激電三極測(cè)深在鐵銅礦勘查中的應(yīng)用與研究

胡尊平　陶鵬飛　肖明順　陳亞飛

摘? ?要：鐵銅礦床為關(guān)鍵的金屬礦產(chǎn)資源，其勘查效率與準(zhǔn)確性直接關(guān)系到資源的有效開(kāi)發(fā)與利用。聚焦新疆某一鐵銅礦勘查，深入探討激電單側(cè)三極測(cè)深技術(shù)在該區(qū)域的具體應(yīng)用及成效。通過(guò)系統(tǒng)分析礦區(qū)地質(zhì)特性與勘查目標(biāo)，闡述單側(cè)三極測(cè)深法的基本原理、儀器構(gòu)成及技術(shù)方法，對(duì)實(shí)際勘查效果進(jìn)行詳盡論述。

關(guān)鍵詞：新疆；鐵銅礦床；激電法；單側(cè)三極測(cè)深；地質(zhì)勘查

電阻率測(cè)深法為地球物理勘探的重要手段，其裝置類型的選擇直接關(guān)系到勘查效率和準(zhǔn)確性[1-6]。在對(duì)稱四極、單側(cè)三極、三極聯(lián)合、軸向偶極、赤道偶極等多種裝置形式中，對(duì)稱四極裝置因其成熟性和有效性而備受青睞。在實(shí)際勘查中，場(chǎng)地條件往往限制了裝置的選擇。當(dāng)工作區(qū)域場(chǎng)地不具備四極跑極條件時(shí)，單側(cè)三極測(cè)深法成為既經(jīng)濟(jì)又有效的替代方案，該方法特別適用于圍巖電阻率較低、產(chǎn)狀陡峭的目標(biāo)體[7-11]。

新疆某鐵銅礦位于天山西部，該區(qū)礦產(chǎn)資源豐富。由于地形地貌復(fù)雜、地下水位高、地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜等原因，該區(qū)鐵銅礦勘查一直面臨許多困難和挑戰(zhàn)。因此尋求一種經(jīng)濟(jì)有效的勘查手段和技術(shù)，是提高勘查效率和降低勘查成本的重要途徑[12-13]。該情況下三極測(cè)深技術(shù)具重要的應(yīng)用價(jià)值和研究意義。

1? 地質(zhì)概況

研究區(qū)位于新疆博羅霍洛島弧帶，屬博羅科努鐵銅成礦亞帶。該鐵銅礦床位于上奧陶統(tǒng)呼獨(dú)克達(dá)板組大理巖化灰?guī)r和大理巖中，主要受華力西早期第一侵入次的花崗閃長(zhǎng)巖控制。礦體產(chǎn)于呼獨(dú)克達(dá)板組大理巖化灰?guī)r和大理巖與華力西早期第一侵入次的花崗閃長(zhǎng)巖接觸帶中，含哈勒尕堤銅鐵礦床和阿沙勒含銅磁鐵礦床。

2? 單側(cè)三極測(cè)深技術(shù)基本原理和應(yīng)用

2.1? 基本原理

單側(cè)三極激電測(cè)深法是一種電法勘查方法。此方法供電電極B被放置在遠(yuǎn)離測(cè)深點(diǎn)的位置（通常是測(cè)深點(diǎn)A與測(cè)量電極M、N間距的5倍以上）。M、N為測(cè)量電極，其中心點(diǎn)O被定義為測(cè)深點(diǎn)（圖1）。當(dāng)通過(guò)電極A向地下供入穩(wěn)定直流電時(shí)，測(cè)量電極M、N能夠捕捉到由地下介質(zhì)激發(fā)極化特性產(chǎn)生的一次場(chǎng)電位差ΔV1和二次場(chǎng)電位差ΔV2。該方法優(yōu)勢(shì)在于其靈活性和適應(yīng)性，即使在場(chǎng)地條件受限的情況下也能提供準(zhǔn)確的地質(zhì)信息。

