電法勘探基本理論及在固體礦產(chǎn)勘查中的應(yīng)用

電法勘探基本理論及在固體礦產(chǎn)勘查中的應(yīng)用電法勘探是應(yīng)用地球物理學(xué)中方法種類最多、應(yīng)用面最廣、適應(yīng)性最強(qiáng)的的一門分支學(xué)科。實(shí)踐證明，它在深部地質(zhì)構(gòu)造、固體礦產(chǎn)、能源和水文、工程和環(huán)境等領(lǐng)域的勘查中，發(fā)揮著重要的作用。在過去的數(shù)十年中，它們?yōu)榈V產(chǎn)資源的勘查作出了巨大的貢獻(xiàn)。

我國(guó)固體礦產(chǎn)從長(zhǎng)遠(yuǎn)講并不豐富,特別是銅、鎳、優(yōu)質(zhì)錳、金、銀、鉑等礦,急需加強(qiáng)工作。就是目前有優(yōu)勢(shì)的鎢、錫、銻、鉛鋅、稀土等礦,20～30年后也會(huì)出現(xiàn)不足。所以,找礦的任務(wù)還很艱巨。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，對(duì)礦產(chǎn)資源需求量大增，固體礦產(chǎn)的開發(fā)已由近地表礦產(chǎn)向深部隱伏礦轉(zhuǎn)移。加之固體礦產(chǎn)礦種繁多，礦床類型復(fù)雜，地質(zhì)情況千變?nèi)f化。因此尋找固體礦產(chǎn)已進(jìn)入了由地質(zhì)、地球物理、地球化學(xué)等方法聯(lián)合的綜合找礦時(shí)代。一般情況下金屬礦物呈彌散狀分布，礦體難以形成獨(dú)立的物性體，因此，用電法方法直接找金屬礦床，是比較困難的。

在多數(shù)情況下，電法方法是通過尋找控礦構(gòu)造、產(chǎn)出環(huán)境和伴生礦物進(jìn)行間接找礦，在少數(shù)有利條件下，也能直接找礦。

目前用于固體礦產(chǎn)的電法方法主要有兩大類：1、激發(fā)極化法：電化學(xué)活動(dòng)性，導(dǎo)電性常規(guī)的直流激電

譜激電法（復(fù)電阻率法）2、電磁法：導(dǎo)電性

頻率域電磁法：AMTCSAMTEH4

時(shí)間域電磁法：TEM這兩類方法的優(yōu)缺點(diǎn)：電磁法特別對(duì)低阻體敏感。由于斷裂帶和斷層兩側(cè)巖層的電性差異較大，礦床和產(chǎn)出環(huán)境中常伴有低阻的蝕變帶、角礫巖帶、蛇紋巖化、剪切破碎帶等，此外由硫化物顆粒組成的硫化物礦床往往電阻率很低，有些金屬礦體也是低阻體，所以電磁法是勘探金屬礦的重要方法。固體礦產(chǎn)勘探中電法方法的選擇：

