偶极装置的激电异常

原则上讲，电阻率法的各种电极装置都可用于激电法，不过这些装置在激电法中的特 点和效能各不相同，故应根据激电法的地质任务、工区地电条件和仪器、设备情况，合理 选择装置类型。现对激电法中几种常用装置的特点和效能作些对比性的讨论，以供选择装 置时参考。
（一）中间梯度装置
中间梯度装置简称中梯装置。中梯装置的一个主要优点是，敷设一次供电导线和供电 电极A与B，便能在相当大的面积上测量，特别是还能用几台“远点启动”的接收机同 时在该面积上观测，因而具有较高的生产效率。此外，它在A与B间的中间地段测量，接近水平均匀极化条件，所以对各种形状、产状和相对导电性的极化体均可得到相当大的 异常，而且异常形态较简单，易于解释。由于该装置供电极距大，这导致它有两大缺点： (1)由于要求较大的供电电流强度，这使得它的装备比较笨重；(2)电磁耦合干扰较强。但后 者在时间域观测中选用几百毫秒或更长的延时可有效地降低这种干扰，所以在时间域激电 方法中，中梯装置应用最广。特别在矿化背景上，划分良导富集矿带和确定矿化体走向长 度等效果尤为突出。
（二）联合剖面装置
联合剖面装置简称联剖装置，能得到两条ηs曲线，将两条（ηAS和ηBS）曲线配合起来 作推断解释，能较准确确定极化体位置（根据“反交点”）和判断极化体倾向。但联剖ηs 曲线较复杂，对相邻极化体的分辨能力较差，且对近地表小极化体的干扰反映较灵敏，地 形对异常的畸变也较明显和复杂。此外，从工作方法和技术看，电极距对联剖异常的影响 较大，恰当地选用电极距对联剖装置很重要，有时甚至需要几种电极距作测量，这会使生 产效率降低；联剖需要敷设一条“无穷远线”，这不仅使装置笨重，生产效率低，而且电 磁耦合干扰问题较大。故联剖不用作普查找矿的基本装置，仅在详查中为解决特定问题（如确定极化体位置和产状等），才在少数剖面上布置激电联剖测量，而且多在时间域激电 法中采用。
（三）对称四极测深装置
激电法中经常遇到水平宽度和走向长度都有限的局部极化体，激电测深通常只能提供 极化体埋深的资料。利用激电测深确定局部极化体的下延深度和电参数，目前尚无有效方 法。当地电断面较复杂（如断面中存在两个或多个相邻近的极化体），其他装置对异常的 分辨能力很差时，布置剖面性的激电测深，并绘制ηs等值线断面图，能较好地反映断面 中极化体的分布和产状。在实际生产中，一般只在已发现异常的中心布置个别激电测深点（常作十字测深，即A与B分别沿异常走向和垂直异常走向布极，作两次测深观测），主 要任务是确定极化体埋深和判断极化体与围岩的相对导电性。此外，在激电找水工作中，经常使用测深装置。
激电测深装置的电磁耦合干扰也比较严重，故很少用于频率域测量。
（四）偶极装置
偶极装置的激电异常幅度较大，对覆盖层的穿透能力较强。在采用多个偶极间隔系数工作时，兼有剖面法和测深法双重性质，对极化体形状和产状的分辨能力较强。此外，在 各种电极装置中，这个装置的电磁耦合干扰最小。
偶极装置的缺点是：异常形状较复杂，常需用多个偶极间隔系数作测量，绘出拟断面 图，异常才便于解释。在用同样大的电极距工作时，它要求的供电电流较大。此外，在野 外工作中，需要逐点移动供电电极A与B。这些都使偶极装置的生产效率较低和成本 较高。
在我国，偶极装置主要用于电磁耦合问题比较突出的频率域激电法。

