節(jié)昌錄

【摘要】闡述了河南省西部沉積鋁土礦地層基本沉積情況。鋁土礦沉積地層及其圍巖的地球物理特性，鋁土礦層巖系具有中低阻低極化特征，賦礦巖系頂板——石炭系灰?guī)r、底板——奧陶系灰?guī)r具有明顯高阻中極化特征。使得利用電阻系法勘探成為可能。探討利用大功率電法勘查鋁土礦的方法技術(shù)，介紹如何利用大功率電法的勘測成果推斷鋁土礦體方法。舉例說明大功率電法的在找鋁土礦效果。

【關(guān)鍵詞】大功率電法；鋁土礦勘探；物探找礦；電阻率法お

High efficiency electrical method in Henan Province bauxite old mining area investigation application

Jie Chang—lu

（Henan Province， Geophysical Engineering InvestigationZhengzhouHenan450053）

【Abstract】Elaborated west Henan Province to deposit the bauxite stratum basic deposition situation. Bauxite sedimentary formation and adjacent formation geophysics characteristic，The alumina ore bedseam rock series have the low resistivity low polarization characteristic. Bestows on the ore rock series roof—Carboniferous series calcareous rock， ledger wall—The Ordovician system calcareous rock has obviously high—resistance polarizes the characteristic. Causes is the law possibly explores into using the resistance. Discussion use high efficiency electrical method investigation bauxite method technology， Introduced how uses the high efficiency electrical method the survey achievement inference alumina ore body method. Explains with examples the high efficiency electrical method to look for the bauxite effect.

【Key words】High efficiency electrical method；The bauxite prospects；The thing is fished for looking for an ore；Resistivity lawお

1. 緒言

（1）多年來，鋁土礦勘探都以鉆探、淺井、探槽、坑探等直接性的勘探為主。隨著多年的開采，埋藏較淺的礦體已經(jīng)基本開采完畢，坑采區(qū)留下的采井，采空也到處都是，加上以往的開采中存在采富棄貧，亂采亂挖，而使礦區(qū)千瘡百孔，這些不明的采空區(qū)給以后的開采勘探帶來了非常大的麻煩。如何在老礦區(qū)內(nèi)繼續(xù)勘察，開采，讓這些老礦區(qū)再為國民經(jīng)濟服務，是需要解決的一大難題。

（2）利用物探方法與鉆探驗證相結(jié)合，從理論上來講成為可能。六七十年時老地質(zhì)工作都曾在豫西地區(qū)開展過激電法、淺震、α徑跡、磁法等物探測量方法來做鋁土礦勘探試驗。其結(jié)果指出，放射性測量、中低精度磁法、激電等物探測量方法均不適用。淺震測量方法效果較好，但其費用高，電阻率測量和對稱四極剖面測量方法的效果也不錯，但當?shù)V體埋藏較深、上覆有高阻時，其無法法穿透高阻層的“屏蔽”作用。近幾年生產(chǎn)的大功率電法儀器，其功率大、電壓高、電流大、勘探深度大，具有較好的克服高阻層對直流電法的“屏蔽”作用。因此利用大功率電法與鉆探驗證相結(jié)合的方法，較適用于這些具有多年開采經(jīng)歷的老礦區(qū)的開采空隙間及礦區(qū)外圍進行找礦。

（3）大功率電法勘探是電法勘探的一種，是指輸出額定輸出功率在10KW以上的激發(fā)極化法。與普通激發(fā)極化法相比具有功率大、電壓高、電流大、勘探深度大，能夠較好地解決高阻層對直流電法“屏蔽”作用的影響。激發(fā)極化法是根據(jù)巖石、礦石的激發(fā)極化效應來尋找金屬和解決水文地質(zhì)、工程地質(zhì)等問題的一組電法勘探方法。

2. 河南省鋁土礦的沉積地質(zhì)特征

2.1鋁土礦的形成。

（1）在奧陶世，經(jīng)加里東期地質(zhì)運動，華北地臺整體升高，當時河南地處亞熱帶，炎熱、潮濕、多雨，出露地表的奧陶系灰?guī)r在一億四千萬年間遭受了強烈的風化剝蝕，地貌呈準平原化，局部地段有巖溶洼地及溶洞溶斗，土壤呈紅土化，在紅土化作用下，土壤中的粘土質(zhì)初步形成鋁土礦。

