CN108241180A - 离子型稀土矿底板勘查方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种离子型稀土矿底板勘查方法，包括以下步骤：S1根据稀土赋存条件和分布情况，确定原地浸矿区块和底板勘查范围；S2在所述底板勘查范围内，采用机械钻探获取岩心，采集全风化壳、半风化壳和基岩的物理性质参数；S3在所述底板勘查范围内设置测量点，使用探地雷达和抗干扰高密度电法，采集所述测量点的全风化壳、半风化壳和基岩岩层的数据信息；S4处理所述数据信息，显示剖面图像，划分所述测量点的岩层层位并计算各层位厚度；S5在所述剖面图像上进行解译和反演，结合各岩层物理性质和剖面图像特征评价各岩层裂隙发育情况、密实度和岩层含水量；S6根据解译和反演的数据结果进行三维建模，对稀土矿底板进行清晰直观地显示。

Description

离子型稀土矿底板勘查方法

技术领域

本公开涉及稀土勘查技术领域，尤其涉及一种离子型稀土矿底板勘查方法。

背景技术

离子型稀土矿主要由含稀土元素的岩浆型花岗岩在合适的条件下，经风化淋积后所形成，稀土元素主要以阳离子状态存在，并吸附在如高岭土、蒙脱石等矿物上形成矿体，矿体呈面型赋存于浅地表花岗岩风化壳中。根据离子型稀土独特的赋矿条件，经过长期生产实践，目前对于离子型稀土广泛采用原地浸矿开采工艺。原地浸矿是在不破坏地表植被、不开挖剥离表土情况下，按网度布设浅孔，利用一系列注液孔注入浸矿液将矿体中呈吸附态的稀土离子交换浸出形成母液，进入集液系统收集母液，并提取稀土氧化物的新型采矿方法。

发育完整的离子型稀土矿床自上而下一般由腐植层、粘土化层、全风化层、半风化层和基岩组成。原地浸矿生产工艺，其浸矿液的渗透、浸出母液的收集主要是利用了花岗岩风化壳与花岗岩原岩之间的渗透性差异。由于花岗岩风化壳内易于浸矿液的渗透，而浸出液遇到稀土矿体底板，也就是全风化壳或半风化层与基岩的界面，渗透受阻，从而浸出液沿此底板通过集液巷道汇聚到集液系统中。值得注意的是，全风化壳或半风化层与基岩的界面并不是真正意义上稀土矿的底板，因为稀土矿主要是赋存于全风化壳中，所以这个界面与真正稀土矿体底板并不完全吻合，只是作为含矿母液汇聚的渠道，故也可称为假底板。

基岩裂隙发育情况会直接影响收液效果，对于矿体有假底板和无裂隙的矿床，推广原地浸出工艺，只要合理注液，能起到很好的回收稀土母液的作用。然而对于矿体没有假底板或存在规模较大的破碎带或断裂、裂隙发育的矿床，原地浸出工艺不仅达不到回收稀土母液的目的，而且往往造成浸出液的泄漏，污染地下水系和水体。此外，地下水文条件也是影响原地浸矿效果的重要因素。地下水文条件包括：地下水位与底板深度的关系、地下水类型和地下含水层类型。原地浸矿过程实际是一个浸矿液在地下运行过程，矿体底板与地下水位关系、地下含水层类型对于浸矿液的渗透、浸出母液浓度和回收效率有着重要影响。所以，稀土矿底板深度、裂隙发育情况和地下水文条件的勘查，对于原地浸矿效果显得尤为关键。

目前对于稀土矿底板和地下水文条件的勘查所采用的传统方法是机械钻探打穿风化壳到基岩，确定底板位置和性质，并通过岩心观察对基岩节理、劈理、裂隙进行研究，对矿区基岩的完整性、渗透性以及地下水文条件做出评价。但是采用机械钻探的方式，钻探设备和附属工具过于笨重，需要投入大量时间和资源，费时费力。最重要的是，由于稀土矿体通常呈面状赋存于整个风化壳内，不同地点风化壳底板和地下水文条件不尽相同，而机械钻探只能对钻探点进行观察研究，只能取得一孔之见，无法对整个稀土矿底板和水文条件做出全面的评价。

