激电三极测深在铁铜矿勘查中的应用与研究

胡尊平　陶鹏飞　肖明顺　陈亚飞

摘   要：铁铜矿床为关键的金属矿产资源，其勘查效率与准确性直接关系到资源的有效开发与利用。聚焦新疆某一铁铜矿勘查，深入探讨激电单侧三极测深技术在该区域的具体应用及成效。通过系统分析矿区地质特性与勘查目标，闡述单侧三极测深法的基本原理、仪器构成及技术方法，对实际勘查效果进行详尽论述。

关键词：新疆；铁铜矿床；激电法；单侧三极测深；地质勘查

电阻率测深法为地球物理勘探的重要手段，其装置类型的选择直接关系到勘查效率和准确性[1-6]。在对称四极、单侧三极、三极联合、轴向偶极、赤道偶极等多种装置形式中，对称四极装置因其成熟性和有效性而备受青睐。在实际勘查中，场地条件往往限制了装置的选择。当工作区域场地不具备四极跑极条件时，单侧三极测深法成为既经济又有效的替代方案，该方法特别适用于围岩电阻率较低、产状陡峭的目标体[7-11]。

新疆某铁铜矿位于天山西部，该区矿产资源丰富。由于地形地貌复杂、地下水位高、地质结构复杂等原因，该区铁铜矿勘查一直面临许多困难和挑战。因此寻求一种经济有效的勘查手段和技术，是提高勘查效率和降低勘查成本的重要途径[12-13]。该情况下三极测深技术具重要的应用价值和研究意义。

1  地质概况

研究区位于新疆博罗霍洛岛弧带，属博罗科努铁铜成矿亚带。该铁铜矿床位于上奥陶统呼独克达板组大理岩化灰岩和大理岩中，主要受华力西早期第一侵入次的花岗闪长岩控制。矿体产于呼独克达板组大理岩化灰岩和大理岩与华力西早期第一侵入次的花岗闪长岩接触带中，含哈勒尕堤铜铁矿床和阿沙勒含铜磁铁矿床。

2  单侧三极测深技术基本原理和应用

2.1  基本原理

单侧三极激电测深法是一种电法勘查方法。此方法供电电极B被放置在远离测深点的位置（通常是测深点A与测量电极M、N间距的5倍以上）。M、N为测量电极，其中心点O被定义为测深点（图1）。当通过电极A向地下供入稳定直流电时，测量电极M、N能够捕捉到由地下介质激发极化特性产生的一次场电位差ΔV1和二次场电位差ΔV2。该方法优势在于其灵活性和适应性，即使在场地条件受限的情况下也能提供准确的地质信息。

通过逐次改变AO和相应的MN极距大小，测量O点不同深度的视电阻率和视极化率值，了解该测深点下不同深度地质断面的电性情况。在AO极距较小时，主要反映浅部地电信息；当AO极距较大时，主要反映深部地电信息。AMNB极位置见图1，装置系数 K 值简化计算公式见式（1）：

2.2  主要特点

与对称四极测深技术相比，三极测深技术具有独特优势。①三极测深技术在场地条件受限的情况下更具灵活性。某些复杂地形或难以布置四极装置的地区，三极测深是经济且有效的替代方案；②三极测深技术对于低电阻率、陡峭产状的围岩目标体具较好的探测效果，能够更准确地揭示目标体空间分布和赋存状态。

3   地质-地球物理特征

地球物理勘探时，首先是研究区内各类地质体间的物性差异。为确保本次研究的准确性和可靠性，采用捡块样法对测区内主要岩矿石和岩心进行系统磁性和电性参数测定。共采集215件岩矿石标本，涵盖本区大部分岩矿石，具普遍性和代表性。参数测定数据为推断地质体分布规律、识别地下构造和预测矿产资源提供重要依据（表1）。

3.1  磁性特征

磁物性测定揭示矽卡岩在全区具显著的高磁性（图2），可产生明显磁异常。而花岗闪长岩和二长花岗岩磁性较弱，为1.5×10-3～2.0×10-3·SI，仅能产生较小磁异常。花岗闪长岩（岩心）、大理岩（岩心）和大理岩捡块样则表现为微弱磁性，平均磁化率为0～0.64×10-3·SI，无法引起有效磁异常。该磁物性差异使矽卡岩与其他地质体在磁场上易于区分，初步分析可揭示矽卡岩浅部分布。此外，花岗闪长岩相较于大理岩的较高磁化率，为识别两者的接触构造提供了依据。

3.2  电性特征

电物性测定结果揭示了不同岩石之间电性特征的显著差异。其中，矽卡岩表现出最高极化率值，平均达21.9%，能够引起明显的极化异常。而其电阻率平均为7 178 Ω·m，在本区属中等强度，位于大理岩和花岗闪长岩之间。

