伍開留

（安徽省勘查技術(shù)院， 安徽合肥 230041）

1 方法原理

當(dāng)?shù)刭|(zhì)體存在激電（IP）效應(yīng)或電磁（EM）效應(yīng)時(shí)，觀測(cè)到的電位差△U相對(duì)于供電電流I有相位移，并且隨著供電頻率ω的變化而變化，所測(cè)出的視電阻率是頻率的復(fù)變函數(shù)，稱之為復(fù)電阻率法。所采用的裝置為偶極-偶極裝置。野外儀器記錄參數(shù)為每道每個(gè)頻點(diǎn)的相位值φ，振幅值A(chǔ)以及每相鄰兩道之間的電位差△U。由于該方法采用大功率配置，勘探深度大且可控，通過反演所獲得的參數(shù)多，推斷解釋相對(duì)準(zhǔn)確，近些年在深部找礦及油氣勘探領(lǐng)域深受歡迎。

數(shù)據(jù)反演就是將每道實(shí)測(cè)的相位譜曲線擬合到理論（或經(jīng)驗(yàn)）曲線上，從而得出相應(yīng)的激電參數(shù)與電磁參數(shù)。然而在實(shí)際工作中，在所探地質(zhì)體（包括礦體）體積較大，且電阻率很低或極化率較高的情況下，相位譜曲變得參差不齊甚至不完整，無法擬合到理論曲線上或者擬合精度較差，不能得出準(zhǔn)確客觀的參數(shù)，往往找礦效果較差。

2 勘查區(qū)地質(zhì)概況

2.1地層

冶山鐵礦崔山詳查區(qū)大部分屬江蘇省南京市六合區(qū)冶山鎮(zhèn)，部分在安徽省天長縣境內(nèi)，地理坐標(biāo)：東經(jīng)118°57′17″～118°57′59″，北緯 32°30′30″～32°30′57″。

勘查區(qū)出露的地層有：震旦系上統(tǒng)陡山沱組、燈影組及寒武系下統(tǒng)幕府山組。地層總體走向北東東，傾向南東，傾角40°～80°不等。陡山沱組（Z2d）：出露于東礦段東南，巖性以灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r為主，與燈影組為斷裂面接觸。燈影組（Z2dn）：主要巖性以白云巖為主，頂部為硅化（質(zhì)）條帶白云巖。幕府山組（?1m）：主要巖性以白云巖為主，夾硅化角巖（原巖可能為泥巖、炭質(zhì)泥巖），局部為硅化灰?guī)r、蝕變白云巖，系主要礦化圍巖。

2.2巖體

花崗閃長巖：灰白—淺肉紅色，全晶質(zhì)半自形不等粒結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造。礦物組成：更—中長石42%～50%，鉀長石15%～25%，石英15%～20%（石英含量偏低），角閃石4%～9%，黑云母1～5%。副礦物：磁鐵礦、磷灰石，少量鋯石、榍石。

二長巖（或稱輝石二長巖）：灰白微帶肉紅色，二長結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。礦物組成：中長石含量33%～35%，鉀長石30%～35%，普通輝石15%，黑云母7%～8%。副礦物：磁鐵礦、鈦鐵礦、磷灰石、榍石等。晚期脈巖多為煌斑巖、正長巖、閃長巖和花崗細(xì)晶巖等。

2.3圍巖蝕變

花崗閃長巖、二長巖侵入，遇到碳酸鹽巖地層—石灰?guī)r、泥灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r或含鈣質(zhì)較高的粉砂巖等巖石，發(fā)生一系列變化。

冶山鐵礦北礦段自花崗閃長巖向白云巖（白云質(zhì)灰?guī)r）等方向，分別形成蝕變花崗閃長巖帶（鉀長石化帶）—石榴子石透輝石矽卡巖帶—金云母透輝石巖帶—綠泥石透輝石巖帶—蛇紋石矽卡巖帶、矽卡巖化大理巖帶、大理巖帶。如花崗閃長巖侵入于泥質(zhì)巖則形成角巖帶或矽卡巖化角巖帶。主礦體多賦存于綠泥石透輝石巖帶和金云母透輝石巖帶中。

除上述主要矽卡巖類型外，局部尚可見到綠簾石矽卡巖、透閃石矽卡巖、陽起石矽卡巖等。由于蝕變帶的巖性發(fā)生改變，巖石不同程度破碎、充水，導(dǎo)致蝕變帶電阻率有所降低。

