陳實 李延清 陶鵬飛

摘 ?要：將高密度電法技術(shù)引入到新疆磁海地區(qū)某銅多金屬礦點詳查工作中，應用長剖面測量技術(shù)，獲取長測線的高分辨率數(shù)據(jù)。通過對不同數(shù)據(jù)質(zhì)量的測量電阻率的反演RMS值進行研究，驗證子剖面連接法的可行性;對長剖面數(shù)據(jù)進行連接的具體流程進行規(guī)范化，為實際工作提供重要指引。實踐表明，該方法能區(qū)分礦區(qū)0～180 m深度范圍內(nèi)與成礦有密切關系的下寒武統(tǒng)雙鷹山組的電性結(jié)構(gòu)特征，進而指導地表探礦工程的開展，達到淺部間接找礦目的。

關鍵詞：高密度電法;長剖面調(diào)查;子剖面連接方法;不同數(shù)據(jù)質(zhì)量;區(qū)域電性分析

目前，高密度電法技術(shù)發(fā)展成熟，一次布極可采集多種裝置、多種參數(shù)下的剖面電性信息，具有效率高、斷面信息豐富，可拓展性強等優(yōu)勢，已廣泛應用于水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查、城市地下空間資源調(diào)查、資源勘查、工程質(zhì)量檢測等方面[1-3]。礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中，需詳細劃分與礦（化）體有關的地質(zhì)目標體及與礦體有關的地層（構(gòu)造）在橫向上的變化特征，需布設長測線（≥2 km）便于全面了解勘探區(qū)電性分布趨勢與規(guī)律。多數(shù)高密度電法儀器在外業(yè)工作中剖面最大長度僅為1 200 m，遠遠小于測線長度，需布設多個子剖面組合勘探測線下方電性分布情況[4]。子剖面布設過程中，要求相鄰子剖面有一定范圍數(shù)據(jù)重疊區(qū)。實際測量中，由于兩次測量過程中存在儀器穩(wěn)定性差異、電極接地條件變化、電纜鋪設等問題，使重疊區(qū)數(shù)據(jù)存在隨機誤差。同時，不同子剖面數(shù)據(jù)質(zhì)量有明顯差異，若每條子剖面獨立進行反演解譯，會導致反演精度、異常顯示形態(tài)等不統(tǒng)一，對全區(qū)電性認識不夠全面客觀，給整條測線上的異常統(tǒng)一劃分、統(tǒng)一解釋帶來困難。

本文對高密度電法中長測線測量中子剖面連接方法進行探究，驗證子剖面組合后的可行性與有效性，給出長剖面高密度電法數(shù)據(jù)的處理過程，并在實際淺部金屬礦產(chǎn)調(diào)查中進行應用，有效劃分與成礦有密切關系的下寒武統(tǒng)雙鷹山組的電性結(jié)構(gòu)特征，指導地表探礦工程的開展，達到淺部間接找礦目的。

1 ?方法原理

高密度電阻率法（又稱電阻率層析成像法，以下簡稱高密度電法）的基本理論與傳統(tǒng)電阻率法完全相同，是以探測地下目標體與圍巖間的導電性差異為基礎的一種地球物理勘探方法[5]。工作時將很多電極同時排列在測線上，通過對電極自動轉(zhuǎn)換器的控制，實現(xiàn)電阻率法中不同裝置、不同極距的自動組合，從而一次布極可測得多種裝置、多種極距情況下多種參數(shù)的方法。對取得的多種參數(shù)經(jīng)相應程序的處理和自動反演成像，可快速、準確地給出所測地電斷面的地質(zhì)解釋圖件，提高電阻率方法的工作效率（圖1）。

實際工作中，測點的視電阻率值計算公式為：

[ρs=KΔUI]…（1）

式中，[ΔU]為測量電極間的電位差（單位：mV）;[I]為供電電流（單位：mA）;[K]為裝置系數(shù)。

高密度電法獲取的電阻率剖面由于淺部異常被“放大”，不能準確反映深部異常體的位置，需進行二維反演計算。本次工作使用基于圓滑約束的最小二乘法，方法基于以下方程：

[JT+μFd=JTg]…（2）

其中，[J]為偏導數(shù)矩陣，[JT]為[J]的轉(zhuǎn)置矩陣，[μ]為阻尼系數(shù)，[d]為模型參數(shù)修改矢量，[g]為殘差矢量，[F=fxfx'+fzfz']，[fx]為水平平滑濾波因子，[fz]為垂直平滑濾波因子。