表1列出了以金屬礦床成因類型為前提的、不同礦產(chǎn)資源的控礦構(gòu)造，產(chǎn)出環(huán)境及推薦的物探方法。

礦成因類型主要礦產(chǎn)控礦構(gòu)造產(chǎn)出環(huán)境主要探測(cè)目標(biāo)推薦的物探方法基性、超基性巖漿環(huán)境下的巖漿礦體鉻、鉑族金屬，含礬鈦鐵礦，一些稀有礦床構(gòu)成上地幔通道的大型構(gòu)造邊界帶，深大斷裂等礦床產(chǎn)生在巖體底部，邊部或巖體內(nèi)部的巖相帶之間深大斷裂帶，基性，超基性巖體，蛇紋巖化巖體磁法圈定巖體，重力法圈定基巖內(nèi)礦體，電磁法圈定蛇紋巖體基性巖漿熔離礦床，包括輝長(zhǎng)巖，蘇長(zhǎng)巖和超基性巖銅、鎳硫化物礦床，如磁黃鐵礦，鎳黃鐵礦，黃銅礦等板塊邊緣裂谷帶，造山帶礦床產(chǎn)生在巖體內(nèi)部的不同部位基性巖，超基性巖，蛇紋巖化巖體磁法圈定巖體，電磁法圈定蛇紋巖體體晶巖礦床，指各種體晶巖脈形成的礦床稀有金屬體晶巖，如鋰、鈹、鈮、鉭；長(zhǎng)石體晶巖礦床，放射性晶巖礦床等古地塊邊緣斷裂帶，不同構(gòu)造單位的接觸帶多數(shù)體晶巖礦床查出在花崗巖或其圍巖的構(gòu)造裂隙中。由于強(qiáng)烈的交代作用常形成白云母、鈉長(zhǎng)石、鋰云母等蝕變帶花崗巖體邊界，花崗巖或其圍巖中的蝕變帶磁法、圈定花崗巖邊界，電磁法圈定低阻蝕變帶。矽卡巖型礦床，指產(chǎn)在矽卡巖帶內(nèi)部的礦床鎢，鉬，钖，鐵、銅大型礦床以及金、銀、鉛、鋅、鈷等礦床斷裂拗陷帶，在灰?guī)r發(fā)育區(qū)受斷裂控制的巖漿活動(dòng)帶中酸性侵入巖、火山巖與碳酸巖類的接觸帶矽卡巖帶，矽卡巖帶內(nèi)的礦體磁法，圈定矽卡巖帶，電磁法和激電法圈定矽卡巖帶和成礦帶斑巖型礦床，指產(chǎn)生在斑巖類巖體及其附近大范圍分布的侵染狀和細(xì)脈狀礦床以大型銅礦為主，也有斑巖型錫礦、鉬礦、鎢礦和金礦不同時(shí)代的造山帶，大陸邊緣構(gòu)造帶，島弧礦床產(chǎn)生在石英二長(zhǎng)巖—花崗閃長(zhǎng)巖—石英閃長(zhǎng)巖等小型巖體的內(nèi)部或圍巖之中，巖體內(nèi)伴有角礫巖帶，圍巖強(qiáng)烈蝕變，石英絹云母為其主要礦化帶，礦脈分布在破裂裂隙中。探測(cè)斑巖巖體內(nèi)及其圍巖中的角礫巖帶，蝕變帶和礦脈充填的裂隙帶以及金屬硫化物顆粒分布的礦化帶電磁法和激電法探測(cè)低阻角礫巖帶、蝕變帶，金屬硫化物顆粒充填的礦物帶。脈狀礦床，指晚期熱液成因的多金屬和非金屬礦脈鎢-錫-鉬-鉈,銅-鉛-鋅，金-銀，鈷-鎳等礦物組合大斷層，斷層破碎帶，剪切構(gòu)造帶等礦脈產(chǎn)生在巖漿內(nèi)外接觸帶中或無(wú)明顯巖漿活動(dòng)的沉積巖中，但均產(chǎn)在大斷層，斷層破碎帶或大斷裂旁側(cè)的次級(jí)斷裂帶或剪切構(gòu)造帶中花崗巖或火上巖及其周圍地區(qū)內(nèi)有斷裂構(gòu)造發(fā)育的區(qū)域電磁法和激電法圈定被礦脈充填的斷裂構(gòu)造和剪切破碎帶火山塊狀硫化物礦床富集鐵、銅、鉛、鋅硫化物，并伴有金銀等貴金屬礦物大洋中脊火山口，弧前海溝，弧后盆地礦床產(chǎn)在海相火山巖，火山沉積巖系中，常呈似層狀或透鏡狀，與圍巖產(chǎn)狀一致基性火山巖帶，深斷裂帶，礦體下部常有碎裂、角礫狀礦石，以及綠泥石化蝕變伴生電磁法和激電法可直接尋找低阻硫化礦床或圈定斷裂、碎裂帶和蝕變帶。熱水沉積礦體最常見的是鉛、鋅礦，也是銅、金、銀、錳的重要來源大洋中脊裂谷帶等熱液活動(dòng)地區(qū)礦床產(chǎn)在細(xì)碎巖為主的沉積巖中，呈成層產(chǎn)出，層位穩(wěn)定深斷裂帶，線性構(gòu)造帶，裂谷帶，角礫化蝕變帶磁法圈定深斷裂帶和線性構(gòu)造帶，激電法圈定裂谷帶和角礫化蝕變帶，電磁法圈定層狀礦床二、常規(guī)激發(fā)極化法的方法技術(shù)與應(yīng)用（一）、直流激電法與交流激電法的選擇從本質(zhì)上來說,直流激電法與交流激電法并不是截然不同的或完全獨(dú)立的兩種找礦方法。因?yàn)樗鼈兌际且詭r礦石的電化學(xué)性質(zhì)差異作為找礦的物質(zhì)基礎(chǔ),而且工作中采用的裝置類型和場(chǎng)的空間分布形態(tài)以及時(shí)間(頻率)特性,都是相同或有緊密聯(lián)系的。所以無(wú)論是直流激電法還是交流激電法,都屬于激電法。只不過一個(gè)是向地下供單向直流電,激發(fā)礦體產(chǎn)生瞬變異常場(chǎng);另一個(gè)則是向地下供的交流電,激發(fā)礦體產(chǎn)生交變的異常場(chǎng)。盡管二者從本質(zhì)上來說是一致的,但并非說在一切方面它們都是相同的。如由于交流激電法供入地下的是交流電,因此它的供電設(shè)備與觀測(cè)異常場(chǎng)的儀器,均與直流激電法有所不同。同時(shí)在克服或排除干擾方面

