RES2DINV在柬埔寨馬德望省Phnom Prek金礦區(qū)激電測深反演中的應用

姜鴻，路利春，張佩，李隴鋒，劉俊先，謝凡

（1.北京中礦大地地球探測工程技術有限公司，陜西 西安 710065；2.陜西地礦第二物探綜合大隊有限公司，陜西 西安 710016；3.中國地震局第二監(jiān)測中心，陜西 西安 710054；4.甘肅省地礦局第二地質礦產勘查院，甘肅 蘭州 730020；5.陜西地礦漢中地質大隊有限公司，陜西 漢中 723000）

0 引言

大功率激發(fā)極化法具有探測深度大、經濟、快捷等優(yōu)點，近年來在金屬礦產勘查中廣泛應用，特別是在尋找隱伏礦和深部礦的新一輪地質找礦中發(fā)揮了重要作用并取得了良好的找礦效果（李金銘，1996；李建全等，2015；劉建權等，2020）。大功率激發(fā)極化法常用裝置類型有激電中梯和激電測深兩類，其中激電中梯測量可以在成礦有利區(qū)快速、高效地圈定出高極化異常，進而結合地質資料圈定出找礦靶區(qū)。在激電中梯工作基礎上開展激電測深剖面測量可以對異常在縱向上進行剖析，從而開展有效的開展成礦預測。

然而在激電測深剖面成果圖件的編制中，大家常用視極化率和視電阻率參數(shù)繪制擬斷面圖來進行異常評價和解釋，該方法常把縱坐標以 AB/n 轉換并表達，其異常位置和形態(tài)不能有效地反映地下地質模型。本文通過一系列的數(shù)據(jù)格式轉換，將常規(guī)激電測深數(shù)據(jù)轉換為瑞典高密度數(shù)據(jù)處理軟件RES2DINV可執(zhí)行反演的數(shù)據(jù)格式，該程序可加載地形數(shù)據(jù)進行任何常規(guī)裝置的直流電法勘探數(shù)據(jù)反演（視電阻率和視極化率），獲得地下介質電阻率和極化率參數(shù)的二維分布特征（祁曉雨等，2008；李園園和楊生，2015）。程序采用強制平滑的最小二乘法反演技術，計算過程全自動化，無需提供初始模型，可將測深點的視電阻率和視極化率轉換為反映地電斷面模型的本征電阻率和本征極化率參數(shù)，從而反映更真實的地電模型，應用效果更佳。

1 礦區(qū)地質概況

1.1 礦區(qū)地質

柬埔寨馬德望金礦區(qū)行政上屬于柬埔寨馬德望省布農伯樂（Phnom Prek）縣，位于柬埔寨西北部丘陵區(qū)，海拔標高多在110～330 m之間，西臨泰國。馬德望金礦區(qū)大地構造位置處于柬埔寨東部印支地層區(qū)思茅-大叻陸塊，印支地層區(qū)西界為瀾滄江-清萊-勞勿結合帶，北東界為金沙江-哀勞山-馬江結合帶，整體向東南呈扇形展開。礦區(qū)位于印支成礦省思茅-大叻鐵銅鉛鋅金鋁鉀鹽成礦帶。

馬德望金礦區(qū)出露地層主要有巖屑砂巖、硅質巖、灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r和砂礫巖（圖1）。巖屑砂巖主要出露于礦區(qū)中東部，地層整體展布方向呈北東向，地表風化覆蓋較大，見有零星分布的巖石露頭，在石頭山東部人工露頭處的產狀為70°∠51°，在雙硐采坑南東方向的人工露頭亦可見與硅質巖的接觸界線，與下伏硅質巖呈整合接觸。硅質巖呈帶狀出露于灰?guī)r頂部層位，出露于臺灣山、望寺山及石頭山山腳處，分布形態(tài)具帶狀環(huán)繞特征，在望寺山-石頭山東側處地層產狀為70°∠51°，巖石呈灰白色，隱-微晶結構，塊狀構造。灰?guī)r主要出露于臺灣山及石頭山山梁處，在望寺山及礦區(qū)周邊地勢較高地段均勻出露，整體呈北西-南東向展布，地表出露寬度約20～70 m。生物碎屑巖石主要出露與菠蘿蜜向斜東翼，巖石呈淺灰色，生物碎屑結構，層狀構造，主要成分為方解石，巖石中可見大量生物碎屑，主要為海百合徑，橫斷面呈圓形，直徑約1～2 cm。砂礫巖石主要分布于工區(qū)東部菠蘿蜜一帶的坡頂，巖石呈灰綠色，致密堅硬，砂礫狀結構，塊狀構造，雜基主要為礫石和粗砂，礫石呈次棱角狀，礫石粒徑介于5 mm至數(shù)十厘米不等。礦區(qū)內與成礦（化）有關的地層主要有灰?guī)r和砂礫巖。

