视金属因素在激电异常解释中的应用

区小毅， 黎海龙， 陆怀成， 梁永达

(广西壮族自治区地球物理勘察院，柳州　545005)



视金属因素在激电异常解释中的应用

区小毅， 黎海龙， 陆怀成， 梁永达

(广西壮族自治区地球物理勘察院，柳州545005)

摘要：多年以来，激发极化法被广泛应用于金属矿产勘探的普查、详查和异常评价工作当中，比较明显的激电异常总是与岩(矿)石中存在电子导体的石墨或金属矿化有密切关系。为了突出与金属矿化关系密切的激电异常、压制干扰因素影响，引入了视金属因素参数来提取激电异常的二次信息，通过应用实例论证，该激电参数二次信息能够较好地评价激电异常，对推断解释有一定的指导作用。

关键词：激发极化法； 视金属因素； 激电中梯； 激电测深

0引言

一般情况下，在激发极化法工作中常常只研究采集到的视电阻率和视极化率两种原始参数，但随着经济建设的发展，激电工作中除了要面对炭质岩(层)或其他一些矿化、矿染等非矿致异常的干扰以外，还会受到工业电流、高压电线、人文建筑等干扰，这些都会使得激电异常变得更为复杂，当激电异常变得较为复杂或激电异常较为微弱的情况，就会影响地质、物探工作者对矿致异常解释、评价的准确性和可靠程度。如何减少激电异常的多解性，更加准确地区分矿与非矿激电异常，一直是地球物理工作者需要深入研究、探讨的重要课题，这里应用视金属因素这一参数来提取激电弱异常，并能在一定程度上对干扰影响进行有效压制，取得了较好的效果[1-3]。

1方法原理

1.1激发极化法基本理论

人们在进行电阻率法测量时，常常发现在向地下地质体(岩、矿石)供入稳定电流的情况下，可观测到地面上两个测量电极的电位差△V(t)随时间缓慢增加，经过一定时间后逐渐趋于稳定(饱和值)；在断开供电电流后，会发现电极间的电位差在最初一瞬间快速衰减，之后衰减速度变慢，经过几十秒钟甚至几分钟后衰减至零(图1)。这种在向地下岩(矿)石供电及断电过程中，由于电化学作用引起的随时间缓慢变化的附加电场的现象称为激发极化效应，它是目前寻找金属矿产最为有效的一种地球物理勘探方法[4]。

图1　岩(矿)石充放电曲线示意图Fig．1　Rock(ore) charge-discharge curves schematic

1.2视金属因素的物理意义

视金属因素(Js)是在激发极化法中的两个基本测量参数即视电阻率(ρs)和视极化率(ηs)的基础上，提出的能综合反映岩(矿)石激电和导电性特征的参数。在激发极化法中，视充电率(Ms)表达为式(1)。

(1)

式中：△V1为一次场电位差;V2(t)为二次场电位；I为供电电流；K为装置系数；t2-t1为积分时区；Js为视金属因素,×10-3(Ω·m )-1。

在时间域中有：

J(T,t)=η(T,t)/ρ(T)

(2)

式中，T、t、η、ρ分别为供电时间、测量延迟时间、视极化率和视电阻率。

在频率域中有：

J(fd,fg)=F(fd,fg)/ρ(fd)

(3)

式中:F(fd,fg)为频散率;fd、fg分别为低频和高频。根据激发极化法的理论，激电异常单一性较强，地形起伏、覆盖层厚度变化以及围岩或覆盖层导电性不均匀等因素一般不会引起激电假异常。视金属因素(Js)是通过激发极化法的原始观测参数计算所得，可视为该方法的二次信息，能够更好地突出与电子导体有关的低阻极化体异常[5-7]。

