CN104898169A - 一种激电法深部找矿方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种激电法深部找矿方法，该方法包括：采用二极装置激电法，用电流源给二极装置供电，得到浅部极化率η₁；再用电压源给所述二极装置供电，调整供电回路T时刻电流与0时刻电流的比值，使等式I(T)/I(0)＝1-η₁成立，消除浅部极化率η₁，测得深部极化体视极化率异常。本发明提供的二极装置激电法，具有深部探测能力，同时又能压制浅部矿化高背景干扰，凸显深部极化矿体异常。

Description

一种激电法深部找矿方法

技术领域

本发明涉及地球物理激电法(Induced Polarization Method，IP)找矿领域，特别涉及一种激电法深部找矿的方法。

背景技术

激电法是我国金属矿找矿的主力方法，但是近年来激电法找矿的成功率却在逐年下降。研究其原因，主要是激电法找矿深度偏浅(几十米至百米左右)，不适应找矿主体已进入500米-1000米深部找矿的需要。其次，虽然激电法是唯一能发现浸染型硫化矿床的方法，它的这个优点往往也带来缺点，即激电法对不够工业品位的矿化(黄铁矿化、碳质化、石墨化等)岩层也有灵敏反映。这样，造成了深部矿体异常受到浅部矿化带来的高背景干扰。在钻探验证激电法异常中，有不少钻孔打矿落空，异常是由浅部矿化不均匀造成的。

因此，加大激电法找矿深度，消除激电法深部找矿异常受浅部高背景的干扰，是激电法需要解决的课题。

发明内容

本发明针对激电法需要解决课题，提供一种激电法深部找矿方法，它与常规激电法相比，有较大的探测深度，它能自动压制浅部矿化高背景的干扰，凸显深部极化矿体的异常。

本发明的技术方案为提供一种激电法深部找矿方法，该方法包括：

采用二极装置激电法，用电流源给二极装置供电，得到浅部极化率η₁；

采用电压源给所述二极装置供电，调整供电回路T时刻电流与0时刻电流的比值，使等式I(T)/I(0)＝1-η₁成立，能够消除浅部极化率η₁，测得深部极化体视极化率异常，深部极化体视极化率异常由电压源供电时测得的二次电位及视极化率异常体现。

其中，I(0)为电压源供电时供电回路0时刻电流，I(T)为电压源供电时供电回路T时刻电流，η₁为浅部极化率。

本发明一实施例的进一步方面，用电流源给二极装置供电，得到浅部极化率η₁进一步包括：

使所述二极装置的供电电极与接收极之间的距离远小于待测深度；

采用电流源给二极装置供电，所述二极装置测得的极化率为浅部极化率η₁。

本发明一实施例的进一步方面，电压源供电二极装置时，通过一电流波形调整模块对供电回路T时刻电流与0时刻电流比值进行调节，使等式I(T)/I(0)＝1-η₁成立。

本发明一实施例的进一步方面，所述电流波形调整模块包括微处理器、D/A转换器、运算放大器及转换开关。

本发明通过电流源给二极装置供电，可以得到浅部极化率，采用电压源给二极装置供电，通过调整供电回路T时刻电流与0时刻电流的比值，使等式I(T)/I(0)＝1-η₁成立，从而测得深部极化体视极化率异常。本发明提供的二极装置激电法具有大深度探测能力，同时能压制浅部矿化高背景干扰，凸显深部极化矿体异常。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例的激电法深部找矿方法的流程图；

图2为本发明一实施例的电流源给二极装置供电获得浅部极化率的流程图；

图3为本发明一实施例的电流波形调整模块示意图；

图4为本发明一实施例的二极装置与常规中梯装置探测电流密度强度示意图；

图5为本发明一实施例的二极装置及常规中梯装置在探测同深度h处的电流密度强度比值曲线图；

图6为本发明一实施例的利用二极装置探测深部极化球体视极化率异常的示意图；

图7为本发明一实施例的激电法深部找矿系统示意图。

具体实施方式

为了使本发明的技术特点及效果更加明显，下面结合附图对本发明的技术方案做进一步说明，本发明也可有其他不同的具体实例来加以说明或实施，任何本领域技术人员在权利要求范围内做的等同变换均属于本发明的保护范畴。

