电法勘探应用效果

如题所述

在1984年8—9月电法勘探进行踏勘剖面测量后,1985年6—9月在该区进行了大比例尺1:5000激发极化法,自然电场法4km2面积测量。

1991年7—10月进行可控源音频磁大地电流测量,比例尺1:5000,面积14.4km2;1992年6—10月进行瞬变电磁测量,比例尺1:20000,面积20km2

各种电法的应用效果简述如后。

(一)激发极化性(IP)

在该区进行1:5000激发极化法测量,采用中间梯度装置,供电电极距2500m,测量电极距80m,线距50m,点距20m。激发极化法测量结果,发现一个面积较大的激电异常。异常由南至北横贯全区。从南部60线至北部130线,长3.5km,宽300—600m。异常中间宽,两端逐渐变窄,轴向近南北。异常幅值视极化率8%—15%,中部强度大,往两端渐次减弱,按视极化率6%等值线圈定的异常平面形态呈一个南北展布的中间分枝的树叶状,有两个突出的异常中心。据此可以划分出两个次级异常,编号西部为1号异常,东部为2号异常(见图7-7)。

1号异常

视极化率强度大,峰值明显,异常呈长条状,轴向南北,长1km,宽200—300m,中部异常强度视极化率15%,两端渐次减弱,往南异常变窄,与东部2号异常相汇,构成一个异常,视极化率曲线不对称,西支陡,东支较缓。异常的这些特征表明引起异常的地质体是南北走向,倾向东。

异常位置地表出露为酸性—基性火山岩,次生石英岩,并有红褐色氧化带。地表岩石标本和氧化带标本测定视极化率小于3%。因此推断激电异常不是地表岩石和红褐色氧化带引起,而是由隐伏的硫化矿体引起。经钻探验证为1号隐伏块状硫化矿床引起。矿体埋藏深度南部浅,埋深几十米,至100多米,往北变深至150—200m。

钻探查明矿体沿走向南部埋深浅,北部埋深大,构成向北侧伏。北部含铜量高,南部含铜贫,浅部含铜较差,深部含铜好,形成垂直分带特征。因此反映在激电异常上,含铜高的位置,激电异常较弱,而含铜量低的位置激电异常强度大。这种现象说明激电异常是由整个块状硫化矿体引起的,而不是由铜含量的高低决定的。激电异常的强度决定于极化体埋藏深度和其极化率的大小,覆盖浅的地段异常强,覆盖深的地段异常弱。

2号异常

分布范围较大,异常由线比较平缓,宽400m,中部异常强度大,视极化率8%,往南北两侧逐渐变弱,异常曲线不对称,西支较陡,东支较缓。

图7-7 阿舍勒矿区物探异常平面图

1—自然电位法异常;2—激发极化法异常;3—电阻率法异常;4—磁法异常

异常位置地表出露主要为石英斑岩,次生石英岩,凝灰岩等,异常分布范围大致与石英斑岩位置一致。但采集地表岩石标本测定视极化率为3%,不能引起观测到的异常强度。对该异常引起的原因有不同认识,一种认为视极化率达8%以上的大范围平缓异常区,可能与地层普遍存在的黄铁矿化有关,黄铁矿化是影响激电效果的主要干扰;另一种认为激电异常由以黄铁矿化为主,铜、铅、锌紧密共生的多金属硫化物矿化引起。根据激电异常特征来看,异常强度不大,曲线较平缓圆滑,可将其划分为两级异常:一级是局部峰值异常;一级是平缓无明显峰值异常。前一级局部峰值异常叠加在平缓异常之上。由此可见,引起异常的激发体有两个,一个是位于浅部的,产生局部峰值异常;另一个是埋藏较深的激发体,产生比较平缓的异常。像这种比较平缓圆滑的异常,我们认为不可能由地表普遍存在的黄铁矿化引起。如果是地表黄铁矿化引起的,由于地层中的黄铁矿化不均匀,因而将引起锯齿状、起伏不平的异常。

将2号异常与1号异常进行对比之后,可以看出两个异常特征基本一致,只不过是1号异常强度大,曲线宽度比2号异常小一些,两个异常轴向基本相同,在南部两个异常合并构成一个异常,地表出露的岩石也是一样,据此,有理由认为两个异常的性质基本相同,1号异常已经钻探证实为隐伏块状硫化矿床引起,因此可以推断2号异常也可能是由隐伏块状硫化矿床引起,只是2号异常的激发体深度比1号异常更大。

