高密度电法在矿产资源勘查中的应用

吴金丽，钟宙灿，符传青

为多渠道开辟能源，保障矿产资源的供应，满足经济建设的需求，某省展开可开采资源勘查工作。本文着重研究高密度电法在矿产资源勘查中的应用。

常规钻探法只反映钻孔周边覆盖层厚度，无法查明整个矿体分布特征；而高密度电法较好的查明覆盖层的分布情况，具有高效率、低成本、分辨率高等特点，因此面对覆盖层勘查，采用高密度电法是个不错的选择。高密度电法兼具剖面法与电测深法的效果，并具有点距小、数据采集密度大、能直接反映基岩起伏状态等优点。高密度电法的二维地电断面能较直观地反映基岩界线和基岩构造，能够了解与围岩存在电性差异的断裂构造的发育情况，圈定目标体的范围。通过对数据采集处理，对结果资料解释分析，较好地指导了钻探的布设工作，并与钻探成果较为吻合，成功地验证了高密度电法在矿产资源勘查中的有效应用，为后期的开采保护提供有效的地质信息。

1 高密度电法工作原理

高密度电法属于直流电法勘探范畴。高密度电法集中了电剖面法和垂直电测深等普通直流电阻率方法的特点，可以对地下一定深度范围内的横向及纵向的电性变化进行探测。它以地下介质的电阻率差异为基础，观测和研究人工建立的稳定电场的变化和分布规律，进而探测地下介质的分布特征。野外测量时将全部电极置于测点上，每根电极既可作为供电电极，也可作为测量电极。通过程控多路电极转换开关和电测仪实施数据的自动、快速采集（图1）。在一定的供电和测量电极排列方式下，通过供电电极供电，测量电极测量出电极之间的电位差，计算出视电阻率，然后通过分析视电阻率的分布规律判断地质体的埋深、位置、规模、形状等情况，寻找地质目标体。与常规电阻率法相比，高密度电法集电测深和电剖面装置于一体，其独有的组合装置形式具有多样化的特点，一次布极可以获得更丰富的信息。由于它提供的数据量大、信息多，并有观测精度高、速度快和探测深度较大等特点，因此在工程地质和水文地质勘查中应用很广泛。

图1 高密度电阻率法工作示意图

本次工作野外数据采集使用重庆精凡科技公司生产的N2 电法测量系统。它是一种新型的电法仪，仪器采用程控方式进行数据采集和电极控制，采集的数据以图形或者曲线的形式实时显示在屏幕上，以便随时可以监控资料的质量。该仪器可以进行各种装置的高密度电法的数据采集工作，由于仪器本身配置有高性能的计算机，可对采集的资料进行现场处理。仪器具有体积小、重量轻，低功耗，大功率，抗干扰能力强等特点。

N2 电法测量系统能够完成二极装置、单边三极装置、温纳装置、偶极装置和斯龙倍格等数据采集，其主要原理就是利用程控电极转换开关控制A、M、N、B 电极的位置实现不同位置、不同深度的自动测量，其采集原理和传统的电法仪相同。根据多组现场试验结果，采用温纳α（AMNB）装置，该装置采集数据稳定性好，设置点距为10m。

2 工区地质概况及地球物理特征

勘查区地质较为复杂，未见地层出露，构造不发育。勘查区东部出露有早二叠世中粗粒巨斑状黑云母二长花岗岩（ηγmpP1），西部出露有白垩世黑云正长花岗岩（ξγcK2b）。勘查区内岩石呈灰白色-浅粉色，似斑状结构，基质为粗-中粒，块状构造。主要矿物组成：石英含量约25%、钾长石含量约50%，斜长石含量约35%，黑云母约6%。

勘查区地形比较陡峭，地形切割强烈。覆盖层发育，地表局部出露滚石，形态不一体积大小不一，未见明显的基岩出露。覆盖层上部为坡残积层，下部为中粗粒巨斑状黑云母二长花岗岩、黑云正长花岗岩。根据风化程度，风化壳基本为强风化层、半风化层。

根据勘查区钻探资料，从地表向下依次为为覆盖层、风化-破碎基岩、新鲜基岩。勘查区岩性复杂，基岩连续性较好，局部发育破碎带、其破碎带的电性特征常表现为低阻形态。由于覆盖层和基岩的地球物理性质变化表现较为明显，所以相对容易区分覆盖层和基岩的分界面；覆盖层在高密度视电阻率反演断面图中常表现为条带状低阻特征，视电阻率变化范围一般小于500Ω·m；半风化-破碎基岩视电阻率变化范围一般小于600Ω·m；新鲜基岩视电阻率变化范围一般大于800Ω·m。由此可见，各地质体之间既有一定的电性差异，满足高密度电法的地球物理勘探前提条件。