值得注意的是，大理岩与其岩心在电物性上呈现出明显不同。相比大理岩岩心，大理岩捡块样极化率和电阻率均表现出较高值。

在花岗闪长岩岩心、二长花岗岩和花岗闪长岩3种岩性中，观察到平均极化率和电阻率均呈递增趋势，其电物性数据提供了重要参考信息，有助于深入了解地下岩体电性特征和分布规律（图3，图4）。

综上所述，矽卡岩作为本区的主要含矿岩性，在极化率方面与其他地质体存在显著差异，该特征为识别矽卡岩提供了重要依据。而在电阻率方面，矽卡岩与其他地质体表现出中等-高阻特点，差异并不明显，因此还需要结合地表出露和钻孔资料来判断含矿地质体的具体空间分布情况。

4   测线布置

在研究区沿地质构造走向垂直布置了5条磁法及三极测深综合剖面，剖面编号自西向东分别为：W03、W04、60、E39、E27线。磁测剖面和测深剖面的点距分别为10 m和40 m（图5）。

5  工作方法

测深采用了重庆奔腾生产的WDZ-5B型5KW整流电源、WDFZ-5型5KW发射机及WDJS-2A型接收机。磁测选用了捷克产PMG-2质子旋进式磁力仪。

共设计19个不同的供电极距（AO），分别为5、7、10、15、25、40、60、80、100、120、160、240、320、400、520、640、760、880、1 000 m。其中，测量极距（MN/2）固定为AO的1/10。供电周期为16 s，延时设置为200 ms，采样宽度为40 ms，叠加次数为2次。

6  综合物探成果分析

通过数据处理得到相关磁异常剖面、视极化率和视电阻率拟断面图，下面详细分析其中的两条断面。

6.1  W03线物探异常解译

剖面自南向北布设，地表出露岩性为上新统砂砾岩、砂岩、粘土和第四系坡积物及大理岩和花岗闪长岩。

磁异常特征 磁异常呈现前、后半段不同的变化特点。前半段变化幅度较小，约为30 nT，地表对应砂砾岩、砂岩、粘土、第四系坡积物及大理岩；后半段变化幅度较大，约160 nT，地表对应大理岩与花岗闪长岩接触带，同时还出现含矿矽卡岩及花岗闪长岩（图6）。结合岩（矿）石的磁性参数得出前半段磁异常变化为地层性质的反映，后半段变化较大阶段则可能与矽卡岩的存在有关。

激电测深异常特征 视电阻率异常自南向北可分为3个阶段（图6）。前半段主要表现为低阻特征，推测为砂砾岩、砂岩、粘土、第四系坡积物引起。中段表现为上部高、下部低的电阻特征，高阻呈北倾“V”字型，与大理岩残留体形态、产状一致。深部280 m处，出现低阻带，据钻孔资料分析或为石榴子石矽卡岩引起，矽卡岩中出现两层较薄铜矿体，厚度分别为1.04 m和1.43 m，铜品位分别为1.03%和0.99%。最深部视电阻率增加，推断由花岗闪长岩引起，岩石破碎且蚀变强烈。后段表现为中低阻特征，地表对应花岗闪长岩，500点处呈明显梯度变化带，推测为岩体与大理岩接触带的反映。

本次测深工作对地表出露的大理岩反映较明显。大理岩岩体平均真厚度约160 m，自南向北逐渐变厚，近乎垂直。由钻孔资料可知，含矿岩体矽卡岩主要存在于大理岩与花岗闪长岩接触部位，即460点视电阻率变化梯度带部位。推断大理岩残留体下盘与岩体接触带附近的低阻带是找矿有利部位。

综上所述，W03线剖面视电阻率特征较好地反映了该剖面岩性特征，尤其是大理岩、花岗闪长岩和矽卡岩的形态特征。总体而言，大理岩呈高阻，花岗闪长岩体呈中阻，矽卡岩呈低阻，砂砾岩和砂岩也呈低阻特征。剖面中部呈北倾“V”字型高阻特征，与大理岩残留体形态和产状一致。深部出现低阻带则可能是矽卡岩中铜矿体引起。此外，在大理岩与花岗闪长岩的接触带附近，出现明显的视电阻率变化梯度带，是有利的找矿区域。

6.2  W39线物探异常解译

本条剖面自北西向南东布设，主要出露岩性为二长花岗岩、上新统砖红色砂砾岩、砂岩、粘土。

磁异常特征 前半段呈锯齿状突变，变化幅度为540 nT，表明该区构造活动强烈，导致磁性物质富集不均匀，偶见褐铁矿化和铜矿化，推测可能是由深部大理岩和岩体接触带引起。而磁异常后半段变化平稳，呈现低缓负磁特征，变化幅度为360 nT，推测可能是由浅部上新统黄色钙质砾岩、砂砾岩、砂岩等岩性引起的（图7）。