反演計算采用基于平滑約束的最小二乘法，這種方法的優(yōu)點是平面過濾器和阻尼系數(shù)能隨數(shù)據(jù)類型自動調(diào)整。最優(yōu)化方法主要是通過調(diào)整模型單元體的電阻率值來減小實測視電阻率值與正演計算視電阻率值之間的差異，這種差異的大小用均方根誤差衡量。從地質(zhì)條件來說，最小均方差值時的模型不一定符合實際地質(zhì)情況[6]。一般情況下可選取迭代后均方誤差不再明顯變化時的模型做地質(zhì)解釋，通常3～5次迭代計算后，均方差就不再明顯變化。

2 ?長剖面數(shù)據(jù)處理方法

2.1 ?子剖面連接方法

當測線較長時，單一高密度電法剖面不能全部覆蓋，需布設多個子剖面，每個子剖面獨立完成數(shù)據(jù)采集。在后期數(shù)據(jù)處理時，需將多個子剖面數(shù)據(jù)拼接成一個長剖面（圖2）。為靈敏反應數(shù)據(jù)重疊區(qū)的異常特征，本文選取計算重疊區(qū)各個數(shù)據(jù)點位的算術(shù)平均值為重疊區(qū)點位數(shù)據(jù)[7-8]。長剖面中測點的視電阻率計算公式為：

[ρi=ρ1aρ1a+ρ2b2ρ2bMi=a，i≠bi=a=bi=b，i≠a]…（3）

針對空白區(qū)，如不加處理，長剖面反演時軟件會自動進行插值處理填補空白區(qū)數(shù)據(jù)。據(jù)以往實踐經(jīng)驗，反演時，當重復區(qū)數(shù)據(jù)量與空白區(qū)數(shù)據(jù)量比值小于2∶1時，建議對空白區(qū)的插值數(shù)據(jù)進行白化處理，防止深部異常解釋錯誤或遺失深部異常。

2.2 ? 不同數(shù)據(jù)質(zhì)量的子剖面組合反演結(jié)果

為驗證不同數(shù)據(jù)質(zhì)量的子剖面連接后反演結(jié)果的精確度，需對子剖面和連接長剖面的反演結(jié)果進行研究。本文選取3條不同數(shù)據(jù)質(zhì)量的子剖面進行連接處理，在數(shù)據(jù)重疊區(qū)中，取對應點位上兩次數(shù)據(jù)的平均值。3條子剖面中，子剖面D1原始數(shù)據(jù)質(zhì)量最高;子剖面D2原始數(shù)據(jù)質(zhì)量一般，剖面局部受地層中極低阻介質(zhì)的影響，存在數(shù)量約5%的畸變點;子剖面D3原始數(shù)據(jù)質(zhì)量較高。

將3組子剖面及組合后的長剖面獨立反演計算，對比子剖面和連接后長剖面的反演均方根誤差值（RMS值）及反演后異常位置及深度的相對誤差，可發(fā)現(xiàn)，連接后長剖面反演RMS值與連接前3組子剖面反演RMS值處于同一范圍，連接后長剖面反演RMS值不會因連接前某一組子剖面RMS值偏大而出現(xiàn)發(fā)散或不收斂，也就是說多組數(shù)據(jù)進行聯(lián)合反演能有效壓制由局部數(shù)據(jù)畸變，降低反演RMS誤差值（表1）。

為對比子剖面單獨反演和長剖面反演的成果差異，首先對3組子剖面數(shù)據(jù)進行預處理和最小二乘法反演（圖3）。從子剖面成果中可準確劃分每一個子剖面對應的測線地質(zhì)信息，高低阻異常邊界明顯，但不便于開展異常劃分和整剖面電性分析，甚至導致異常劃分解譯錯誤。

將反演后的長剖面數(shù)據(jù)規(guī)范化成圖，通過長剖面與激電剖面資料進行聯(lián)合解釋，長剖面相比子剖面其異常色調(diào)、測線位置、反演精度、圖形顯示等都達到統(tǒng)一。同時，能更直觀和方便地對整條測線上的異常進行對比和圈定，可更全面、更準確地把握勘探區(qū)的電性分布趨勢（圖4）。

