可控源音頻電磁測量在豫西禮莊寨隱伏鋁土礦床勘查中的應用

孟憲鋒

（1.河南省地質調查院，河南鄭州 451000；2.河南省地礦局第一地質調查隊,河南洛陽 471000)

可控源音頻電磁測量在豫西禮莊寨隱伏鋁土礦床勘查中的應用

孟憲鋒1,2

（1.河南省地質調查院，河南鄭州 451000；2.河南省地礦局第一地質調查隊,河南洛陽 471000)

豫西禮莊寨隱伏鋁土礦床是應用可控源測量發(fā)現的，礦區(qū)發(fā)育有與華北型鋁土礦關系密切的石炭系本溪組，通過可控源音頻大地電磁測量，發(fā)現了一系列起伏不平的卡尼亞低阻（體）帶，鉆探驗證表明其正好反映了奧陶系頂板古侵蝕面分布特點，從而為隱伏鋁土礦床靶區(qū)預測指明了方向。本文系統(tǒng)總結了禮莊寨礦床的地質地球物理特征以及隱伏鋁土礦床的地球物理找礦標志。

地球物理特征；隱伏鋁土礦；可控源音頻；電磁測量；禮莊寨

禮莊寨隱伏鋁土礦床位于河南省澠池縣北部。該礦床是應用可控源測量找礦的一個成功范例，由河南省地質調查院于2006年發(fā)現,經過近幾年的系統(tǒng)勘查評價,初步查明該鋁土礦床已達大型規(guī)模[1]。筆者有幸參加了此項工作。本文系統(tǒng)總結了禮莊寨礦區(qū)的地質地球物理特征以及隱伏鋁土礦床的地球物理找礦標志。

1 礦區(qū)地質概況

禮莊寨礦區(qū)位于澠池向斜的北翼，總體呈一單斜構造，地層總體呈南南西傾，傾角13～27°。區(qū)內斷裂構造不發(fā)育，出露地層由老到新為中元古界汝陽群北大尖組，崔莊組、三教堂組，寒武系，奧陶系，石炭系本溪組和太原組，二疊系和第四系(圖1)。其中與鋁土礦密切相關的主要是石炭系太原組、本溪組和奧陶系馬家溝組。

馬家溝組(O2m)：為淺灰色厚－中層白云巖夾灰黃色薄板狀白云巖、青灰色厚－巨厚層狀石灰?guī)r、泥灰?guī)r夾蟲穴灰?guī)r，為鋁土礦底板巖性。

本溪組(C2b)：在礦區(qū)東部邊緣零星出露。底部為雞窩狀、透鏡狀赤鐵礦或相變?yōu)楹F鋁土頁巖，中上部為鋁土頁巖、鋁土巖、似層狀或透鏡狀鋁土礦層、耐火粘土礦層，厚2～16 m，局部最厚可達20 m以上，是鐵礦、鋁土礦、耐火粘土礦的重要賦礦層位。太原組(C2t)：下部為灰?guī)r、薄煤層互層，中部為泥巖、砂質泥巖夾薄層粉砂巖，上部為含燧石團塊灰?guī)r、灰?guī)r夾灰色砂巖，厚約30～40 m，含豐富的生物化石，為鋁土礦頂板巖性。

2 礦區(qū)地球物理特征

2.1 重力場分布特征

在1/5萬布格重力異常圖（圖2）上，礦區(qū)總體處于一個東西向重力異常大梯度帶上，該梯級帶是區(qū)域澠池重力低值區(qū)和岱眉寨重力高值區(qū)的過渡帶。梯度帶走向由北西漸變?yōu)楸睎|向，整體南緩北陡，重力異常值北高南低，但在礦區(qū)相對較平緩，異常值變化范圍-50.8×10-5ms-2～-59.5×10-5ms-2。推測基巖埋深150～500 m，北部淺、向南緩慢變深，顯示出石炭－二疊系地層整體向南緩傾斜，地層連續(xù)，為找鋁土礦和煤的有利地區(qū)。

