摘要
在金属矿普查和勘探中，井中激发极化法可帮助判断钻孔中已知矿化体或矿体的空间展布，特别是井旁盲矿体。为查明玉水铜矿外围一在施钻孔井旁是否存在盲矿体及空间分布特征，本文开展了地-井多方位激电测井工作，利用井中激电测量数据和各方位曲线特征分析确定了北方位具有最强的极化异常值，由此判断出极化体的方位分布。结合岩矿石电性参数特征、地质及钻孔资料判断该极化异常为矿致异常，通过异常半定量计算推断出盲矿体下底板距离井壁的距离约为 3 m，并计算出了其中心平面投影位置，同时结合异常曲线上下开口宽度判断该盲矿体规模较小，由此确定了井旁盲矿体的地下空间分布特征，为指导合理部署地质钻孔提供了科学依据。
Abstract
In metal ore prospecting and exploration, the in-well induced polarization method can help determine the spatial distribution of known mineralized bodies or ore bodies in the boreholes, especially those blind ore bodies near the well. To investigate whether there is a blind ore body and its spatial distribution characteristics near a drilling hole being drilled on the periphery of the Yushui Copper Mine, this paper conducted multi-directional geoelectric logging work in the ground and around the well. By analyzing the polarization anomaly values from the in-well induced polarization measurements and the characteristics of the curves in all directions, the north direction was determined to have the strongest polarization anomaly value. Thus, the orientation distribution of the polarization body was determined. Combined with the electrical parameters of rocks and minerals, geological and borehole data, it was judged that this polarization anomaly was a mineral-induced anomaly. Through semi-quantitative calculation of the anomaly, it was inferred that the distance from the bottom of the blind ore body to the well wall was approximately 3 meters, and the central plane projection position was calculated. At the same time, by judging the opening width of the anomaly curve up and down, it was determined that the scale of the blind ore body was small. Thus, the underground spatial distribution characteristics of the blind ore body near the well were determined, providing a scientific basis for guiding the rational deployment of geological boreholes.