通過分析上述實驗結(jié)果，驗證了長剖面高密度電法中子剖面方法的科學性和可行性。為得到精確可信的長剖面數(shù)據(jù)，野外測量時要根據(jù)工作任務和工作效率，合理設計并控制數(shù)據(jù)重疊區(qū)范圍，并保證子剖面的數(shù)據(jù)質(zhì)量較好[9-10]。

2.3 ?長剖面數(shù)據(jù)處理流程規(guī)范化

綜合上述對比分析，本文給出了高密度電法長剖面的數(shù)據(jù)處理流程：①據(jù)探測任務要求，合理高效的布設子剖面長度，控制數(shù)據(jù)重疊區(qū)的范圍，隨后獨立采集各個子剖面數(shù)據(jù);②修改各子剖面首電極位置，拼接子剖面形成長剖面數(shù)據(jù)文件，取重疊區(qū)數(shù)據(jù)均值;③拼接后的長剖面數(shù)據(jù)利用軟件（如Res2dinv） 進行反演，對無原始數(shù)據(jù)區(qū)進行白化;④結(jié)合地質(zhì)及鉆孔資料，對長剖面反演模型電阻率斷面進行地質(zhì)解譯工作。

3 ?實例應用分析

3.1 ?礦區(qū)概況

本次高密度電法調(diào)查主要目的是根據(jù)地表礦點與礦化（蝕變）帶特征，查明礦點附近主要含礦地層的電性特征，詳細劃分成礦有利部位，進而指導地表探礦工程工作。

本文中銅多金屬礦點位于新疆哈密磁海地區(qū)。構(gòu)造上屬紅柳河向斜南翼，距北側(cè)紅柳河斷裂較近，受紅柳河斷裂影響，次級斷裂較發(fā)育，地層變形較強，調(diào)查區(qū)內(nèi)除下志留統(tǒng)黑尖山組外，其余地層均北傾。斷裂主要分為兩類，紅柳河次級斷裂和平頭山組次級斷裂，平頭山組斷裂主要為后期斷裂，斷裂總體可分為兩期，早期斷裂走向280°～300°，被后期30°～50°斷裂所切割，個別斷裂延伸較遠，延伸至雙鷹山地層中，對成礦具富集作用。調(diào)查區(qū)內(nèi)地層巖性從老到新依次為：薊縣系平頭山巖組、下寒武統(tǒng)雙鷹山組、下志留統(tǒng)黑尖山組第三巖性段、上志留統(tǒng)—下泥盆統(tǒng)阿爾皮什麥布拉克組、下二疊統(tǒng)紅柳河組b段巖性、第四系全新統(tǒng)統(tǒng)沖洪積物。礦點附近發(fā)育有數(shù)條石英脈，脈體寬0.5～2 m，局部達5 m，長10～50 m，個別延伸較長。脈體走向沿構(gòu)造線方向，為NEE向，主要分布于下志留統(tǒng)黑尖山地層中，地表露頭呈白色脈狀，部分抗風化較強，呈孤包狀不連續(xù)出露（圖5）。

3.2 ?數(shù)據(jù)采集

采集儀器使用重慶奔騰數(shù)控儀器廠研制的WGMD-9超級高密度電法系統(tǒng)，使用斯倫貝謝裝置測量。在采集剖面數(shù)據(jù)前，對所有電極澆注鹽水，并測量各電極的接地電阻，所有電極接地電阻小于1 kΩ，保證采集數(shù)據(jù)的準確性和穩(wěn)定性。結(jié)合任務要求，測線總長2 000 m，共布設2條子剖面，每條子剖面電極道數(shù)為120道，電極間距10 m，數(shù)據(jù)重疊區(qū)范圍為800～1 200 m，并對空白區(qū)無數(shù)據(jù)區(qū)進行了白化處理。