通過(guò)逐次改變AO和相應(yīng)的MN極距大小，測(cè)量O點(diǎn)不同深度的視電阻率和視極化率值，了解該測(cè)深點(diǎn)下不同深度地質(zhì)斷面的電性情況。在AO極距較小時(shí)，主要反映淺部地電信息；當(dāng)AO極距較大時(shí)，主要反映深部地電信息。AMNB極位置見(jiàn)圖1，裝置系數(shù) K 值簡(jiǎn)化計(jì)算公式見(jiàn)式（1）：

2.2? 主要特點(diǎn)

與對(duì)稱四極測(cè)深技術(shù)相比，三極測(cè)深技術(shù)具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。①三極測(cè)深技術(shù)在場(chǎng)地條件受限的情況下更具靈活性。某些復(fù)雜地形或難以布置四極裝置的地區(qū)，三極測(cè)深是經(jīng)濟(jì)且有效的替代方案；②三極測(cè)深技術(shù)對(duì)于低電阻率、陡峭產(chǎn)狀的圍巖目標(biāo)體具較好的探測(cè)效果，能夠更準(zhǔn)確地揭示目標(biāo)體空間分布和賦存狀態(tài)。

3? ?地質(zhì)-地球物理特征

地球物理勘探時(shí)，首先是研究區(qū)內(nèi)各類地質(zhì)體間的物性差異。為確保本次研究的準(zhǔn)確性和可靠性，采用撿塊樣法對(duì)測(cè)區(qū)內(nèi)主要巖礦石和巖心進(jìn)行系統(tǒng)磁性和電性參數(shù)測(cè)定。共采集215件巖礦石標(biāo)本，涵蓋本區(qū)大部分巖礦石，具普遍性和代表性。參數(shù)測(cè)定數(shù)據(jù)為推斷地質(zhì)體分布規(guī)律、識(shí)別地下構(gòu)造和預(yù)測(cè)礦產(chǎn)資源提供重要依據(jù)（表1）。

3.1? 磁性特征

磁物性測(cè)定揭示矽卡巖在全區(qū)具顯著的高磁性（圖2），可產(chǎn)生明顯磁異常。而花崗閃長(zhǎng)巖和二長(zhǎng)花崗巖磁性較弱，為1.5×10-3～2.0×10-3·SI，僅能產(chǎn)生較小磁異常?；◢忛W長(zhǎng)巖（巖心）、大理巖（巖心）和大理巖撿塊樣則表現(xiàn)為微弱磁性，平均磁化率為0～0.64×10-3·SI，無(wú)法引起有效磁異常。該磁物性差異使矽卡巖與其他地質(zhì)體在磁場(chǎng)上易于區(qū)分，初步分析可揭示矽卡巖淺部分布。此外，花崗閃長(zhǎng)巖相較于大理巖的較高磁化率，為識(shí)別兩者的接觸構(gòu)造提供了依據(jù)。

3.2? 電性特征

電物性測(cè)定結(jié)果揭示了不同巖石之間電性特征的顯著差異。其中，矽卡巖表現(xiàn)出最高極化率值，平均達(dá)21.9%，能夠引起明顯的極化異常。而其電阻率平均為7 178 Ω·m，在本區(qū)屬中等強(qiáng)度，位于大理巖和花崗閃長(zhǎng)巖之間。

值得注意的是，大理巖與其巖心在電物性上呈現(xiàn)出明顯不同。相比大理巖巖心，大理巖撿塊樣極化率和電阻率均表現(xiàn)出較高值。

在花崗閃長(zhǎng)巖巖心、二長(zhǎng)花崗巖和花崗閃長(zhǎng)巖3種巖性中，觀察到平均極化率和電阻率均呈遞增趨勢(shì)，其電物性數(shù)據(jù)提供了重要參考信息，有助于深入了解地下巖體電性特征和分布規(guī)律（圖3，圖4）。

