自然电位砂岩型铀矿地形改正及其应用_游陈.pdf
2021年第1期西部探矿工程 * 收稿日期 2020-07-07修回日期 2020-07-08 基金项目 国家自然科学基金项目 可地浸层间氧化带型砂岩铀矿自然电位形成机理及自然场特征研究 (41264004) 。 第一作者简介 游陈 (1994-) , 男 (汉族) , 江西抚州人, 东华理工大学地球物理与测控技术学院在读硕士研究生, 研究方向 自然电位理论和数据处理。 自然电位砂岩型铀矿地形改正及其应用 游陈*1, 汤洪志 1, 2, 陈晓冬3,陈建龙1, 肖小松1 (1.东华理工大学地球物理与测控技术学院, 江西 南昌 330013; 2.中南大学地球科学与信息物理学院, 湖南 长沙 410083; 3.核工业二一六大队, 新疆 乌鲁木齐 830000) 摘要 自然电位法是地球物理勘探中最古老的一种勘探方法, 但由于该方法干扰的因素太多, 给地 质体的推断和解释带来了巨大的阻力。利用自然电法对砂岩型铀矿进行研究, 选择蒙其古尔矿区作 为研究地点, 通过对测区相对高差与自然电位地形改正量进行线性拟合, 得到相对高差与自然电位 的相关性。根据相对高差与自然电位的拟合关系, 来消除地形起伏对自然电位的影响。 关键词 自然电位; 砂岩型铀矿; 地形改正 中图分类号 P57 文献标识码 B 文章编号 1004-5716202101-0119-03 1概述 从20世纪80年代末期开始对伊犁盆地砂岩型铀 矿进行勘查, 先后在伊犁盆地发现了五个砂岩型铀矿 床, 可见该地区的铀矿资源十分丰富。随着科技技术 的飞速发展, 仪器的更新换代, 浅部的矿产资源有限, 开始向深部资源进军, 找矿的难度不断加大。理论和 实践均表明, 砂岩型铀矿上可观测到明显的自然电位 异常。因此对于适合地浸技术采矿的砂岩型铀矿, 可 以采用自然电位法进行勘探。但自然电位法干扰因素 多, 其中地形起伏对自然电位的影响是干扰之一。 2自然电位法地形改正 2.1自然电位法野外数据采集 自然电位在野外数据采集时, 需按照野外勘探技 术规范进行。首先选好测区, 布置好测线, 用GPS定 点, 沿测线方向在地表上挖两个相距50m的小坑, 分别 埋入两个用水浸泡好的不激化电极; 然后选用灵敏度 较高的万用表进行测量, 用GPS同时记入该点的高程 Ai以及两点的电位差; 最后在同时移动两不激化电极 到下一点进行测量, 其测距为50m。理论上记录的数 据满足公式 ■ ■ ■ V i 13V i 12V i 23 V i 12V i-1 23 (1) 式中 V两点电位差。 由于在地表观测的是两点的电位差, 它不能反映 地下的实际情况, 需要把电位差转化为电位 Ui ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ a 1 2 V i-1 23 V i 12i1 Ui-1 1 2 V i-1 23 V i 12i>1 2 式中Ui叠加后的自然电位; a测线起点的自然电位, 假设为0mV。 2.2自然电位数据处理流程 野外所测得数据为电位差, 经过式 (2) 处理自然电 位, 再剔除过滤电场, 完成预处理。然后处理自然电位 数据, 在处理数据时需按照如图1所示的数据资料流程 处理[4]。 图1自然电位处理流程图 2.3地形改正原理 自然电位异常与地形的影响呈现两种关系 一种 是镜像关系; 另一种是反镜像关系, 其中镜像关系的情 况占多数。多数地形起伏与自然电位异常存在三种关 系 线性关系、 二次关系或指数关系, 利用其相关性进 行改正, 关系式为[1] ΔUia0a1ΔH(3) ΔUia0a1ΔHia2ΔH2(4) 119 2021年第1期西部探矿工程 ΔUiAe BΔHiC (5) 式中ΔUi电位改正值; ΔHi地形相对高差; a0、a1、a2、A、B、C无量纲常系数。 在地形改正时, 先将野外数据采集记录的高程和 测点的自然电位相对应, 再从相对高差曲线中选取一 段变化幅度较大的地形, 然后通过测点号找到其对应 的 自 然 电 位 , 得 到 一 组 相 对 高 差 {}ΔH1,ΔH2,ΔH3,...,ΔHn及 其 对 应 的 自 然 电 位 {}ΔU1,ΔU2,ΔU3,...,ΔUn,n为所取拟合数据的个数, 最后根据相关性进行改正。 