1.3正演模拟计算

作者设计一个三层大地层状地电断面模型，利用中国地质调查局与中国地质大学共同开发的RGIS2010重磁电数据处理软件进行一维激电参数正演模拟计算，正演模型参数具体为：使用从3.5 m～2 250 m等18个AB/2供电极距，第一层视电阻率为100 Ω·m，层厚度为20 m，视极化率为2%；第二层视电阻率为50 Ω·m，层厚度为50 m，视极化率为5%；第三层视电阻率为500 Ω·m，视极化率为2%。正演模型示意图如图2所示，正演计算得到的结果如图3所示。

图2　正演模型示意图Fig．2　Schematic of forward model

图3　正演模拟计算结果图Fig．3　Figure of forward simulation results

从图3可以看出，正演计算得到的视电阻率呈现与模型一致的“H型”曲线特征，视极化率曲线呈现“K型”特征，视极化率曲线对高极化层反映相对明显，而视电阻率曲线对低阻层的反映则不明显；通过计算该模型的视金属因素得到图3中黑色曲线，可以看到，其数值幅值突变明显，对低阻高极化层的反映较其他两种激电参数而言相当明显，且反映的层范围也较为准确，由此可知，视金属因素对于低阻高极化异常能够取得较好的评价效果。

2应用实例

2.1工区概况

2.1.1地理自然概况

工作区位于广西壮族自治区中部某地，区内以低山丘陵地貌为主，溪流较为发育，大小河流常年有流水；该地属亚热带季风气候区，夏季炎热多雨，冬季较温暖，全年平均气温18℃～22℃，年均降雨量在1 361 mm～2 000 mm之间，雨水充沛；工区离县城约50 km，有一条省道和多条县级公路从西部通过，区内简易公路四通八达，交通十分便利。

2.1.2地质概况

区内大部分地区被第四系覆盖，出露的地层由老到新依次有：泥盆系下统那高岭组(D1n)细砂岩，郁江组(D1y)砂岩、泥质粉砂岩，二塘组(D1e)生物灰岩、白云岩，官桥组(D1g)中厚层状细-粉晶白云岩夹少量灰岩，大乐组(D1d)粉砂质泥岩、灰岩、泥质灰岩互层或夹层，第四系(Q)亚粘土、粘土及砂砾石；工区地处华南板块南华活动带的来宾凹陷带与大瑶山隆起的交界部位西北部，区域上主要发育有NNE、SN、NW向三组断裂构造带，工区为一单斜构造区内主要发育有NNE和NW向两组断裂构造。工区地质概况及激电中梯测线布置图如图4所示。

工区围岩蚀变较强，主要类型为硅化、重晶石化、方解石化、白云石化、黄铁矿化和铅锌矿化等，它们与铅锌矿化有密切关系，其中重晶石化和白云石化与成矿关系最为密切，是寻找铅锌矿的主要找矿标志。另外，工区内未发现有岩浆岩出露，但在附近的一个矿区发现有小型辉绿岩脉和煌斑岩脉分布，因而工区内的岩(矿)石有可能受到岩浆岩活动的影响[8]。

图4　工区地质概况及激电中梯测线布置图Fig．4　Geological survey and the work area of the gradient induced polarization survey line layout

2.2找矿标志

1)地层岩性标志。下泥盆统二塘组下段白云岩(上伦白云岩)为区内主要赋矿层位，该层位是本区寻找层状、似层状铅锌矿(化)体的地层标志。

2)构造标志。区内分布的桐木断裂及同庚断裂两条复合性断裂及其旁侧派生的次级小断裂以及一些层间破碎带是本区主要的控矿、赋矿构造。

3)地球化学标志。本区Pb、Zn、Cu等元素的化探组合异常区是本区寻找铅锌矿的重要地球化学标志。

4)直接找矿标志。区内民采重晶石、铜、铅锌矿已有一定时段，故有民采矿坑或民采坑道分布地段、矿体露头分布地段也是本区找矿的重要标志，拥有较强硅化、重晶石矿化蚀变的部位也是本区重要的找矿标志。