2.4礦化

勘查區(qū)除磁鐵礦形成工業(yè)礦體外，尚有黃銅礦化、赤鐵礦化、黃鐵礦化等，局部地段形成相應(yīng)的礦體。區(qū)內(nèi)黃鐵礦化普遍較強(qiáng)，一般含量1%～3%。無開采價(jià)值的礦化帶異常，在本區(qū)成為重要的干擾異常。

2.5礦床地質(zhì)特征

圖1是冶山礦區(qū)地質(zhì)示意圖。冶山鐵礦區(qū)北礦段礦體賦存于花崗閃長巖與寒武系下統(tǒng)幕府山組白云巖接觸帶中。①②號(hào)主礦體分布在向南伸出的舌狀巖枝的東西兩側(cè)內(nèi)凹正接觸帶上，而③號(hào)礦體略偏向巖體內(nèi)帶。3個(gè)主礦體分別是①②③，其中②號(hào)礦體最大。礦床主要類型為接觸交代型磁鐵礦。

圖1 冶山礦區(qū)地質(zhì)示意圖Figure 1.Geological sketch of the Yeshan mineral district

根據(jù)以往的重、磁資料分析，勘探區(qū)位于冶山弧形重力高和冶山正磁異常區(qū)之間疊加的局部重、磁異常部位，即冶山弧形重、磁同高帶上。冶山弧形重、磁同高帶的頂端為冶山重力高，呈北西走向，推測(cè)該重力高為花崗閃長巖及頂部的震旦系、寒武系地層共同引起。地質(zhì)資料分析，冶山侵入體與殘留頂蓋圍巖接觸交代形成冶山鐵礦。

2.6物性特征

表1是礦區(qū)物性統(tǒng)計(jì)結(jié)果。從表中可以看出，礦體平均電阻率比圍巖低10多倍，極化率比圍巖高出10多倍，磁鐵礦與圍巖相比具有典型的低阻高極化特征。用復(fù)電阻率CR法找礦具有很好的物性前提。

表1 冶山鐵礦巖礦石標(biāo)本測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)表Table 1.Statistics of test results of rock and ore specimens from the Yeshan iron deposit

3 工作布置

共布置4條CR剖面，見圖1。共81個(gè)偶極—偶極排列。A4線經(jīng)過②號(hào)和③號(hào)礦體，A7線經(jīng)過②號(hào)和①號(hào)礦體，礦體整體向東南方向傾斜延伸，并且埋深逐漸加大。A10線位于A7線東南約150m，與A7線平行布置，意在檢測(cè)礦體向東南延展情況。A6線北西向布置，與6勘探線重合，形成交叉剖面（圖中其它線段為地質(zhì)剖面）。這樣布置的目的是通過已知礦體的異常響應(yīng)特征，總結(jié)礦體異常模式，類比剖面經(jīng)過的其它區(qū)域。

從實(shí)質(zhì)上講，CR法其實(shí)就是多頻激電法的偶極—偶極測(cè)深裝置。掃頻寬度一般2-7～27Hz，V5接收機(jī)共8道（現(xiàn)在使用的V8接收機(jī)達(dá)12道），通過隔離系數(shù)N以及每道之間的距離a的大小控制探測(cè)深度。

4 傳統(tǒng)模式弊端

4.1傳統(tǒng)解釋模式存在的問題

傳統(tǒng)解釋習(xí)慣：無論在金屬礦還是在油氣藏勘探中，都是將實(shí)測(cè)的譜曲線采用專業(yè)軟件進(jìn)行反演。其過程就是通過選擇經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停缓髮?shí)測(cè)曲線擬合到該模型下的理論曲線上，達(dá)到將譜曲線中所包含的電磁效應(yīng)與激電效應(yīng)分開的目的，從而求出目標(biāo)體導(dǎo)電性參數(shù)和極化性參數(shù)，目前這些參數(shù)有10余個(gè)之多。也不管這些參數(shù)是否真實(shí)有效，就一概把這些參數(shù)組合在一起形成多參數(shù)斷面圖，進(jìn)行推斷解釋。多數(shù)情況下，這些參數(shù)無法得出一致結(jié)論，甚至相悖，給推斷解釋帶來很大困難，找礦效果很差。