綜上所述，矽卡巖作為本區(qū)的主要含礦巖性，在極化率方面與其他地質(zhì)體存在顯著差異，該特征為識(shí)別矽卡巖提供了重要依據(jù)。而在電阻率方面，矽卡巖與其他地質(zhì)體表現(xiàn)出中等-高阻特點(diǎn)，差異并不明顯，因此還需要結(jié)合地表出露和鉆孔資料來(lái)判斷含礦地質(zhì)體的具體空間分布情況。

4? ?測(cè)線布置

在研究區(qū)沿地質(zhì)構(gòu)造走向垂直布置了5條磁法及三極測(cè)深綜合剖面，剖面編號(hào)自西向東分別為：W03、W04、60、E39、E27線。磁測(cè)剖面和測(cè)深剖面的點(diǎn)距分別為10 m和40 m（圖5）。

5? 工作方法

測(cè)深采用了重慶奔騰生產(chǎn)的WDZ-5B型5KW整流電源、WDFZ-5型5KW發(fā)射機(jī)及WDJS-2A型接收機(jī)。磁測(cè)選用了捷克產(chǎn)PMG-2質(zhì)子旋進(jìn)式磁力儀。

共設(shè)計(jì)19個(gè)不同的供電極距（AO），分別為5、7、10、15、25、40、60、80、100、120、160、240、320、400、520、640、760、880、1 000 m。其中，測(cè)量極距（MN/2）固定為AO的1/10。供電周期為16 s，延時(shí)設(shè)置為200 ms，采樣寬度為40 ms，疊加次數(shù)為2次。

6? 綜合物探成果分析

通過(guò)數(shù)據(jù)處理得到相關(guān)磁異常剖面、視極化率和視電阻率擬斷面圖，下面詳細(xì)分析其中的兩條斷面。

6.1? W03線物探異常解譯

剖面自南向北布設(shè)，地表出露巖性為上新統(tǒng)砂礫巖、砂巖、粘土和第四系坡積物及大理巖和花崗閃長(zhǎng)巖。

磁異常特征 磁異常呈現(xiàn)前、后半段不同的變化特點(diǎn)。前半段變化幅度較小，約為30 nT，地表對(duì)應(yīng)砂礫巖、砂巖、粘土、第四系坡積物及大理巖；后半段變化幅度較大，約160 nT，地表對(duì)應(yīng)大理巖與花崗閃長(zhǎng)巖接觸帶，同時(shí)還出現(xiàn)含礦矽卡巖及花崗閃長(zhǎng)巖（圖6）。結(jié)合巖（礦）石的磁性參數(shù)得出前半段磁異常變化為地層性質(zhì)的反映，后半段變化較大階段則可能與矽卡巖的存在有關(guān)。

激電測(cè)深異常特征 視電阻率異常自南向北可分為3個(gè)階段（圖6）。前半段主要表現(xiàn)為低阻特征，推測(cè)為砂礫巖、砂巖、粘土、第四系坡積物引起。中段表現(xiàn)為上部高、下部低的電阻特征，高阻呈北傾“V”字型，與大理巖殘留體形態(tài)、產(chǎn)狀一致。深部280 m處，出現(xiàn)低阻帶，據(jù)鉆孔資料分析或?yàn)槭褡邮◣r引起，矽卡巖中出現(xiàn)兩層較薄銅礦體，厚度分別為1.04 m和1.43 m，銅品位分別為1.03%和0.99%。最深部視電阻率增加，推斷由花崗閃長(zhǎng)巖引起，巖石破碎且蝕變強(qiáng)烈。后段表現(xiàn)為中低阻特征，地表對(duì)應(yīng)花崗閃長(zhǎng)巖，500點(diǎn)處呈明顯梯度變化帶，推測(cè)為巖體與大理巖接觸帶的反映。