2.3地球物理前提

物性工作主要是利用小对称四极装置对工区内采集的岩(矿)石标本进行物性测量，采集的岩(矿)石标本主要有泥岩、砂岩、白云岩以及矿化白云岩，物性测量统计结果见表1。

表1　工区岩(矿)石标本物性测量参数统计表

从表1可知，泥岩、砂岩及白云岩的视电阻率相对较高，其中白云岩的视电阻率最高，平均值达到5 540 Ω·m，矿化白云岩的视电阻率相对最小，平均值只有1 440 Ω·m；泥岩、砂岩及白云岩的视极化率则相对较低，平均值在0.56%～1.75%范围左右，而含矿(化)的白云岩的视极化率平均值则达到9.85%，矿化白云岩相对于围岩或其他岩石具有较为明显的低阻高极化和高视金属因素特征，因此，在本区开展激发极化法具有良好的地球物理前提。

2.4方法技术

岩(矿)石的物性差异是进行地球物理勘探的充分必要条件，从上述工区物性资料可知，矿化白云岩相对于围岩或其他岩石具有较为明显的低阻高极化特征。所以物探勘查工作以激电中梯测量为主，在圈定的异常区(段)辅助以一定工作量的激电测深工作：在面积约2 km2的工作区内开展200 m×20 m网度的激电中梯扫面工作，并在异常区(段)布置了约50个激电测深点，点距为40 m。

激电工作采用加拿大生产的GDD大功率直流激电仪，可同时测量得到视电阻率和视极化率两个参数。正式工作前期，在工区内进行了一条方法试验性剖面测量，试验结果为依据，在以能够突出激电异常和提高工作效率的原则下，确定了本次激电中梯测量的装置参数：采用10 kw大功率发电机供电，供电极距AB=1 600 m，供电时基为2 s，最大供电电流达到将近3 A，MN=20 m，一次电位延时为100 ms，二次电位积分为200 ms，观测范围在AB中部的2/3地段。供电电极采用多条锡箔纸呈扇形并联布设并浇灌大量浓盐水，测量电极采用固体不极化电极并在放置电极处刨坑，工区第四系覆盖广泛，电极接地条件相当良好，完全满足相关规范要求。

3成果解释评价

3.1激电中梯测量

对工区内其中一小范围的测区进行详细研究，具体测线布置如图4所示，测线以尽量垂直主要构造、结合测区实际情况按照东西向进行布置[9]。

图5为测区激电中梯测量综合成果图。视电阻率、视极化率曲线是最原始的测量结果，该成果图可根据异常的完整性和连续性在平剖图上较为直观地表达出来。从图5(c)可以看出，测区中部视电阻率相对较低，两侧电阻率明显增大；视极化率在东部相对较低，往西部呈平缓升高的趋势，只是在西南部存在几处跳跃较大的极值。

由图5(a)可见，测区视电阻率的平面特征与平剖图的整体特征大同小异，结合地质成果能够明显地看出，东西两侧的高阻分别反映了郁江组和二塘组上段地层，中间低阻反映了二塘组下段地层，测区中的高低阻梯度带恰好与区内两条北东向断裂构造带十分吻合，但南部的南部的北西向断裂则表现得不那么明显；测区东部视极化率相对较低，中西部呈现平缓的相对高值异常，测区西南角呈现较大范围的高极化异常，视极化率异常与断裂构造表面上关系并不十分密切。

为了进一步确定异常区域(段)，更为准确地评价低缓异常区的激电异常，引入了视金属因素参数来提取激电二次信息。由图5(d)可见，测区东、西两侧数值相对较低，测区中部呈现一与F2断裂基本平行的北东向异常带且连续性较好，推断该异常带与F2断裂构造带关系密切；

测区西南角的视极化率高值区域范围有所减小，分割为两个相对独立的异常区，这两处与现在正在开采的民窿对应良好，说明了视金属因素参数能够将低缓异常带较为明显地突出出来，且与已知的异常对应较好，证实了其有效性和可靠性。

3.2激电测深

由于测区东侧地形条件较为复杂且接地条件并不理想，所以本次激电测深工作采用三极测深装置，最小AB/2=10 m，最大AB/2=1 000 m；最小MN/2=2 m，最大MN/2=40 m；无穷远极OC>5AO(AB/2)达到5 km，具体测深极距如表2所示。