如图1所示，为本发明实施例的激电法深部找矿方法的流程图，包括：

步骤S10：采用二极装置激电法，用电流源给二极装置供电，得到浅部极化率η₁；

步骤S20：采用电压源给所述二极装置供电，调整供电回路T时刻电流与O时刻电流的比值，使等式I(T)/I(0)＝1-η₁成立，能够消除浅部极化率η₁，测得深部极化体视极化率异常；深部极化体视极化率异常由电压源供电时测得的二次电位及视极化率异常体现。

其中，I(0)为电压源供电时供电回路0时刻电流，I(T)为电压源供电时供电回路T时刻电流，η₁为浅部极化率。

如图2所示，采用电流源给二极装置供电，得到浅部极化率进一步包括，

步骤S11：使所述二极装置的供电电极与接收极之间的距离远小于待测深度；

步骤S12：采用电流源给二极装置供电，所述二极装置测得的极化率为浅部极化率。

本发明一实施例中，电压源供电二极装置时，可通过一电流波形调整模块对供电回路T时刻电流与O时刻电流的比值进行调节，使等式I(T)/I(0)＝1-η₁成立。如图3所示，为本发明电流波形调整模块示意图，电流波形调整模块包括微处理器31、D/A转换器32、运算放大器33及转换开关34，其中，运算放大器包括一正运算放大器与一负运算放大器。电流波形调整模块调节电压源供电波形的斜率，达到供电电流波形关系为I(T)/I(0)＝1-η₁，该式反映的是浅部极化率η₁等于供电器中电流波形的变化率η，其中， ${\mathrm{\η}}_I=\frac{I\left(0\right)-I\left(T\right)}{I\left(0\right)}=\mathrm{\η}.$

下面以一实施例来说明二极装置比中梯装置有更大的探测深度，如图4所示，图4为本发明一实施例的二极装置与常规中梯装置探测电流密度强度示意图，为了便于分析，在分别采用二极装置及中梯装置测量时，使二极装置的供电点A与常规中梯装置的供电中点O(中梯装置供电点A、B的中点)，在相同深度h处二极装置供电点A下的电流密度强度为j_A ^(h)，中梯装置观测点A、B的中点O下的电流密度强度为j_O ^(h)，其中，j_A ^(h)与j_O ^(h)的比值可表示为：

$\frac{j_A\left(h\right)}{j_O\left(h\right)}=\frac{\sqrt{\frac{1}{h^4}+\frac{1}{{(L^2+h^2)}^2}-\frac{2}{h{(L^2+h^2)}^{3/2}}}}{\frac{L}{{({\left(\frac{L}{2}\right)}^2+h^2)}^{3/2}}}---\left(1\right)$

公式(1)的比值结果如图5所示，图5为本发明一实施例二极装置及常规中梯装置在探测同深度h处的电流密度强度比值曲线图，由图5可知，当供电点A、B的距离L与测量深度h满足L＝5h时，二极装置的供电点下在深度为h处的电流密度强度是常规中梯装置电极A、B中点O点下同深度h处的电流密度强度的4倍，当L>9h时，二极装置的供电点A极在测量深度为h处的电流密度强度是常规中梯装置A、B中点O下的电流密度强度的10倍以上，达到一个量级的增大。激电法系统是一个线性系统，随着深部电流密度的增大，极化效应线性增大，二极装置比中梯装置有更大探测深度能力。

下面以一具体实施例来说明采用电压源给二极装置供电，能够压制围岩(浅部)矿化极化率对深部矿化极化率的影响。具体分析过程如下：

如图6所示，图6为本发明一实施例的利用二极装置探测深部极化球体视极化率异常的示意图。图6中，A为二极装置供电电极的供电点，M为二极装置接收极的观测点，深部有一个极化球体，O为极化球体中心，h为极化球体中心距地面的深度，L为供电点A至观测点M之间的距离，其中，供电电极的另一极位于无穷远处(大于5h)，d为极化球体中心至供电点A的距离，r为极化球体中心O至观测点M的距离，r₀为极化球体半径，θ为r与水平线之间的夹角，ρ₁为围岩电阻率，η₁为围岩极化率，ρ₂为球体电阻率，η₂为极化球体极化率。