圖1 柬埔寨馬德望省Phnom Prek金礦區(qū)地質圖（修改自王玉正等，2019①）

礦區(qū)出露的巖漿巖為中酸性深成巖巖脈，出露于臺灣山東側山坡處，沿F1斷層帶分布，整體走向近南北向，出露面積0.008 km2，長350 m，寬80 m。主要巖性有閃長巖、花崗閃長巖，二者呈漸變過渡關系。區(qū)內變質巖為接觸變質作用形成的大理巖，分布于巖體兩側的臺灣山及望寺山。采礦平硐內的大理巖見蛇紋石化蝕變作用，蛇紋石呈條帶及團塊狀斷續(xù)分布。

礦區(qū)內的斷裂構造主要可分為北西-南東向及北東-南西向構造。北西-南東向構造為成礦構造，為成礦物質的的運移、富集提供空間；北東-南西向構造為破礦構造，基本垂直礦體，對礦體有一定的破壞作用。主要構造帶有臺灣山一帶的F1斷裂構造帶、大水坑F2斷裂構造帶、菠蘿蜜F3斷層。礦區(qū)內向斜主要分布于菠蘿蜜一帶，核部走向70°，西翼巖層傾向介于84°～137°，傾角63°～78°，由核部向翼部巖性為砂巖-硅質巖-灰?guī)r；東翼產狀315°∠70°，由核部向翼部巖性基本與西翼相同，但地表覆蓋較大，硅質巖出露較少。

1.2 礦體特征

區(qū)內礦體主要分為3個大的礦段，分別為臺灣山礦段、望寺山礦段和石頭山礦段。

臺灣山礦段為礦山目前正在開采的礦段，由KT1、KT2號礦體組成，兩條礦體大致呈平行關系，距離較近，地表露頭礦體近乎直立，出露標高274 m，總體走向為東西向，西端有向北變化的趨勢。礦石類型為密集浸染狀的塊狀硫化物礦，黃鐵礦含量可達80%以上，另外還含有少量黃銅礦、方解石、石英等。礦體圍巖均為純白色大理巖，大理巖外圍為閃長巖和花崗閃長巖，大理巖呈捕擄體產于閃長巖中。

望寺山礦段緊鄰臺灣山，由KT3、KT6號礦體組成，礦體主要產于大理巖中，目前有當?shù)孛癫晒こ踢M行開采，地下原生礦石同樣為密集的塊狀硫化物。根據(jù)地表出露情況，在民采硐口（D082地質點）測得礦體產狀310°∠75°，沿地表追索可見地表采坑，根據(jù)采坑分布情況，礦體總體上走向變化較大，礦體地表出露的寬度約3～5 m，露頭氧化呈蜂窩狀，可見石英脈。根據(jù)地表位置推斷礦體與臺灣山礦段為同一礦體，后期F1斷裂構造將礦體錯斷，整體呈右行的趨勢。

石頭山礦段礦體產于灰?guī)r中，由KT4、KT6號礦體組成，地表民采活動頻繁。根據(jù)民采坑的分布確定礦體總體走向140°，傾角60°～80°，局部走向變化明顯，根據(jù)民采豎井布置位置和向當?shù)氐V工搜集資料，礦體總體傾向向東，礦體厚度1～3 m。地表氧化礦露頭較好，礦石呈現(xiàn)強烈的褐鐵礦化，產于灰?guī)r中，形態(tài)不規(guī)則，細脈和透鏡體較發(fā)育，寬度20～50 cm。

2 地球物理特征

對工作區(qū)內出露的主要巖石和礦石進行面團法物性參數(shù)測定，電性參數(shù)統(tǒng)計結果見表1。

表1 Phnom Prek金礦區(qū)巖礦石電性參數(shù)統(tǒng)計表

根據(jù)上表可知，工作區(qū)大理巖具有高阻低極化特征；砂巖具有中、高阻低極化特征，其電阻率特征因巖石風化程度不同而區(qū)別較大；花崗閃長巖具有低阻低極化特征；灰?guī)r具有高阻低極化特征，其電阻率值最高；金礦（化）石具有典型低阻高極化特征，其極化率參數(shù)與所含黃鐵礦呈非線性正相關。非礦（化）巖石視極化率值均小于2.0%，而礦（化）巖石視極化率值遠大于2.0%，礦與非礦具有明顯的電性差異，通過拾取極化率(ηs)異?？砷g接勘查出與金相關的硫化物富集區(qū)。