2.2 可控源音頻大地電磁測深法（CSAMT）的應用

2.2.1 可控源電磁測量的基礎條件

礦區(qū)鄰區(qū)巖礦石電性特征見表1。

從表1可見，灰?guī)r及白云質灰?guī)r電阻率最大，鋁土礦、赤（褐）鐵礦及砂巖等較低。顯然，鋁土礦區(qū)巖、礦石在垂向上最顯著的物性差異是奧陶紀或寒武紀灰?guī)r與其上覆地層在電阻率方面有明顯的電性差異。本區(qū)第四系覆蓋層的視電阻率為5～20Ω·m，二

圖1 禮莊寨礦區(qū)地質簡圖Fig.1 The schematic geological map of the Lizhuangzhai bauxite deposit

圖2 禮莊寨礦區(qū)重力異常特征[1]Fig.2 The gravity anomaly features of the Lizhuangzhai bauxite deposit[1]

表1 禮莊寨礦區(qū)及鄰區(qū)巖、礦石電性特征[1]Table 1 Ore and rock electric characters of the Lizhuangzhai bauxite deposit with its adjacent area[1]

1.第四系；2.新近系；3.上二疊統(tǒng)石千峰組；4.上二疊統(tǒng)上石盒子組；5.下二疊系統(tǒng)；6.上石炭統(tǒng)本溪組和太原組；7.中奧陶統(tǒng)馬家溝組；8.上寒武統(tǒng)；9.中寒武統(tǒng)；10.下寒武統(tǒng)；11.中元古界三教堂組；12.中元古界崔莊組；13.中元古界北大尖組；14.見礦鉆孔及編號；15.未見礦鉆孔及編號；16.勘探線及編號疊系地層視電阻率為15～30Ω·m，石炭系地層視電阻率為20～40Ω·m，奧陶系和寒武系地層視電阻率≥35Ω·m。從新至老地層電阻率具有逐漸增大的特點，各地層間視電阻率有比較明顯的差異，是開展可控源音頻大地電磁法（CSAMT）測量的有利前提。因此，工作中可把奧陶紀、寒武紀灰?guī)r頂面作為物探工作探測的標準電性層。采用物探方法尋找隱伏鋁土礦，其目標物是奧陶－寒武灰?guī)r頂面，目的物則是古地貌上巖溶洼斗區(qū)。

圖3 可用于推斷含鋁巖系或鋁土礦層的CSAMT曲線[3]Fig.3 CSAMT curves used to infer aluminized rock series and bauxite layer[3]

2.2.2 可控源電磁測量試驗效果

圖3是本次鋁土礦勘查典型的CSAMT法測深卡尼亞電阻率曲線[2]。從圖3可看出，其卡尼亞電阻率整體為遞增趨勢，在中下部有一小段明顯的低阻小彎，在這一小段低阻下方電阻率呈45°直線升高，測深曲線基本上反映了該區(qū)地層電性變化的大致情況，隨著頻率的降低，勘探深度逐漸增大，電阻率整體上呈現增大的趨勢，小彎下部電阻率陡增的部分對應的就是奧陶系灰?guī)r。電磁測深剖面較好的反映了煤系地層、含鋁巖系及奧陶系電阻率特征，上部波狀變化低阻曲線為含煤巖系的反映，曲線中部低阻拐點為鋁土礦層大致位置，下部單變遞增高阻曲線則為下古生界碳酸鹽巖的反映。因此，采用CSAMT(可控源音頻大地電磁)法測深剖面,卡尼亞電阻率－頻率曲線拐點可直接反映出新生界覆蓋層和奧陶系灰?guī)r層的埋藏深度,進而推斷石炭系本溪組(鋁土礦)的埋深[3]。