表2　激电测深极距对应关系表

由图6(a)中可见，激电中梯视电阻率曲线呈现中间低两端高、视极化率曲线呈现中间高两端低的特征，且视极化率曲线左陡右缓，视电阻率值范围约几十欧姆米至七百多欧姆米，视极化率值范围约0.5%～2%，与图6(b)和图6(c)中AB/2=320 m～400 m极距的测深结果对应较好；图6(a)中低阻范围较大，测段小号测段由浅到深、大号测段中深部(AB/2=60 m～400 m)呈现两个低阻异常区，在浅部(AB/2<60 m)中、大号测段呈现明显高阻异常；图6(c)中高极化异常范围也较大，测段中部由浅到深呈现较为明显的近直立的高极化异常，从浅到深有三个高值圈闭异常且数值依次有所减小。

图5　激电中梯测量综合成果图Fig．5　Induced polarization measurements in the consolidated results of the ladder diagram(a)视电阻率平面等值线图;(b)视极化率平面等值线图;(c)激电中梯平面剖面图;(d)视金属因素平面等值线图

通过上述分析可知，原始的视电阻率和视极化率图异常范围较大、异常较为平缓，从中我们较难划分出比较明显的异常形态，难以对测量结果作出较为准确、可靠的评价。因此，应用视金属因素参数提取出激电异常二次信息得到图6(d)的结果，从图6(d)中可以看出，视金属因素异常主要分布在中浅部(10 m

图6　激电测深综合剖面图Fig．6　IP sounding integrated cross sectional view(a)视电阻率、极化率曲线图;(b)视电阻率拟断面图;(c)视极化率拟断面图;(d)视金属因素拟断面图

4结论

1)一般情况下，激电中梯测量中对于低阻板横向中梯的ηs异常，远大于纵向中梯的ηs异常，对于高阻板纵向中梯的ηs异常，明显大于横向中梯的ηs异常；激发极化法中的极化率异常可分为两类：①高阻矿物蚀变占主导地位的高阻高极化异常；②破碎或低阻岩矿物占主导地位的低阻高极化异常。因而，在异常解释、评价中有突出良导极化体的视金属因素(Js)和突出高阻极化体的视激电率(Gs)两个参数。

2)通过这里研究可知，开展面积性的大功率激电中梯测量能够从宏观上较好地了解、掌握工区地下的整体地电特征和激电特征，结合相关地质、化探资料后有助于技术人员圈定成矿有利地段；对于某些激电弱异常区或地电特征复杂地段原始激电参数效果不佳，难以做出较为准确的定性解释，在这些情况下，应用视金属因素参数提取激电二次信息，能够更好地突出低阻激电异常区(段)，一定程度上提高了激电解释的准确性和可靠程度。

3)实例中通过综合分析物探成果，激电平面等值线图圈定了测区中部一条北东向的激电异常带，辅助以激电测深工作了解、控制了矿(化)异常在纵向上的发育和延伸情况；视金属因素断面图显示有两条层状、似层状的激电异常，地质工作已经对浅层的异常带有了较好地控制，通过激电工作推断深部还存在一层状异常，为将来进一步的地质和钻探相关工作打下基础。

4)在实际工作中由于地形起伏、围岩或覆盖层导电性不均匀等因素的影响，会造成观测得到的原始数据形成假异常，这种情况下应用视金属因素参数也无助于压制炭质或石墨这类低阻高极化非矿异常的干扰。因此，视金属因素参数的应用存在一定的弊端和局限性，在今后的工作中要持着谨慎的态度、根据实际情况加以应用。

参考文献：

[1]罗延钟.评价激电异常的新方法[J].国外地质勘探技术,1982(01):18-25.

LUO Y Z.A new method for evaluating induced polarization anomaly[J].Foreign geological exploration technology,1982(01):18-25.(In Chinese)

[2]黄雄,李帝铨.视激电率在尼日利亚某矿区激电异常评价中的应用[J].工程地球物理学报,2012(06):755-758.