3 工作方法及數(shù)據(jù)處理

3.1 工作方法

激發(fā)極化法利用巖（礦）石的激發(fā)極化效應差異進行礦產勘查，其基本原理是在人工電場作用一定時間后，斷去人工電場，在測量電極間觀測到隨時間衰減的二次電場特征（汪玉瓊，2008；張東風等，2010；劉建權等，2020）。激發(fā)極化法利用不同巖石、礦石導電性以及物理和電化學活動性差異來尋找硫化物型金屬礦，直流激電測深法在金屬礦找礦方面應用廣泛，且取得很好的勘查效果（隨啟發(fā)等，2010；張東風等，2010；向啟安和楊天春，2011；何鵬等，2018；朱俊等，2018；張文雨和胡浩，2021）。鑒于工作區(qū)勘查對象為硫化物型金礦體，具有良好的激發(fā)極化效應，可通過激電中梯測量快速拾取區(qū)內視極化率(ηs)異常來圈定成礦有利靶區(qū)。在重點異常區(qū)布置對稱四極測深剖面，為提高勘查的精度，本次對稱四極測深測量采用密極距模式進行，電極排列方式如表2所示。

表2 激電測深供電極距序列

儀器采用重慶地質儀器廠出品的DJF10-2A型大功率激電發(fā)射機、DJS-9型激電接收機、DZ10-1整流電源。儀器參數(shù)設置為：供電周期32 s，斷電延時150 ms，第一取樣窗口寬度為40 ms。記錄參數(shù)包括測量電位差Vp，供電電流I。

施工過程中盡量減小接地電阻率，增加供電電流以提高信噪比，測量過程中使用大電流供電，增加供電電極數(shù)量，測量數(shù)據(jù)重復性好，觀測的一次電位差Vp>10 mV，保證測量精度。

3.2 數(shù)據(jù)處理

從接收機和發(fā)送機導出視極化率M1、M2、M3、M4和一次電位差Vp及其供電電流I，計算出裝置系數(shù)K值，利用公式ρs=Vp·(K/I)，計算出視電阻率值(ρs)，在此基礎上整理每條測線的數(shù)據(jù)，從而可以制作視極化率(ηs)和視電阻率(ρs)平剖圖。測深剖面則通過數(shù)據(jù)格式轉換插件進行數(shù)據(jù)格式轉換，再加入測線地形數(shù)據(jù)，使其符合利用RES2DINV反演軟件的要求。利用RES2DINV反演軟件打開符合要求的數(shù)據(jù)文件，并進行最小二乘法擬合反演，該軟件采用強制平滑的最小二乘反演算法，計算過程全自動化，無需提供初始模型，反演過程中顯示計算值與測量值的誤差，實現(xiàn)將視參數(shù)轉換為地電斷面模型的本征電阻率和本征極化率，從而有效制約地形起伏對異常形態(tài)及埋深的干擾（阮百堯等，1999；劉海飛等，2007；葛為中等，2009；李長偉，2012；韋乙杰和袁忠明，2013；劉德斌和韓麗，2015；孫仁斌等，2017）。

本次野外數(shù)據(jù)采集裝置類型選取為四極測深，跑極方式為密極距測量，通過適當?shù)霓D換即可將這種較稀疏的探測數(shù)據(jù)轉換為高密度測量數(shù)據(jù)體的一部分，這便可以執(zhí)行RES2DINV的數(shù)據(jù)處理功能。數(shù)據(jù)格式轉換為溫納-施倫貝爾排列，單位電極距選取1.0 m，MN最大值為40，顯然沒有超過單位電極距的150倍，最大間隔系數(shù)為9.5，未超過上限48。

4 異常特征及解釋推斷

礦區(qū)內取ηs=2.20%為異常下限圈定異常，分別于區(qū)內臺灣山礦段、望寺山礦段和石頭山礦段各圈定一個帶狀異常，針對每個異常施測測深剖面，平面異常特征及測深剖面布置情況（圖2）。臺灣山ηs1異常位于剖面位置JP2-JP22線間約20～30號點之間，異常分布呈直角帶狀，異常長約560 m，寬約30～80 m，ηs極大值為3.24%。異常中心與地表圈定礦（化）體大致位置吻合，初步推測該異常為礦（化）致異常。在該礦段共布置L1、L2、L3和L6四條剖面共24測深點，剖面與礦體走向大致垂直，點距為20 m。

