综合电法在矿山中的应用

吴应昌，吴西全，王 旭

（江西省地质局物化探大队，江西 南昌 330000）

现阶段我国社会生产对矿产资源的需求量不断增加，为解决矿产资源的供需矛盾问题，开展深部找矿成为社会关注的重点内容。近些年随着现代勘探技术的发展，一大批新技术涌现，其中综合电法因为具有效率高以及精准度理想等优点在矿山勘探中得到进一步推广，并取得满意效果，是一种科学的勘探技术。

1 工程项目简介

江苏高淳溧阳地区矿产远景调查项目涵盖高淳、溧阳两个行政区，面积大约1700km2（见图1）。

图1 项目位置

根据前期对项目所在地的勘察可发现，工作区主体构造格架为“两盆夹一隆”。“一隆”即工作区中部呈北北东向展布的茅山断裂隆起带，该断隆带形成于中生代；“两盆”即中部北北东向茅山断隆带西部的溧水火山岩盆地，和东部的溧阳火山岩盆地。本文项目位于溧水火山岩盆地的东南缘位置。

2 综合电法的应用

2.1 方法的选择

在传统工艺中，地球物理勘探主要采用了单一的时间域激发极化法或电磁法测深等方法，但是应用结果证实，上述方法难以获得全面的地质资料信息，应用效果不理想。针对这一问题，本文在原有技术上开发了激电中梯结合激电测深技术。该综合方法在探明矿体分布中发挥着重要作用，能够确定矿山上的异常区，再通过查明异常剖面以及延伸情况判断是否存在成矿因素，揭露矿脉的分布与走向。

2.2 仪器设备一致性检验

本项目中所使用的设备为重庆奔腾仪器厂生产的WDFZ-10KW大功率直流激电测量系统,发射机型号为WDFZ-10，接收机型号为WDJS-2A。在现场使用一台接收机，为提高综合电法的数据精度在开工前后均进行精度测试，确保该设备在相同条件下所观测数据相同，消除误差。本项目中在开工前和收工后选择住区附近KG-0线和KG-1线进行仪器精度测试，其中一致性检验结果如表1、图2、图3所示。

表1 设备的一致性检验结果

图2 开工一致性测试曲线

图3 收工一致性测试曲线

2.3 设备参数的选择

为提高矿山勘探数据的精准度，采用同极距（AB=1200m，MN=40m）不同周期（8、16、32s）、不同延时（100、200、300ms）、不同采样宽度（20、40、80ms）的组合方法进行观测，选择最优化的设备参数情况。根据本次对设备的实验分析结果，最终确定最佳的数据为：采样宽度80ms、采集周期8s、延时100ms。同时通过调整叠加次数提高观测结果的精准度，但是考虑到随着叠加次数的增多会影响工作效率，所以该项目中设定叠加的次数为2次[2]。

2.4 综合电法的野外工作要求

在该项目的野外工作中，使用综合电法前需先对相关设备进行调试，并评估供电电极接地、线路敷设方法、测量站的设置情况等是否符合国家技术规范，在确定满足技术标准之后才能开启下一阶段的工作。因此本次工程中综合电法野外工作要求主要包括以下几方面：

（1）在使用综合电法期间应充分靠近测线观测段，并且所有的供电设备需做好防潮、防雨等措施。

（2）在每天观测开始前，供电站操作人员需计算供电回路电阻水平，确定电路接通并且现场人员远离电极之后及时试供电，最后选择正确的供电电压，并按照电压水平优化负载。

（3）在布设测量电极期间注意保证接线头不接地要避免线架接触，并在现场清理各种可能影响电极的杂草。而在个别地段出现的地形严重分割的情况可能会影响正常的物探布点情况。此时可在误差可控制的基础上按照垂直测线的角度移动M与N极，形成文字记录。

（4）同时在金属矿探矿期间，较明显的激电异常问题不容忽视，在解释激电异常问题时应关注以下问题：①对异常的真实性进行判断，排除高压线、铁丝网等因素的影响。②了解异常覆盖区以往探测结果的对应性；③确定激电异常的上限限制，其中可以按照公式展开计算（见公式①、公式②）。

2.5 激电中梯测量

激电中梯测量中选择一线供多线观测的方法，将测量范围控制在AB两极的中断位置（约1/3-2/3的位置），旁线设置中按照1/5AB的间距进行测量，在放线中选择“U”型放线的方法。为避免电磁干扰，AB供电线与MN测量线之间严禁交叉；野外测量中针对异常高值点以及突变点等进行多次观测并测量，以多次测量平均值为最终观测结果。在激电中梯编制图件编制中，采用1∶5000地质图将电位资料投射到图上；剖面平面图编制中，选择适当比例将视电阻率以及视极化率等投影到图上；等值线图设置中选择累计频率分级的方法，将视电阻率值以及视极化率等做等量线勾绘。