发明内容

本公开针对现有技术的不足，采用探地雷达和抗干扰高密度电法探知离子型稀土矿底板的情况，并对矿区基岩的完整性、渗透性以及地下水文条件做出评价，同时对整个稀土矿区底板进行建模，使得底板勘查结果准确、有效，可操作性和适用性强，不需要投入大量机械钻探，场地破坏性较小，通过以下技术方案实现：

离子型稀土矿底板勘查方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1根据稀土赋存条件和分布情况，确定原地浸矿区块和底板勘查范围；

S2在所述底板勘查范围内，具有全风化壳、半风化壳和基岩的典型地段上采用机械钻探获取岩心，采集全风化壳、半风化壳和基岩的物理性质参数；

S3在所述底板勘查范围内设置测量点，设置探地雷达工作参数，使用探地雷达和抗干扰高密度电法，采集所述测量点的全风化壳、半风化壳和基岩岩层的数据信息；

S4处理所述数据信息，显示剖面图像，划分所述测量点的岩层层位并计算各层位厚度；

S5在所述剖面图像上进行解译和反演，结合各岩层物理性质和剖面图像特征评价各岩层裂隙发育情况、密实度和岩层含水量；

S6根据解译和反演的数据结果进行三维建模，对稀土矿底板进行清晰直观地显示。

进一步地，步骤S3中所述探地雷达工作参数包括天线中心频率和采样时窗，天线中心频率采样时窗ε_r为所述相对介电常数，H为岩层厚度，C为电磁波真空传播速度。

进一步地，步骤S3中所述数据信息包括通过所述探地雷达获取的全风化壳、半风化壳和基岩的岩层界面反射的电磁波波形、振幅强度和回波信号时间差，以及高密度电法获取的视电阻率值。

进一步地，步骤S4中处理所述数据信息包括：去除高频杂波和降低背景噪声，获得高分辨率、高信噪比的剖面图像；将时间域数据转化为频率域数据，获得各种谐波频率的振幅分布；将数据信息在时间域上转化为瞬时振幅、瞬时相位和瞬时频率，并获得相应的3个参数图谱。

进一步地，步骤S5所述解译和反演是依据探地雷达反射波在各岩层的波形特征、各岩层视电阻率值和相对介电常数，推算各岩层的界面位置，评价各岩层特征、岩层含水量和裂隙发育情况，并形成测量点剖面的二维反演断面图。

进一步地，所述各层位的厚度的计算公式为：其中ε_r为所述相对介电常数，t为所述回波信号时间差，C为电磁波真空传播速度。

进一步地，所述岩层含水量的计算公式为a、b、c、d为系数,ε_r为所述相对介电常数。

进一步地，在所述底板勘查范围内，根据点距、剖面线距和点密度设置测量点，所述点距为20米～40米，所述剖面线距为40米～80米，所述点密度为310～1250个/平方千米。

进一步地，所述探地雷达的中心频率为10～2000MHz。

进一步地，所述探地雷达包括GPS定位装置，用于对所述测量点进行定位和记录。

进一步地，在地形复杂的山区或风化壳厚度变化较大的地区，将所述剖面线距和所述点距缩小，或将所述点密度增大进行测量。

本公开的有益效果：

利用探地雷达和高密度电法采集各岩层的数据，结合各岩层的物理性质参数，与剖面图像进行对比、解译分析，增加了对稀土矿底板的判别能力，增强了数据解译和反演的准确性及有效性，实现了对整个稀土矿区底板的建模，整个方法较为省时省力、可操作性和适用性强、效率高，不需要投入大量机械钻探，且场地破坏性较小，尤其适合在南方离子型稀土矿区进行推广应用，为原地浸矿开采工艺提供了关键性依据。

