高密度电法在铝土矿勘查的应用

高密度电法在铝土矿勘查的应用

李鹏飞

甘肃省地质矿产勘查开发局第四地质矿产勘查院 735000 摘要：通过对山西省平陆县赵家川铝土矿区开展高密度电法工作，经采对数据的处理及地质解释，对工作区铝土矿富集位置、范围、形态结构加以研究。取得了较好的地质效果。

关键词：高密度电法；铝土矿；应用；平陆县赵家川

高密度电法勘查的技术方法起源于上世纪七、八十年代，随着电子及计算机技术的发展而在近十多年来得到了飞速发展。通过研究地下地质体的电阻率差异为地球物理基础，集电剖面和电测深为一体，采用高密度布点，一次性布设几十根乃至上百根电极，并按一定的电极排列方式进行二维地电断面测量。同时利用现代计算机技术对高密度电法数据处理与成像，大大提高了探测效率和成功率。

勘查区位于中条山中段南麓，行政区划属平陆县曹川镇所辖。工作区距曹川镇8公里，平陆县城位于曹川镇西，直距30公里，矿区南西30公里为三门峡，交通较为便利。该区域矿产种类较多，煤、铝、铁、耐火粘土等矿种已不同程度开发利用。

1矿区地质及地球物理特征

该测区矿床成因上属于沉积型铝土矿床，其含矿层位为中石炭系本溪统。石炭系底部和下部以铁铝层、铝土矿、黏土岩平行不整合于马家沟灰岩之上，其上部为铝土、黏土页岩、煤线及不稳定的砂岩和砂质页岩。矿体严格受地层、古地理地貌控制。矿区大部分地区含矿层位为第四系黄土、耕植层所掩盖，埋深一般在30～50m。矿区出露的地层主要有寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系和第四系中、晚更新统、全新统。豫西地区铝土矿体严格受基底奥陶系中统马家沟灰岩溶蚀后所形成的漏斗状岩溶槽和溶坑洼地所控制。溶槽和溶坑洼地越深，面积越大，越易形成较厚较好的铝土矿。

近年来在豫西铝土矿区的大量物探找矿实践表明，铝土矿层(含矿岩系)与基底灰岩、上覆地层具有明显的电性差异，具有较低的电阻率异常。根据矿区岩(矿)石电性和电化学活动性实验结果，区内岩(矿)石的电阻率差异较为明显，主要有以下5种类型：①高电阻率类型，主要为基底灰岩，电阻率值60～104Ω•m；②中低电阻率类型，主要为砂岩、砂质页岩，电阻率为10～103Ω•m；③低电阻率类型，主要为黏土、黏土页岩，电阻率约为1—200Ω•m左右。基于矿区地质与矿石电性资料的综合分析，由于矿体与含矿岩系在空问关系上十分密切，二者的电阻率为接近，铝土矿床的这种物性特征给运用物探方法寻找隐伏型矿体带来极大困难，但矿体与基底灰岩岩溶槽和溶坑洼地等古地理地貌的关系较为密切。因此利用铝土矿层与基底的电性差异来圈定铝土岩系较厚部位，再利用矿体与围岩的微弱电性差异来区分矿与非矿，是寻找隐伏型铝土矿的关键所在。

2高密度电法工作方法技术与工程布置

2.1工作方法及技术要求

2.1.1仪器选择

根据本次工作目的及要求，本次高密度电阻率剖面测量工作数据观测采用重庆顶峰地质勘探仪器有限公司生产的EDGMD-1高密度电法仪，观测参数为视电阻率（ρs）。

2.1.2资料处理、图件编制和解释方法

本次电法工作资料数据处理使用Surfer、Mapgis、GeoIPAS、RES2DINV等相关软件进行数据处理和成图，对所观测视电阻率异常进行反演解释。

2.2测网敷设

根据设计及仪器达到的精度，本次物探工作测网布设选用天宝光谱Epoch50型RTK测量仪进行放样施测，要求点位误差≤1m。本次工作坐标系统采用西安80坐标系3°带坐标，RTK校正参数如下：西安坐标系，长半轴6378137、00，扁率298.2572236，Dx：-46，Dy：36，Dz：0，Rx：0，Ry：0，Rz：0，K：1.0；投影类型假东方向+500000，假北方向+0；横轴墨卡托投影，中央子午线：111°，纬度原点：+0，尺度因子：+1.0；北基准：磁北。

为实现勘查目的并尽量减少地形对勘查效果的影响，本次高密度电法工作测线尽量沿等高线布设。以工作区已有采坑为界，采坑西侧共布设8条测线，分别是p100、p101、p102、p103、p104、p105、p301和p302，其中p100—P105测线方位72º，p301测线方位18°，p302测线方位28°。采坑东侧布设测线2条，分别是p201和p202，测线方位91°。