（2）到中石炭世，受華力西期地質(zhì)運動影響，華北地臺逐漸下沉，海水復浸，華北地臺處于廣闊陸棚上的陸表沉積環(huán)境，紅土中的鋁土礦在海水中分解，呈膠體絮狀懸浮，鋁質(zhì)和鐵質(zhì)分離，鐵質(zhì)就沉入底部，形成鐵質(zhì)粘土巖層位（C2b1），并在局部地段形成山西式鐵礦。由于海水中鋁質(zhì)膠體含量很高，非常不利于生物生長，因而鋁土礦中絕少有生物化石。開放的濱海環(huán)境易使鋁質(zhì)膠體絮狀物流失，而河南從北到南有濟源到武陟古隆起、岱眉寨古隆起、嵩山古隆起和箕山古隆起，這些古隆起就把今天的河南鋁土礦區(qū)分隔成局部封閉的瀉湖沉積區(qū)，水動力較弱，屬靜水滯留環(huán)境，有利于鋁質(zhì)的沉積，鋁質(zhì)就以三水鋁石形式沉積在奧陶或寒武系古地形上，并在沉積成礦時期先把巖溶洼斗區(qū)填平補齊，形成鋁土礦層位（C2b2），其中洼斗區(qū)的鋁土礦品位富，厚度大，但是這一時期鋁土礦的鋁硅比較低，到晚石炭世，鋁土礦上沉積了一套海陸交互相的含煤建造，此后鋁土礦在地下水的淋濾作用下，鋁和硅進一步分離，特別是一些出露地表的鋁土礦，鋁硅比很高，礦石呈砂狀、土狀、蜂窩狀。到二迭紀初，華北地臺逐漸隆起，成為陸相盆地，在鋁土礦層上又沉積一套含煤地層，二迭是華北地臺區(qū)主要成煤時期，一般有煤層的地方，其下都有鋁土礦層（C2b2）。

2.2鋁土礦的地層特征。

鋁土礦礦體沉積層為中石炭統(tǒng)本溪組（C2b），常與粘土礦共存。含礦層可分下、中、上三個巖段。下段（C2b1）為鐵質(zhì)頁巖，局部夾“山西式”鐵礦的扁豆體；中段（C2b2）為礦層，主要由鋁土礦和粘土礦（硬質(zhì)粘土和高鋁粘土礦）組成；上段（C2b1）為粘土頁巖，有時相變?yōu)樘假|(zhì)頁巖或煤線。含礦巖系上覆石炭系一二疊系太原組（C2—P璴t）灰?guī)r、煤層、碳質(zhì)頁巖及砂巖；下伏中奧陶統(tǒng)馬家溝組（02m）青灰色灰?guī)r、淺黃色薄層狀泥質(zhì)灰?guī)r，當奧陶系缺失時為寒武系（擼┗已一虬自蒲搖＊

2.3礦體及圍巖的地球物理特征。

鋁土礦具有中低阻低極化特征。賦礦巖系底板——奧陶系灰?guī)r具有明顯高阻中極化特征；當奧陶系灰?guī)r含泥質(zhì)成分時，電阻率降低呈中高阻特征。賦礦巖系頂板——石炭系灰?guī)r具有中高阻中極化特征。賦礦巖系中鐵質(zhì)頁巖具有低阻低極化特征，碳質(zhì)頁巖、煤層具有中低阻高極化特征（可參考某礦區(qū)電性參數(shù)統(tǒng)計表 表1）。

表1某礦區(qū)電性參數(shù)統(tǒng)計表

巖石名稱 塊數(shù)

（件） ρ璼（Ω·m） M璼（%）

ρ璼 min ρ璼 max ρ璼 平均值 M璼 min M璼 max M璼平均值

（C2—P璴t）ふ懲裂 17 45 99 68 0.11 1.65 0.45

（C2—P璴t）ど把 37 30 743 156 0.31 6.78 2.41

一1煤 15 8 56 38 5.67 20.38 10.56

C2灰?guī)r 13 44 1136 435 028 1.96 1.32

鋁土礦 25 58 173 99 0.24 1.90 1.08

（02m）灰?guī)r 22 235 2235 876 2.68 7.65 4.42

3. 大功率電法在鋁土礦勘探中應用

3.1圍巖的電阻率特點。

3.1.1奧陶系灰?guī)r高阻巖層。

奧陶系灰?guī)r的ρ璼為876Ω·m左右，上石炭統(tǒng)灰?guī)r的ρ璼為435Ω·m左右，石英砂巖的ρ璼為156Ω·m左右。因此，奧陶系灰?guī)r與其他巖性在電阻率方面的物性差異較大，鋁土礦作為奧陶系灰?guī)r的上覆地層，離奧陶系灰?guī)r很近，這一物性差異是構(gòu)成直流電法尋找鋁土礦的物性基礎(chǔ)。