附图说明

附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。

图1是本公开具体实施方式的离子型稀土矿底板勘查方法的步骤流程图；

图2是本公开具体实施方式的离子型稀土矿底板勘查方法的探地雷达工作原理示意图；

图3是本公开具体实施方式的离子型稀土矿底板勘查方法的探地雷达剖面图像岩层解译示意图；

图4是本公开具体实施方式的离子型稀土矿底板勘查方法的探地雷达剖面图像含水量解译示意图；

图5是本公开具体实施方式的离子型稀土矿底板勘查方法的探地雷达剖面图像裂隙发育解译示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。

离子型稀土矿底板勘查方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1根据稀土赋存条件和分布情况，确定原地浸矿区块和底板勘查范围；

S2在底板勘查范围内，具有全风化壳、半风化壳和基岩的典型地段上采用机械钻探获取岩心，采集全风化壳、半风化壳和基岩的物理性质参数；

S3在底板勘查范围内设置测量点，设置探地雷达工作参数，使用探地雷达和抗干扰高密度电法，采集测量点的全风化壳、半风化壳和基岩岩层的数据信息；

S4处理数据信息，显示剖面图像，划分测量点的岩层层位并计算各层位厚度；

S5在剖面图像上进行解译和反演，结合各岩层物理性质和剖面图像特征评价各岩层裂隙发育情况、密实度和岩层含水量；

S6根据解译和反演的数据结果进行三维建模，对稀土矿底板进行清晰直观地显示。

步骤S3中，探地雷达工作参数包括天线中心频率和采样时窗，天线中心频率采样时窗ε_r为相对介电常数，H为岩层厚度，C为电磁波真空传播速度。

步骤S3中，数据信息包括通过探地雷达获取的全风化壳、半风化壳和基岩的岩层界面反射的电磁波波形、振幅强度和回波信号时间差，以及高密度电法获取的视电阻率值。

步骤S4中，处理数据信息包括：去除高频杂波和降低背景噪声，获得高分辨率、高信噪比的剖面图像；将时间域数据转化为频率域数据，获得各种谐波频率的振幅分布；将数据信息在时间域上转化为瞬时振幅、瞬时相位和瞬时频率，并获得相应的3个参数图谱。

步骤S5中的解译和反演是依据探地雷达反射波在各岩层的波形特征、各岩层视电阻率值和相对介电常数，推算各岩层的界面位置，评价各岩层特征、岩层含水量和裂隙发育情况，并形成测量点剖面的二维反演断面图。

各层位的厚度的计算公式为：其中ε_r为相对介电常数，t为回波信号时间差，C为电磁波真空传播速度。

岩层含水量的计算公式为a、b、c、d为系数,ε_r为相对介电常数。

在底板勘查范围内，根据点距、剖面线距和点密度设置测量点，点距为20米～40米，剖面线距为40米～80米，点密度为310～1250个/平方千米。

探地雷达的中心频率为10～2000MHz。

探地雷达包括GPS定位装置，用于对测量点进行定位和记录。

在地形复杂的山区或风化壳厚度变化较大的地区，将剖面线距和点距缩小，或将点密度增大进行测量。

更为详细的，

离子型稀土矿包含全风化壳、半风化壳和基岩等存在电性差异的各岩层，各岩层密实度、含水率和岩石颗粒粒径不相同，而且各层电阻率和相对介电常数也有差异，这就为采用探地雷达和抗干扰高密度电法探知离子型稀土底板情况提供了基础。反射电磁波特征和电阻率均受岩石岩性、密实度、孔隙度及裂隙发育程度、裂隙含水性的影响。对于离子型稀土矿而言，风化壳和底板基岩岩性都是花岗岩类，因而引起电阻率的变化因素主要是裂隙发育程度和含水性。

探地雷达测试方法原理如图2所示，各岩层相对介电常数的差异是探地雷达的工作基础，探地雷达电磁波在岩层界面发生反射，其反射强度取决于反射系数，反射系数由界面两侧岩层的相对介电常数决定，反射系数r的计算公式为：