从获得的视电阻率成果来看,虽然激电异常有相似之处,但1号激电异常对应低电阻率异常,而2号激电异常却对应于高电阻率异常,产生这种原因,我们认为是由于接近地表的地质体电阻率不同,1号激电异常对应低电阻率异常,说明1号矿床埋藏浅,地表破碎蚀变强,不仅是激发体,而且导电较好,而2号异常激发体埋藏较深,浅部不存在导电体。

(二)自然电场法(SP)[3],[4]

该区1:5000比例尺自然电场法测量,线距50m,点距20m,观测电参数为自然电位和自然电位梯度。测量结果自然电位等值线呈椭圆形,有两个异常中心,可圈出两个异常。西部1号大异常,东部2号小异常,与激电异常位置基本一致。1号异常长1km,宽200—300m,异常幅值—300mV,轴向南北,曲线东陡西缓。2号异常长300m,宽100m,异常幅值100mV。

根据自电异常的特征,明显看出1号异常是由具有良好氧化还原条件下,块状硫化矿体引起的,与钻探验证结果是吻合的。我们知道块状硫化矿体,主要是黄铁矿体,在一定地下水面中,能产生良好的自电异常。

早年前苏联学者AИ.За'ьоровский曾经指出,在硫化矿体上的自电异常是矿体的综合物理化学作用形成的。硫化矿物在水和空气的作用下,变成硫酸盐和硫酸,其反应特征可用下列反应式表示:

FeS2+H2O+7O=FeSO4+H2SO4

Fe7S8+H2O+7O=7FeSO4+H2SO4

CuFeS2+8O=FeSO4+CuSO4

PbS+4O=PbSO4

ZnS+4O=ZnSO4

很明显,铁矿物是硫酸来源。第一阶段,铁矿物氧化成硫酸亚铁,在进一步作用下,变为硫酸盐氧化物,其方程式为:

2FeSO4+H2SO4+O=Fe2(SO43+H2O

或者碱性硫酸盐氧化物

6FeSO4+2O+2H2O=2Fe(SO43+2Fe2(OH)2

氧化的硫酸铁水解作用变成褐铁矿

Fe(SO43+6H2O=2Fe(OH)3+3H2SO4+Fe

由于遭受氧化作用的那部分矿体,氧化反应使得正的铁原子的原子价增大,故呈现电位升高,在还原反应时,铁原子的原子价减小引起电位降低。

上面靠近地表的那部分矿体,在富含氧的地下水作用中,遭受氧化最强。我们可以看出,在铁盐氧化时,含有硫酸的地下水的氧化能力很突出。随着地下水距地面的距离增大,氧化作用减小。在渗透循环平面之下的地下水中,可观测到明显的还原反应,已不是与酸性溶液有关,而是与碱性溶液有关。

在矿区内不同深度溶液酸性变化的原因是不同的。一方面酸性溶液与一些硫化物作用形成硫化氢,下降到更大的深度,是引起典型还原反应的原因。

Fe(SO43+2H2S=2FeSO4+3H2SO4+S

式中铁的原子价减小,即表现明显的还原反应。另一方面在他们与硅酸盐和碳酸盐互相作用下,溶液的酸性降低。在没有通过氧气和硫化物互相作用下,硫酸盐氧化物的酸性溶液能够引起这些硫化物酸化,自己形成较少的硫酸盐氧化物的酸性溶液。下式为这种反应的实例。

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因此可以认为在深度大的情况下,很少通过来自空气中的氧气进行氧化作用,产生氧化亚铁、锌、镁、钙等硫化物的积累。它们的溶液或者是中性的,或者是弱碱性的。仍然更高的碱性特征是像钾、钠或者钙的碱性碳酸盐。这种碱性的碳酸盐能够在碳酸作用下形成。

通过这种化学作用的分析,可以看出位于氧化带的矿体部分相对于还原反应部分具有正电位,也就是接近地表,遭受空气中氧化的矿体部分具有正电位,而理藏在深部的矿体部分具有负电位,而在外部介质中的电位分布则刚好相反。

这些化学反应结果表明,在硫化矿体上引起自然电位的大小是与矿体中硫化物的含量、矿体的规模以及地下水的埋藏深度等因素有关。自电异常是整个硫化矿体中铁、铜、铅、锌等各种金属硫化物的综合反应,即构成矿体的黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿、方铅矿、含铜黄铁矿等矿物的综合反应。自电异常仅能表明地下导电矿体的存在,并不能表明矿物的成分,铜矿化的状况。因此仅根据观测到的自电异常是不能推断铜矿的含量,更不能划分铜或某种元素的工业矿体。据此我们认为:阿舍勒矿区的自电异常是整个硫化矿体的反映,南部异常强度大,北部异常弱,是由于南部为矿头部位,距地表浅,往北强度减小,是矿体埋藏深度增大的缘故,显示矿体向北侧伏。