3.1.2上石炭統(tǒng)灰?guī)r高阻層。

上石炭統(tǒng)灰?guī)r高阻層上石炭統(tǒng)灰?guī)r在鋁土礦區(qū)一般較薄，并且在局部地段才有。由于上石炭統(tǒng)灰?guī)r的覆蓋，其下的鋁土礦保存較好，因而，上石炭統(tǒng)灰?guī)r就象兩刃劍，一方面可以作為物探尋找隱伏鋁土礦的標志層，另一方面能形成高阻屏蔽現(xiàn)象，特別是在有些礦區(qū)，各巖層的沉積厚度不大，上石炭統(tǒng)灰?guī)r與奧陶系灰?guī)r距離近時尤甚。

3.1.3石炭統(tǒng)、下二疊統(tǒng)砂巖高阻層。

砂巖一般較薄，由于地下水的影響，其高阻反應不太明顯，但在下二疊統(tǒng)與上石炭統(tǒng)交界處，有一層約5米厚的石英砂巖，并且離地表很近，水分少，在測深時會有高阻反應，解釋時可以將其用作物探劃分地層的依據(jù)。

3.1.4粘土巖。

粘土巖的電阻率較低，在地質(zhì)上，它與砂巖互層，因而，若黃土之下是粘土巖時，往往使物探反演計算的黃土厚度有誤差。

3.2圍巖的極化率特點。

在極化率方面，無煙煤的極化率最高，為M璼10.56%其次是鐵礦石和灰?guī)r，因而可以用極化率參數(shù)確定煤層埋深，從而起到用物探方法劃分地層界限的作用，鋁土礦和粘土巖的極化率最低。

表 2鋁土礦區(qū)各巖性的λ值

巖石っ稱 O2せ已 C2せ已 砂巖 鋁土礦 粘土巖 煤

λ值 1.31 1.30 1.20—1.28 0.90—1.19 0.70—1.20 1.10—1.20

3.3偏離度λ值的特點。

上世紀70年代，西德的地球物理學家沃格爾斯通過在對礦床勘探中的6300個測量數(shù)據(jù)做有關(guān)激發(fā)極化法的研究時，發(fā)現(xiàn)了一個新參數(shù)偏離度λ，它與地質(zhì)特征、礦物組合及構(gòu)造有關(guān)，并且不受礦石風化的影響。河南有色地質(zhì)局第五地質(zhì)大隊在2003年利用激發(fā)極化法做鋁土礦勘查時發(fā)現(xiàn)的偏離度λ值（見表2）。從表中可以看出鋁土礦和粘土巖的偏離度λ值較小，而含礦巖系的頂板C2灰?guī)r和其底板O2灰?guī)r都較大。因此，可以利用偏離度λ值分出含礦巖系段。

3.4大功率電法尋找鋁土礦的思路。

鋁土礦區(qū)層狀沉積的地層在水平方向上無物性差異，但在垂直方向上有差異。在沉積巖中，灰?guī)r的電阻率最高，二迭系和石炭系的巖性為砂巖、頁巖、粘土巖和煤層，其電阻率遠遠小于下伏的奧陶系灰?guī)r，因而，當我們用大功率電法在鋁土礦區(qū)做電測深時，測深曲線前支就反映地表低阻的黃土層（Q），尾支一般呈45°角上揚，它反映的是巨厚的致密高阻的奧陶系灰?guī)r，中間部位就反映了二迭系、石炭系巖性的電阻率變化，若二迭系和上石炭統(tǒng)缺失，測深曲線的中間部分縮短，若奧陶缺失，由于寒武系灰?guī)r也是巨厚的致密高阻巖層，測深曲線尾支不變。因而，物探尋找隱伏鋁土礦的主要工作方法就可確定為電阻率測深法，其目標物就是高阻的奧陶系灰?guī)r，目的物是奧陶系古地形的洼斗區(qū)。