本次測(cè)深工作對(duì)地表出露的大理巖反映較明顯。大理巖巖體平均真厚度約160 m，自南向北逐漸變厚，近乎垂直。由鉆孔資料可知，含礦巖體矽卡巖主要存在于大理巖與花崗閃長(zhǎng)巖接觸部位，即460點(diǎn)視電阻率變化梯度帶部位。推斷大理巖殘留體下盤與巖體接觸帶附近的低阻帶是找礦有利部位。

綜上所述，W03線剖面視電阻率特征較好地反映了該剖面巖性特征，尤其是大理巖、花崗閃長(zhǎng)巖和矽卡巖的形態(tài)特征?？傮w而言，大理巖呈高阻，花崗閃長(zhǎng)巖體呈中阻，矽卡巖呈低阻，砂礫巖和砂巖也呈低阻特征。剖面中部呈北傾“V”字型高阻特征，與大理巖殘留體形態(tài)和產(chǎn)狀一致。深部出現(xiàn)低阻帶則可能是矽卡巖中銅礦體引起。此外，在大理巖與花崗閃長(zhǎng)巖的接觸帶附近，出現(xiàn)明顯的視電阻率變化梯度帶，是有利的找礦區(qū)域。

6.2? W39線物探異常解譯

本條剖面自北西向南東布設(shè)，主要出露巖性為二長(zhǎng)花崗巖、上新統(tǒng)磚紅色砂礫巖、砂巖、粘土。

磁異常特征 前半段呈鋸齒狀突變，變化幅度為540 nT，表明該區(qū)構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，導(dǎo)致磁性物質(zhì)富集不均勻，偶見(jiàn)褐鐵礦化和銅礦化，推測(cè)可能是由深部大理巖和巖體接觸帶引起。而磁異常后半段變化平穩(wěn)，呈現(xiàn)低緩負(fù)磁特征，變化幅度為360 nT，推測(cè)可能是由淺部上新統(tǒng)黃色鈣質(zhì)礫巖、砂礫巖、砂巖等巖性引起的（圖7）。

激電測(cè)深異常特征 剖面南東端淺部顯示為低阻異常，與上新統(tǒng)黃色鈣質(zhì)礫巖、砂礫巖、砂巖相對(duì)應(yīng)。深部則呈高阻異常。因該線剖面南東端附近已揭露大理巖，推測(cè)該高阻異常為上新統(tǒng)之下大理巖引起。

剖面中段淺部顯示高阻異常，地表巖性為花崗閃長(zhǎng)巖，推測(cè)花崗閃長(zhǎng)巖蓋層之下可能為大理巖，高阻異?；蛴纱罄韼r引起。

剖面北西段深部存在明顯高阻異常，且深部尚未封閉，推測(cè)可能為花崗閃長(zhǎng)巖蓋層之下的大理巖殘留體引起。高阻異常兩側(cè)顯示低阻異常，可能為花崗閃長(zhǎng)巖引起。北西側(cè)低阻異常異常值較低，推測(cè)是由于北西側(cè)大理巖殘留體與花崗閃長(zhǎng)巖接觸帶中矽卡巖化作用較強(qiáng)，導(dǎo)致電阻率降低。在高阻異常和低阻異常的梯度帶（接觸帶）可見(jiàn)極化率異常帶，其中北西側(cè)視極化率異常較為顯著。視極化率圈定的異常呈垂向帶狀，埋深約160 m，形態(tài)不規(guī)則，極化率極大值達(dá)6.2%。推測(cè)視極化率異常帶可能由大理巖殘留體與巖體接觸帶中的銅礦體（硫化物礦化）引起，該地段地表出露Cu-6銅礦體和褐鐵礦化二長(zhǎng)花崗巖蝕變帶呈環(huán)狀分布，可能為接觸帶附近的熱液脈狀銅礦（化）體。