本章收录新疆东昆仑维宝铅锌矿、海南后万岭铅锌矿、新疆彩霞山铅锌矿、云南核桃坪铅锌铜多金属矿、广西佛子冲铅锌矿及黑龙江下嘎来奥伊河铅锌矿6个铅锌矿床物化探勘查案例，重点介绍了物探化探方法技术在矿床勘查不同阶段运用的工作方法及其优化组合的方法手段、综合解释推断方法技术、工作经验和成果及其找矿效果。
在铅锌矿床勘查中，物探化探勘查方法如水系沉积物测量，岩石、土壤测量，磁法测量、激电中梯测量、CSAMT测深等都是有效的方法。通常采用化探、磁法或激电中梯扫面，发现矿化有关的异常，继而运用激电测深、CSAMT测深等组合方法，研究矿(化)带(体)埋深、形态和规模。
维宝铅锌矿找矿勘查是在1∶20万区域化探(水系沉积物测量)发现了地球化学异常区带后，采用1∶5万化探圈定出以Cu、Pb、Zn、Ag为主成矿元素，伴生W、Sn、Mo、Sb等组合异常，进一步开展1∶1万岩石地球化学剖面测量。经地质路线追索、地质填图、槽探揭露、钻探验证等异常查证工作，完成了对维宝铅锌矿普查评价。
为查明后万岭铅锌矿矿区内1∶1万土壤铜铅锌综合异常，扩大该矿区的资源储量，首先采用1∶1万激电中梯装置开展面积测量，圈定矿化带。然后，为了查明矿化带的埋藏深度及空间赋存状态，穿过矿化带布置CSAMT测深剖面，成功地圈定了隐伏的硫化物金属矿(化)体。
彩霞山铅锌矿区地球化学勘查方法主要采用了1∶20万、1∶5万、1∶1万岩屑地球化学测量。在区域化探综合异常分布区，采用1∶5万岩屑测量，进一步圈定找矿靶区。在找矿靶区，采用1∶1万～1∶2万大比例尺化探与重力测量对异常进行查证，总结出“富镁碳酸盐岩(有利岩性)建造+Pb－Zn－Ag－As－Sb元素异常+重力高异常”套合的找矿模式。在彩霞山矿带及其深部开展找矿勘查中，利用矿床原生晕测量的元素组合、元素分带及其浓集叠加关系，能很好地判别深部找矿的方向，取得了明显的找矿效果。近年来，中天山东段的星星峡一带，在1∶5万岩屑测量成果基础上，通过异常查证，先后发现了中型规模的沙泉子、宏远等铅锌矿和多处铅锌矿化线索，有效地圈定了与彩霞山矿带特征类似的铅锌矿带。
核桃坪矿集区铅锌铜多金属矿勘查中，1∶5万区域物化探工作，发现并圈定了金厂河、核桃坪、打厂凹、黑岩凹、黄家地、上厂、陡崖等一批物化探综合异常。在重点矿段，运用1∶1万物化探方法技术，对矿体进行了定位和定性预测。磁法测量成果初步确定了磁性体的倾向、倾角、厚度和顶部埋深。直流激电(中梯、对称四极、偶极等装置)在矽卡岩型铅锌多金属矿体上出现明显的低阻、高极化异常。激电中梯测量结果表明，在推测的磁性体部位有一视充电率异常与之对应。对称四极测深结果显示，存在一向北西倾的低阻高极化体，与推测的磁性体相吻合。由此推断磁异常与强激电异常相吻合，实为同一矿体引起。土壤地球化学测量结果表明，中、高温元素异常出现在地下中深部，低温元素异常在地表表现较为发育。岩石地球化学测量结果与磁异常相对应，主要元素Pb、Zn、Cu、Ag、Cd等彼此套合，且具有明显的分带性。根据化探与磁异常圈定出了铅锌铜铁多金属矿化范围。磁法、激电、地球化学测量等多种方法的合理运用，对该区寻找隐伏多金属矿起到了重要作用。在物化探异常区布置的钻探工程大多见矿。
在佛子冲铅锌矿区，激电异常是一种特殊的找矿标志。采用激电中梯扫面，取得的激电异常与该区成矿地质条件和矿化特征密切相关，有显著的找矿效果。在拟布孔地段布置综合研究剖面，组合激电测深、CSAMT、高精度磁测和化探等综合方法，对异常进行综合研究、定量解释，使找矿取得了突破。
下嘎来奥伊河铅锌矿主要为化探发现。采用1∶5万水系沉积物测量，圈出了下嘎来奥伊河上游HS－18号综合异常，为该区铅锌普查找矿提供了准确靶区。在HS－18号化探综合异常的核心地段，部署1∶2万土壤测量和1∶5千土壤测量。土壤测量结果表明，在大面积弱异常中有规律地分布有高含量单点异常，推断这些高含量单点异常由矿化引起。因此，将测区内土壤中Pb、Zn高值异常作为寻找铅锌矿化的直接指示标志，划分出测区中北部铅锌异常带和中西部钼异常带。1∶2万高精度磁测结果圈定出27处局部高磁异常和推断出8条断裂。经钻探证实由磁法圈出的C－01到C－08等8个磁异常多为矿致异常，C－09磁异常也已见矿。在测区北部开展激电中梯扫面测量，发现6个极化率异常中J2、J5异常具有明显的找矿价值。采用激电测深和激电复合联剖测量，圈出3个低阻、高极化体。其中4线上验证孔———ZK405已见矿，与激电测深获得的ηS异常曲线出现的两个饱和值区相对应，从45～78m见厚33m的铅锌矿体，从88～155m见27m厚铅锌矿和磁铁矿，与推断矿体顶端埋深分别为47m、85m仅有2～3m的误差。通过对矿区部分物化探异常的验证，已发现和圈定矿体19条，其中铁矿体11条，铅、锌矿体8条，获得达中型规模的铅锌银矿床。

