为200 m，L300线剖面长1.7 km，L320线剖面长1.34 km，各极点采用RTK定点布设。

图2　双向单极—偶极激电测深装置示意图Fig.2　Sketch Map of the two-way pole-dipole IP sounding array

工作仪器为1台由法国IRIS公司生产的VIP5000时间域和频率域激发极化发射机和2台ELREC6六通道电阻率和激发极化接收机。供电周期T为8 s，供电时间和断电时间均为2 s，以保证二次衰减曲线有20个窗口的电位值V2(mV)及多的采集次数。采集数据时，勘探线上的13个电位电极在敷设好后固定不动，从测线两端沿测线移动供电电极(图2)，每个供电点单次供电可同时观测12道的电参数，即分别可获得12个视电阻率(ρs)和视充电率(Ms)参数。

剖面上的记录点O和O′分别为两个测量电极(P1、P2)的中心点与供电点(C1、C4)之间的中心点(图3)，O为正向记录点，O′为反向记录点。双向单极—偶极装置的间隔系数n=±0.25，0.75，1.25，…，21.25，21.75，22.25。供电电极的间距为30 m，随着电极距系数n的加大，探测深度(h)也加大。

图3　双向单极—偶极测深装置原理示意图Fig.3　Schematic diagram of the two-way pole-dipole sounding array

视电阻率和视充电率参数是地下电性不均匀和地形的一种综合反映，二维拟断面图反映的是地下地质体沿一定深度范围内电性特征总的模拟，Ms、ρs在拟断面图上的异常特征并不表示地质体在地下空间的真实分布，精确确定矿(化)体在空间的分布特征需借助专业的反演软件。数据处理采用加拿大哥伦比亚大学研制的二维反演软件DCIP2D系统进行反演，基本原理是在绘制电参数拟电断面的基础上，采用有限元法[7]构制二维地电模型进行正演，根据有限原理对模型数据迭代拟合，若迭代次数达到一定数值后突然下降，曲线趋向平缓，说明迭代相对误差达到最小。该软件可附加每个供电电极、测量电极点的高程，在反演时对地形自动计算，从而消除了地形的影响。双向单极—偶极即分为正向单极—偶极和反向单极—偶极排列，对由两个方向供电获得的Ms、ρs参数构制的地电断面进行反演，可以消除仅由一个方向供电获取的Ms、ρs参数在拟断面图中因不对称而造成的异常位置的偏移。

5　激电异常特征与分析推断

图4(a)为L300线的视电阻率拟断面等值线图。由图4(a)可知，L300线从南西到北东视电阻率呈高—低—高分布，且界面较为明显。其中横向上，在0～200 m处视电阻率值在1 600～6 000 Ω·m之间，推测为英安岩地层的反映；在200～600 m处视电阻率值为800 Ω·m，说明观测的电阻率在同一层位，推测为凝灰岩的反映，且在500～600 m之间视电阻率梯度带较为明显，推断该处为流纹质熔结角砾凝灰岩与砾凝灰岩接触部位；在600～1 500 m处视电阻率值在3 200～10 000 Ω·m之间，推测为流纹质熔结角砾凝灰岩地层的反映，且在800～1 200 m处由浅至深电阻率等值线有错动，结合地质资料，推测该处有断层F存在。

图4(b)为L320线的视电阻率拟断面等值线图。由图4(b)可知，L320线从南西到北东视电阻率呈中—低—高—中分布，且界面较为明显，推断为英安岩—凝灰岩—流纹质熔结角砾凝灰岩—凝灰岩。其中横向上，500 m处深部为高阻，推断由流纹质熔结角砾凝灰岩往南西向深部侵入引起；在700～800 m处浅部电阻率等值线有错动，结合地质资料，推断有F断层存在，且与L300线剖面推断断层为同一断层，断层倾向北东。