圖2 工作區(qū)視極化率ηs異常平剖圖（底圖修改自王玉正等，2019①）

現(xiàn)階段只完成臺灣山礦段的工程驗證情況，故本文以臺灣山礦段L1和L3測深剖面為例進行分析說明。圖3給出了L1剖面視極化率和視電阻率擬斷面圖的異常特征，由圖可見40號點附近為低阻高極化特征，極化體產狀較陡，異常極大值位于AB/2為180 m處，異常等值線下延封閉狀，應為引起異常的高極化體下延有限的反應。剖面數(shù)據(jù)轉換為適合RES2DINV反演程序的文件格式，進行二維反演，反演結果如圖4所示。

圖4和圖3對比可以看出，反演后ηs異常整體向60號點偏移，異常中心上移，產狀變化不大，電阻率反演斷面圖顯示低阻被高阻包圍在中淺部。

圖3 L1號測深剖面視極化率ηs（a）和視電阻率ρs（b）擬斷面圖

圖4 L1號測深剖面極化率（a）和電阻率（b）二維反演斷面圖

圖5給出了L2剖面極化率和電阻率反演斷面圖，ηs異常向右陡傾，下延深度較大，呈半封閉狀，ρs呈低阻通道狀，應為成礦有利環(huán)境的反映，電阻率反演斷面圖左下角為高阻大理巖體的反映，右上角電阻率值更高應為大理巖破碎體的反映。

圖5 L3號測深剖面極化率（a）和電阻率（b）反演斷面圖

上述剖面反演處理中，采用5次迭代完成，極化率的RMSE一般小于0.5%，電阻率的 RMSE小于10%，完成圖像反演后，可加載地形顯示反演圖像后將數(shù)據(jù)導出為INV格式，用Surfer成圖之后另存為dxf格式，轉換為MapGIS格式文件進行編輯處理。

5 工程驗證情況

利用反演結果結合地質資料進行定性及半定量分析，甲方及時組織施工隊對臺灣山礦段異常進行硐探驗證工作。

圖6給出了L1測線地質物探綜合剖面，推測礦體為囊狀體，中心位于60號測深點以下，標高約為250 m處，囊狀體下部邊界標高約為220 m，地表礦體產狀近直立，向下有向右側緩傾并富集的趨勢。該處施工4個平硐PD245、PD230、PD218和PD204以揭示異常，其中PD245和PD230均見理想礦體，PD218見礦厚度變小，PD204僅見微弱礦化，說明礦體在230 m標高往下厚度逐漸變小，甚至尖滅。硐探結果表明大理巖為閃長巖體的捕擄體，礦體分布于閃長巖與大理巖接觸帶外帶，礦體在地表僅見氧化露頭，為含金土狀褐鐵礦氧化礦石，氧化礦下部為塊狀含金硫化物礦體，主要分布于測深點60號點以下約240～250 m處，礦體由KT1和KT2兩條礦體組成，相距約7 m，KT1礦體長約23 m，寬約 7 m，KT2礦體長約85 m，寬約13 m，礦體呈囊狀。該結論與測深反演推測礦（化）體特征高度吻合，說明該區(qū)應用RES2DINV反演以減小由于地形起伏變化而引起異常位置和埋深的誤差是可行的，達到較理想的應用效果。

圖6 L1號綜合地質物探剖面圖

圖7給出了L3測線地質物探綜合剖面，推測礦體在近地表左傾，下延方向有向右倒轉陡傾的趨勢，下延深度較大，推測礦體厚度較小。該異常處218中段施工平硐，在剖面40號測深點下部見礦，礦體厚度約2.34 m，陡傾，與推測礦體位置相距僅6 m。

圖7 L3號綜合地質物探剖面圖

經平硐PD245、PD230、PD218和PD204驗證，反演結果均與硐探揭示吻合較好。

6 結論

（1）區(qū)內異常與目標礦體對應關系較好，呈非線性正相關，非礦異常的假性干擾因素不多，利用臺灣山礦段礦與異常的的對應關系，可大膽驗證望寺山和石頭山礦段異常。

（2）臺灣山礦段礦體走向上呈串珠狀分布，局部異常高處金礦體富集更優(yōu)，呈囊狀，向下延伸有限，自西向東礦體有厚度變小、下延深度變大的趨勢。

（3）利用RES2DINV軟件進行二維反映可將測深點的視電阻率和視極化率轉換為地電斷面模型的本征電阻率和本征極化率，能得到模型體深度，消除二維地形影響，減少地形假異常誤導。

注釋

①王玉正，施健康，謝凡，王亞亞，吳軍平.2019.柬埔寨馬德望省Phnom Prek金礦區(qū)地質勘查報告[R].