层控硫化物矿床的复电阻率谱特征及其有限元数值模拟研究

本项目拟在城门山铜矿典型层控硫化物矿床实施复电阻率测量以及收集相关复电阻率试验资料的基础上，研究实测复电阻率视谱参数；通过对矿坑和标本的复电阻率测量，研究层控硫化物矿体、矿石及围岩的真谱参数。通过引入Cole-Cole模型，研究复电阻率有限元理论与方法，推导基于四节点和八节点的二维有限元计算公式并编制相应程序，在确保模型合理和精度的情况下，研究复杂地质条件下层控极化体的复电阻率谱。根据钻孔控制建立的层控硫化物矿床的大地模型，比较分析模拟视谱和实测视谱之间的差异，寻找规律性的问题，为基于二维有限元正演的复电阻率谱反演打下基础。层控硫化物矿床的复电阻率谱特征及其有限元数值模拟研究，对采用复电阻率法研究层控硫化物矿床，提高复电阻率资料处理和推断解译的能力，特别是在提高复杂地质条件下深部解译的精确度和可信度方面具有重要意义。

本研究通过对江西城门山铜矿产坑露头44个排列的人工源地面轴向偶极排列复电阻率（CR）法剖面测量，研究了城门山铜矿体及其近矿围岩的真谱参数。其中，硫化物矿体的真谱参数特征为：低电阻率（平均值2.5Ω.m），高充电率（平均值35.9%），中等时间常数（平均值3.0s）,中等频率相关系数（平均0.37）；近矿围岩的真谱参数特征为：中等电阻率（平均值47Ω.m），中低充电率（平均值6.0%），高时间常数（平均值23.3s）,高频率相关系数（平均0.50）。针对城门山铜矿Ⅰ号层控块状硫化物矿体，实施了2条32个排列的人工源地面轴向偶极排列复电阻率（CR）法剖面测量，取得了城门山铜矿复电阻率视谱参数的第一手资料。经分析研究发现，城门山复电阻率视谱参数具有如下特征：中低电阻率（平均值39Ω.m），高充电率（平均值26.6%），中高时间常数（平均值7.3s）,低频率相关系数（平均值0.25）。对比真谱参数和视谱参数可以发现，单从电阻率的差别难以区分矿与非矿，但充电率的指矿作用明显，时间常数和频率相关系数也有较好的指示意义。.本研究引入Cole-Cole模型，研究复电阻率二维极化介质的变分问题，推导复电阻率微分方程，推导基于三节点和四节点的复电阻率二维有限元计算公式。采用Mindmanager建立有限元模拟思维导图，形成计算方法流程图，采用Fortran语言编制复电阻率有限元模拟方法的程序。将在球体模型下的有限元数值模拟得到的电磁场值与计算得到的电磁场值进行比较，检验有限元数值模拟方法的合理性和精确程度，并指导模型的改进和适当的网格剖分。针对层控硫化物矿床的特征，用有限元数值模拟程序对不同地质条件层控极化体的复电阻率谱特征进行模拟，并对模拟结果进行分析和总结，以指导层控硫化物矿床复电阻率谱的反演。