高密度電法在礦產資源勘查中的應用

吳金麗，鐘宙燦，符傳青

為多渠道開辟能源，保障礦產資源的供應，滿足經濟建設的需求，某省展開可開采資源勘查工作。本文著重研究高密度電法在礦產資源勘查中的應用。

常規鉆探法只反映鉆孔周邊覆蓋層厚度，無法查明整個礦體分布特征；而高密度電法較好的查明覆蓋層的分布情況，具有高效率、低成本、分辨率高等特點，因此面對覆蓋層勘查，采用高密度電法是個不錯的選擇。高密度電法兼具剖面法與電測深法的效果，并具有點距小、數據采集密度大、能直接反映基巖起伏狀態等優點。高密度電法的二維地電斷面能較直觀地反映基巖界線和基巖構造，能夠了解與圍巖存在電性差異的斷裂構造的發育情況，圈定目標體的范圍。通過對數據采集處理，對結果資料解釋分析，較好地指導了鉆探的布設工作，并與鉆探成果較為吻合，成功地驗證了高密度電法在礦產資源勘查中的有效應用，為后期的開采保護提供有效的地質信息。

1 高密度電法工作原理

高密度電法屬于直流電法勘探范疇。高密度電法集中了電剖面法和垂直電測深等普通直流電阻率方法的特點，可以對地下一定深度范圍內的橫向及縱向的電性變化進行探測。它以地下介質的電阻率差異為基礎，觀測和研究人工建立的穩定電場的變化和分布規律，進而探測地下介質的分布特征。野外測量時將全部電極置于測點上，每根電極既可作為供電電極，也可作為測量電極。通過程控多路電極轉換開關和電測儀實施數據的自動、快速采集（圖1）。在一定的供電和測量電極排列方式下，通過供電電極供電，測量電極測量出電極之間的電位差，計算出視電阻率，然后通過分析視電阻率的分布規律判斷地質體的埋深、位置、規模、形狀等情況，尋找地質目標體。與常規電阻率法相比，高密度電法集電測深和電剖面裝置于一體，其獨有的組合裝置形式具有多樣化的特點，一次布極可以獲得更豐富的信息。由于它提供的數據量大、信息多，并有觀測精度高、速度快和探測深度較大等特點，因此在工程地質和水文地質勘查中應用很廣泛。

圖1 高密度電阻率法工作示意圖

本次工作野外數據采集使用重慶精凡科技公司生產的N2 電法測量系統。它是一種新型的電法儀，儀器采用程控方式進行數據采集和電極控制，采集的數據以圖形或者曲線的形式實時顯示在屏幕上，以便隨時可以監控資料的質量。該儀器可以進行各種裝置的高密度電法的數據采集工作，由于儀器本身配置有高性能的計算機，可對采集的資料進行現場處理。儀器具有體積小、重量輕，低功耗，大功率，抗干擾能力強等特點。

N2 電法測量系統能夠完成二極裝置、單邊三極裝置、溫納裝置、偶極裝置和斯龍倍格等數據采集，其主要原理就是利用程控電極轉換開關控制A、M、N、B 電極的位置實現不同位置、不同深度的自動測量，其采集原理和傳統的電法儀相同。根據多組現場試驗結果，采用溫納α（AMNB）裝置，該裝置采集數據穩定性好，設置點距為10m。

2 工區地質概況及地球物理特征

勘查區地質較為復雜，未見地層出露，構造不發育?？辈閰^東部出露有早二疊世中粗粒巨斑狀黑云母二長花崗巖（ηγmpP1），西部出露有白堊世黑云正長花崗巖（ξγcK2b）?？辈閰^內巖石呈灰白色-淺粉色，似斑狀結構，基質為粗-中粒，塊狀構造。主要礦物組成：石英含量約25%、鉀長石含量約50%，斜長石含量約35%，黑云母約6%。

勘查區地形比較陡峭，地形切割強烈。覆蓋層發育，地表局部出露滾石，形態不一體積大小不一，未見明顯的基巖出露。覆蓋層上部為坡殘積層，下部為中粗粒巨斑狀黑云母二長花崗巖、黑云正長花崗巖。根據風化程度，風化殼基本為強風化層、半風化層。

根據勘查區鉆探資料，從地表向下依次為為覆蓋層、風化-破碎基巖、新鮮基巖?？辈閰^巖性復雜，基巖連續性較好，局部發育破碎帶、其破碎帶的電性特征常表現為低阻形態。由于覆蓋層和基巖的地球物理性質變化表現較為明顯，所以相對容易區分覆蓋層和基巖的分界面；覆蓋層在高密度視電阻率反演斷面圖中常表現為條帶狀低阻特征，視電阻率變化范圍一般小于500Ω·m；半風化-破碎基巖視電阻率變化范圍一般小于600Ω·m；新鮮基巖視電阻率變化范圍一般大于800Ω·m。由此可見，各地質體之間既有一定的電性差異，滿足高密度電法的地球物理勘探前提條件。

