电法勘探基本理论及在固体矿产勘查中的应用

电法勘探基本理论及在固体矿产勘查中的应用电法勘探是应用地球物理学中方法种类最多、应用面最广、适应性最强的的一门分支学科。实践证明，它在深部地质构造、固体矿产、能源和水文、工程和环境等领域的勘查中，发挥着重要的作用。在过去的数十年中，它们为矿产资源的勘查作出了巨大的贡献。

我国固体矿产从长远讲并不丰富,特别是铜、镍、优质锰、金、银、铂等矿,急需加强工作。就是目前有优势的钨、锡、锑、铅锌、稀土等矿,20～30年后也会出现不足。所以,找矿的任务还很艰巨。随着国民经济的高速发展，对矿产资源需求量大增，固体矿产的开发已由近地表矿产向深部隐伏矿转移。加之固体矿产矿种繁多，矿床类型复杂，地质情况千变万化。因此寻找固体矿产已进入了由地质、地球物理、地球化学等方法联合的综合找矿时代。一般情况下金属矿物呈弥散状分布，矿体难以形成独立的物性体，因此，用电法方法直接找金属矿床，是比较困难的。

在多数情况下，电法方法是通过寻找控矿构造、产出环境和伴生矿物进行间接找矿，在少数有利条件下，也能直接找矿。

目前用于固体矿产的电法方法主要有两大类：1、激发极化法：电化学活动性，导电性常规的直流激电

谱激电法（复电阻率法）2、电磁法：导电性

频率域电磁法：AMTCSAMTEH4

时间域电磁法：TEM这两类方法的优缺点：电磁法特别对低阻体敏感。由于断裂带和断层两侧岩层的电性差异较大，矿床和产出环境中常伴有低阻的蚀变带、角砾岩带、蛇纹岩化、剪切破碎带等，此外由硫化物颗粒组成的硫化物矿床往往电阻率很低，有些金属矿体也是低阻体，所以电磁法是勘探金属矿的重要方法。固体矿产勘探中电法方法的选择：

表1列出了以金属矿床成因类型为前提的、不同矿产资源的控矿构造，产出环境及推荐的物探方法。

矿成因类型主要矿产控矿构造产出环境主要探测目标推荐的物探方法基性、超基性岩浆环境下的岩浆矿体铬、铂族金属，含矾钛铁矿，一些稀有矿床构成上地幔通道的大型构造边界带，深大断裂等矿床产生在岩体底部，边部或岩体内部的岩相带之间深大断裂带，基性，超基性岩体，蛇纹岩化岩体磁法圈定岩体，重力法圈定基岩内矿体，电磁法圈定蛇纹岩体基性岩浆熔离矿床，包括辉长岩，苏长岩和超基性岩铜、镍硫化物矿床，如磁黄铁矿，镍黄铁矿，黄铜矿等板块边缘裂谷带，造山带矿床产生在岩体内部的不同部位基性岩，超基性岩，蛇纹岩化岩体磁法圈定岩体，电磁法圈定蛇纹岩体体晶岩矿床，指各种体晶岩脉形成的矿床稀有金属体晶岩，如锂、铍、铌、钽；长石体晶岩矿床，放射性晶岩矿床等古地块边缘断裂带，不同构造单位的接触带多数体晶岩矿床查出在花岗岩或其围岩的构造裂隙中。由于强烈的交代作用常形成白云母、钠长石、锂云母等蚀变带花岗岩体边界，花岗岩或其围岩中的蚀变带磁法、圈定花岗岩边界，电磁法圈定低阻蚀变带。矽卡岩型矿床，指产在矽卡岩带内部的矿床钨，钼，钖，铁、铜大型矿床以及金、银、铅、锌、钴等矿床断裂拗陷带，在灰岩发育区受断裂控制的岩浆活动带中酸性侵入岩、火山岩与碳酸岩类的接触带矽卡岩带，矽卡岩带内的矿体磁法，圈定矽卡岩带，电磁法和激电法圈定矽卡岩带和成矿带斑岩型矿床，指产生在斑岩类岩体及其附近大范围分布的侵染状和细脉状矿床以大型铜矿为主，也有斑岩型锡矿、钼矿、钨矿和金矿不同时代的造山带，大陆边缘构造带，岛弧矿床产生在石英二长岩—花岗闪长岩—石英闪长岩等小型岩体的内部或围岩之中，岩体内伴有角砾岩带，围岩强烈蚀变，石英绢云母为其主要矿化带，矿脉分布在破裂裂隙中。探测斑岩岩体内及其围岩中的角砾岩带，蚀变带和矿脉充填的裂隙带以及金属硫化物颗粒分布的矿化带电磁法和激电法探测低阻角砾岩带、蚀变带，金属硫化物颗粒充填的矿物带。脉状矿床，指晚期热液成因的多金属和非金属矿脉钨-锡-钼-铊,铜-铅-锌，金-银，钴-镍等矿物组合大断层，断层破碎带，剪切构造带等矿脉产生在岩浆内外接触带中或无明显岩浆活动的沉积岩中，但均产在大断层，断层破碎带或大断裂旁侧的次级断裂带或剪切构造带中花岗岩或火上岩及其周围地区内有断裂构造发育的区域电磁法和激电法圈定被矿脉充填的断裂构造和剪切破碎带火山块状硫化物矿床富集铁、铜、铅、锌硫化物，并伴有金银等贵金属矿物大洋中脊火山口，弧前海沟，弧后盆地矿床产在海相火山岩，火山沉积岩系中，常呈似层状或透镜状，与围岩产状一致基性火山岩带，深断裂带，矿体下部常有碎裂、角砾状矿石，以及绿泥石化蚀变伴生电磁法和激电法可直接寻找低阻硫化矿床或圈定断裂、碎裂带和蚀变带。热水沉积矿体最常见的是铅、锌矿，也是铜、金、银、锰的重要来源大洋中脊裂谷带等热液活动地区矿床产在细碎岩为主的沉积岩中，呈成层产出，层位稳定深断裂带，线性构造带，裂谷带，角砾化蚀变带磁法圈定深断裂带和线性构造带，激电法圈定裂谷带和角砾化蚀变带，电磁法圈定层状矿床二、常规激发极化法的方法技术与应用（一）、直流激电法与交流激电法的选择从本质上来说,直流激电法与交流激电法并不是截然不同的或完全独立的两种找矿方法。因为它们都是以岩矿石的电化学性质差异作为找矿的物质基础,而且工作中采用的装置类型和场的空间分布形态以及时间(频率)特性,都是相同或有紧密联系的。所以无论是直流激电法还是交流激电法,都属于激电法。只不过一个是向地下供单向直流电,激发矿体产生瞬变异常场;另一个则是向地下供的交流电,激发矿体产生交变的异常场。尽管二者从本质上来说是一致的,但并非说在一切方面它们都是相同的。如由于交流激电法供入地下的是交流电,因此它的供电设备与观测异常场的仪器,均与直流激电法有所不同。同时在克服或排除干扰方面