式中ε₁和ε₂为反射界面两侧岩层的相对介电常数，ε₁和ε₂差异越大，所采集的电磁波波形和振幅强度越大，由此判断岩层界面位置越低。

岩石和土壤的介电常数也与其含水量几乎呈线形关系增长，因而探地雷达对探测岩层界面和裂隙水等具有敏感性。地下岩层含水量计算公式为一般情况下a、b、c、d采用通用系数，或标定系数，也可采用通用系数和标定系数的平均值。

如图1所示，为稀土矿底板勘查方法的步骤流程图，首先根据稀土矿的赋存条件和分布情况，确定一个大致范围用于原地浸矿和底板勘查，然后选择具有全风化壳、半风化壳和基岩的典型地段，采用单个机械钻探获取岩心，采集全风化壳、半风化壳和基岩的相对介电常数和电阻率值；在选好的勘查范围内，使用探地雷达和抗干扰高密度电法，按照10米～40米的点距、40米～80米的剖面线距或310～1250个/平方千米的点密度布设测量点进行探查，采集各岩层的电磁波波形、振幅强度和回波时间差，根据各测量点接收的岩层反射电磁波的回波时间差计算岩层厚度H，计算公式为：H＝V×t/2，式中t为发射电磁波和接收反射回波时间差，V是探地雷达电磁波在岩层介质中的传播速度，V取决于各岩层的相对介电常数，岩层中电磁波波速V与介质的相对介电常数的关系为：式中ε_r为相对介电常数，C为电磁波真空传播速度；由此推算得出岩层厚度因此，根据探地雷达采集的反射回波时间差t以及各岩层的相对介电常数ε_r可以计算出测量点位置各岩层的界面厚度。

对上述采集到的数据信息进行处理并显示剖面图像，探地雷达采集到的剖面图像特征主要受裂隙发育程度、风化程度和岩体破碎程度的影响，基岩风化程度越高、越破碎，风化后的岩石粒径越不均匀，其雷达反射波同相轴连续性越差、频率越低、振幅越强，波形也较为杂乱。利用全风化壳、半风化壳和基岩的厚度和相对介电常数等物理性质参数，在剖面图像上进行解译和反演，并根据解译和反演的数据结果进行三维建模，即可清晰直观地显示出稀土矿底板情况，为稀土矿开采提供依据。

此外，探地雷达的穿透深度主要取决于发射的中心频率和地下介质的导电率。中心频率相同情况下，介质的导电率越高，穿透深度越小。探地雷达由于中心频率不同，其有效探测深度和探测精度有很大差别，总体是中心频率越大，探测深度越小，探测分辨率越小，精度越高，如表1所示，中心频率越小，探测深度越大，但分辨率越差，同时浅部界面的多次反射可以形成假象，需要在数据解译时判别剔除，所以，探地雷达设置的工作参数对探测效果至关重要。工作参数包括天线中心频率和时窗。

表1不同天线频率的探测深度和分辨率

探地雷达电磁波遇底板裂隙也可引起反射电磁波振幅强度增大，由于风化壳裂隙内通常含有裂隙水，会造成电阻率减小，影响岩层视电阻率的变化，所以探地雷达采集的数据结合抗干扰高密度电法采集的视电阻率变化可用来评价底板裂隙发育情况和裂隙含水性。

抗干扰高密度电法属于直流高密度电阻率法，具有一次性布置电极，采集数据量丰富等优点，是一种阵列勘探、以岩土电性差异为基础的电探方法。通过施加电场观测研究地下传导电流的分布规律，从而达到探明地下地质、水文结构和工程稳定性的目的。工作时将数十根电极一次性按照探地雷达相同采集位置布设完毕，每根电极既可作为供电电极，也可作为测量电极，通过程控多路电极转换开关和电测仪实施数据的自动、快速采集。抗干扰高密度电法探测中，可以随时根据地形、探测目的等因素来选择合适的测量装置，并且电极距也可随时改变，来获得更多、更准确的地质参数，抗干扰高密度电法在例如含水层、断层裂隙、岩溶的探测中得到广泛应用。