3 数据处理及反演

高密度电阻率法数据处理的内容包括数据拼接、数据预处理（如图2）、地形校正、正演和反演计算，最后得到反演视电阻率剖面图。高密度电阻率法的测量数据在处理方法上采用最小二乘法二维反演。它的原理是通过不断调整初始模型参数使正演曲线与实际曲线之差达到最小，由此所得的最终模型参数作为反演结果，得到的模型也就作为实际测量所得到的地质模型。视电阻率剖面图，可形象、直观地反应各测试剖面的地电断面电性展布趋势。

图2 数据处理示意图

4 资料推断解译

图3 为2 线物探-地质综合剖面图，图中横纵坐标分别为点号和高程，整体呈南东低北西高的特征，测线全长1200m。测线测线地质情况比较单一，浅层地表多为第四纪覆盖层，深层和部分基岩裸露地段为中粗粒巨斑状黑云母二长花岗岩。

图3 2 线物探-地质综合剖面图

图3-A 是2 号线高密度电阻率法成果剖面图。从纵向看，测线断面的电性特征明显分为上下两部分，浅部视电阻率表现为以低阻为主、视电阻率值总体小于600Ω·m，推断为第四纪覆盖层及强风化岩石土的电性反映；在断面的中深部视电阻率主要表现出高阻特征，视电阻率值大于600Ω·m，推断为中粗粒巨斑黑云二长花岗岩的电性反映。从横向可以看出视电阻率整体从浅部至深部呈递增趋势，连续性较好，反映出勘查区矿体整体较为完整，矿体连续性较强

在横向570 号点处钻孔ZK201 揭露的覆盖层厚度为12.42m（见图4），与物探推断的覆盖层厚度较为吻合。根据剖面所处地质环境，结合测区电性特征及矿区地质资料，推断出2 线地质剖面（见图3-B），基岩面变化整体与地形起伏类似，局部由于风化不均匀，覆盖层厚度不一，导致局部下凹或凸起。

图4 ZK201 岩芯照片

在剖面上1050 号～1070 号点处覆盖层厚度小于5m。430号～470 号点、980 号～1010 号点处覆盖层厚度小于10m，100 号～140 号 点、260 号～420 号 点、480 号～640 号 点、730号～970 号点处覆盖层厚度小于20m，220 号～250 号点处覆盖层厚度大于20m，最厚可达29.8m，2 线覆盖层平均厚度为12.7m。

图5 为3 线物探-地质综合剖面图，图中横纵坐标分别为点号和高程，整体呈南东低北西高的特征，地形起伏较大，陡坎较多，小号点位于南东边，大号点位于北西边，测线全长1000m。

图5 3 线物探-地质综合剖面图

图5-A 是3 线高密度电阻率法成果剖面图。纵向看，测线断面的电性特征明显分为上下两部分，浅部视电阻率表现为以低阻为主、视电阻率值总体小于600Ω·m，推断为第四纪覆盖层及强风化岩石土的电性反映；在断面的中深部视电阻率主要表现出高阻特征，视电阻率值大于600Ω·m，推断为中粗粒巨斑状黑云母二长花岗岩或粗中粒含斑黑云母正长花岗岩的电性反映。横向看，视电阻率整体从浅部至深部呈递增趋势，连续性较好，反映出勘查区矿体整体较为完整，矿体连续性较强，350号～450 号点之间，标高范围为140m ～160m，分布1 处低阻异常，其视电阻率小于300Ω·m，明显小于周边视电阻率，并且呈封闭状向深部延伸，结合地质资料推断其为岩石裂隙发育或破碎等引起的低阻异常。

在横向570 号点处钻孔ZK301 揭露的覆盖层厚度为6m（见图6），与物探推的断覆盖层厚度较为吻合。根据剖面所处地质环境，结合测区电性特征及矿区地质资料，推断出3 线地质剖面（见图5-B），基岩面变化整体与地形起伏类似，局部由于风化不均匀，覆盖层厚度不一，导致局部下凹或凸起。

图6 ZK301 岩芯照片

在剖面上210 号～240 号点、340 号～370 号点处覆盖层厚度小于5m。110 号～200 号点、680 号～710 号点处覆盖层厚度小于10m，60 号～100 号点、460 号～590 号点，810 号～870 号点处覆盖层厚度小于20m，600 号～640 号点、740 号～800 号点处覆盖层厚度大于20m，最厚可达33m，3 线覆盖层平均厚度为12.4m。

综上所述，两条剖面的覆盖层分界线清晰，勘查区覆盖层厚度总体呈现北东和南部较厚、北西和东南部较薄的特征。物探推断解译成果与钻探揭露基本吻合，表明本次推断成果的可靠性。

5 结论

通过高密度电阻率法综合解释，结合地质资料可以很好地划分覆盖层和基岩的界线，查清沿测线的浅表层构造异常、岩性变化特征，经钻孔验证和修正，物探成果推译的覆盖层埋深与钻孔资料基本吻合，为机制砂遴选工作提供较翔实的参考资料，表明高密度电法在矿产资源勘查中的可行性和适用性。