4.2反演中存在的問題

工作區(qū)存在厚層的高品位（品位在60%左右）磁鐵礦，如圖1中的①、②號(hào)主礦體，礦體總體規(guī)模大，和圍巖相比，總體表現(xiàn)為極低電阻率和很高極化率，對(duì)實(shí)測(cè)曲線產(chǎn)生很大的影響：曲線的低頻部分參差不齊，甚至掉斷不連續(xù)，無法擬合到理論曲線上。舍棄或保留曲線上某個(gè)頻點(diǎn)，極化率參數(shù)ms變化巨大。我們將A4剖面（經(jīng)過②號(hào)、③號(hào)主礦體）曲線分發(fā)給4個(gè)從事多年CR法工作的同志進(jìn)行反演，其結(jié)果差異很大，特別是已知礦體所對(duì)應(yīng)的曲線反演結(jié)果更是大相徑庭，高極化率ms異常與已知礦體位置對(duì)應(yīng)不上。其它各參數(shù)對(duì)應(yīng)效果更差，反演結(jié)果無法使用。

5 復(fù)雜條件下CR異常解釋

異常解釋的最關(guān)鍵步驟就是建立礦體異常模式，再以該模式去類比剖面所經(jīng)過的未知區(qū)域（如A10剖面）的含礦性。CR法成果解釋是在參數(shù)斷面圖上進(jìn)行的，那么在眾多參數(shù)中選擇哪些參數(shù)組成參數(shù)斷面圖，將是重中之重。

5.1選擇最有效的參數(shù)

5.1.1曲線類比法

物性測(cè)試結(jié)果表明，礦體與圍巖相比呈現(xiàn)出典型的低阻高極化特征，以探測(cè)地質(zhì)體導(dǎo)電性與極化性見長的CR法儀器系統(tǒng)，就一定能夠檢測(cè)到礦體與圍巖之間巨大的導(dǎo)電性與極化性差異，這種差異信息就包含在所測(cè)得的頻譜曲線中。以下分別是標(biāo)定、圍巖和礦體的相位譜曲線（圖2、圖3、圖4、圖5）。

圖2 儀器帶電纜標(biāo)定曲線Figure 2.Calibration curve of instrument with cable

圖3 圍巖相位譜曲線特征Figure 3.Phase spectrum curve characteristics of surrounding rock

正演理論告訴我們，在CR法譜曲線中，低頻（一般指小于1Hz）區(qū)域只與探測(cè)體的極化效應(yīng)有關(guān)；高頻（一般指大于1Hz）區(qū)域只與探測(cè)體的導(dǎo)電性有關(guān)。

從圖2、圖3可以看出，圍巖曲線與標(biāo)定曲線形態(tài)大致相同，平滑、完整。并且很容易進(jìn)行人機(jī)交互反演，而且精度高，擬差小。而圖4、圖5礦體曲線與圍巖曲線存在如下顯著差異。

圖4 A4線已知礦體譜曲線特征Figure 4.Line A4 known orebody spectrum curve characteristics

（1）礦體曲線低頻（小于1Hz）區(qū)域相位值逐漸上行然后向下，形成正相位極值點(diǎn)，每道曲線極值點(diǎn)都出現(xiàn)在2-3（0.125）Hz附近。而圍巖曲線低頻相位基本走平。并且礦體曲線甚低頻部分（極值點(diǎn)左側(cè)）相位平均值比圍巖曲線甚低頻部分的相位平均值高，說明礦體存在明顯的極化效應(yīng)。也就是說2-3Hz所對(duì)應(yīng)的相位值（用Ph（-3）表示）是判斷所探地質(zhì)體有無極化性的關(guān)鍵因素，極值點(diǎn)相位值的大小決定了極化效應(yīng)的高低。

（2）礦體曲線在8Hz（23Hz）左右出現(xiàn)負(fù)相位極值點(diǎn)，而圍巖曲線呈現(xiàn)正值上翹，形成平滑曲線。也就是說23Hz所對(duì)應(yīng)的相位值（用Ph（3）表示）是判斷所探地質(zhì)體是否具有低電阻率的關(guān)鍵因素，極值點(diǎn)相位絕對(duì)值的大小決定了電阻率的高低。

以上Ph（-3）與Ph（3）兩參數(shù)是判斷地質(zhì)體有無低阻高極化特征的最直接參數(shù)，它們是從礦體與圍巖譜曲線的顯著差異中找出的，必然對(duì)礦體有良好反映。另外沒有反演計(jì)算，排除了人為因素的干擾。