(如不穩(wěn)定的工業(yè)游散電流,天然電流場(chǎng),電磁耦合以及電極極化不穩(wěn)定等),兩者的能力也不同。另外,在觀測(cè)的物理參數(shù)方面,二者也不盡相同。因此了解它們各自的特點(diǎn)或優(yōu)點(diǎn),對(duì)野外工作開始之前的方法選擇是有益的。

1、直流激電法的優(yōu)點(diǎn)(1)在通常情況下,直流激電法用長(zhǎng)脈沖供電時(shí)可以獲得最大限度的激電異常,因而有利于在極化效應(yīng)較弱情況下進(jìn)行測(cè)量,有可能發(fā)現(xiàn)較小的地質(zhì)目標(biāo)。相對(duì)交流激電來說,它可有較大的勘探深度。(2)直流激電法可以在斷去供電電源后,觀測(cè)和研究激電二次場(chǎng)的時(shí)間特性,而交流激電法只能在供電過程中觀測(cè)和研究極化場(chǎng)(總場(chǎng))。因而,在避免電磁耦合干擾方面和在研究激電場(chǎng)的電化學(xué)放電特性方面,直流激電法優(yōu)于交流激電法。(3)直流激電法可以在很長(zhǎng)的時(shí)間范圍內(nèi)觀測(cè)和研究激電異常場(chǎng),而交流激電法在實(shí)際工作中,只能在一定的頻段范圍內(nèi)(一般為0.1～10Hz)觀測(cè)和研究極化場(chǎng)(總場(chǎng))。因此,直流激電法研究的電化學(xué)過程較長(zhǎng),有可能在更廣闊的時(shí)間域內(nèi),揭示激電異常源的性質(zhì)。