0 引言
井中激发极化法是勘查多金属和贵金属硫化物矿床、寻找深部盲矿体优先选用的井中物探方法之一（吕玉增，2008；李长伟，2012；李长伟等，2012； 吕玉增等，2012）。特别是对于深部规模小或不连续的目标体（刘海飞等，2023），其可以提高钻孔的有效探测范围，有利于发现井旁的隐伏矿（化）体，并且通过一定的理论模拟计算，可以得出盲矿体几何形状和空间分布特征（黄智辉，1979；蔡柏林等， 1983），有效弥补地面物探和钻探在地下勘探的精度不足和定位偏差，在深部金属矿勘探中发挥着重要的作用（陈泽民等，1987；李建新等，2011；徐新学等；2012；朱春生和李凯春，2012；王耀升等，2013； 李建良，2016；薛宝林等，2020；柳建新等，2023；王见荥等，2025）。
广东玉水铜矿为扩大外围找矿效果，近年来开展了多次找矿工作，但均没有获得实质性进展。 2019年，玉水铜矿在综合研究矿区及外围地物化资料的基础上，决定在矿区外围布置实施钻孔1个，编号为 WZK001。钻孔在完成进尺 572 m 后，在深部取心发现部分矿化体，但矿化程度不高，找矿工作陷入困境。为查明钻孔深部井旁是否存在高品位矿化体及其空间分布特征，需要开展激电测井工作。本文通过在该孔实施的地-井多方位激电测量，分析研究了地质体与测井曲线的对应关系，并利用方位曲线高极化特征发现了井旁盲矿体，通过异常半定量计算进一步估算了盲矿体与钻孔的相对位置及空间分布关系，结合曲线异常上下开口宽度判断盲矿体的规模大小，取得了较好的勘查效果。
1 方法原理及装置特点
井中激发极化法是在钻孔中应用的一种电法勘探方法（蔡柏林等，1983），其原理与地面激发极化法相同，通过在地质勘探钻孔中布设激发或接收装置，获取钻孔井壁及井壁附近范围岩（矿）体的物性特征，以查明井旁盲矿、追索矿体分布范围等，为后续勘查工程布置提供科学依据。
按照激发或接收装置特点可分为 3 类，一是地表激发-井中接收工作方式（地-井方式），主要用来查明井旁盲矿并确定其空间位置。二是井中激发-地表接收工作方式（井-地方式），主要用来圈定和追索矿体或矿化带的范围，预报并查明盲矿体。三是井中激发-井中接收工作方式（井-井方式），主要用来发现井间盲矿体，确定已被钻孔揭露的矿层之间的电性连续性（蔡柏林等，1983；潘和平，2013；郭刚和鄂博军，2014；汪洋，2016；高文龙等，2021；刘海飞等，2023；林寿洪等，2024）。本文主要介绍地表-井中多方位激电测量工作方式并研究分析其应用效果。
地-井工作方式，是将供电电极 A、B 布置于地面，其中 A 极置于距井口一定距离及方位 R 处或置于井口，B极置于“无穷远”，测量电极MN（常用梯度装置）则置于钻孔中并沿井进行激发极化测量（图 1）。
图1A极布设示意图
2 区域及矿区地质概况
2.1 区域地质概况
研究区区域大地构造单元属南华准地台中的三级构造单位永（安）梅（县）惠上古生界坳陷的中段。区内加里东构造层为褶皱基底，印支期为碎屑岩夹碳酸盐、含煤建造。燕山期早期为含煤含铁砂页岩夹火山岩建造，中期为陆相火山岩建造，后期为内陆湖红色建造和火山岩建造。区域内地层从泥盆系至第四系，除缺失奥陶系、志留系外，其余地层均有分布。
区域内褶皱构造总的轮廓是梅江—黄竹洋近东西向复式背斜的北翼。轴部地层为震旦系—寒武系，其以背斜轴部褶皱隆起抬高出现，包括玉水矿区在内，西至饭增顶、四姑嶂，东至大雅、铅山里、银屎、白沙坪等地都居于此复式背斜的北翼。由南往北，地层依次出现中上泥盆统、下石炭统、中上石炭统、二叠系、三叠系以至侏罗系等。地层在复背斜北翼重复出现，可大致分为两个东西向次级背斜；北部为上塘—四姑嶂背斜，南部为白沙坪—银屎背斜。