(如不稳定的工业游散电流,天然电流场,电磁耦合以及电极极化不稳定等),两者的能力也不同。另外,在观测的物理参数方面,二者也不尽相同。因此了解它们各自的特点或优点,对野外工作开始之前的方法选择是有益的。

1、直流激电法的优点(1)在通常情况下,直流激电法用长脉冲供电时可以获得最大限度的激电异常,因而有利于在极化效应较弱情况下进行测量,有可能发现较小的地质目标。相对交流激电来说,它可有较大的勘探深度。(2)直流激电法可以在断去供电电源后,观测和研究激电二次场的时间特性,而交流激电法只能在供电过程中观测和研究极化场(总场)。因而,在避免电磁耦合干扰方面和在研究激电场的电化学放电特性方面,直流激电法优于交流激电法。(3)直流激电法可以在很长的时间范围内观测和研究激电异常场,而交流激电法在实际工作中,只能在一定的频段范围内(一般为0.1～10Hz)观测和研究极化场(总场)。因此,直流激电法研究的电化学过程较长,有可能在更广阔的时间域内,揭示激电异常源的性质。

2、交流激电法的优点(1)由于交流激电法观测的是极化场(总场),所以与直流激电法相比供电电流可以很小,因而供电系统的装备十分轻便,有利于在地形复杂,交通不便地区采用偶极装置或近场源四极装置开展普查找矿工作。(2)由于接收机具有选频和滤波系统,它只接收由发送机发出的固定频率信号。因此在克服电极极化不稳和不良接地条件方面,以及在避免工业游散电流和天然大地电流场的影响方面均比直流激电法有优势,有较强的抗干扰能力。在某些相当困难的条件下,该方法仍能获得较好的观测资料。(3)相对直流激电法而言,交流激电法可观测研究的参数较多,如振幅和相位,虚分量和实分量,幅频特性,相频特性等。可以从不同角度,侧重于不同方面去研究电化学场的特征,有可能对评价激电异常源性质提供较多的途径。从以上对两种方法相对优点的讨论不难看出,对某一具体工区而言,究竟投入直流激电法还是交流激电法,应根据地质任务、工区地形、地质-地球物理条件以及各种干扰情况等酌情而定。一般来说,地形比较平坦,干扰比较小,接地条件也较好的地区,宜选用直流激电法。对于地形起伏较大、干扰较大,接地条件较差的地区,则宜选用交流激电法。图1.1.1给出了直流激电法和交流激电法在湖南一个铜矿上的对比试验结果。该矿区位于衡阳盆地,矿体产于中上石炭统砂岩灰岩中,其上部有第三系低阻红层覆盖。矿石品位比较低,以铜为主,层位稳定。物性测定结果表明,矿石属低阻极化体。矿体上的最大视极化率异常ηs=1.6%。因该区是开采中的矿山,所以有一定强度的工业游散电流干扰。试验用的仪器有四种,其中三种为直流激电仪,有加拿大Huntec公司的MK-3和Scintrix公司的IPR-8,有湖南物探队的D-75短导线激电仪。交流激电仪是青海物探队的DJJ(FP)-74A。由于游散电流的干扰,直流激电法只能在矿山停止工作时进行剖面测量,而交流激电法的观测可在有干扰情况下进行。由图可见,两种方法所取得的激电异常特征基本上是一致的。直流激电法的供电电流最大为12A,而交流激电法的供电电流仅为0.4A。此例说明了交流激电法的抗干扰能力强,而且装备轻便。图1.1.2给出了一个在某铁矿上直流激电法与交流激电法的对比试验结果。该区第四系低阻覆盖层厚度达80～100m,ρs≈50Ω·m。两种方法都用中梯装置。交流激电法采用两组频率作“变频法”观测。其中低频组的fD1=0.125Hz,fG1=2.5Hz;高频组的fD2=0.3125Hz,fG2=5Hz.试验结果表明直流激电法在矿体上有明显的η异常,而交流激电法的视频散率Ps1