5.1.2參數(shù)作圖對(duì)比法

本次工作中，除了上述2個(gè)參數(shù)外，通過作圖對(duì)比還確定了視幾何電阻率ρs、視時(shí)間常數(shù)τs為有效參數(shù)。其中視幾何電阻率ρs是通過相鄰兩道之間的電位差△U以及裝置系數(shù)計(jì)算所得，無需反演計(jì)算。反映地質(zhì)體導(dǎo)電性強(qiáng)弱。時(shí)間常數(shù)τs與地質(zhì)體內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)。其余參數(shù)效果不佳。

雖說Ph（-3）有效反映了地質(zhì)體的極化特性，但畢竟不是常用的極化率參數(shù)。為此將Ph（-3）乘以一個(gè)轉(zhuǎn)換因子，轉(zhuǎn)換成常用參數(shù)ms，表示地質(zhì)體的極化率大小。至此用于作圖解釋的最優(yōu)參數(shù)全部出爐，分別是ρs、Ph（3）、Ph（-3）、ms、τs。其中ρs、Ph（3）是導(dǎo)電性參數(shù)，表示地質(zhì)體電阻率高低；Ph（-3）、ms是極化性參數(shù)，表示地質(zhì)體極化率的高低；τs表示地質(zhì)體內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征。

5.2參數(shù)作圖解釋

將以上選擇的有效參數(shù)組合成參數(shù)斷面圖。圖6、圖7是A4、A7線參數(shù)斷面圖。由于各參數(shù)通過精心篩選，每個(gè)參數(shù)對(duì)已知礦體都有很好的反映。A4線各參數(shù)異常中心11200點(diǎn)附近，ρs、Ph（3）參數(shù)都表現(xiàn)為強(qiáng)烈的低阻異常，異常形態(tài)也基本一致，由淺入深向剖面的小號(hào)點(diǎn)傾斜。Ph（-3）、ms參數(shù)表現(xiàn)為高極化異常，形態(tài)特征與低阻異常基本一致；參數(shù)τs表現(xiàn)為高值異常。每個(gè)參數(shù)異常形態(tài)完整清晰。位于11200號(hào)點(diǎn)鉆孔ZK0603見50m左右的高品位磁鐵礦，礦體主要集中在參數(shù)Ph（-3）高值異常的中心部位。并通過部分開采證實(shí)，礦體在剖面上的產(chǎn)狀及分布特征與異常形態(tài)特征基本一致。另外通過鉆探及實(shí)際開采證實(shí)，A7線各參數(shù)異常中心（剖面11000點(diǎn)附近）也是厚層高品位磁鐵礦?！c(diǎn)號(hào)

圖6 A4線復(fù)電阻率（CR）法參數(shù)斷面圖Figure 6.Cross section of parameters of line A4 complex resistivity(CR)method →點(diǎn)號(hào)

圖7 A7線復(fù)電阻率（CR）法參數(shù)斷面圖Figure 7.Cross section of parameters of line A7 complex resistivity(CR)method

圖5 A7線已知礦體譜曲線特征Figure 5.Line A7 known orebody spectrum curve characteristics

經(jīng)過已知礦體的兩條剖面，總結(jié)出礦體異常模式：低阻高極化高時(shí)間常數(shù)τs。各參數(shù)異常形態(tài)完整、清晰可辨，在剖面上的展布形態(tài)基本一致。礦體主要分布在Ph（-3）高值異常的中心部位。

5.3類比法推斷其它區(qū)域成礦效果

A10線布置在主礦體延伸方向上（見圖1）。圖8是A10線參數(shù)斷面圖。用前面總結(jié)的礦體異常模式，對(duì)剖面的含礦性加以推斷解釋。

圖8 A10線復(fù)電阻率（CR）法參數(shù)斷面圖Figure 8.Cross section of parameters of line A10 complex resistivity(CR)method

（1）低阻高極化高時(shí)間常數(shù)τs。顯然滿足條件的只有剖面左端108～114段。剖面其它地方?jīng)]有同時(shí)符合條件的區(qū)域。值得一提的是在120點(diǎn)正下方，參數(shù)Ph（3）具有一塊完整的強(qiáng)低阻異常，也具有高時(shí)間常數(shù)τs異常區(qū)。但激電參數(shù)Ph（-3）及ms呈現(xiàn)星點(diǎn)狀的高異常區(qū)，且形態(tài)不完整，邊界不清晰，推測(cè)該區(qū)域存在較強(qiáng)的礦化蝕變帶。