区域内构造断裂较为发育，新老断裂构造重复迭加，使断裂构造十分复杂。近东西向断裂是本区发育较早的构造，北北东向断裂是一个长期活动、断陷深度很大的深断裂。此外，还存在一些北西向、北东向的断裂，但规模较小。
2.2 矿区地质概况
玉水铜多金属矿位于永（安）—梅县上古生界坳陷南部。矿区主要出露地层有中上泥盆统碎屑岩，下石炭统忠信组碎屑岩夹薄层凝灰岩，中上石炭统壶天群碳酸盐岩夹硅质岩、砂岩、泥岩。其上不整合覆盖有上侏罗统高基坪群中基性—中性、酸性火山熔岩、碎屑岩和下白垩统官草湖群陆相火山碎屑岩等（图2）。
玉水硫铜矿矿区位于区域轴向 NWW-SEE 的大塘—四姑嶂背斜的北东翼，从矿床局部来说，为一地层向 NE倾斜的单斜系列。矿区及外围断裂构造比较复杂，主要受到 NW、NNE-NE、近 EW 向 3 组断裂构造控制。其中F23断裂为隐伏于高基坪群之下的控矿主干断裂，断层面沿走向、倾向呈现波状扭曲，为产生于泥盆系—石炭系的古断裂，与矿体空间上紧密相连。F23 断层后期活动较为强烈，区内Cu多金属矿体局部被破坏，沿断层面有燕山期侵入的花岗斑岩、石英斑岩、辉绿岩等充填。研究区地表没有发现较大的侵入体，较常见形态复杂的岩株、岩脉的花岗斑岩、石英斑岩、辉绿岩沿裂隙面充填，且两者常共存于同一空间，未见有明显穿插关系，为成矿后侵入，破坏了矿体的完整性。
3 地球物理特征
前期工作对区内主要岩矿石标本进行了采集和测量，统计计算后电性参数见表1。
表1岩矿石电性参数测量结果
图2矿区地质图（据周永贵等，2019①修改）
1—第四系；2—白垩系叶塘组；3—白垩系官草湖组；4—侏罗系上亚群；5—侏罗系下亚群；6—侏罗系漳平组；7—侏罗系嵩灵组；8—三叠系小坪群；9—三叠系四望嶂组；10—二叠系孤峰组上段；11—石炭系壶天组；12—石炭系忠信组；13—石炭系太湖组；14—泥盆系老虎头组；15—花岗岩、花岗斑岩；16—辉绿岩；17—断裂及编号；18—不整合界线；19—推测界线；20—测井井位及编号
从岩矿石标本的统计结果看出：
（1）石英砂岩、白云质灰岩、凝灰岩类有低极化率和较高电阻率，表现为高阻低极化的激电特征。
（2）铜铅锌矿石显示高极化率和极低的电阻率，呈低阻高极化的激电特征，与围岩相比具明显的电性差异，这为开展井中激电工作具备了良好的物性前提。
（3）需要指出的是，泥盆系石英砂岩显示偏高的极化率和较高的电阻率特性，对分布在区域内弱极化异常的区分形成干扰。在异常推断解释时要结合地质资料进行分析研究，区分矿与非矿异常。
本研究补充测量了目标钻孔的部分矿化岩心， 4 块岩心肉眼矿物含量不高，局部见沿裂隙发育的硫化物矿体及侵染状黄铁矿和黄铜矿化，统计结果见表2。
从钻孔岩心测量结果可见，4 块岩心整体呈现低阻—中低极化的电性特征，其中编号 196 号岩心表现为相对高阻。一方面说明岩心的整体矿化程度不高，所能引起的激发极化效应不强；另一方面说明硫化物的富集程度可对测量结果存在较大的影响，同时结合上述岩矿石测量结果，块状矿体具有更强的激发极化效应，可引起明显的激电异常，这为寻找井旁较富品位盲矿体提供了地球物理依据。
表2钻孔岩矿石电性参数测量结果
4 工作方法
（1）仪器设备
本次地-井方位激电测井工作采用的仪器设备为加拿大 Phoenix 仪器公司生产的 TXU-30 大功率发射机、加拿大 Scintrex 仪器公司生产的 IPR-12 时间域激发极化/电阻率接收仪、上海地学仪器研究所生产的自动绞车及配套电极系和30 kW大功率发电机。
（2）装置形式及测量方式
根据工作目的和任务，本次采用梯度装置点测方式，即电极 MN 同时下井，M 极在上，N 极在下，深度计算点定在 MN 极的中点。设计 MN=10 m，测点距为3 m，在有意义的井段，特别是在矿体异常的特征点附近，适当加密至 1 m。根据钻孔实际地质情况，本次测量部位为井下330～540 m段。