根据第四地质大队郎恩德高级工程师统计的钻孔中矿体顶板与潜水面之间关系(见表7-3)可以看出,矿体由南向北顶板标高与潜水面标高的差值增大,南部矿体高于潜水面,北部由于埋藏深部增大,矿体顶板降低,低于地下水面。据此就容易解释为什么自然电场异常中心在矿体的南部,而不在矿体的北部。

从自电异常的特征还可以说明16线与1线是一个块状硫化矿体构成的一个良导电矿体,只不过铜的含量有所差别。因此在普查找矿和矿床勘探中,不可将整个块状硫化矿体分出单独含铜高的部分作为探测对象,不能对浅部含铜较贫的块状硫化矿体予以分开,而应先找到块状硫化体,然后逐渐追索其含铜较富部位。

表7-3 矿体顶板与潜水面关系表

近年查勒斯研究与斑岩硫化物矿化体有关的自然电位,获得自然电位与矿体的风化作用、侵蚀深度之间的关系。从这些曲线中,足以说明为什么在有的矿体地表有氧化带或铁帽露头,而未能观测到自电异常,实际钻探结果也未打到块状硫化矿体。仅有氧化带和铁帽,没有原生硫化矿存在是观测不到自然电位异常的。

通过对1号自电异常的研究结果,将其与2号异常进行对比,可以看出2号异常只是反映浅部小的块状硫化矿体。深部可能存在隐伏矿体在自电异常上没有显示,这与激电异常的推断是一致。

(三)瞬变电磁法测量(TEM)

为了加大电法勘探方法有效探测深度,寻找新的隐伏矿体,扩大矿区远景,在矿区开展了瞬变电磁法测量的试验工作。

瞬变电磁法(TEM)测量使用的是由加拿大GEONICS公司制造的EM-37仪器。供电电源为2.5kW的发电机,最大电流可达30mA,发送双极性方波,高频测量时为25Hz,有20个测量道,测量的时间范围为0.087—7.04ms。野外工作采用框—回线和中心回线两种观测方法。框—回线观测时,发射线框的大小一般为200m×400m,测量地下感应磁场垂直分量对时间的导数(Z分量)和地下感应场水平分量对时间的导数(X分量)两种参数。中心回线观测时,发射线框大小为200m×200m,仅测量地下感应场垂直分量对时间的偏导数(Z分量)。

在1号线通过已发现矿体进行瞬变电磁测量,沿测线获得明显的3个异常(见图7-8)。一个峰值在早期道的1—5道(延迟时从0.089—0.22ms)异常范围(测点2750—2810),随着延迟时间增加而不明显。晚期道12道(延迟时1.096—2.85ms)出现两个峰值,一个在测点2650至2700间,另一个在测点2950至3050之间。延迟时间4.49ms至19道则变得不清晰,由于仪器的电源发射功率较小,信噪比相差不大,响应可信度小。从该剖面获得的异常可以看出,引起异常的矿体沿剖面分布在三个深度。浅部矿体位于测点2800附近,随着深度增大,响应不明显。在浅部矿体两侧有两个深部矿体,一个在东部测点2950至3000之间,另一个在西部测点2550至2700之间。东部异常宽度大,信噪比高,随着延迟时增加,异常衰减较慢,表明为矿体的厚大部位。

根据任何延迟时对所获得的瞬变电压,通过理论公式计算,可转变为视电阻率值,由视电阻率值编制假视电阻率断面图。这些成果由仪器记录,通过微机自动处理,并自动构成假视电阻率断图。1号线的假视电阻率断面图总的趋势是早期道中间表现为低电阻率区,等值线200Ω·m,而两侧电阻率升增,等值线为300—1000Ω·m。低电阻率区反映块状化矿体分布位置,从晚期道低电阻率区还可分出3个小于150Ω·m等值线的位置,对应为矿体的位置,似乎与矿体的空间形态大体一致。

以上结果与钻探工程打到的矿体是吻合的。这条剖面的结果表明瞬变电磁测量对探测块状硫化矿体具有较其它电法勘探的独特效能,不但可以寻找浅部矿体,而且可以发现其它常规电法勘探所不能发现的深部盲矿体,同时具有较高的横向分辨能力。这两个优点是目前在该区进行的其他任何物探方法所不能比拟的。