（2）各參數(shù)異常形態(tài)完整、剖面展布形態(tài)基本一致。在剖面108～114區(qū)間，參數(shù)Ph（3）、Ph（-3）、ms、τs異常形態(tài)基本一致，但參數(shù)ρs異常形態(tài)有差異，說明該區(qū)域礦體已不再像①、②號(hào)主礦體那樣連續(xù)性好、規(guī)模大品位高。參數(shù)Ph（-3）顯示：在一個(gè)相對(duì)高異常區(qū)域具有多個(gè)小的異常中心，更能說明礦體已經(jīng)變得不連續(xù)，中間夾有礦化蝕變帶。

（3）礦體主要分布在Ph（-3）異常的中心部位。在剖面113點(diǎn)正下方，參數(shù)Ph（-3）存在上下兩個(gè)異常中心，但異常中心規(guī)模小。推測(cè)該處存在上下兩層礦體，但厚度不大。

后來鉆探證實(shí)，位于剖面113點(diǎn)處設(shè)計(jì)孔ZK7916見上下兩層磁鐵礦，與推斷結(jié)果一致，且礦體埋深也與解釋結(jié)果相差不大。

6 勘探成果

（1）設(shè)計(jì)孔見礦。使得原先只到A7線礦體有效延伸至A10線，向西南方向推進(jìn)近150m，為開發(fā)A7到A10線之間的礦體提供依據(jù)，礦石資源量擴(kuò)大了近一倍，解決了危機(jī)礦山的燃眉之急。此成果也榮獲安徽省地礦局地質(zhì)找礦科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)（有證書）。

（2）方法技術(shù)創(chuàng)新。首次使用曲線類比法，找出有效參數(shù)，擯棄了人機(jī)交互反演取得參數(shù)這一傳統(tǒng)做法，大大減少了人為因數(shù)的影響，有效提升了勘探準(zhǔn)確率，使得推斷解釋更客觀、更可靠。

（3）對(duì)電磁法找礦產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。除復(fù)電阻率CR法勘探外，目前使用人機(jī)交互反演取得參數(shù)的勘探方法還有很多，有人工場源的還有天然場源的等。這些方法在勘探實(shí)踐中，遇到與圍巖相比物性差異巨大的地質(zhì)體（包括礦體）時(shí)，實(shí)測(cè)的譜曲線往往都發(fā)生畸變、扭曲甚至掉斷，經(jīng)驗(yàn)不豐富的物探人員可能認(rèn)為這是干擾所致，數(shù)據(jù)處理時(shí)采用濾波、平滑等手段，將其人為剔除，或者在反演過程中，把這些畸變點(diǎn)刪除，強(qiáng)行擬合到理論曲線上。其實(shí)這些畸變區(qū)域往往就是礦體的反映，這些信息正是我們所需要的，一經(jīng)上述處理后，曲線看起來漂亮了，擬合精度也高了，其實(shí)里面毫無礦體信息。通過本勘探實(shí)例，了解到復(fù)雜資料的處理方法，為今后成功找礦增添了一種強(qiáng)有力的手段。

7 結(jié)論

（1）創(chuàng)新思維對(duì)地質(zhì)找礦十分重要。地質(zhì)找礦，涉及到數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理及推斷解釋等諸多方面。對(duì)于一個(gè)成熟的方法，每個(gè)環(huán)節(jié)都有先人總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)和一套常規(guī)的解決方案，然而這些過去形成的經(jīng)驗(yàn)和老方案，不一定盡善盡美，更不一定就是最佳方案。因此就需要后來的地質(zhì)工作者不斷總結(jié)、完善，更需要用改革創(chuàng)新的思想理念去對(duì)待每個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)的新問題。這些新問題得到客觀、合理、有效解決，往往就是成功找礦的關(guān)鍵。如果墨守成規(guī)，人云亦云，則問題永遠(yuǎn)是問題，更無從談?wù)业V突破。

（2）復(fù)電阻率（CR）法勘探日漸成熟，應(yīng)用廣泛。目前CR法已經(jīng)有獨(dú)立的勘探規(guī)范及預(yù)算標(biāo)準(zhǔn)，在金屬礦勘查及油氣勘探中都有廣泛應(yīng)用。其主要優(yōu)點(diǎn)在于勘探深度大且探深可控，可選用的參數(shù)多，資料解釋相對(duì)可靠。尤其是對(duì)金屬硫化物礦床效果更佳，那些埋深大、常規(guī)方法無法探及的金屬礦床，更是CR法勘探的用武之地。