当用电压源在供电点A处给二极装置供电时，供电开始的瞬间，即t＝0₊，极化尚未形成，此时，供电电路的0时刻电流为

$I\left(0\right)=\frac{E}{R_i+R_L+R_D}---\left(2\right)$

式(2)中，E为电压源电压，I(0)为0时刻电流；R_i为电压源内阻；R_L为导线电阻；R_D为接地电阻。此时，观测点M的一次电位为

$U\left(0\right)=\frac{I\left(0\right){\mathrm{\ρ}}_1}{2\mathrm{\π}}[\frac{1}{L}+\underset{n}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{q}_n{Y}_n]---\left(3\right)$

其中，U(0)为一次电位；I(0)为0时刻电流；L为供电点A至观测点M之间的距离；ρ₁为围岩电阻率；q_n为围岩电阻率ρ₁与球体电阻率ρ₂相互作用参数；Y_n为二极装置与球体相关的几何参数；式(3)中的q_n及Y_n进一步表示为：

$q_n=2\frac{n({\mathrm{\ρ}}_2-{\mathrm{\ρ}}_1)}{n{\mathrm{\ρ}}_1+(n+1){\mathrm{\ρ}}_2}---\left(4\right)$

$Y_n=\frac{{r_o}^{2n+1}}{d^{n+1}{r}^{n+1}}p\left(\cos \mathrm{\θ}\right)---\left(5\right)$

其中，ρ₁为围岩电阻率；ρ₂为球体电阻率；n为0～∞的正整数；p(cosθ)为勒让德多项式。

当电压源供给二极装置供电至t＝T时刻，围岩与球体极化形成极化现象，围岩极化率为η₁，极化球体极化率为η₂，供电电极也产生极化电阻R_j，此时，流入大地的电流I(T)为

$I\left(T\right)=\frac{E}{R_i+R_L+R_j+R_D^{*}}---\left(6\right)$

$R_D^{*}=R_D/(1-{\mathrm{\η}}_1)---\left(7\right)$

其中，I(T)为T时刻流入大地的电流；E为电压源电压；为围岩极化时的接地电阻，R_j为电流流过供电电极与围岩时，供电电极的极化电阻；R_i为电压源内阻；R_L为导线电阻；η₁为围岩极化率。

进一步的，T时刻的总场电位U(T)为：

$U\left(T\right)=\frac{I\left(T\right){\mathrm{\ρ}}_1}{2\mathrm{\π}(1-{\mathrm{\η}}_1)}[\frac{1}{L}+\underset{n=0}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{q}_n^{*}{Y}_n]---\left(8\right)$

$q_n^{*}=2\frac{n({\mathrm{\ρ}}_2^{*}-{\mathrm{\ρ}}_1^{*})}{n{\mathrm{\ρ}}_1^{*}+(n+1){\mathrm{\ρ}}_2^{*}}---\left(9\right)$

其中，为围岩极化后的等效电阻率(极化围岩电阻率)，为球体极化后的等效电阻率(极化球体电阻率)，η₁为围岩极化率；为极化围岩电阻率与极化球体电阻率相互作用参数；Y_n为二极装置与球体相关的几何参数。

用总场电位减去一次电位得到二次电位U₂ ^v，如下公式所示：

${U_2}^v=U\left(T\right)-U\left(0\right)=\frac{I\left(0\right){\mathrm{\ρ}}_1}{2\mathrm{\πL}}[\frac{I\left(T\right)}{I\left(0\right)}\frac{1}{(1-{\mathrm{\η}}_1)}-1]+\frac{I\left(0\right){\mathrm{\ρ}}_1}{2\mathrm{\π}}[\frac{I\left(T\right)}{I\left(0\right)}\frac{1}{(1-{\mathrm{\η}}_1)}\underset{n=0}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{q}_n^{*}{Y}_n-\underset{n=0}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{q}_n{Y}_n]---\left(10\right)$