（一）装置特点及拟断面图的绘制方法

1.装置特点

这种装置的电极排列特点是：供电电极AB和测量电极MN均采用偶极并分开有一定距离,由于4个电极都在一条直线上,故又称轴向偶极。偶极装置常取OO′中点为记录点（其中O为AB的中点,O′为MN的中点）,电极距OO′＝（n+1）α,如图2-13所示。通常偶极-偶极装置都采用多个极距的测量,即供电和测量偶极长度保持相同（AB＝MN＝α）,逐个改变偶极间隔系数n（一般n＝1,2,3,…,6）进行观测。所以,偶极-偶极装置兼有剖面法和测深法的双重性质,其观测结果除可绘制成剖面曲线外,更多的是表示为拟断面图。

图2-13 偶极装置及拟断面图的绘制方法图示

2.拟断面图的绘制方法

如图2-13所示,以供电偶极AB之中点O和测量偶极MN之中点O′的连线长度为底边,作等腰三角形,取直角顶点为记录点,并将此时之P_s值标在旁边。当改变电极距（简单说,改变n）时,按同样方法又可画出同一测点不同n值的直角顶点,依次将每一测点不同n值的直角顶点均画到图纸上,并同时标出相应的P_s值,便可按一定间隔勾绘P_s的等值线。一般来说,随着极距的加大,探测深度也加大。故这种图件的上部反映浅部情况,下部反映深部情况。

偶极装置在我国主要用于频率域激电法,所以这里着重介绍频率域视激电参数的异常形态。我国常用的频率域视激电参数为视频散率P_s。20世纪80年代初期,研制和引进了相位激电仪,开始在频率域激电法中研究新的参数——视相位φ_s；近几年又研制和引进了频谱激电系统,使视复电阻率频谱ρ_s（iω）成了新的研究对象。

（二）偶极装置的激电异常

图2-14给出了低阻水平、倾斜、垂直板状体和水平圆柱体上偶极装置的视频散率P_s拟断面图。这是导电纸模拟的结果,模拟参数见插图说明,它表明围岩是不极化的,而低阻极化体的频散率