2、交流激電法的優(yōu)點(diǎn)(1)由于交流激電法觀測(cè)的是極化場(chǎng)(總場(chǎng)),所以與直流激電法相比供電電流可以很小,因而供電系統(tǒng)的裝備十分輕便,有利于在地形復(fù)雜,交通不便地區(qū)采用偶極裝置或近場(chǎng)源四極裝置開展普查找礦工作。(2)由于接收機(jī)具有選頻和濾波系統(tǒng),它只接收由發(fā)送機(jī)發(fā)出的固定頻率信號(hào)。因此在克服電極極化不穩(wěn)和不良接地條件方面,以及在避免工業(yè)游散電流和天然大地電流場(chǎng)的影響方面均比直流激電法有優(yōu)勢(shì),有較強(qiáng)的抗干擾能力。在某些相當(dāng)困難的條件下,該方法仍能獲得較好的觀測(cè)資料。(3)相對(duì)直流激電法而言,交流激電法可觀測(cè)研究的參數(shù)較多,如振幅和相位,虛分量和實(shí)分量,幅頻特性,相頻特性等?？梢詮牟煌嵌?側(cè)重于不同方面去研究電化學(xué)場(chǎng)的特征,有可能對(duì)評(píng)價(jià)激電異常源性質(zhì)提供較多的途徑。從以上對(duì)兩種方法相對(duì)優(yōu)點(diǎn)的討論不難看出,對(duì)某一具體工區(qū)而言,究竟投入直流激電法還是交流激電法,應(yīng)根據(jù)地質(zhì)任務(wù)、工區(qū)地形、地質(zhì)-地球物理?xiàng)l件以及各種干擾情況等酌情而定。一般來說,地形比較平坦,干擾比較小,接地條件也較好的地區(qū),宜選用直流激電法。對(duì)于地形起伏較大、干擾較大,接地條件較差的地區(qū),則宜選用交流激電法。圖1.1.1給出了直流激電法和交流激電法在湖南一個(gè)銅礦上的對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果。該礦區(qū)位于衡陽(yáng)盆地,礦體產(chǎn)于中上石炭統(tǒng)砂巖灰?guī)r中,其上部有第三系低阻紅層覆蓋。礦石品位比較低,以銅為主,層位穩(wěn)定。物性測(cè)定結(jié)果表明,礦石屬低阻極化體。礦體上的最大視極化率異常ηs=1.6%。因該區(qū)是開采中的礦山,所以有一定強(qiáng)度的工業(yè)游散電流干擾。試驗(yàn)用的儀器有四種,其中三種為直流激電儀,有加拿大Huntec公司的MK-3和Scintrix公司的IPR-8,有湖南物探隊(duì)的D-75短導(dǎo)線激電儀。交流激電儀是青海物探隊(duì)的DJJ(FP)-74A。由于游散電流的干擾,直流激電法只能在礦山停止工作時(shí)進(jìn)行剖面測(cè)量,而交流激電法的觀測(cè)可在有干擾情況下進(jìn)行。由圖可見,兩種方法所取得的激電異常特征基本上是一致的。直流激電法的供電電流最大為12A,而交流激電法的供電電流僅為0.4A。此例說明了交流激電法的抗干擾能力強(qiáng),而且裝備輕便。圖1.1.2給出了一個(gè)在某鐵礦上直流激電法與交流激電法的對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果。該區(qū)第四系低阻覆蓋層厚度達(dá)80～100m,ρs≈50Ω·m。兩種方法都用中梯裝置。交流激電法采用兩組頻率作“變頻法”觀測(cè)。其中低頻組的fD1=0.125Hz,fG1=2.5Hz;高頻組的fD2=0.3125Hz,fG2=5Hz.試驗(yàn)結(jié)果表明直流激電法在礦體上有明顯的η異常,而交流激電法的視頻散率Ps1

和Ps2

均表現(xiàn)為負(fù)異常不能反映礦體的存在。此例說明了交流激電法受電磁耦合的影響比較嚴(yán)重,而直流激電法卻可避開電磁耦合的干擾。這種情況下對(duì)交流激電法的Ps需作校正。圖中的Ks曲線即為校正后的結(jié)果。(二)、激電法的應(yīng)用實(shí)例：激電法在山西某銅礦的應(yīng)用這是2008年所做的工作，在山西某銅勘查區(qū)成礦有利地帶布置20多條激電中梯剖面，獲取該區(qū)激電異常的分布。在此基礎(chǔ)上，在重點(diǎn)異常點(diǎn)上布置了幾條激電測(cè)深剖面。對(duì)每條激電測(cè)深剖面資料進(jìn)行二維反演，對(duì)礦體的電性異常進(jìn)行定量解釋，查明礦體的礦體的延深、展布情況。

（三）、激電異常的綜合解釋利用其他物探資料評(píng)價(jià)激電異常在評(píng)價(jià)激電異常過程中,除一般地要注意利用地質(zhì)、化探和視電阻率資料外,在某些條件下,其他物探資料也可能是很有價(jià)值的。如當(dāng)具備一定水文地質(zhì)條件時(shí),在強(qiáng)烈石墨化巖層上能引起幅度很大(負(fù)500～600mV以至負(fù)800mV以上)的自然電位異常;硫化礦體的自電異常通常不超過負(fù)300～400mV。這樣大幅度的自電異常,便可作為區(qū)分強(qiáng)烈石墨化巖層非礦激電異常的一個(gè)標(biāo)志。在地形與地質(zhì)條件有利時(shí),還可利用重力勘探檢查激電異常。通常,在石墨化巖層引起的激電異常上表現(xiàn)為重力低或無(wú)明顯的重力異常;

