梯度電測深剖面法及其應(yīng)用.docxVIP

1、Vol.35,No.2Apr.,2011物探與化探GEOPHYSICAL&GEOCHEMICALEXPLORATION梯度電測深剖面法及其應(yīng)用葛為中U,呂玉增2,3,丁云河4（1.廣西地球物理學(xué)會，廣西南寧530000；2.中國礦業(yè)大學(xué)煤炭資源與安全開采國家重點實驗室，北京100083；3.桂林理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，廣西桂林541004；4.河南省有色地礦局7隊，河南鄭州450000）摘要：針對常規(guī)直流電測深的應(yīng)用情況，改革布極方式,研究提出梯度測深剖面法。該法能簡化布極工序，可用多臺接收機或多通道電測儀在多個電測深點上同時（連續(xù)）觀測，大大提高工作效率。其裝置有三極測深、四極測深和中

2、梯測深等，其觀測剖面上由于采用供電極稀設(shè)方式，能很好地適應(yīng)二維正反演計算網(wǎng)格,宜于獲得帶地形的電阻率、極化率斷面，實現(xiàn)電測深數(shù)據(jù)的層折成像。目前，該梯度測深方法已應(yīng)用于金屬礦勘查和工程勘察之中，取得成效。關(guān)鍵詞：梯度電測深剖面;直流電測深;供電極距;三極測深；中梯測深中圖分類號：P631文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1000-8918（2011）02-0206-06目前，高密度直流電法和電磁類測深（TEM法、CSAMT法和EH4儀）的應(yīng)用日益廣泛口"J,然而在探測幾十米至幾百米深度的各類地質(zhì)目標(biāo)時，電阻率測深和激電測深依然有著不可取代的作用，因此,有必要對電測深剖面觀測技術(shù)和解釋方法作進一

3、步改進更新。近年，筆者針對電法勘探現(xiàn)狀及其存在問題，提出直流電法勘探新理念，改革傳統(tǒng)電測深剖面布極方式，研究出梯度測深剖面法。梯度測深剖面法沿襲直流電法的基本原理，其工作方式類似于多極距的梯度剖面。它能簡化電測深剖面布極工序,提高外業(yè)工效數(shù)倍。梯度測深剖面可使用現(xiàn)有儀器裝備,只需稍微改變工作流程;而若有多臺單道接收機，即可充分利用于多個電測深觀測點同時測量。多通道電測儀更適于觀測梯度測深剖面。這種測深剖面上供電極點位有規(guī)律稀設(shè)，適應(yīng)二維正反演網(wǎng)格，宜于獲得帶地形的電阻率（極化率）“真”斷面，實現(xiàn)電測深層折成像。其反演軟件可用現(xiàn)有直流電法二維軟件6"加以改編。梯度電測深剖面法已在內(nèi)蒙古

4、、山西、廣西幾個金屬礦區(qū)勘查和河北中關(guān)礦采空區(qū)等工程勘察中應(yīng)用，取得成效。1電測深剖面11電測深剖面的電極布設(shè)測深剖面的一系列測深點沿測線布設(shè),供電極和測量極一般也沿測線向外移動。電測深剖面中最常用裝置是對稱四極測深，其次是三極測深。傳統(tǒng)電測深剖面上各測深點按統(tǒng)一的極距序列擴大供電極距。常用“對數(shù)極距序列”大極距情況的極距擴大過稀（幾百米以上），而相鄰測點供電極要按點距（幾十米）反復(fù)平移，電測深剖面供電點位置并非有規(guī)律逐漸稀設(shè)。電測深剖面一般是在其他電法剖面完成以后開展,如在聯(lián)合剖面異常上布置電阻率測深剖面、在激電中間梯度剖面掃面的異常區(qū)選擇精測剖面布置激電測深剖面。短導(dǎo)線激電中梯常用多臺接收

5、機同時在相鄰測線上觀測，但而后的激電測深卻因受裝置方式的限制，只能用一臺接收機。如果各點的極距序列可以不盡一致，對稱四極的大極距供電極位置允許不對稱，則在不影響探測能力的前提下，就可少搬動供電極,每一次供電做多點觀測或借助測量電極陣列觀測。12電測深斷面的資料解釋電阻率測深剖面實測數(shù)據(jù)資料以視電阻率擬斷面圖來顯示,并對它作定性解釋。眾所周知,實測視電阻率P,數(shù)據(jù)是電極系影響范圍內(nèi)地下電性不均勻和地形影響的綜合反映。在擬斷面圖中心數(shù)據(jù)卻被人為地集中表示在二維擬斷面圖的（x、z）點位上,橫坐標(biāo)%為裝置規(guī)定點位,縱坐標(biāo)Z為電極距函收稿日期:2010-06-07基金項目：國家自然科學(xué)基金（407740