在激电中梯测量中完善原始记录，当天导出关键数据，并计算视电阻率，见公式③。

在激电中梯装置系数K计算中，可以按照公式④的相关内容进行运算。

在公式④中，原点是AB之间的中点，X为极距MN的中点到原点之间的距离；Y代表旁线与主线之间的最短垂直距离的长度。

2.6 激电对称四极测深

激电测深是在激电中梯异常布置的基础上进行测量的，供电极距AB/2控制在5m～1000m之间，MN/2在1m～40m之间。在野外数据测量中采集现场数据并计算对应电阻率，对于发现数据质量不达标的情况需查明原因，并对数据进行成图处理。在本次分析中，各参数计算与激电中梯测量相同，在每条测线结束后对数据处理成图，其关键数据如表2所示。

表2 供电极距AB/2和测量极距MN/2组合数据

3 综合电法的应用结果分析

3.1 在矿山剖面测量中的应用

在案例项目中使用综合电法之后，设置梯剖面测量布置的工作量为10km，分别布置在刘家山检查区以及花山检查区，按照实际情况设置供电电极为AB为1200m，最终测量结果如图4所示。

根据图4中的相关资料可以发现，在测量范围的西北角位置的ηs值一般为1%～2%，裸露部分以含砾粗砂岩以及白色砾岩为主。在剖面1点的1600-1900以及2点760-1160,可以发现综合电法下该地区表现出低阻高极化的特征，大部分地区的ρs值均小于100Ω·m,呈低阻电性特征，ηs值为5%～15%，呈高极化电性特征。当地以粉砂岩、灰黑色泥岩等为主，再结合往期的地质勘察资料，认为造成这一特征的主要原因是含炭质的二叠系龙潭组地层。

剖面2点1200-1360，综合电法检测后显示ρs值为100Ω·m～300Ω·m，呈中低电阻电性，ηs值较为平稳，均值为4.2%，造成这一现象的原因可能为含炭质二叠系栖霞组的影响；而在点1400-2200位置，可发现出高阻低极化特征，其ρs值为700Ω·m～1600Ω·m且视极化率值控制在2%～3%之间，地表位置可以发现大量的中粗粒斜长花岗斑岩、中粗粒黑云母花岗闪长斑岩等，造成这一现象的原因可能与岩体性能有关。

在点2680-3480位置在经过测量后，ps值被稳定在200Ω·m～500Ω·m之间，且ηs值的变化更加平稳，维持在1%～2%范围内。从地质特征来看，由于矿山处于燕山晚期中粗粒斜长花岗斑岩且岩性单一，这可能是造成数据变化平稳的主要原因。

而在花山检查区中，综合电法的测量结果如图5所示。

图5 花山检查区的测量结果

从图5中的相关内容可以发现，整个测量区域内的电性特征差异不显著，整体维持在较为平稳的状态下，且剖面3点3720-4400位置，地表以黏土为主，因此电阻率整体偏低。

3.2 剖面激电异常研究

在本次研究中发现了明显的异常位置，其中在1600-1900号地段中，激电异常表现为陡立的低阻高极化带，其电阻率被控制在100Ω·m以下，而视极化率则普遍维持在5%以上，且近地表峰值甚至达到了15%。针对这一结果并结合当地的地质资料，认为其原因可能与含炭质的二叠系龙潭组地层有关（见图6）。

图6 综合物探异常图（1）

同时在综合电法测量中发现在1920-2200号地点上，AB/2＜1000m区域存在明显的高阻中等极化特征，其视电阻率值维持在300Ω·m～600Ω·m范围内（见图7），并表现出严重的视电阻率等值曲线扭曲问题，根据这一结果，认为可能与燕山期岩体从侧面侵入有关。

图7 综合物探异常图（2）

3.3 应用效果评价

根据案例项目的经验可发现，在本次矿山勘探中采用综合电法之后所获得的激电异常特征与地层、岩性的分布基本吻合，证明该方法科学有效，尤其是刘家山检查区中发现了激电异常情况，值得做进一步调查，因此认为该方法在指导刘家山检查区矿藏勘探中的效果显著。

4 结语

综合电法满足矿山勘探的相关要求，本文所介绍的综合电法操作路径科学有效，并且最终也证明综合电法具有显著优势，可以用于观察矿山内岩层状态，是一种科学的地质勘探技术，具有良好的适应性，值得做进一步推广。