而在金屬礦體上則出現(xiàn)重力增高的局部異常。此外,當(dāng)將磁測(cè)資料與激電資料結(jié)合起來時(shí),便不難區(qū)分磁(黃)鐵礦或磁(黃)鐵礦化巖層所引起的激電異常。青海某銅鈷硫鋅綜合礦,可作為綜合利用自電、重力和磁法資料區(qū)分激電異常的例子。該礦為“超基性巖漿深部熔離貫入-熱液型礦床”,礦石主要類型為含銅黃鐵礦,含銅、鋅黃鐵礦和含銅磁黃鐵礦。由于礦體多為塊狀硫化礦石組成,與圍巖界線清楚,有明顯導(dǎo)電性和極化特性差異(礦體為低阻、高極化體),故用電法(充電法、自電和激電法)作為礦體普查的基本方法。在該區(qū)電法找礦的主要干擾是炭質(zhì)板巖,它也為低阻、高極化體,與礦體無(wú)明顯差別。為了區(qū)分炭質(zhì)板巖干擾,青海物探隊(duì)曾綜合應(yīng)用了以下資料。(1)高精度重力測(cè)量。該區(qū)硫化礦石的平均密度高達(dá)4.76g3/cm3;而圍巖即超基性巖類和炭質(zhì)板巖的密度分別為2.67g3/cm3

和2.73g3/cm3

。礦石有明顯的剩余密度,存在用重力區(qū)分礦與非礦激電異常的前提。如在Ⅰ號(hào)礦體上得到1.7×10-5m·s-2

的剩余重力異常,異常范圍與礦體基本一致,見圖3.2.19。該區(qū)應(yīng)用重力測(cè)量的主要困難是地形復(fù)雜,地改等各項(xiàng)校正尚存在問題。

(2)自然電位異常。區(qū)內(nèi)含炭地層引起的自電異常,走向多與地層走向一致,范圍較大,幅值很高(如有個(gè)自電異常,走向穩(wěn)定,長(zhǎng)達(dá)三千米,異常幅度達(dá)-800mV,并由于含炭不均勻出現(xiàn)多峰)。這些特點(diǎn)明顯不同于礦異常,后者形狀較規(guī)則,范圍較小,幅值一般不超過-400mV,見圖3.2.19。故自然電位的異常特征,可作為該區(qū)區(qū)分礦與非礦異常的一個(gè)標(biāo)志。

(3)磁法資料該區(qū)Ⅰ號(hào)礦體伴生有含銅磁黃鐵礦,故用磁法區(qū)分礦體(有磁異常)和炭質(zhì)板巖(無(wú)磁異常)的激電異常,取得了較好效果。該區(qū)有的礦體(如Ⅲ號(hào)礦體)不含磁性礦物,因而不產(chǎn)生磁異常)。故不能只利用磁法結(jié)果判斷是礦或非礦異常,應(yīng)與其他地質(zhì)和物化探資料綜合起來考慮。三、電磁法的找礦實(shí)例1.MT/AMT法山東某地金礦區(qū)深部找礦工作。該礦區(qū)位于沂沭大斷裂帶中段，其兩側(cè)發(fā)育有斷裂，已知金礦受沂水一湯頭次級(jí)斷裂控制，為蝕變巖型金礦。為了探明金礦在深部的蘊(yùn)藏遠(yuǎn)景，必須探明次級(jí)斷裂帶的延深情況、形態(tài)和產(chǎn)狀等。為此在該區(qū)布置了10條探測(cè)剖面，圖1為第100線剖面的二維反演結(jié)果，探測(cè)深度2000m。

42圖1

二維反演電阻率剖面圖（根據(jù)大山地質(zhì)礦業(yè)公司）2.CSAMT法金礦體模型和CSAMT剖面疊加謝家溝金礦礦體模型和CSAMT剖面疊加立體示意圖

二連銅礦是20世紀(jì)60年代發(fā)現(xiàn)的小型銅礦,埋藏深度0