需要指出的是在试验剖面的东部,测点3250至3300之间,晚期道15道(延迟时2.224ms)出现一个有一定信噪比的异常,这个异常信噪比虽然较弱,但由于出现在已知矿体的毗邻位置,预示着测线的东端深部可能存在新的块状硫化矿体。

16线测量结果,在早期道(延迟时0.22ms)异常出现在测点2725至3025,宽度较大,似有两个峰值。一个在测点2775,一个在2925,但在较晚道第10道(延迟时0.713ms)测点2775的异常消失,测点2925异常仍然存在,强度较弱,至晚期道14道(延迟时1.795ms)异常全部消失。由此可见,这条测线反映的块状硫化矿体的规模和深度都不能与1线比拟,与实际钻探结果相符合。

图7-8 阿舍勒矿区1线瞬变电磁测量剖面图(Z为垂直响应,X为水平响应)

A,B为框—回线法;C为中心回线剖面图;D为ρn拟断面图200m×200m,单位Ω·m1—钻孔;2—地质界线;3—岩性段界线;4—铜矿体;sqδπ—次生石英岩化英安斑岩;δπ—英安斑岩;β—玄武岩;sq—次生石英岩;δT—角砾凝灰岩;sqsi—次生石英岩化板岩;bb—沉凝灰岩

图7-9 阿舍勒矿区1线可控源声频磁大地电流测量剖面

1—钻孔;2—地质界线;3—岩性段界线;4—铜矿体;sqδπ—次生石英岩化英安斑岩;δπ—英安斑岩;β—玄武岩;sq—次生石英岩;bT—角砾凝灰岩;sqsl—次生石英岩化板岩;bb—沉凝灰岩

(四)可控源声频磁大地电流法(CSAMT)

在矿区进行了可控源声频磁大地电流法试验研究工作。CSAMT测量使用加拿大凤凰公司出产的TPT发送机和V-4接收机。供电偶极与测量线的距离一般4—8km,测量采用TM和TE两种方式。TM观测方式是将供电偶极和测线的布置垂直矿体的走向,TE方式是将供电偶极与测线的布置平行矿体走向。观测频率范围为2。—2"Hz之间,同时测量磁场的y分量Hy和电场的x分量E,计算电阻率值。测量点距为50m。

根据1号线观测结果编制等视电阻率剖面图(见图7-9),从剖面图的等视电阻率曲线看出,中部出现低电阻率带。低电阻率带由高频至低频道均有显示,而且呈连续的窄带,似乎主要是浅部块状硫化矿体反映,不能区分出深部矿体,我们初步认为浅部导电体对深部矿体起着屏蔽作用。

用可控源声频磁大地电流法进行面积测量,从获得的视电阻率等值线平面图中,可看出低电阻率带与过去进行激发极化法测量时所获得视电阻率平面图划分出的低电阻率带基本一致。两者对比表明低电阻率带是浅部矿体与破碎带的综合反映。因此,我们认为用可控源声频磁大地电流测量在寻找深部块状硫化矿体往往受到浅部低电阻率导体(如浅部矿体或良导电体覆盖层)的影响,似乎浅部低电阻率导体起着屏蔽作用,当地表或浅部存在低电阻率覆盖层时,将难于甚至无法发现深部存在的块状硫化矿体。在试验工作中,还对垂直偶极发射和平行偶极发射进行测量,两者获得的结果是不同的。垂直偶极发射测量获得的低阻异常较平行偶极发射测量更为明显。

对于在低频范围观测到的低电阻率带,有人解释为深部良导体的反映,我们觉得目前尚难于解释。主要存在两个问题,一是引起这种分布范围较宽广的低电阻率带的地质体是什么性质,是由于存在导电矿体,还是由于存在电阻率低的地层,在其他地区也观测到低频范围内的这种低电阻率层。另一个问题是产生这种低电阻率带的地质体的深度如何确定。有的人采用某种理论公式或模式,将不同的频率值换算成对应的深度值,给地质人员对视电阻率剖面很明确的深度数值。但我们觉得由于理论公式受多种边界条件的限制,故换算成的深度很难与复杂的实际地质条件一致。通过部分地区钻探工程检查验证的结果,可看出在利用理论公式或模式换算确定的深度范围内,并未打到低电阻率地质体。这些问题有待进一步研究。据有关资料介绍,远场、过渡场和远场的响应是有较大的差别,只有在远场条件下测量才能获得在平面波带测量结果,在近场校正不完善的情况下,对所获得结果进行解释将产生错误。

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