电法勘探技术

从图2-14可看到,在不同形状和产状的极化体上,P_s拟断面图有很大差别。低阻水平板状极化体的P_s拟断面图之高值等值线对称地位于极化体两侧下方,呈八字形分布。当一个偶极（AB或MN）位于远处,另一个偶极（MN或AB）位于极化体正上方,对极化体作水平极化（即沿延伸方向极化）时,得到最大的激电异常。低阻倾斜板状极化体的P_s拟断面图具有不对称形状,主异常的倾斜方向与极化体的倾向相反,极化体位于主异常等值线簇的上端附近。P_s异常极大点位于极化体下盘。对此可做如下解释：该点对应的供电和测量偶极（中心在O₁和O₂）的电流线均沿长轴通过极化体,而对于低阻极化体这正是最佳极化耦合位置,故激电异常最大。低阻直立板状极化体拟断面图的P_s高值等值线对称地位于极化体中心附近,并近于呈三角形。对于各个电极距（n＝1,2,…,8）,均为装置中心位于极化体正上方（供电和测量偶极对称地位于极化体两侧）时,取得异常极大值。因为此时地下一次场电流线均近于沿长轴（即铅垂方向）或与长轴成较小交角通过极化体,成为最佳极化耦合状态。水平圆柱状极化体的P_s拟断面图呈“背斜”形式,其“轴部”（异常中心）大致在极化体中心附近。

图2-14 偶极装置在不同形状和产状二维低阻极化体上的P_s拟断面图（导电纸模拟结果,引自青海物探队）

围岩电性：ρ1（f_D）＝1,ρ₁（f_G）＝1,即P₁＝0；极化体电性：ρ₂（f_D）＝0.1,ρ₂（f_G）＝0,即P₂→∞。极化体的断面形状已绘在相应的拟断面图上

对高阻极化体的模拟结果表明,高阻直立板状极化体和低阻水平板状极化体的P_s拟断面图异常形态相同；而高阻水平板和低阻直立板的异常形态相似；高阻倾斜板的异常形态则与反向倾斜的低阻板的异常形态差不多；至于高阻圆柱状极化体,其异常形状基本上与低阻圆柱状极化体的异常形状相同。以上不同导电性和不同产状极化体的激电拟断面图异常形状的相似性,可归纳为所谓“拟断面图异常的正交特性”,即高阻板状极化体和与之正交的低阻板状极化体的激电拟断面图异常形态相同；对于等轴状截面的水平圆柱体则是“自正交”,即高阻和低阻极化体的激电异常形态彼此相同。

图2-15给出了一个体极化球体上,频率f＝1Hz时,不同偶极间隔系数（n）的偶极装置相位φ_s剖面曲线和拟断面图。它是对半空间条件用高级近似算法获得的。可以看出,φ_s剖面曲线在偶极间隔小（n＝2）时,于球心正上方有φ_s（负值）的单峰主极值,两侧出现异性次极值。虽然对视激电相位φ_s来说,极化体正上方的主极值为负值。但我们仍按常规激电法的习惯称其为“正异常”；同样,还将其两侧的反相异常称为“负异常”。随着偶极间隔增大（n＝4）,异常幅度变大,范围变宽；但当偶极间隔很大（n＝8）时,球上出现双峰,且主极值幅度略有减小。

图2-15 体极化球体上偶极装置的视相位φ_s剖面曲线和拟断面图

球体参数：r₀＝5,h₀＝6,ρ₂₀＝10Ω·m,m₂＝0.6,c₂＝0.25,τ₂＝1s；围岩参数：ρ₁₀＝10Ω·m,m₁＝0.04,c₁＝0.25,τ₁＝0.1s；偶极长度α＝2；频率f＝1Hz。拟断面图中实线为“正异常”等值线；虚线为“负异常”等值线；点划线为“零异常”等值线；点线为球体断面

φ_s拟断面图上“正异常”区的等值线基本上成“背斜”形状,异常中心与球体位置吻合甚好；两侧的“负异常”区等值线大体成八字形。由于围岩极化,存在大约－4mrad的背景。为突出异常特征,在图中φ_s＝－4mrad的等值线用点划线绘出,表示“零异常”线；并将绝对值大于和小于4mrad的等值线分别绘成实线和虚线,以分别表示“正异常”和“负异常”。可以看出,球体φ_s拟断面图的异常特征,基本上与图2-14中也呈圆形截面的水平圆柱状极化体的P_s拟断面图的异常特征相同。