3.5干擾因素的識別和排除。

3.5.1高阻屏蔽。

用電測深方法找鋁土礦牽涉到兩個高阻屏蔽：ィ1）是地表有干燥礫（砂）石層或石漠化地層，它們影響測深曲線前支的淺部信息，當鋁土礦埋深淺時，它的影響大。ィ2）是上石炭統(tǒng)灰?guī)r地層，它對電流線向深部地層穿透起隔離作用，阻礙了對下伏地層的探測。利用大功率電法測深，增大供電電流，可以減小高阻層的屏蔽，增大供電電流對深部巖溶洼斗未產(chǎn)生明顯影響。另外可以增大AB極距就可穿透上石炭統(tǒng)灰?guī)r，測深曲線將呈弧形起伏，而奧陶系或寒武系灰?guī)r很厚即便是增大AB極距也穿不透，其測深曲線仍呈45°角上揚。

3.5.2極距的選擇不當。

電測深有兩種MN變化方式，選用的是活動MN法，這樣做有利于定量解釋。按電測深《規(guī)范》的供電極距（AB/2）要求，是按幾何級數(shù)來取值，這樣做有很多弊端。在實際工作中，往往把供電極距大大加密，一方面利于解釋，另一方面找礦信息豐富了。

3.5.3地下水的影響。

由于地下水在激發(fā)極化衰減時有與眾不同的反應，遂將電阻率測深改為激發(fā)極化測深，增測半衰時t璈、偏離度λ和衰減度D等參數(shù)。當ρ璼為低阻，λ為4.5，t璈>0.85s，D>0.38時，一般有地下水。因此，在勾繪ρ璼等值線和推斷解釋時需要多加注意，除此之外，增測極化率M璼參數(shù)還能指出煤層和山西式鐵礦的位置和埋深。

3.5.4斷層的影響。

一般來說，電測深ρ璼剖面等值線在斷裂處將出現(xiàn)劇烈起伏，有時呈“U”形，有時呈“Z”形，供電極距跨越斷裂時，測深曲線將出現(xiàn)階梯起伏，極化率值不穩(wěn)定。當AB布極方向平行于斷裂走向時，測深曲線尾支一直不呈45°角上揚，而是趨于某一飽和值，聯(lián)剖曲線將出現(xiàn)低阻交點。

4. 大功率電法在某礦區(qū)的應用效果

4.1物探方法技術(shù)選擇。

鋁土礦的物探測量的目的是，探測出巖溶洼斗的賦存位置、埋深、規(guī)模和形態(tài)。首先選擇電阻率法剖面測量，確定出剖面上的中低阻分布區(qū)間，該區(qū)間即可能為深部巖溶洼斗或洼地分布區(qū)的反映；然后再對該區(qū)段布設對稱四極電測深，進行垂向范圍內(nèi)的探測，從而確定出巖溶洼斗的埋藏深度、空間形態(tài)及規(guī)模等，達到間接尋找鋁土礦礦層的目的。針對不同主干剖面上的礦體的可能埋藏深度，而采用不同測量裝置。中梯采用供電極距AB分別為800m、900m、1500m，測量電極MN=20m、測量點距DX=10m等三種裝置方案。測深采用最小供電極距AB=6m、最大供電極距AB分別為340m、500m、750m，測量極距MN/2分別為3m、12m、70 m等三種裝置方案。使用儀器為MK—3型大功率激電儀，觀測視電阻率（ρ璼）和視充電率（M璼）這兩種方法的共五個電性參數(shù)。

4.2勘查效果。

（1）采取上述方法技術(shù)在礦區(qū)多條剖面進行了探測。根據(jù)大功率測深的視電阻率斷面上的“洼斗”異常，布設了4個鉆孔，均不同程度地見到了鋁土礦礦體。

高阻“屏蔽”問題：礦區(qū)石炭系灰?guī)r厚度大于3m地區(qū)，投入大功率電法測深，增大供電電流，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，高阻層對深部巖溶洼斗未產(chǎn)生明顯影響。

（2）礦區(qū)某線以剖面起點（1號點）開始，沿140°方位布線測量。首先進行中梯裝置的觀測，在5～8號點、11號點出現(xiàn)兩處相對中低阻異常（圖1）。以2號點為起點，間距為40m，最大AB/2=500m，布測了4個測深點，對視電阻率異常進行解剖。視電阻率ρ璼斷面圖顯示，由淺到深，ρ璼場值逐漸增大，局部的變化是由于電性不均勻引起。ρ璼等值線在AB/2=150—220m之間梯度變化大，在AB/2=220—500m之間趨于平緩；ρ璼斷面圖顯示，深部有“洼斗”異常存在，其中心位于D2測深點。由于巖溶洼斗與含礦巖系兩者電阻率存在明顯的差異，推斷ρ璼等值線梯度變化大的部位為洼斗與含礦層的分界面。洼斗界面深度為1202·m等值線對應的AB/2 極距值的三分之一，即h=165/3m=55m。根據(jù)本區(qū)鋁土礦賦存部位特點，推斷鋁土礦礦層深度為10012·m等值線對應的AB/2極距值的1/3，即h=120/3=40m。根據(jù)上述物探成果而布置的ZK6388鉆孔，在42.72～51.42m處見到鋁土礦礦體，其Al/Si比最高達12.7，在52.82m處見到奧陶系灰?guī)r。物探資料解釋成果與鉆探驗證結(jié)果基本吻合。