由式(10)可知，如果电压源供电电流I(T)/I(0)的比值等于(1-η₁)，即

$\frac{I\left(T\right)}{I\left(0\right)}=1-{\mathrm{\η}}_1---\left(11\right)$

式(11)中，I(T)为T时刻流入大地的电流；I(0)为T＝0时刻电流。根据公式(11)，公式(10)可消除围岩极化率η₁，得到深部极化球体的异常，即

${U_2}^v=\frac{I\left(0\right){\mathrm{\ρ}}_1}{2\mathrm{\π}}\underset{n-0}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\left[(q_n^{*}-q_n)Y_n\right]---\left(12\right)$

在式(12)的二次电位的表达式中，已消除了围岩极化率η₁的背景干扰，二次电位反映的是深部极化体(矿体)视极化率异常。

进一步的，根据式(8)、(11)、(12)可得电压源供电时深部极化体视极化率为：

${\mathrm{\η}}_s^v=\frac{U_2^v}{U\left(T\right)}=\frac{\frac{I\left(0\right){\mathrm{\ρ}}_1}{2\mathrm{\π}}\underset{n-0}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\left[(q_n^{*}-q_n)Y_n\right]}{\frac{I\left(T\right){\mathrm{\ρ}}_1}{2\mathrm{\π}(1-{\mathrm{\η}}_1)}[\frac{1}{L}+\underset{n=0}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{q}_n^{*}{Y}_n]}=\frac{\underset{n-0}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\left[(q_n^{*}-q_n)Y_n\right]}{[\frac{1}{L}+\underset{n=0}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{q}_n^{*}{Y}_n]}---\left(13\right)$

综上所述，激电法采用电压源给二极装置供电，只要知道围岩极化率η₁，调节电压源供电时供电回路T时刻电流与0时刻电流比值，使得等式I(T)/I(0)＝1-η₁成立，就能消除围岩极化率η₁的背景干扰，得到深部极化体(矿体)视极化率异常，该视极化率异常已不受围岩极化率η₁的影响。

下面以一实施例说明围岩极化率η₁的测量过程：

为实测得到围岩极化率η₁，采用电流源给二极装置供电，由于电流源为恒流源，其电流回路中的电流不变，则满足供电0时刻电流I(0)等于T时刻流入大地的电流I(T)，即I(0)＝I(T)，由于上述实施例已经叙述了极化率的计算过程，此处不在进行详细叙述，直接使用上述公式，根据式(8)及I(0)＝I(T)，可得恒流源供电条件下，T时刻的总场电压U^I(T)为：

$U^I\left(T\right)=\frac{I\left(0\right){\mathrm{\ρ}}_1}{2\mathrm{\π}(1-{\mathrm{\η}}_1)}[\frac{1}{L}+\underset{n=0}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{q}_n^{*}{Y}_n],---\left(14\right)$

其中，I(0)为恒流源供电时的0时刻电流，η₁为恒流源供电时的围岩极化率。

将该电流关系I(0)＝I(T)代入至式(10)，可得T时刻恒流源供电条件下的二次电位

$U_2^I=\frac{I\left(0\right){\mathrm{\ρ}}_1}{2\mathrm{\π}(1-{\mathrm{\η}}_1)}[\frac{{\mathrm{\η}}_1}{L}+\underset{n=0}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{q}_n*Y_n-(1-{\mathrm{\η}}_1)\underset{n=0}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{q}_n*Y_n]---\left(15\right)$

从而可得电流源供电时极化球体的极化率

${\mathrm{\η}}_s^I=\frac{U_2^I}{U^I\left(T\right)}=\frac{\frac{{\mathrm{\η}}_1}{L}+\underset{n=0}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{q}_n*Y_n-(1-{\mathrm{\η}}_1)\underset{n=0}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{q}_n*Y_n}{\frac{1}{L}+\underset{n=0}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{q}_n*Y_n}---\left(16\right)$