2.3工作质量评述

本次物探工作主要参照执行以下国家和行业规范、标准：

（1）《瞬变电磁技术规程》【DZ/T0280-2015】；

（2）《全球定位系统GPS测量规范》【GB/T18341-2009】

3、解释推断

3.1典型剖面方法有效性分析

为验证高密度电法工作在勘查区找矿的有效性，本着从已知到未知的工作原则，本次物探工作在矿区外围p0线部署施测了典型剖面。

P0剖面位于测区南西方位，在临近矿区布设，剖面方位128°，剖面长576m，共计测点72个，点距8m。剖面穿过3个已知钻孔，分别为ZK1102、ZK0903、ZK0705。

经反演处理，该剖面电阻率幅值由浅到深逐渐增大，层状特征明显，根据电阻率幅值不同可划分三个不同的电性层。浅部0—30m电阻率一般小于50Ω•m；中部50—110m电阻率一般介于50—200Ω•m之间；110米以深电阻率急剧增大，底部电阻率可达1000Ω•m以上。钻探资料显示该剖面地层由浅至深分三层，第一层为第四系冲积物、洪积物、卵石、黏土，其厚度随地形及下部岩层在20m-40m之间变化；第二层为二叠系及石炭系砂岩、砂质页岩、砾石，其厚度在40m-60m之间变化；第三层为奥陶系灰岩，其顶部埋深在80m-110m之间。对比分析可见矿区地层分布与电阻率分层特征基本一致，利用电阻率特征划分地层是可行、有效的。

在该剖面200号点和340号点出现明显的“U”字形电阻率异常，其电阻率在40Ω.m至60Ω.m之间。前人在200号点施工了钻孔ZK1102，编录资料显示在119.25m—124.35m见厚度约5.1m铝土矿体；在340号点施工了钻孔ZK0903，编录资料显示在113.2m—115.4m见厚度约2.2m铝土矿体。物探异常与钻孔见矿位置吻合较好，推断电阻率“U”字形异常为灰岩岩溶槽和溶坑洼地等古地理地貌引起，结合区域成矿地质条件推测异常所在位置即是矿区成矿有利位置，因此在矿区运用高密度电法查找灰岩岩溶槽和溶坑洼地，以达到间接找铝土矿的目的是可行、有效的。

图1p0剖面电法综合剖面图

3.2剖面异常特征

本次物探工作共布设高密度电法剖面11条。

（1）p100剖面

P100剖面位于采坑西侧，剖面方位72°，剖面长712m，共计测点90个，点距8m。

由反演断面图可见该断面各电性层大致呈水平层状分布，由电阻率特征由浅至深可将断面划分三个不同的电性层。浅部0—75m电阻率一般小于50Ω·m，推测该层为第四系冲洪积卵石、黏土层；75—115m电阻率介于50—200Ω·m之间，推测该层为二叠系及石炭系砂岩、砂质页岩、砾石层；115m以深电阻率一般大于200Ω·m，推测为奥陶系灰岩。

在该断面334—400m处发现一处电阻率“U”型异常，异常位于推测的奥陶系灰岩顶板以上，结合矿区地质资料及异常特征推测该异常是灰岩岩溶槽或溶坑洼地引起，推测该异常位置是断面上成矿有利位置。

图2p100高密度电法综合剖面

（2）p105剖面

P105剖面位于1号测区，剖面方位72°，剖面长864m，共计测点108个，点距8m。

由电阻率特征由浅至深可将断面划分三个不同的电性层。浅部0—50m电阻率一般小于50Ω·m，推测该层为第四系冲洪积卵石、黏土层，在地势低洼地带第四系覆盖厚度变薄，地势增加其地层厚度也相应增加；50—130m电阻率介于50—300Ω·m之间，推测该层为二叠系及石炭系砂岩、砂质页岩、砾石层，地层近水平状分布；90m以下电阻率一般大于300Ω·m，推测为奥陶系灰岩，从西到东基岩依次抬升。

此剖面在248号点至296号点之间出现一个明显的“U”字形低电阻率异常特征，电阻率在60Ω.m至200Ω.m之间。结合P103、P104剖面，在552号点至600号点之间也出现一个“U”字形低电阻率异常，但异常幅度较小，异常不明显，推断此剖面552号点至600号点之间处于灰岩岩溶槽和溶坑洼地的边缘。推断两处电阻率异常是由灰岩岩溶槽和溶坑洼地引起。结合地质资料两处异常有利与成矿条件的形成。