3.3 ?應用效果

剖面解譯中，始終遵循由已知到未知的原則，結(jié)合地表巖性特征，對長剖面高密度電法剖面進行詳細解譯，解譯深度控制在0～180 m。據(jù)高密度電阻率法的探測結(jié)果（圖6-b），可得到礦區(qū)雙鷹山組、花崗閃長巖體、礦體的電阻率特征，可重新推斷隱伏地質(zhì)單元的分布情況。結(jié)合同剖面的激電工作成果分析可知，在測線0～900 m范圍內(nèi)地層均表現(xiàn)為高電阻率（≥100 Ω·m）、中低極化率（≤3%）特征，推測為黑尖山組;測線方向900～1 050 m及1 300～1 830 m，標高1 370～1 275 m表現(xiàn)為低阻高極化特征，且此區(qū)域原始數(shù)據(jù)畸變點較多，推斷為雙鷹山組含碳質(zhì)地層，局部數(shù)據(jù)質(zhì)量受到碳質(zhì)層的影響而降低，但未能明顯影響整體數(shù)據(jù)質(zhì)量。同剖面重點區(qū)段，還開展了瞬變電磁測深工作，其中在測線1 440～1 750 m段內(nèi)，存在明顯的高感應電動勢異常區(qū)，推斷產(chǎn)生原因與高密度電法剖面中的低阻異常一致。結(jié)合本區(qū)地質(zhì)條件分析，目標地層普遍存在有碳質(zhì)，故形成大片的低阻異常區(qū)。

據(jù)上述綜合物探工作，在測線1 450 m處布設鉆孔ZK0001，目標為揭示高密度電法剖面中1 450 m處低阻異常的產(chǎn)生原因。該孔為斜孔，傾角為15°，施工孔深255 m，在孔深31.1～48.8 m間見3層銅鈷礦層。從鉆孔資料可知，該銅鈷礦層位于雙鷹山組（碳質(zhì)硅質(zhì)巖、硅質(zhì)板巖、石英巖）與平頭山組（白云巖、大理巖）的接觸帶上，同時也對應于電阻率斷面圖中低阻與次高阻的過渡帶位置。

由此可見，在本地區(qū)的未知區(qū)域開展找礦工作時，建議利用長剖面高密度電法技術(shù)，同時輔助開展大比例尺激電剖面及高精度重力工作，精細查明具有極低阻電性特征的雙鷹山組地層分布范圍，尋找高低阻過渡區(qū)域中賦存的“界面型”銅多金屬礦體，從而達到間接找礦的目的。

4 ?結(jié)論

本文通過分析長剖面高密度電法中子剖面數(shù)據(jù)連接方法及反演數(shù)據(jù)質(zhì)量，結(jié)合新疆磁海某銅多金屬礦點中的地質(zhì)調(diào)查工作，得到了以下認識：

（1）對于子剖面連接過程中的重疊區(qū)數(shù)據(jù)，取兩次測量數(shù)據(jù)的平均值具可行性和有效性;對于數(shù)據(jù)空白區(qū)建議進行白化處理，避免影響地質(zhì)解譯成果?？偨Y(jié)了長剖面的數(shù)據(jù)處理方法，指導和規(guī)范了實際工作。

（2）不同數(shù)據(jù)質(zhì)量子剖面連接后的長剖面，在反演中不會因連接前子剖面RMS值偏大而出現(xiàn)發(fā)散或不收斂，也就是說數(shù)據(jù)質(zhì)量較差時對長測線多剖面連接處理仍然能得到與子剖面質(zhì)量相近的反演結(jié)果。

（3）通過具體應用實例表明，長剖面的高密度電法剖面能更加直觀、全面的分析長測線范圍內(nèi)的地層電性變化趨勢和異常分布特征，有利于控制子剖面測量邊界的異常形態(tài)，在實際應用中取得了良好的效果。因此，長剖面高密度電法技術(shù)在淺部地質(zhì)礦產(chǎn)詳查工作中具有一定的應用空間。

致謝：感謝新疆地質(zhì)調(diào)查院物探分隊的數(shù)據(jù)采集工作支持和各位審稿專家對本文提出的寶貴意見和建議。

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Abstract： In this paper， the high density resistivity method is introduced into the detailed survey of a copper polymetallic ore site in the cihai area of Xinjiang， and the high resolution data of long survey lines are obtained by using the long-section survey technology. The feasibility of sub-section connection method is verified by studying the RMS value of resistivity measurement with different data quality. The specific process of long-section is standardized， which provides important guidance for practical work. The practical application shows that the method can distinguish the electrical structural characteristics of the Shuangyingshan Formation of Lower Cambrian， which is closely related to mineralization in the depth range of 0-180m in the mining area， and then guide the development of surface prospecting engineering to achieve the goal of shallow indirect prospecting. The application results show that the method is effective in the exploration of non-ferrous metal deposits and can meet the requirements of detailed exploration of non-ferrous metal deposits.

KeyWords：High density resistivity method;Long-section survey;Subsection connection method; Different data quality; Regional electricity analysis