当接收极的观测点M距离供电电极供电点A的距离L足够小时，即L＜＜h,则式(16)中的分子、分母第二项可忽略不计，于是得到

${\mathrm{\η}}_s^I\≈\frac{\frac{{\mathrm{\η}}_1}{L}}{\frac{1}{L}}={\mathrm{\η}}_1---\left(17\right)$

由式(17)可得，采用电流源给二极装置供电时，令接收极距离供电电极非常近的情况下测得的极化球体的极化率即为实测得到围岩极化率η₁。这里所述的接收极距离供电极非常近的情况指的接收极与供电极之间的距离远小于极化球体距离地面的距离，本发明对其具体的接近程度并不做限制，只要使测量出的围岩极化率η₁满足一定的测量精度即可。

如图7所示，图7为本发明一实施例的激电法深部找矿系统示意图，通过一切换开关选择电压源或电流源给二极装置供电，首先将切换开关切换至1侧时，选择恒流源10对二极装置供电，接收机50测得的极化率为浅部极化率η₁，需要说明的是，供电点A与观测点M之间的距离应足够小，地面60为测量区，网格表示欲探测的深部矿区，网格以外的区域为围岩区。

接着，将切换开关切换至2侧，采用电压源20对二极装置供电，在电压源供电回路中接入霍尔电流传感器30，霍尔电流传感器30将供电回路中的电流波形转换为电压波形，接收机40测量霍尔电流传感器输出电压波形的变化率，该变化率反映的是电流波形的变化率η_I，

${\mathrm{\η}}_I=\frac{I\left(0\right)-I\left(T\right)}{I\left(0\right)}={\mathrm{\η}}_1---\left(18\right)$

(18)式与(11)式等效。

通过改变供电回路T时刻电流I(T)，实现对电压源波形斜率进行调节，使电流波形变化率η_I等于恒流源供电时得到浅部极化率η₁，此时，接收机50开始测量电压源供电时的二次电位及视极化率，通过上述调整，就能消除浅部极化率，得到深部极化体的异常。本发明另一实施例中，可通过一专门的电流波形调整装置，调整电压源供电时供电回路T时刻电流与0时刻电流比值，使等式I(T)/I(0)＝1-η₁成立，由接收机测得深部极化体视极化率异常。

进一步的，本发明的技术方案还可推广应用于三级剖面法及三级测深法，同样可以得到深部极化体视极化率的纯异常。

本发明通过电流源给二极装置供电，可以得到围岩极化率，采用电压源给二极装置供电，通过调整供电回路T时刻电流I(T)与0时刻电流I(0)，使得等式I(T)/I(0)＝1-η₁成立，从而得到深部极化体视极化率异常。本发明提供的二极装置激电法具有深部探测能力，同时能压制浅部矿化高背景干扰，凸显深部矿体异常，可实现加大深度找矿，且有找矿设备轻便化的特点。

以上所述仅用于说明本发明的技术方案，任何本领域普通技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围应视权利要求范围为准。

Claims (4)

1.一种激电法深部找矿方法，其特征在于，该方法包括：

采用二极装置激电法，用电流源给二极装置供电，得到浅部极化率η₁；

再用电压源给所述二极装置供电，调整供电回路T时刻电流与O时刻电流的比值，使等式I(T)/I(0)＝1-η₁成立，消除浅部极化率η₁，测得深部极化体视极化率异常；

其中，I(0)为电压源供电时供电回路0时刻电流，I(T)为电压源供电时供电回路T时刻电流，η₁为浅部极化率。

2.如权利要求1所述的激电法深部找矿方法，其特征在于，用电流源给二极装置供电，得到浅部极化率η₁进一步包括：

使所述二极装置的供电电极与接收极之间的距离远小于待测深度；

采用电流源给二极装置供电，所述二极装置测得的极化率为浅部极化率η₁。

3.如权利要求2所述的激电法深部找矿方法，其特征在于，电压源供电二极装置时，通过一电流波形调整模块对供电回路T时刻电流与0时刻电流比值进行调节，使等式I(T)/I(0)＝1-η₁成立。

4.如权利要求3所述的激电法深部找矿方法，其特征在于，所述电流波形调整模块包括微处理器、D/A转换器、运算放大器及转换开关。