（3）方位测量参数和方位数的确定
①“无穷远”B极的确定
“无穷远”B 极至井口的距离必须足够大，B 极距离过小会影响勘探深度和探测范围，并使异常曲线发生畸变。
确定B极距离的关系式如下：
(1)
式（1）中：RB—B 极至井口的距离（m）；R—A 极至井口的距离（m）；h—测量井深（m）；δ—B 极影响的允许误差。
由于上式是在假设地下为均匀介质的情况下导出的，故此实际布置B极时，距离应大于上式的计算值，同时B极尽量布置在垂直矿体走向的方向上。
根据 DZ/T 0204-2016 井中激发极化法技术规程要求，“无穷远”供电电极 B 距离井口的距离一般为测量孔深的3～5倍，结合本次钻孔深度和上述公式，确定本次B极距井口的距离约为2000 m。
②方位距离R及方位数的确定
通常 R 大时，方位探测范围也大，但非正比关系。地—井方式激电异常的幅值与R有关，因此，应在保证读数精度条件下尽量用较大的R值。A极在盲矿体所在方位上称主方位；A 极在盲矿体所在相反的方位上称反方位。要使主、反方位的异常差别大，方位一般按勘探剖面方向取定4个正交方位。
为获取井口及井旁盲矿异常，首先布设了 5 个方位的地-井方位激电测井，考虑到研究区地层及矿体的走向约为北东 40°，在布设时分别于井口、北东、北西、南西、南东布设 R=300 m 的供电点 A。实际工作时，根据地形及接地条件对测量极距和方位进行了适当调整，同时将发射电流稳定控制在 6 A，确定了足够强的一次场强度以保证数据采集质量。
根据 5 个方位的实时测量结果，视充电率极值出现在北西向A1方位，初步判断异常体位于井旁西北方位上。研究决定在 A1方位增加 2 个极距（R= 100 m 和 300 m，实际布极距离为 R=97 m 和 333 m），同时在正北和正西方位布设 R=300 m 极距（实际布极距离为 R 北=333 m，R 西=229 m），以获取不同极距对深部极化体的响应，进一步确定主方位位置及确定盲矿体空间分布特征。
（4）背景值的选择
背景值是区分井中视充电率异常的基准，背景值的选择，取决于工作任务及地质情况。当任务是寻找井旁深部盲矿时，应在同一钻孔的激电测井曲线上读取围岩地段的平均视充电率作为背景值。在进行地-井方位测量时，应在 R=0 m地-井视充电率曲线上选取背景值，也可以考虑以整条 R=0 m 的视充电率曲线为背景来处理不同方位测得的视充电率曲线（即对个方位的视充电率曲线均相应减去 R=0 m 的视充电率曲线）。经过这样处理后的方位曲线有两个优点，第一可以消除背景场的干扰影响，第二可以使局部异常更加突出，更明显地反映出井旁盲矿异常情况。
5 成果解释
（1）测量数据分析
通过实时测量数据发现，视充电率负极值出现在 A1方位的-527 m 处，最大负视充电率为-57.24 mV/V，正极值出现在 A2方位的-531 m处，最大正视充电率为 36.27 mV/V。且在 A1方位上，随着测量深度的增加至-542 m，视充电率幅值变化区间逐渐变小，表现为背景场的特征，表明随着深度的增加，井底视充电率值变低，趋于背景场，说明该段附近没有明显的极化体存在。
结合 A1方位测量结果，视充电率极值出现在-520～-532 m，选择在 A1-1 （R=97 m，方位 330°）和 A1-2 （R=333 m，方位 327°）处进行供电，在深部-520～-532 m 进行观测，在 R=97 m、R=152 m、R= 333 m 的极值均出现在-527～-528 m，其中 R=97 m 的极值为-49.11 mV/V，R=152 的极值为-57.24 mV/ V，R=333 m的极值为-39.48 mV/V，说明极化体位于近井端。
（2）曲线异常特征