HUANG X,LI D Q.The Application of Apparent IP Ratio to Appraisal of the IP Anomalies in Nigeria[J].Chinese Journal of Engineering Geophysics,2012(06):755-758.(In Chinese)

[3]杨天春,吕绍林,姚成华,等.金属因素在激电异常评价中的应用[J].物探与化探,2003,27(3):305-306.

YANG C T,LV S L,YAO C H, et al.The Application of The metallic factor to The Appraisal of IP anomalies[J].Geophysical and Geochemical Exploration，2003,27(3):305-306.(In Chinese)

[4]程志平.电法勘探教程[M].北京:冶金工业出版社,2007.

CHENG Z P.Electrical prospecting Tutorials[M].Beijing:Metallurgical Industry Press,2007.(In Chinese)

[5]单承恒,刘国兴,韩江涛,等.金属因素在敦化团北地区激电异常评价中的应用[J].世界地质,2010,29(2):323-326.

SHAN C H,LIU G X,HAN J T,et al.Application of metallic factor to IP anomaly appraisal in Tuanbei area of Dunhua[J].GLOBAL GEOLOGY，2010,29(2):323-326.(In Chinese)

[6]张元忠,丁宪华.金属因素在七夼王家激电异常评价中的应用[J].黄金科学技术,2006,14(5):21-26.

ZHANG Y Z,DING X H.The Application of the Metallic factor to the Appraisal of Q ikuangwangjia IP Anomalies[J].Gold Science and Technology，2006,14(5):21-26.(In Chinese)

[7]朱泽祥,余洪太,石宇,等.视金属因素参数在评价激电异常中的作用[J].科技信息(学术研究),2008,34(2):685-686.

ZHU Z X,YU H T,SHI Y,et al.Depending on the metal factor parameter in evaluating the role of induced polarization anomalies[J].Science and Technology Information，2008,34(2):685-686.(In Chinese)

[8]梁永达,区小毅,李叶飞,等.广西某铅锌矿区物探电法工作报告[R].柳州：广西壮族自治区地球物理勘察院，2014.

LIANG Y D,OU X Y,LI Y F,et al.Exploration Report of a lead-zinc district geophysical electrical in GuangXi[R].Geophysical prospecting institute of Guangxi,2014.(In Chinese)

[9]焦方谦,赵新生,陈川,等.激电异常解释中金属因素的应用[J].物探化探,2013,37(5):848-852.

JIAO F Q,ZHAO X S,CHEN C,et al.The Application of The Metallic Factor to The Interpretation of IP Anomalies[J].Geophysical and Geochemical Exploration，2013,37(5):848-852.(In Chinese)

收稿日期：2015-03-05改回日期：2016-02-15

作者简介：区小毅(1986-)，男，工程师，主要从事地球物理勘探的研究和工作，E-mail:15594097@qq.com。

文章编号：1001-1749(2016)03-0340-07

中图分类号：P 631.3

文献标志码：A

DOI：10.3969/j.issn.1001-1749.2016.03.08

The application of the metallic ratio parameter in the interpretation of IP anomaly

OU Xiao-yi, LI Hai-long, LU Huai-cheng, LIANG Yong-da

(Guangxi Geophysical Investigation Institute, Liuzhou545005, China)

Abstract:Over the years, induced polarization (IP) method was widely used in the work of metal mineral exploration, detailed investigation and abnormality evaluation, which is always a closely related to the obvious IP anomaly with the rock (ore) containing graphite or metal mineralization. To highlight the metal mineralization closely related with IP anomaly and to suppress the interference factors, people introduce the metallic ratio parameter to extract the secondary information of IP anomaly. This could evaluate the IP anomaly better and has some guidance for inference and interpretation. In this paper, the authors use the metallic ratio parameter in an example of specific job for a detailed discussion.

Key words:induced polarization; the metallic ratio; IP intermediate; IP sounding