6、57）；廣西自然科學(xué)基金（桂科自0832263）；廣西地質(zhì)工程中心重點實驗室項目（桂科能07109011-K009）數(shù)（對數(shù)、算術(shù)或漸變算術(shù)、平方根等）。擬斷面圖存在多種不確定性，同一剖面上對稱四極、偶極、三極的測深擬斷面圖異常形態(tài)特征差異明顯，就是不確定性的表現(xiàn)之一，解釋者要憑經(jīng)驗對擬斷面圖作定性推斷。它不應(yīng)被稱為“電阻率斷面圖”。為了提高電測深剖面的解釋水平，必須對實測數(shù)據(jù)作二維反演,獲得帶地形的電阻率p（»,z）“真”斷面圖，為單元電阻率/為實際點位,z為實際深度或標(biāo)高。然而，由于測深供電極距變化跨度（從兒米至兒千米）相當(dāng)大，傳統(tǒng)電測深剖面上供電點位置并非有規(guī)律逐漸稀設(shè)，剖面上

7、電極位置不像高密度電法那樣網(wǎng)格化，使得傳統(tǒng)電測深剖面的二維反演繁瑣而難以實用。亟待研究實用的電測深剖面二維反演層析成像定量解釋技術(shù)。針對電測深剖面外業(yè)工作和資料反演解釋方面的不足，對電測深剖面布極方式和工作順序進行改革，研究出梯度測深剖面法。2梯度測深剖面法梯度剖面是固定供電極，移動"極作梯度測量的剖面。若再向外變動供電極，逐步擴大供電極距，再作梯度剖面測量，就成為梯度測深剖面。梯度測深剖面可稱為“GS”9。2.1梯度測深裝置類型和電極布設(shè)梯度測深裝置包括三極梯度測深（含雙向三極梯度測深）、四極梯度測深（含對稱四極、亞對稱四極、不對稱四極和中梯測深）和偶極梯度測深（供電偶極距可大于測

8、量偶極距ABnMN）等幾種，可以單一使用（如三極或四極），也可以組合應(yīng)用（如三極一偶極或四極一偶極），甚至可用“泛裝置梯度測深"（含三極一偶極一四極等）O梯度測深剖面適用于規(guī)則點距，每一極距供電時，剖面上多個測深點的電位差可由多臺單道接收機同時（或連續(xù)）觀測,若用多通道接收機則可在測最電極陣列上快速連續(xù)觀測。然后移動供電極擴大極距，繼續(xù)作多測點觀測。A/V極距可適度作擴大變更。根據(jù)測深點數(shù)、儀器的道數(shù)或臺數(shù)，按多點（3-11點等）一串方式同步（或連續(xù)）觀測,測深長剖面可多串分段完成。電極的點位沿剖面有規(guī)律布設(shè):在測深剖面起點的必極和終點的N極之間，為等間隔測量點區(qū)，之外為等間隔供電點

9、區(qū)，再往外為供電點漸稀區(qū)。參考規(guī)則點距的極距序列，布設(shè)供電極點位,供電極距增大的間距可按點距的整數(shù)倍（1、2、4、8、12、16、24）階梯式增加。雖然相鄰測深點的供電極距序列不盡一致，然而剖血上所有測量極和供電極的點位分布（近區(qū)等間隔、遠區(qū)分段漸稀）可對應(yīng)正、反演數(shù)字模擬網(wǎng)格的節(jié)點,適應(yīng)于二維數(shù)字模擬網(wǎng)格，宜于通過二、三維反演軟件計算出帶地形的電阻率（極化率）斷面圖像，實現(xiàn)電測深層折成像。梯度測深剖面簡化了布極工序，便于外業(yè)實施，供電極減少反復(fù)平移，一次供電多點觀測，加快觀測速度，能使測深剖面外業(yè)工作的效率提高，成本降低。在干燥高阻地區(qū)，因梯度測深剖面供電極移動少，宜于更充分地改善接地條件,