激电测深异常特征 剖面南东端浅部显示为低阻异常，与上新统黄色钙质砾岩、砂砾岩、砂岩相对应。深部则呈高阻异常。因该线剖面南东端附近已揭露大理岩，推测该高阻异常为上新统之下大理岩引起。

剖面中段浅部显示高阻异常，地表岩性为花岗闪长岩，推测花岗闪长岩盖层之下可能为大理岩，高阻异常或由大理岩引起。

剖面北西段深部存在明显高阻异常，且深部尚未封闭，推测可能为花岗闪长岩盖层之下的大理岩残留体引起。高阻异常两侧显示低阻异常，可能为花岗闪长岩引起。北西侧低阻异常异常值较低，推测是由于北西侧大理岩残留体与花岗闪长岩接触带中矽卡岩化作用较强，导致电阻率降低。在高阻异常和低阻异常的梯度带（接触带）可见极化率异常带，其中北西侧视极化率异常较为显著。视极化率圈定的异常呈垂向带状，埋深约160 m，形态不规则，极化率极大值达6.2%。推测视极化率异常带可能由大理岩残留体与岩体接触带中的铜矿体（硫化物矿化）引起，该地段地表出露Cu-6铜矿体和褐铁矿化二长花岗岩蚀变带呈环状分布，可能为接触带附近的热液脉状铜矿（化）体。

与西矿区W03线深部铜矿体规模和视极化率异常对比，推测东矿区E39线大理岩残留體北西侧视极化率异常由规模较大的矽卡岩型铜矿体引起，具极高找矿潜力。为了验证这一推测，建议进行深部钻探工作，并期待在找矿研究中取得突破性成果。

7  结论与意义

（1） 三极测深技术在新疆某铁铜矿勘查中具极高的应用价值和研究意义。通过测量地下地质体激电信息，可高精度地探测矿体、地下水和地质构造等信息，以优化勘查方案、提高勘查效率和降低勘查成本。随着技术不断发展和应用经验的积累，三极测深技术在未来的矿产勘查中有望得到更加广泛的应用和深入的研究，为矿产资源合理开发和利用提供有力技术支持。

（2） 综合物探结果显示，视电阻率与地质剖面岩性呈现良好的套合关系。据地表及深部钻孔资料显示，上新统砖红色砂砾岩、砂岩、粘土和第四系坡积物呈现低阻异常，大理岩则呈现高阻异常，花岗闪长岩和二长花岗岩呈现中低阻异常。因此，通过激电测深视电阻率反演得到的高阻异常推测为大理岩残留体引起。视电阻率异常能反映深部大理岩形态及与岩体接触带的产状，为寻找深部矽卡岩型铜多金属矿提供依据。

（3） 在西矿区已知W03线深部钻孔控制铜矿体部位，圈定了视极化率异常，极大值为1.3%。异常值较低，可能为该处铜矿体较薄（2 m）。而东矿区E39线视极化率异常极大值为6.2%，异常值较西矿区W03线高出数倍，且异常规模远超过W03线。因此，东矿区E39线深部大理岩与岩体接触带可能存在较大规模铜多金属矿体，为钻孔布置提供了重要依据。

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Application and Research of the IP Three-Pole Sounding in the

Exploration of Iron and Copper Mines

Hu Zunping1， Tao Pengfei1， Xiao Mingshun2， Chen Yafei2

（1.Xinjiang Geological Survey Institute，Urumqi，Xinjiang，830000，China;

2.Central South Geo-Exploration Institute，China Metallurgical Geology Bureau，Wuhan，Hubei，430081，China）

Abstract： As a key metal mineral resource， the efficiency and accuracy of exploration of iron and copper deposits are directly related to the effective development and utilization of resources. This paper focuses on the exploration practice of an iron and copper mine in Xinjiang， and deeply discusses the specific application and effectiveness of the induced polarization single-side three-pole sounding technology in this area. By systematically analyzing the geological characteristics and exploration targets of the mining area， the basic principles， instrument composition， and technical methods of the single-side three-pole sounding method are described， and a detailed discussion is made on the actual exploration results.

Key words： Xinjiang; Iron and copper deposits; Induced polarization method; Single-side three-pole sounding; Geological exploration

收稿日期：2023-12-25；修訂日期：2024-03-11

第一作者简介：胡尊平（1990-），男，新疆托里人，地球物理工程师，2013年毕业于中国地质大学（武汉）地球物理专业，现主要从事地球物理正反演研究及勘探工作；E-mail： 469341210@qq.com