实施例一：

粤东北某离子型稀土矿，该矿床主要赋存于燕山三期中细粒花岗岩风化壳中，属花岗岩风化壳离子吸附型稀土矿，垂向剖面上依据长石的风化程度，分为残积层、全风化层和半风化层。矿体分布及形态受风化壳控制，呈似层状，随地形起伏而变化。根据稀土赋存条件和分布情况，确定原地浸矿区块和需要底板勘查的范围，应避开地表明显可见的规模较大的断裂或裂隙构造，以免造成原地浸矿的泄露和无法回收母液。

在确定的勘查范围内，采用单个机械钻探获取岩心，通过对单孔岩心的数据采集，获取全风化壳、半风化壳和花岗岩基岩等的物理性质参数，如表2所示，岩心中各岩层的电阻率、相对介电常数各不相同，对探地雷达的电磁波和高密度电法采集的电阻率会产生不同反馈。根据电磁波波速公式(ε_r为相对介电常数，C为电磁波真空传播速度)，计算出探地雷达在各岩层中的电磁波波速。

表2各岩层电阻率、相对介电常数及相应的电磁波速

在确定的勘查范围内，参考稀土矿产勘查规范工程间距的要求，并依据原地浸矿注液工程实际情况，垂直矿体长轴方向按40米间距布设测量剖面，测量剖面的走向垂直于山脊走向，测量剖面按点距20米布设测量点，对于长短轴不明显或形状不规则的稀土矿体，其工作范围可以选择按点密度布设测量点，通常点密度选择1250个/平方千米。

在本实施例中，根据地质勘查资料，稀土矿的整个风化壳深度在20～50米，最大深度不超过50米。探地雷达天线中心频率参数选择为：ε_r取全风化壳相对介电常数6，H取风化壳最浅深度20米，则选择探地雷达中心频率为100MHz；采样时窗考虑到离子型稀土矿风化壳整体较平缓，为更好的显示反射波效果，时窗增大20％为介质内实际速度与目标深度的变化留出余量，故采样时窗选择800ns。按照剖面间距40米、点距20米进行测量。对于深度比较大的底板或剖面上地层界面比较复杂的地区，可采用深部逐步层次测量分析法，即首先采用高频天线测试浅部区域，分析浅部的数据；再用中等频率测试中部区域，分析中部的数据，分析过程中利用浅部的分析结果进行中部界面判别，建立中部的准确的数据解译结果；最后用低频率天线测试深部区域，分析深部的测量数据，分析过程中利用中部的分析结果进行深部界面判别。

本实施例所采用的探地雷达是英国Groundvue系列地质雷达，所用探地雷达带有GPS定位装置，用以准确定位测量点。对每个测量点反射电磁波的回波信号特征、回波时间差等数据进行处理，从原始的测量数据包中导出所需要处理的回波信号数据，处理过程包括原始数据编辑-滤波、增益等降噪处理-图形处理-图像显示和地质解释，数据处理和图像解译具体过程如下：

1、降噪处理，做自动时变增益、均方根能量增益技术或控制增益以补偿介质吸收和抑制杂波；做滤波处理、背景去除技术或时频变换以除去高频杂波、降低背景噪声和余振影响，提升数据的分辨率和信噪比；

2、将数据由时间域转化为频率域，得到各种谐波频率的振幅分布，水对高频电磁波具有很强的吸收作用，花岗岩不但对高频成份具有一定吸收，而且形成的振幅谱比较单一，从回波振幅特征可以初步判断各介质特征；对采集到的数据资料的处理主要是对原始资料通过数据转换，去掉各种干扰影响，获得高分辨率、高信噪比的时间剖面图像，保证地震-地质解释的可靠性，浅层地震反射波法的资料解释是以波形特征和同相轴的连续性及完整性为依据的，根据场地地质及地球物理特征，分析该区地震地质条件，得出解释依据；