10、增大供電電流，提高觀測精度。在礦山等工業(yè)電強干擾區(qū)，可先布電極、電纜，趁礦山午間強電暫休、干擾減弱時段快速完成觀測。2.2三極梯度測深剖面三極梯度測深剖面屬較常使用的裝置，一般只作單向三極測深:A-MN或MN-B,也可作雙向三極梯度測深。圖1為MNB單向三極梯度測深剖面的布極示意。測線上多個測深點、共用一個供電極8極，外移極測量。如9個測深點間距40m,剖面長度320極到的供電極距序列OXB=20,40,60,80,100,120,-320,340,360,380,400,420,460,500,540,600,660,720,800,900,1000°測深剖面MNMNMNVVVVV

11、7VVV'0m4080200m320m500m600m800m1000m圖1三極梯度電測深（MN-B）布極示意三極梯度測深擬斷面圖記錄點的橫坐標(biāo)在MN中點、縱坐標(biāo)建議取漸變算術(shù)4。/也（4。）或平方根A質(zhì)（人為比例系數(shù)），也可取傳統(tǒng)的算術(shù)4。/2、4。/3或?qū)?shù)lg（40）o三極梯度測深剖面還可繪制每一測點的三極測深曲線。國外多通道電測儀器推薦采用“軸向單極一偶極測深”（即三極測深）和“雙側(cè)軸向單極一偶極測深”（即雙向三極測深）,其擬斷面圖記錄點的在4。的中點、z取40/2。三極梯度測深剖面的供電極有規(guī)律稀設(shè)，適應(yīng)反演網(wǎng)格，宜得電阻率（極化率）“真”斷面。2.3四極梯度測深剖面在測深剖

12、面外側(cè)，較對稱地布置一系列逐漸稀設(shè)的力、8極的點位。中梯測深剖面的測點可由多臺單道接收機同時觀測，若用多通道接收機則可在測量電在48之內(nèi)的四極裝置有對稱、亞對稱、不對稱等裝置。四極電剖面有對稱四極剖面和中間梯度剖面，四極電測深有對稱四極測深,也可以有中間梯度測深。中間梯度測深剖面是AB在一段測深剖面之外固定后，移動"V極做中間梯度剖面測量，再向外變動供電極，不斷擴大供電極距，又再作中梯剖面測量，就成為中間梯度測深剖面，簡稱中梯測深剖面。極陣列上觀測。圖2為中梯剖面測深布極示意,測深剖面長度。，供電4、8極的點位逐漸稀設(shè)。如測深剖面長度=200m,中點在200點，測深點為190210點

13、間相距40m的6個測深點；4、8極的點位為（由，務(wù)）為（180,220）,（%,%）為（176,224）,，（&,&）為（100,300）。相應(yīng)的AB/2為200,240,320,400,500,640,800,1000m,。測深剖面6kAgA7A4Ai2-1MNMNMNBiB2B3B4ft>BgB7Bs1.1.1.i.JLI0.M.Id_.1.1.1.1100120136150160168176180190200號210220224232240250264280300-800m-500m-320m-200m一1000m-640m-400m-240m0m200m320m5

14、00m800m240m400m640m1000m圖2中梯測深（AMN.B）布極示意中梯電測深法這種不對稱電測深的數(shù)據(jù)是確切的，但不宜繪制電測深曲線。中梯電測深剖面法擬斷面圖可用粗略的簡便方式繪制，其點位橫坐標(biāo)為的中點;縱坐標(biāo)籠統(tǒng)取相/4、（AB/2）/lg（AB/2）或入Z4B?2o這種粗略而不確切的擬斷面圖可作大致的定性解釋。中梯測深供電極逐稀的布極點位可對應(yīng)反演網(wǎng)格節(jié)點，宜于獲得帶地形的電阻率（極化率）“真”斷面圖像，實現(xiàn)了電測深層折成像的實用化。中梯測深的擬斷面圖是它的中間成果圖件，可以不繪制。二維反演定量解釋的斷面圖像是中梯測深的最終成果圖件，必須提交。若需要46<&與（