與西礦區(qū)W03線深部銅礦體規(guī)模和視極化率異常對(duì)比，推測(cè)東礦區(qū)E39線大理巖殘留體北西側(cè)視極化率異常由規(guī)模較大的矽卡巖型銅礦體引起，具極高找礦潛力。為了驗(yàn)證這一推測(cè)，建議進(jìn)行深部鉆探工作，并期待在找礦研究中取得突破性成果。

7? 結(jié)論與意義

（1） 三極測(cè)深技術(shù)在新疆某鐵銅礦勘查中具極高的應(yīng)用價(jià)值和研究意義。通過(guò)測(cè)量地下地質(zhì)體激電信息，可高精度地探測(cè)礦體、地下水和地質(zhì)構(gòu)造等信息，以優(yōu)化勘查方案、提高勘查效率和降低勘查成本。隨著技術(shù)不斷發(fā)展和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的積累，三極測(cè)深技術(shù)在未來(lái)的礦產(chǎn)勘查中有望得到更加廣泛的應(yīng)用和深入的研究，為礦產(chǎn)資源合理開(kāi)發(fā)和利用提供有力技術(shù)支持。

（2） 綜合物探結(jié)果顯示，視電阻率與地質(zhì)剖面巖性呈現(xiàn)良好的套合關(guān)系。據(jù)地表及深部鉆孔資料顯示，上新統(tǒng)磚紅色砂礫巖、砂巖、粘土和第四系坡積物呈現(xiàn)低阻異常，大理巖則呈現(xiàn)高阻異常，花崗閃長(zhǎng)巖和二長(zhǎng)花崗巖呈現(xiàn)中低阻異常。因此，通過(guò)激電測(cè)深視電阻率反演得到的高阻異常推測(cè)為大理巖殘留體引起。視電阻率異常能反映深部大理巖形態(tài)及與巖體接觸帶的產(chǎn)狀，為尋找深部矽卡巖型銅多金屬礦提供依據(jù)。

（3） 在西礦區(qū)已知W03線深部鉆孔控制銅礦體部位，圈定了視極化率異常，極大值為1.3%。異常值較低，可能為該處銅礦體較薄（2 m）。而東礦區(qū)E39線視極化率異常極大值為6.2%，異常值較西礦區(qū)W03線高出數(shù)倍，且異常規(guī)模遠(yuǎn)超過(guò)W03線。因此，東礦區(qū)E39線深部大理巖與巖體接觸帶可能存在較大規(guī)模銅多金屬礦體，為鉆孔布置提供了重要依據(jù)。

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Application and Research of the IP Three-Pole Sounding in the

Exploration of Iron and Copper Mines

Hu Zunping1， Tao Pengfei1， Xiao Mingshun2， Chen Yafei2

（1.Xinjiang Geological Survey Institute，Urumqi，Xinjiang，830000，China;

2.Central South Geo-Exploration Institute，China Metallurgical Geology Bureau，Wuhan，Hubei，430081，China）

Abstract： As a key metal mineral resource， the efficiency and accuracy of exploration of iron and copper deposits are directly related to the effective development and utilization of resources. This paper focuses on the exploration practice of an iron and copper mine in Xinjiang， and deeply discusses the specific application and effectiveness of the induced polarization single-side three-pole sounding technology in this area. By systematically analyzing the geological characteristics and exploration targets of the mining area， the basic principles， instrument composition， and technical methods of the single-side three-pole sounding method are described， and a detailed discussion is made on the actual exploration results.

Key words： Xinjiang; Iron and copper deposits; Induced polarization method; Single-side three-pole sounding; Geological exploration

收稿日期：2023-12-25；修訂日期：2024-03-11

第一作者簡(jiǎn)介：胡尊平（1990-），男，新疆托里人，地球物理工程師，2013年畢業(yè)于中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）地球物理專業(yè)，現(xiàn)主要從事地球物理正反演研究及勘探工作；E-mail： 469341210@qq.com