3、采用复信号分析技术将记录道的信息直接在时间域上转化为瞬时振幅、瞬时相位、瞬时频率，得到同一个剖面的3个参数图谱，根据参数图谱的特征对剖面图像进行解译和反演，评价各岩层特征及裂隙发育情况；瞬时振幅是反射强度的量度，它与同时刻的探地雷达信号总能量的平方根成正比，利用这种特征可以确定岩层的变化，当地层存在明显介质分层、裂隙带或地下水分界时，瞬时振幅会产生强烈变化，反映在瞬时振幅剖面图中就是分界面位置出现明显振幅变化；瞬时相位是地质雷达剖面上同相轴连续性的量度，利用瞬时相位能够较好地对地下分层和地下异常进行辨别。当瞬时相位图像剖面中出现相位不连续时，就可以判断该处存在分层或异常；瞬时频率是相位的时间变化率，它反映了组成地层的岩性变化，有助于识别地层，当电磁波通过不同介质界面时，可以在瞬时频率图像剖面中较为清晰地显示出来，需要指出的是，在反射层处瞬时频率的大小在数值上与反射波的主频对应的很好，所以可以利用瞬时频率的大小和稳定情况来判断地下介质的稳定性和岩性变化；对于同一探测对象，3种瞬时信息在同一位置发生明显变化就可能反映探测对象在该处的物性变化，因为在这3个参数中，瞬时相位谱的分辨率最高，而瞬时频率谱和瞬时振幅谱的变化也较为直观，所以根据瞬时频率谱和瞬时振幅谱来确定地下异常或分层的大概位置，然后利用瞬时相位谱精确确定异常位置和分层轮廓线；

4、结合地质各岩层情况进行图像处理，拾取反射层；根据各岩层相对介电常数与探地雷达图像的对比，建立各种地层的反射波组特征，识别反射波组的标志为同相性、相似性与波形特征等，一般的处理方法有手控增益放大、幅值分析和同相轴拾取等，处理中常采用拾取同相轴和同步衰减显示相配合的办法，突出各岩层的特征，主要是各岩层或各介质之间物理性质的差异表现；资料解译是以波形特征和同相轴的连续性及完整性为依据的，如图3所示，图上显示明显两层较为连续、平直的反射波同相轴，结合高密度电法显示的视电阻率值范围，解译认为分别是全风化壳、半风化壳和基岩的界面；

5、各岩层特征解译评价，根据各介质相对介电常数和反射回波信号时间差做时深转换，深度(厚度)推算此剖面全风化壳深度基本在40米左右，上部界面弯曲风化不均，半风化壳深度为40～50米，50米以下为花岗岩基岩；

全风化壳以上在探地雷达图谱上表现为零乱的不连续强信号区，波形较为杂乱，同相轴错断，均表现为“杂乱”的波阻特征，解译密实度特征为强度较低，结构松散，空隙率大，是全风化壳上部残坡积层的典型特征，与实际情况吻合。探地雷达图像特征主要受裂隙发育程度、风化程度和岩体破碎程度的影响，在0～20米深度内反射波形杂乱、连续性差，分析认为此深度内风化较强，存在较多裂隙面，并且岩层密实度差，通过对比高密度电法相同剖面的视电阻率值，视电阻率范围在10⁴～10⁵，介于全风化壳和半风化壳电阻率之间，根据采集的水电阻率值认为这是含有较多裂隙水的原因，由此评价为在全风化壳内存在较多裂隙和裂隙充填水，显示出地表强烈风化程度；

20～40米深度内反射波同相轴连续，为低幅细密波、波形较为规则，分析为粒径均匀的全风化层，也是矿体主要赋存层位，底板在半风化壳和基岩之间40～50米深度范围内，探地雷达信号反射不强，其反射系数较弱，根据反射系数r的计算公式：

式中ε₁和ε₂为反射界面两侧岩层的相对介电常数，在此深度范围内相对介电常数不存在较大差异，解译不存在密集或较大裂隙，裂隙发育程度较差，岩石结构较致密均匀，渗透性差，底板性质良好；