15、最內(nèi)那對48極距）情況下的小極距測深資料，可用小極距對稱四極測深剖面或作變極距對稱四極剖面，繪制AB<ABi情況對稱四極測深剖面擬斷面圖。這種四極測深剖面采用“對稱測深+中梯測深”混合組成:小極距用對稱測深剖面，大極距用中梯測深剖面。擬斷面圖由上半幅對稱四極測深擬斷面圖和下半幅中梯測深擬斷面圖拼接而成。對稱測深剖面數(shù)據(jù)和中梯測深剖面數(shù)據(jù)一并由2.5維反演軟件計算出“真”斷面圖像。3梯度測深剖面法的應(yīng)用實例3.1三極梯度測深剖面法河南有色地質(zhì)7隊自2006年8月起引進梯度測深新技術(shù)，開展精測剖面電測深新方式研究協(xié)作項目,2007年在內(nèi)蒙古3個測區(qū)完成三極梯度激電測深200余點。哈達特陶勒蓋

16、礦位于內(nèi)蒙古二連一東烏旗銅金成礦帶上。區(qū)內(nèi)花崗斑巖、霏細(xì)斑巖等火山巖脈發(fā)育,鉛鋅礦（化）體主要賦存在泥盆系鈣質(zhì)砂巖中的破碎裂隙里，受斷裂構(gòu)造控制。物性測試表明，花崗斑巖脈和礦化砂巖的極化率、電阻率高出圍巖幾倍至十幾倍。在哈達特礦區(qū)激電中梯IP3JP6JP7異常區(qū)，選擇48J.56、65勘探線4條精測剖面，布設(shè)三極梯度激電測深120點。用法國IPIS公司的VIP40000發(fā)射機、ELERG6六通道接收機，鑒于與點距不重合，只能用第1、3、5三個通道，以三點一串方式同步觀測三極梯度激電測深。哈達特65線400468號測深點18個，間隔40m,供電極距從20m起,最大為19202060m,有20余個

17、極距。如第一申400.404.408號3個點,4極移動一次同步觀測這3點的數(shù)據(jù)。哈達特65線激電測深成果見圖3。在圖3a的下部（40>400m以下）呈現(xiàn)未封閉的2個高阻異常（外>500ft-m）和一個高極化異常（小>10%）o圖3b為2.5維反演后的電阻率、極化率“真”斷面圖,是電測深剖面層析成像定量解釋圖件，圖中深80350m間呈現(xiàn)高極化異常和2個高阻異常；高阻異常在436444點之間隔開,推斷為斷裂帶通過所致,而斷裂帶左側(cè)明顯的高阻、高極化異常體,推斷為礦體。416測點號432448464400-g1600H40()1()0-測點號4320416464200400400測

18、點號432448400op8/(n-m)448400416464<a)400400_200IZK65TZK66-2ZK3ZK65-3464472840111620(E.uvda-實測的視電阻率外、視極化率們擬斷面;b電阻率、極化率2.5維反演斷面圖3內(nèi)蒙古哈達特65線三極梯度測深剖面1第四系；2花崗斑巖脈;3鈣質(zhì)砂巖;4一鉛鋅礦體;5鉆孔位置圖4哈達特65線驗證鉆孔礦體地質(zhì)剖面為驗證物探推斷的礦體和斷裂帶,設(shè)計了4個驗證鉆孔：ZK654、ZK3、ZK65-2和ZK65-3,分別位于420點、428點、436點和444點（圖4）。在深20320m間打到8層礦體，礦體累計厚度14m,單層厚度

19、6.7m,Pb+Zn平均含量為4.22%。揭示的工業(yè)礦體對應(yīng)于反演的高阻高極化異常體范圍。此夕卜,ZK65-2和ZK65-3兩鉆孔見斷裂破碎帶，與推斷基本吻合。32四極梯度測深剖面工區(qū)在山西中條山某銅礦區(qū)，山勢陡峻,標(biāo)高在600-1150m之間。在中條山區(qū)的含礦變質(zhì)火山巖系中，金屬礦化（黃銅礦化、黃鐵礦化等）多以星散狀和浸染狀出現(xiàn)，容礦巖石或近礦圍巖為含碳質(zhì)綠泥片巖，它們都具有較高的極化率值。桂林理工大學(xué)用重慶奔騰數(shù)控技術(shù)研究所WDFZ-2發(fā)射機和WDJS-1接收機完成激電中梯剖面6條（共3.6km）后，實測激電測深剖面4條（共50個測深點），采用“對稱測深+中梯測深”混合四極測深剖面:AB/