其中, 多数相关性主要以线性相关为主, 假设自然 电位关于相对高差的线性函数为公式 (3) , 则应用最小 二乘线性拟合公式为 ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ n ∑ i1 n ΔHi ∑ i1 n ΔHi ∑ i1 n ΔH 2 i ■ ■ ■ ■ ■ ■ a0 a1 ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ∑ i1 n ΔUi ∑ i1 n ΔHiΔUi (6) 设自然电位是关于相对高差的二次函数, 即 ΔUfΔHa0a1ΔHa2ΔH 2 应用最小二乘拟合公式 为 ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■ ■ ■ n ∑ i1 n ΔHi ∑ i1 n ΔH 2 i ∑ i1 n ΔHi ∑ i1 n ΔH 2 i∑ i1 n ΔH 3 i ∑ i1 n ΔH 2 i∑ i1 n ΔH 3 i∑ i1 n ΔH 4 i ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ a0 a1 a2 ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■ ■ ■ ∑ i1 n ΔUi ∑ i1 n ΔHiΔUi ∑ i1 n ΔH 2 iΔUi (7) 设自然电位是关于相对高差的指数函数, 即 ΔUfΔHAe BΔHC , 将公式两端取对数变形, 再结合 线性回归方程的, 得 ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ n ∑ i1 n ΔHi ∑ i1 n ΔHi ∑ i1 n ΔH 2 i ■ ■ ■ ■ ■ ■ a0 a1 ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ∑ i1 n lnΔUi ∑ i1 n ΔHilnΔUi (8) 3蒙其古尔矿区地形改正 3.1工区概况 测区为蒙其古尔矿区, 矿区主要为上三叠统, 广泛 发育中下侏罗统水西沟群、 中侏罗统头屯河组、 白垩系 和新近系。 (1) 水西沟群在矿区内总体为一套冲积扇三角 洲沉积体系, 中侏罗统头屯河组为一套杂色碎屑岩沉 积, 以泥岩和中细砂岩互层为主, 厚度一般为 0~ 117m。 (2) 白垩系为一套干旱条件下形成的褐红色河湖 相沉积, 以砂质泥岩和泥质砂岩为主。 (3) 新近系岩性主要为褐红色钙质砂砾岩夹砂岩 和泥岩, 底部为弱钙质交接的含砾粗砂岩、 灰白色钙质 交接细砂岩, 厚度变化较大, 厚度一般为0~220m。 斜坡陡峭, 相对高差较大, 适合研究地形改正, 沿 西南方向布置2条测线, 沿西北方向布置5条测线。 3.2拟合数据选取 地形改正的拟合数据选择需遵循以下原则 ①地 形起伏较大; ②由地形引起的自然电位异常变化明显; ③地形与自然电位异常之间的相关性较好[1]。23号线 是地形起伏较大的测线, 测线布置方向为西北方向。 设1372m为该地区的平均高程, 绘制其相对高差曲线 如图2所示和自然电位曲线如图3所示。 图2相对高差曲线 图3自然电位曲线 可以看出起伏的地形引起了自然电位变化显著, 对地下地质体的信息造成了较大干扰, 两者之间大致 呈现反镜像关系。 3.3拟合公式的改正效果 若相对高差与自然电位之间满足线性关系, 运用 最小二乘拟合公式(6), 计算参数a0144.7278, a1-1.17378, 得到线性拟合关系式为 ΔUi144.7278-1.17378ΔHi(9) 若相对高差与自然电位之间满足二次函数关系, 120 2021年第1期西部探矿工程 运用最小二乘拟合公式 (7) , 计算参数a0-0.0006, a1-1.1877,a2146.16, 得到二次拟合关系式为 ΔUi-0.0006ΔHi2-1.1877ΔHi146.16(10) 若相对高差与自然电位之间满足指数函数关系, 运用最小二乘拟合公式 (8) , 计算参数A124.29, B-0.01,C0, 得到自指数拟合关系式为 ΔUi124.29e -0.01ΔHi (11) 曲线拟合如图4所示。 图4应用最小二乘公式所实现的线性、 二次、 指数拟合 从图4中能看出 由于二次拟合公式 (10) 中二次项 系数a0较小, 使得线性拟合与二次拟合得到的曲线十 分接近, 相对高差在 (-100m, 75m) 的区间内比较接近, 且自然电位改正量和相对高差拟合效果较好, 而指数 拟合得到的效果显然没有线性和二次拟合效果好。因 此, 砂岩型铀矿区地形改正采用线性拟合比较合适。 利用线性拟合对比改正前后得到图5。 由图5可见, 自然电位异常受地形的影响较大, 改 正后的自然电位曲线在 (800~1250m) 区间内自然电位 曲线显然比改正前的自然电位曲线要高, 而在1250m 之后, 改正后的自然电位曲线在迅速下降, 在1300m 后, 改正前的自然电位曲线低于改正后的自然电位曲 线。 4结论 本文通过对测区的相对高差与自然电位地形改正 量进行线性、 二次、 指数拟合, 对比分析, 发现采用线性 拟合的效果较好, 并得出相对高差与自然电位地形改 正量的关系式, 利用其关系式可以消除砂岩型铀矿区 地形起伏对自然电位测量的影响。 参考文献 [1]王君恒,耿煜.自然电位梯度测量中的地形改正[J].地球物理 学报,2015,58103815-3824. 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