6、含水量解译评价，地下水往往是沿岩体中的裂隙、节理向隧道渗流，使介质含水率升高，导电率增强，对雷达波的吸收衰减增强，水与围岩介质之间的介电常数差异很大，对雷达波有强烈的反射；这些水活动比较强烈的地方，在雷达图谱上是容易判断的，“强振幅、宽相位”是识别地下含水的重要波相依据；雷达波在含水层表面发生强振幅反射，电磁波穿透含水界面时会产生较强的多次强反射，同时局部会出现节理裂隙的连续同相轴反射现象，这是因为岩体含水界面通常分布连续，相当于连通的界面所致，导致形成波形相对较均一的同相轴，并在富水区域内，绕射、散射现象严重，能量堆分布极不均匀，电磁波能量快速严重衰减，并影响对富水带内及更深范围岩体的探测，电磁波频率由高频向低频剧烈变化，脉冲周期明显增大，波宽也逐渐增大，同时因介电常数差异明显会存在严重的极性反转现象，如图4所示，在15～20米位置，雷达波频率陡增，反射同相轴连续，推断节理裂隙较发育，再往深部出现频段散乱及微弱的极性反转现象，继续往深部25～40米范围内，极性反转现象严重，电磁波紊乱异常，波宽明显增大，且雷达波高频衰减非常严重，判断该范围内围岩局部有裂隙，且为裂隙水的富水区；

本实施例中，可以根据地下岩层含水量公式初步估算含水量数值，地下岩层含水量各岩层相对介电常数ε_r已知，对比全风化壳、半风化壳和基岩底板含水量数值，判断出相对含水量大小，评价地下水含量；同时地下水作为良导体，其电阻率与岩石有很大差异，会引起电性突然变化，而抗干扰高密度电法获取的数据图像电性变化不存在突变，解译不存在规模大的含水层，岩石湿度中等，因此认为在底板附近不存在构造裂隙水，底板层岩石结构较致密均匀，地质结构较简单，且解译剖面图像显示矿体位于当地侵蚀基准面之上，地表水对矿床影响不大，矿床开采受水文地质条件影响甚微；

7、节理裂隙带评价，裂隙通常存在于断层影响带以及软弱夹层内，裂隙内通常存在各种不同的非均匀充填物，其介电常数差异较大，且有较明显的强反射界面，节理裂隙带的地质雷达图像和波形特征通常表现为反射面附近，波幅显著增强且变化较大，能量堆分布极不均匀，节理面上雷达波连续无杂波，破碎带和裂隙带内则常产生绕射、散射，波形杂乱，同相轴错断，在深部甚至模糊不清，电磁波能量高频部分衰减较快，而反射波同相轴的连线则为节理裂隙带或破碎带的位置，如图5所示，在40～50m之间出现自左向右能量较强、且连续可追踪的雷达反射波同相轴，以高频为主，波幅较强，其中深部的高频反射区波宽略加大，局部存在极性反转现象，推测该段存在一组发育的节理裂隙带，且局部有裂缝，后经钻孔证实；

8、通过对比剖面上不同位置、不同深度的探地雷达数据和视电阻率值，获得一条条完整的二维剖面,在计算机中应用软件处理系统对原始资料进行分析、处理，所形成的二维反演断面图是资料解译的重要分析依据；根据地层电磁反射波组特征和高密度电法电阻率特征，对反射波组的同相性与相似性进行各岩层的追索与对比；在此基础上统观整条测线，研究重要波组的特征及其相互关系，掌握重要波组的地质构造特征，其中重点研究特征波的同相轴变化；特征波是指强振幅、能长距离连续追踪、波形稳定的反射波，它们一般都是主要岩性分界面的有效波，特征明显，易于识别；

根据各测线剖面图中显示的电性分布特征，判断出地质体的电磁回波信号界面、视电阻率范围，圈定出电性异常点，充分依据单个钻孔取得的全风化壳、半风化壳和基岩底板物理性质参数，包括介电常数、电阻率等，计算得出各岩层界面厚度，从探地雷达图像的波形特征、频率、振幅、相位以及电磁波能量吸收情况结合高密度电法电阻率变化特征，分析引起电性异常的原因，判断出底板的裂隙发育情况、密实度、渗透性和含水量；初始得到的剖面数据为某一测量剖面，可根据多条测量剖面的数据解译结果，进行3D建模，获取整个工作范围的底板图像，直观清晰的显示稀土底板情况。