20、2=10,15,25,40,60,100,160m的對稱測深和AB/2=160,220,360,500,700m的中梯測深。當(dāng)48/2=1060m時，初V=6ni；當(dāng)4H/2=60220m時,"=20m,當(dāng)。B/2=360700m時,M/V=80120m。在J19線的0、1、2、4、5、6、8、10、11、12、14、15點布設(shè)了12個測深點，圖5為該線激電四極梯度測深剖面成果。實測擬斷面圖的橫軸水平（不宜用地形線），擬斷面圖山兩種圖拼接:上半幅48/4<80m為對稱四極測深剖面擬斷面，下半幅AB/4>80m為中梯測深剖面擬斷面，每對怡各點不對稱測深數(shù)據(jù)的縱坐標(biāo)籠統(tǒng)用A8

21、/4表示。圖5a上有幾處心異常。用桂林理工大學(xué)2.5維反演軟件計算出帶地形的斷面圖像（圖5b）,電阻率斷面上地形干擾E.uyd%、pa-實測的視電阻率P,、視極化率m擬斷面;b電阻率、極化率2.5維反演斷面圖S山西中條山某銅礦區(qū)J19線四極梯度測深剖面已消除，得到高阻異常。推斷J19線03點下方,標(biāo)高600650m范圍內(nèi)深度約100m的高阻、高極化異常體為隱伏巖體。這個推論已被其后的山地工程證實。4梯度電測深剖面法適用的多通道電測儀國外的多通道電測儀器（法國的ELREC、美國GDP.32、加拿大的IPR.12、V.8等）多適于觀測梯度測深剖面（三極、偶極和中梯測深等）。根據(jù)葛為中建議，國內(nèi)已針

22、對梯度測深剖面法研制成功多通道電阻率儀器和多道大功率激電系統(tǒng)。廣西地球物理學(xué)會已研制電阻率梯度測深適用的多通道電阻勘探儀（RGS-11型）,0,其11個觀測通道均有本道的極化補償電路，各通道在電氣上完全隔離，測量時各通道間不會互相影響。當(dāng)肋V數(shù)值任意時可用6道，當(dāng)MN為點距的3、2、1倍時選用9、10、11道，依次快捷觀測各點）數(shù)據(jù)，因此稱為RGS-6/9/10/11多通道電阻勘探儀。多通道電阻勘探儀已用于河北沙河中關(guān)礦采空區(qū)勘察。采空區(qū)埋深在100-200m,靜水位在200m以下。測區(qū)布置20余條三極梯度測深剖面，點距20m,線距20、40moMN=40。在60400m。用6點一串方式和9點

23、一串方式觀測，15天完成392個測深點，分析高阻異常分布，推斷采空區(qū)位置和規(guī)模。鉆孔在130m見采空區(qū)，驗證了物探成果。重慶奔騰數(shù)控技術(shù)研究所已研制新一代短導(dǎo)線多道大功率激電系統(tǒng):WDJS-3多道（6/12/20道）數(shù)字直流激電接收機和WDFZ-5T/10T大功率發(fā)射機（可實現(xiàn)3/6多組4B）,其收、發(fā)機之間可選用三種同步（軟件、石英鐘和GPS）方式，發(fā)射機配合供電極控制器和轉(zhuǎn)接器，實現(xiàn)任選多個供電極中的一對AB極供電，接收機通過多芯電纜連接測量電極（不極化）陣列，幾分鐘即可采集這對AB極供電的12個測深點的視電阻率和視極化率數(shù)據(jù)，再控制彳、8極變更后供電，擴大供電極距又采集多點觀測數(shù)據(jù)。這套

24、多道激電系統(tǒng)很適宜激電梯度測深剖面法。5結(jié)論通過新、老電測深剖面方法的對比和在礦產(chǎn)勘查的應(yīng)用表明，梯度測深剖面法能簡化布極工序，提高觀測效率,宜于二維反演，實現(xiàn)層折成像,是具有實用價值、宜于推廣的直流激電測深新方法。它將促使測深電極陣列化的研究、觀測儀器的升級、解釋軟件的開發(fā)，使電測深上升到新的發(fā)展臺階。今后還將在三極測深遠極改革、泛裝置測深、用戶軟件方面作進一步研究。參考文獻：1于澤新，敖穎鋒，呂景增，等.CSAMT法在江西康杖子區(qū)深部探礦中的應(yīng)用J.地質(zhì)與勘探,2009,45(5):600-605.2 王沖，董平，孫斌，等.EH4電磁測深在江西城門山礦區(qū)深部及外圍找礦中的應(yīng)用J.地質(zhì)與勘探

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