和Ps2

均表现为负异常不能反映矿体的存在。此例说明了交流激电法受电磁耦合的影响比较严重,而直流激电法却可避开电磁耦合的干扰。这种情况下对交流激电法的Ps需作校正。图中的Ks曲线即为校正后的结果。(二)、激电法的应用实例：激电法在山西某铜矿的应用这是2008年所做的工作，在山西某铜勘查区成矿有利地带布置20多条激电中梯剖面，获取该区激电异常的分布。在此基础上，在重点异常点上布置了几条激电测深剖面。对每条激电测深剖面资料进行二维反演，对矿体的电性异常进行定量解释，查明矿体的矿体的延深、展布情况。

（三）、激电异常的综合解释利用其他物探资料评价激电异常在评价激电异常过程中,除一般地要注意利用地质、化探和视电阻率资料外,在某些条件下,其他物探资料也可能是很有价值的。如当具备一定水文地质条件时,在强烈石墨化岩层上能引起幅度很大(负500～600mV以至负800mV以上)的自然电位异常;硫化矿体的自电异常通常不超过负300～400mV。这样大幅度的自电异常,便可作为区分强烈石墨化岩层非矿激电异常的一个标志。在地形与地质条件有利时,还可利用重力勘探检查激电异常。通常,在石墨化岩层引起的激电异常上表现为重力低或无明显的重力异常;

而在金属矿体上则出现重力增高的局部异常。此外,当将磁测资料与激电资料结合起来时,便不难区分磁(黄)铁矿或磁(黄)铁矿化岩层所引起的激电异常。青海某铜钴硫锌综合矿,可作为综合利用自电、重力和磁法资料区分激电异常的例子。该矿为“超基性岩浆深部熔离贯入-热液型矿床”,矿石主要类型为含铜黄铁矿,含铜、锌黄铁矿和含铜磁黄铁矿。由于矿体多为块状硫化矿石组成,与围岩界线清楚,有明显导电性和极化特性差异(矿体为低阻、高极化体),故用电法(充电法、自电和激电法)作为矿体普查的基本方法。在该区电法找矿的主要干扰是炭质板岩,它也为低阻、高极化体,与矿体无明显差别。为了区分炭质板岩干扰,青海物探队曾综合应用了以下资料。(1)高精度重力测量。该区硫化矿石的平均密度高达4.76g3/cm3;而围岩即超基性岩类和炭质板岩的密度分别为2.67g3/cm3

和2.73g3/cm3

。矿石有明显的剩余密度,存在用重力区分矿与非矿激电异常的前提。如在Ⅰ号矿体上得到1.7×10-5m·s-2

的剩余重力异常,异常范围与矿体基本一致,见图3.2.19。该区应用重力测量的主要困难是地形复杂,地改等各项校正尚存在问题。

(2)自然电位异常。区内含炭地层引起的自电异常,走向多与地层走向一致,范围较大,幅值很高(如有个自电异常,走向稳定,长达三千米,异常幅度达-800mV,并由于含炭不均匀出现多峰)。这些特点明显不同于矿异常,后者形状较规则,范围较小,幅值一般不超过-400mV,见图3.2.19。故自然电位的异常特征,可作为该区区分矿与非矿异常的一个标志。

(3)磁法资料该区Ⅰ号矿体伴生有含铜磁黄铁矿,故用磁法区分矿体(有磁异常)和炭质板岩(无磁异常)的激电异常,取得了较好效果。该区有的矿体(如Ⅲ号矿体)不含磁性矿物,因而不产生磁异常)。故不能只利用磁法结果判断是矿或非矿异常,应与其他地质和物化探资料综合起来考虑。三、电磁法的找矿实例1.MT/AMT法山东某地金矿区深部找矿工作。该矿区位于沂沭大断裂带中段，其两侧发育有断裂，已知金矿受沂水一汤头次级断裂控制，为蚀变岩型金矿。为了探明金矿在深部的蕴藏远景，必须探明次级断裂带的延深情况、形态和产状等。为此在该区布置了10条探测剖面，图1为第100线剖面的二维反演结果，探测深度2000m。

42图1

二维反演电阻率剖面图（根据大山地质矿业公司）2.CSAMT法金矿体模型和CSAMT剖面叠加谢家沟金矿矿体模型和CSAMT剖面叠加立体示意图

二连铜矿是20世纪60年代发现的小型铜矿,埋藏深度0