（3）p301剖面

P301剖面位验证剖面，穿过p100线18号点和p105线28号点，剖面方位17°，剖面长376m，共计测点48个，点距8m。

由电阻率特征由浅至深可将断面划分三个不同的电性层。浅部0—30m电阻率一般小于50Ω·m，推测该层为第四系冲洪积卵石、黏土层，在地势低洼地带第四系覆盖厚度变薄，地层厚度中间薄两边厚；30—50m电阻率介于50—300Ω·m之间，推测该层为二叠系及石炭系砂岩、砂质页岩、砾石层；50m以下电阻率一般大于300Ω·m，推测为奥陶系灰岩。

此剖面在200号点至232号点之间出现一个明显的“U”字形低电阻率异常特征，电阻率在60Ω.m至150Ω.m之间。此处异常对应p105线的248号点至296号点之间出现一个明显的“U”字形低电阻率异常。推断此电阻率异常是由灰岩岩溶槽和溶坑洼地引起。结合地质资料两处异常有利与成矿条件的形成。

图3p301高密度电法综合剖面

（4）p201剖面

P201剖面位于2号测区，剖面方位92°，剖面长864m，共计测点108个，点距8m。

该剖面地层由浅至深分别为第四系冲积物、洪积物、卵石、黏土；二叠系及石炭系砂岩、砂质页岩、砾石；奥陶系灰岩。结合地质资料推断第一层位地表第四系冲积物、洪积物、卵石、黏土层厚度随地形及下部岩层在0-40m之间，电阻率一般小于80Ω.m；第二层：二叠系及石炭系砂岩、砂质页岩、砾石岩层厚度在40m-80m之间，总体呈西薄东厚趋势，电阻率一般在80-1500Ω.m；第三层：奥陶系灰岩埋深在80m以下，电阻率基本大于1500Ω.m，其埋深呈中间浅两头高的凸形曲线。

此剖面在552号点至690号点之间出现一个明显的“U”字形低电阻率异常特征，电阻率在60Ω.m至200Ω.m之间。，但异常幅度中等，异常较明显，推断此处电阻率异常是由灰岩岩溶槽和溶坑洼地引起。结合地质资料两处异常有利与成矿条件的形成。

图4p201高密度电法综合剖面

（5）其他剖面

P101剖面位于1号测区，剖面方位72°，剖面长712m，共计测点90个，点距8m。

P102剖面、P103剖面、p104剖面位于1号测区，剖面方位72°，剖面长864m，共计测点108个，点距8m。

P302剖面位验证剖面，穿过p100线61号点和p105线66号点，剖面方位29°，剖面长568m，共计测点72个，点距8m。

P202剖面位于2号测区，剖面方位92°，剖面长568m，共计测点72个，点距8m。

3.3平面异常特征

综合分析采坑西侧各剖面电性特征，在平面上对其特征进行了总结研究，推测采坑西侧存在电阻率异常带2处，分别编号C1、C2。

其中，C1异常带位于22/p102测点和34/p105测点间，异常带长约120m，两侧未封闭。由各剖面断面图可见在22/p102测点、26/P103测点、30/P104测点、34/P105测点分别发现了电阻率“U”型异常，各剖面圈定的异常形态相似，幅值相近，且沿108°方位呈带状分布，结合矿区地质资料推测该异常为灰岩岩溶槽引起，推测22/p102测点和34/p105测点间之间可能存在灰岩岩溶槽，是矿区较为有利的成矿位置。

C2异常带位于47/P100测点和71/P105测点之间，异常带长约110m，两侧未封闭。由各剖面断面图可见在47/P100测点、48/P101测点、67/P102测点、68/P103测点、70/P104测点和71/P105测点分别发现了电阻率“U”型异常，各剖面圈定的异常形态相似，幅值相近，且沿143°方位呈带状分布，结合矿区地质资料推测该异常为灰岩岩溶槽引起，推测47/p100测点和71/p105测点间之间可能存在灰岩岩溶槽，是矿区较为有利的成矿位置。

4结论及建议

4.1结论

1、本次工作在充分收集以往物探、地质资料的基础上，在矿区开展了高密度电法物探工作，共部署实施高密度电阻率剖面点983个，超额完成了设计工作量。

2、由于豫西地区铝土矿的分布、规模、大小、厚度不一，多呈串珠状展布，地质勘查效果不理想。本次工作通过在已知剖面开展实验剖面，验证了高密度电法剖面测量的有效性，通过实验确定了合理的测点距，较好的完成了设计目的任务。

3、通过高密度电法剖面工作，对矿区各主要地层地球物理特征有了进一步的认识，对调查区基底埋深取得了进一步的认识。

4、在综合研究物探、地质资料的前提下，经充分论证，在矿区初步拟定孔位2个，对拟定井位进行了优选排序，为矿区开展下步钻探工作提供了参考资料，圆满完成了物探工作任务。

4.2建议

在充分研究地质资料的前提下，进一步对物探拟定井位进行论证，部署开展下一步工作。

参考文献：

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