本公开通过钻探岩心获取全风化壳、半风化壳和基岩不同物理性质参数，特别是介电常数和电阻率的差异，采用探地雷达测量方法，根据不同界面反射电磁波的波形、图像和数据信息，计算岩层深度、分析底板裂隙发育、密实度和含水量情况；采用抗干扰高密度电法获取各岩层电阻率数据和图像，评价底板裂隙含水性；通过对比和解译分析探地雷达和高密度电法采集的数据和图像，增加了对稀土矿底板性质的判别能力，增强了数据解译和反演的准确性、有效性，并实现了对整个稀土矿区底板的建模，结合对矿区基岩的完整性、渗透性以及地下水文条件的评价，为运用原地浸矿工艺开采离子型稀土矿提供了重要依据。

本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。

Claims (11)

1.离子型稀土矿底板勘查方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1根据稀土赋存条件和分布情况，确定原地浸矿区块和底板勘查范围；

S2在所述底板勘查范围内，具有全风化壳、半风化壳和基岩的典型地段上采用机械钻探获取岩心，采集全风化壳、半风化壳和基岩的物理性质参数；

S3在所述底板勘查范围内设置测量点，设置探地雷达工作参数，使用探地雷达和抗干扰高密度电法，采集所述测量点的全风化壳、半风化壳和基岩岩层的数据信息；

S4处理所述数据信息，显示剖面图像，划分所述测量点的岩层层位并计算各层位厚度；

S5在所述剖面图像上进行解译和反演，结合各岩层物理性质和剖面图像特征评价各岩层裂隙发育情况、密实度和岩层含水量；

S6根据解译和反演的数据结果进行三维建模，对稀土矿底板进行清晰直观地显示。

2.根据权利要求1所述的勘查方法，其特征在于，步骤S3中所述探地雷达工作参数包括天线中心频率和采样时窗，天线中心频率采样时窗ε_r为所述相对介电常数，H为岩层厚度，C为电磁波真空传播速度。

3.根据权利要求1所述的勘查方法，其特征在于，步骤S3中所述数据信息包括通过所述探地雷达获取的全风化壳、半风化壳和基岩的岩层界面反射的电磁波波形、振幅强度和回波信号时间差，以及高密度电法获取的视电阻率值。

4.根据权利要求1所述的勘查方法，其特征在于，步骤S4中处理所述数据信息包括：去除高频杂波和降低背景噪声，获得高分辨率、高信噪比的剖面图像；将时间域数据转化为频率域数据，获得各种谐波频率的振幅分布；将数据信息在时间域上转化为瞬时振幅、瞬时相位和瞬时频率，并获得相应的3个参数图谱。

5.根据权利要求1所述的勘查方法，其特征在于，步骤S5所述解译和反演是依据探地雷达反射波在各岩层的波形特征、各岩层视电阻率值和相对介电常数，推算各岩层的界面位置，评价各岩层特征、岩层含水量和裂隙发育情况，并形成测量点剖面的二维反演断面图。

6.根据权利要求1所述的勘查方法，其特征在于，所述各层位的厚度的计算公式为：其中ε_r为所述相对介电常数，t为所述回波信号时间差，C为电磁波真空传播速度。

7.根据权利要求1所述的勘查方法，其特征在于，所述岩层含水量的计算公式为a、b、c、d为系数,ε_r为所述相对介电常数。

8.根据权利要求1所述的勘查方法，其特征在于，在所述底板勘查范围内，根据点距、剖面线距和点密度设置测量点，所述点距为20米～40米，所述剖面线距为40米～80米，所述点密度为310～1250个/平方千米。

9.根据权利要求1或2所述的勘查方法，其特征在于，所述探地雷达的中心频率为10～2000MHz。

10.根据权利要求1或2所述的勘查方法，其特征在于，所述探地雷达包括GPS定位装置，用于对所述测量点进行定位和记录。

11.根据权利要求1-10任一项所述的勘查方法，其特征在于，在地形复杂的山区或风化壳厚度变化较大的地区，将所述剖面线距和所述点距缩小，或将所述点密度增大进行测量。