图5为L300线和L320线的视充电率拟断面等值线图。由图5可知，2条剖面的视充电率均为两侧低，中间高，视充电率值在2%～16%之间。剖面视充电率以10%为异常下限圈定激电异常，异常呈带状分布，整体倾向北东，与接触带、断裂带倾向较为一致。激电异常中心主要分布在视电阻率梯度带和断裂带上，推断激电异常主要与流纹质熔结角砾凝灰岩和凝灰岩的接触带、断裂带及接触带两侧的矿化蚀变和铜矿体有关。

图4　L300线和L320线视电阻率拟断面等值线Fig.4　Pseudosection contour maps of the apparent resistivity in line No.300 and 320

图5　L300线和L320线视充电率拟断面等值线Fig.5　Pseudosection contour maps of the apparent chargeability in line No.300 and 320

根据已有钻孔可知，矿(化)体主要富集在流纹质熔结角砾凝灰岩接触带和断裂破碎带中。经钻孔验证，激电异常处流纹质熔结角砾凝灰岩呈全岩矿化特征，激电异常主要为矿化流纹质熔结角砾凝灰岩、断裂带矿化蚀变、接触带矿化蚀变及铜矿体的综合反映，在激电异常处见到多层铜矿体。

6　结　论

1)本次通过系统的电参数测定，掌握了矿区主要岩(矿)石电阻率和充电率的差异，为解释激电异常和视电阻率异常提供了依据。

2)通过激电测深工作，进一步了解了平面异常的空间分布特征，异常主要分为以下三种类型：①低电阻率高充电率异常主要是相对低阻的岩石(如矿化凝灰岩)或断裂破碎带中的矿化的反映；②高电阻率高充电率异常主要为斑岩体内部的矿体(化)的反映；③高充电率及与之对应的视电阻率梯度带的异常一般为岩体接触带和围岩内矿化的综合反映。

3)通过激电测深剖面测量工作，视电阻率和视充电率异常较好地反映了岩体接触带、构造蚀变带和矿(化)体的分布情况，为钻探工程提供了依据。

[1]李金铭.激发极化法方法技术指南[M].北京:地质出版社,2004.

[2]傅良魁.激发极化法[M].北京:地质出版社,1982.

[3]何继善.金属矿电法勘探[M].北京:冶金工业出版社,1980.

[4]李建全,杜建松.激电测深法在贵州大观金矿区勘查中的应用[J].工程地球物理学报,2015,12(4):459-462.

[5]李家棒,崔勇,胡昊龙.激发极化法在复杂山区寻找钼矿中的应用[J].工程地球物理学报,2015,12(6):745-749.

[6]郑冰.频谱激电法在某铅锌银矿的应用[J].工程地球物理学报,2015,12(6):750-754.

[7]阮百尧,村上裕,徐世浙.电阻率/激发极化率数据的二维反演程序[J].物探化探计算技术,1999,21(2):116-125.

The Application of Two-way Pole-dipole IP Sounding to Exploration in a Mining Area of Xinjiang

Luo Zhenjun,Liu Jiangshan,He Yunle

(HunanInstituteofNonferrousGeologicalExplorationandResearch,ChangshaHunan410007,China)

Compared to a conventional IP sounding, the two-way pole-dipole array has the advantages of large data acquisition, strong electrical signal, big penetration depth, high precision and high efficiency, especially in deep burial depth exploration of concealed metallic ore. At first a two-dimensional inversion was conducted from the IP sounding data, and then combining the geological characteristics of the mining area and the electrical characteristics of rocks and minerals, the induced polarization anomalies were inferred and interpreted. The results show that the IP anomalies mainly distributed in rock contact zone and fracture zone nearby, and closely related to mineralization. The IP anomaly verified through drilling had seen many copper veins in deep area, indicating that the two-way pole-dipole IP sounding achieved a better expected detection result in this deposit.

two-way pole-dipole sounding; IP anomaly; chargeability; copper

10.3969/j.issn.1672-7940.2016.04.010

罗振军(1981-)，男，工程师，主要从事地球物理勘查工作。E-mail:415489078@qq.com

P631.3

A

2016-04-07