选取 R=9 m 的 A0视充电率曲线对其他方位曲线进行背景值的处理，得到了背景处理后的视充电率曲线（图3）。经过这样处理后的视充电率曲线一方面消除了背景场的干扰影响，另一方面使局部异常更加突出，使资料解释更加简便，可以更明显地反映出井旁盲矿异常情况。
由各个方位的视充电率曲线可见，-330～-510 m 视充电率变化区间不大，结合钻孔岩心资料分析，主要是白云岩和灰岩的反映，表现为趋于背景场的异常特征；-510～-540 m 视充电率值逐渐增大，在 A6方位最大幅值低于-90 mV/V，且在不同方位上呈现强弱分明的异常特征，由此推断在井底周围存在着激电异常体。
图3地-井方式七方位激电测井视充电率曲线
（3）异常定性及半定量计算
①异常性质
由 R=9 m 靠近井口的方位激电测井曲线可知，测量电极在井底矿化段并没有观测到明显的激电异常，结合钻孔岩性电参数测量结果，推断在井壁附近矿化体受品位低及硫化物富集程度不够等因素，并不存在较明显的盲矿体。另外，在正北方位上测量到的激电异常强度低于-90 mV/V，而钻孔井壁附近的激电强度仅为 10 mV/V 左右，由此推断在钻孔深度527 m附近所观测到的激电异常信号应是强极化体的反映，同时结合钻孔岩心在 530 m 附近见有黄铁矿和黄铜矿透镜体顺层发育，推测该强极化体应是盲矿体的反映。
②异常半定量计算
通过 7 个方位的地-井方式激电测井视充电率曲线，在北方位上探测到了最强的激电异常信号 （图4），视充电率正极值为 13.27 mV/V，视充电率负极值为-92.33 mV/V，曲线呈现上正下负的反“S”形，由此判断正北方位A6为主方位，盲孔体在相对应钻孔的北侧，呈向井倾斜模式（黄智辉，1979；蔡柏林， 1989）。可根据下列公式计算。
(2)
式（2）中：（ηs）z=0—z=0时极化体近井端埋深（m）；（ηs）z=max—ηs极大值时的 z 坐标；（ηs）z=min—ηs极小值时的z坐标。
采用经验切线法确定盲矿体下底板距离井壁的距离。可确定盲矿体的异常头部位置位于井深 527 m。
(3)
式（3）中：k为校正系数，此处取值为1，d—盲矿体头部到井壁的距离（m）；Z1、Z2—切线交点坐标。同时由钻孔的顶角和方位，可进一步计算出盲矿体中心的平面投影位置。计算得出盲矿体的头部距井壁的距离约为3 m（图5、图6）。
（3）异常规模探讨
通过多方位激电测井曲线可以判断，主方位呈上正下负的反“S”形，该“S”形开口较小，上下开口的宽度仅 20 m 左右，由此推断该盲矿体的规模较小，仅能引起小范围内的激发极化效应，同时利用经验切线法计算出该盲矿体的头部距离井壁的距离约为3 m，其走向为北东，倾角约为40°，并推断出其平面投影位置，可开展钻探工作进一步验证。
图4地-井A6方位视充电率曲线解释成果
图5地-井方位激电测井解释模型
6 结论
（1）本文地-井多方位激电测量结果表明在北方位A6上观测到了最强的激电异常信号，由此推断该极化体位于钻孔的北侧，呈向井倾斜模式，即极化体的下底板倾向于井壁。同时推断出极化体下底板距离井壁的距离约为3 m，其走向为北东，倾角约为40°，并计算出了其中心平面投影位置。
图6WZK001钻孔地-井方位激电测井解释成果示意图
1—第四系；2—白垩系叶塘组；3—石炭系壶天组；4—泥盆系老虎头组；5—测井井位编号；6—断层及性质；7—地质剖面方位；8—推断异常及示意位置
（2）A6主方位视充电率极值达-90 mV/V 下，结合地质和钻探资料推断为矿致异常。曲线形态呈上正下负的反“S”形，由于“S”形开口较小，上下开口的宽度仅 20 m 左右，由此推断异常的规模较小，仅能引起小范围内的激发极化效应。
（3）地-井多方位激电测井在预测井旁盲矿体空间分布特征及规模大小、指导合理部署地质钻孔后续工作是行之有效的。
（4）受地下复杂环境因素影响，物探解释成果只能定性及半定量使用，在解决地质问题上存在一定的局限性。
注释
① 周永贵，石玉春，雷清，吴晓飞.2019. 广东省梅州市玉水硫铜矿矿区和外围找矿物探工作报告[R]. 天津: 天津市地球物理勘探中心.