3 數據處理及反演

高密度電阻率法數據處理的內容包括數據拼接、數據預處理（如圖2）、地形校正、正演和反演計算，最后得到反演視電阻率剖面圖。高密度電阻率法的測量數據在處理方法上采用最小二乘法二維反演。它的原理是通過不斷調整初始模型參數使正演曲線與實際曲線之差達到最小，由此所得的最終模型參數作為反演結果，得到的模型也就作為實際測量所得到的地質模型。視電阻率剖面圖，可形象、直觀地反應各測試剖面的地電斷面電性展布趨勢。

圖2 數據處理示意圖

4 資料推斷解譯

圖3 為2 線物探-地質綜合剖面圖，圖中橫縱坐標分別為點號和高程，整體呈南東低北西高的特征，測線全長1200m。測線測線地質情況比較單一，淺層地表多為第四紀覆蓋層，深層和部分基巖裸露地段為中粗粒巨斑狀黑云母二長花崗巖。

圖3 2 線物探-地質綜合剖面圖

圖3-A 是2 號線高密度電阻率法成果剖面圖。從縱向看，測線斷面的電性特征明顯分為上下兩部分，淺部視電阻率表現為以低阻為主、視電阻率值總體小于600Ω·m，推斷為第四紀覆蓋層及強風化巖石土的電性反映；在斷面的中深部視電阻率主要表現出高阻特征，視電阻率值大于600Ω·m，推斷為中粗粒巨斑黑云二長花崗巖的電性反映。從橫向可以看出視電阻率整體從淺部至深部呈遞增趨勢，連續性較好，反映出勘查區礦體整體較為完整，礦體連續性較強

在橫向570 號點處鉆孔ZK201 揭露的覆蓋層厚度為12.42m（見圖4），與物探推斷的覆蓋層厚度較為吻合。根據剖面所處地質環境，結合測區電性特征及礦區地質資料，推斷出2 線地質剖面（見圖3-B），基巖面變化整體與地形起伏類似，局部由于風化不均勻，覆蓋層厚度不一，導致局部下凹或凸起。

圖4 ZK201 巖芯照片

在剖面上1050 號～1070 號點處覆蓋層厚度小于5m。430號～470 號點、980 號～1010 號點處覆蓋層厚度小于10m，100 號～140 號 點、260 號～420 號 點、480 號～640 號 點、730號～970 號點處覆蓋層厚度小于20m，220 號～250 號點處覆蓋層厚度大于20m，最厚可達29.8m，2 線覆蓋層平均厚度為12.7m。

圖5 為3 線物探-地質綜合剖面圖，圖中橫縱坐標分別為點號和高程，整體呈南東低北西高的特征，地形起伏較大，陡坎較多，小號點位于南東邊，大號點位于北西邊，測線全長1000m。

圖5 3 線物探-地質綜合剖面圖

圖5-A 是3 線高密度電阻率法成果剖面圖?？v向看，測線斷面的電性特征明顯分為上下兩部分，淺部視電阻率表現為以低阻為主、視電阻率值總體小于600Ω·m，推斷為第四紀覆蓋層及強風化巖石土的電性反映；在斷面的中深部視電阻率主要表現出高阻特征，視電阻率值大于600Ω·m，推斷為中粗粒巨斑狀黑云母二長花崗巖或粗中粒含斑黑云母正長花崗巖的電性反映。橫向看，視電阻率整體從淺部至深部呈遞增趨勢，連續性較好，反映出勘查區礦體整體較為完整，礦體連續性較強，350號～450 號點之間，標高范圍為140m ～160m，分布1 處低阻異常，其視電阻率小于300Ω·m，明顯小于周邊視電阻率，并且呈封閉狀向深部延伸，結合地質資料推斷其為巖石裂隙發育或破碎等引起的低阻異常。

在橫向570 號點處鉆孔ZK301 揭露的覆蓋層厚度為6m（見圖6），與物探推的斷覆蓋層厚度較為吻合。根據剖面所處地質環境，結合測區電性特征及礦區地質資料，推斷出3 線地質剖面（見圖5-B），基巖面變化整體與地形起伏類似，局部由于風化不均勻，覆蓋層厚度不一，導致局部下凹或凸起。

圖6 ZK301 巖芯照片

在剖面上210 號～240 號點、340 號～370 號點處覆蓋層厚度小于5m。110 號～200 號點、680 號～710 號點處覆蓋層厚度小于10m，60 號～100 號點、460 號～590 號點，810 號～870 號點處覆蓋層厚度小于20m，600 號～640 號點、740 號～800 號點處覆蓋層厚度大于20m，最厚可達33m，3 線覆蓋層平均厚度為12.4m。

綜上所述，兩條剖面的覆蓋層分界線清晰，勘查區覆蓋層厚度總體呈現北東和南部較厚、北西和東南部較薄的特征。物探推斷解譯成果與鉆探揭露基本吻合，表明本次推斷成果的可靠性。

5 結論

通過高密度電阻率法綜合解釋，結合地質資料可以很好地劃分覆蓋層和基巖的界線，查清沿測線的淺表層構造異常、巖性變化特征，經鉆孔驗證和修正，物探成果推譯的覆蓋層埋深與鉆孔資料基本吻合，為機制砂遴選工作提供較翔實的參考資料，表明高密度電法在礦產資源勘查中的可行性和適用性。