圖1礦區(qū)XX線地質(zhì)物探綜合剖面圖

5. 利用大功率電法推斷鋁土礦體方法

5.1推斷“巖溶洼斗”異常。

大功率視電阻率測深斷面等值線在深部呈現(xiàn)凹陷狀態(tài)，那么，如何將其判斷為“巖溶洼斗”異常呢？根據(jù)電場理論，引起類似異常可能有以下幾種情況：一是，深部存在巖溶洼斗或洼地，由于中低阻的石炭系含礦巖系與其周圍灰?guī)r的巨大電性差異而引起“洼斗”異常；二是，存在隱伏斷層，由于低阻斷層泥的存在而引起“洼斗”異常；三是“山西式”赤鐵礦，由于電阻率較低，在灰?guī)r界面沒有起伏的情況下，有可能引起微弱的“洼斗”異常。根據(jù)異常幅值、梯度變化、空間展布形態(tài)幾方面的變化特征進行判別。巖溶洼斗引起的凹陷異常場值較高，梯度變化小，異常比較寬緩；而隱伏斷層引起的異常場值較低，梯度變化大，異常比較狹窄；第三種情況引起異常較弱，在測深斷面圖上比較容易識別。

5.2通過推斷含礦巖系的厚度進行推斷。

含礦巖系越厚的地段，一般情況下鋁土礦或者為粘土礦也較厚，根據(jù)對豫西數(shù)十個礦區(qū)含礦巖系的厚度與鋁土礦的厚度統(tǒng)計分析，一般情況下當含礦巖系總厚度小于4m時，不含鋁土礦；含礦巖系總厚度超過6m時，才可能存在具有可開采價值的礦體。另外每個礦區(qū)有個含礦巖系的厚度基準值，只有超過這個厚度時，才可能具有鋁土礦存在這個基準值在老礦區(qū)中，可通過已往的資料進行統(tǒng)計，統(tǒng)計方法，將礦區(qū)內(nèi)已知可開采礦厚的鉆孔的含礦巖系的總厚度按從小到大自然數(shù)序列排序，然后做出序列號與厚度的函數(shù)曲線圖，延伸的曲線與y軸的截距為含礦巖系的含礦基準厚度，這個厚度可根據(jù)礦區(qū)的具體情況再做相應的修改調(diào)整。利用電法推測出的含礦系與礦區(qū)的含礦巖系的含礦基準厚度對比，可以推測是否含礦。當推測的含礦巖系的厚度超過含礦巖系的含礦基準厚度時，且在視電阻率測深斷面上的凹陷異常并確定為“巖溶洼斗”異常后，一般可認為，該異常與隱伏鋁土礦礦體有關(guān)。

5.3利用偏離度λ值推斷。

鋁土礦和粘土巖的偏離度λ值較小，而含礦巖系的頂板C2灰?guī)r和其底板O2灰?guī)r都較大。因此，可以利用偏離度λ劃分出奧陶系灰?guī)r的古界面，劃分出含礦巖系頂板灰?guī)r的埋藏深度，推斷出含礦巖系的厚度，進而可以推斷出鋁土礦礦體。

6. 結(jié) 束 語

大功率電法在找鋁土礦礦體時，主要是通過間接的尋找奧陶系的古溶蝕面或利用含礦巖系的厚度進行推測鋁土礦礦體，需配合鉆探驗證。兩種勘探方法相結(jié)合在鋁土礦勘探中的優(yōu)勢非常大：一、是節(jié)約勘探成本；二、還可以節(jié)省較多勘探時間；三、在老礦區(qū)內(nèi)還可以測采空區(qū)；四、大大提高找礦的成功率。大功率電法在找鐵、煤、鉛鋅礦，在超基性巖區(qū)找鎳鉻礦和找金礦等已經(jīng)取得了——定的地質(zhì)效果。希望在找鋁土礦中也能得到更好的應用。

參考文獻

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