2.2.3 鋁土礦層位與可控源測量成果的對應關系

在禮莊寨礦區(qū)共完成了16條可控源電磁測深剖面，物理點580個。電磁測深剖面較好的反映了鋁煤礦地層、特別是奧陶系頂部古侵蝕面的起伏特征，發(fā)現了多處明顯的奧陶系灰?guī)r頂界面凹陷處。選擇有利地區(qū)布置了12個鉆孔，通過鉆探驗證，奧陶系灰?guī)r頂界面埋深以及含鋁巖系賦存深度與實際情況大致吻合。其中有10個鉆孔在預定位置下部見到了鋁土礦層（表2），見礦率達80%以上。鉆孔驗證和試驗結果證明，在地質研究的基礎上，用CSAMT法測深是尋找隱伏鋁土礦的有效方法[3]。其代表性剖面見圖4，圖中卡尼亞電阻率40～80歐姆（一般50左右）梯度帶可與本溪組含鋁層位相吻合。據此，發(fā)現了一個特大型鋁土礦普查基地。

表2 禮莊寨礦區(qū)可控源測量與鉆孔見礦深度對比表Table 2 comparison of the controllable source audio-frequency measure in the drilling hole in the Lizhuangzhai bauxite deposit

圖4 禮莊寨礦區(qū)31線剖面圖Fig.4 No.31 geological exploration line section in the Lizhuangzhai bauxite deposit

實踐證明，可控源大地電磁測深曲線的形態(tài)變化對鋁土礦含礦巖系的厚度變化有示蹤意義。對鋁土礦床而言，只有鋁土礦含礦巖系厚度較大部位才可能存在厚大的鋁土礦體?？煽卦创蟮仉姶艤y深資料中包含有鋁土礦含礦巖系底板灰?guī)r的掩埋深度、地層產狀及斷裂構造等地質信息。據此可以大致了解上石炭統(tǒng)的分布特征，甚至可以發(fā)現富鋁土礦的發(fā)育部位，有效指導勘查工程布置。

3 隱伏鋁土礦床地球物理找礦標志

①區(qū)域重力梯度陡變帶對區(qū)域含鋁巖系（鋁土礦帶）的分布有指示意義；

②電測深或激電測深典型界面，可能指示含鋁巖系或隱伏鋁土礦的層位及深度；

③可控源音頻大地電磁測量卡尼亞電阻率40～80歐姆梯度帶，可有效指導鋁土礦的埋深。

4 結論

（1）長期以來受鋁上礦“次生富集”觀點的影響，大多數研究者認為，在埋深200 m以下不存在富鋁土礦[3]。但本次勘查在埋深400 m以下見到了富鋁土礦，A/S最高可達28.94。另外，在不少煤礦勘查過程中，均在埋深400 m的煤層之下的本溪組中也發(fā)現了較好的鋁土礦體[4]。顯然，鋁土礦的形成可能主要受沉積作用、沉積期古地理、古地形控制，礦石質量與現在埋藏深度可能沒有必然關系。對富鋁土礦成礦認識上的突破,為在中深部尋找隱伏富品位鋁土礦提供了理論依據,擴大了尋找富鋁土礦的空間和遠景。

（2）新一輪鋁土礦勘查找礦深度大，成本費用高，由于隱伏鋁土礦床自身的地質特點，要求地質、物探測量技術等勘查手段方法組合上取得突破[5]。可控源音頻大地電磁測量法為有效方法之一，其卡尼亞電阻率40～80歐姆梯度帶，可有效指示鋁土礦大致位置及深度。

（3）本文初步對CSAMT法在淺隱伏鋁土礦勘查中的應用進行了總結，未來鋁土礦勘查的主要方向是已知鋁土礦帶的中深部，為適應中深部尋找隱伏鋁土礦的需要，應以提高隱伏鋁土礦定位預測精度為目標，重點加強包括CSAMT、微重力、超長電磁波測量等物探方法在鋁土礦勘查方面的應用研究[3]。

（4）在鋁土礦找礦難度不斷增加、資源瓶頸制約日益嚴重的形勢下，加強覆蓋區(qū)深部鋁土礦成礦規(guī)律及找礦勘查研究，對推進整裝勘查，實現找礦新突破具有重要意義[5]。

（5）深部鋁土礦找礦工作與淺部勘查工作有明顯的不同，鋁土礦的成礦地質特點也決定了深部勘查時的難度遠大于淺部[6]。煤下鋁是隱伏鋁土礦的重要組成部分，在許多煤礦及外圍都開展過不同程度的物探工作，如地震、電測深等，進行深部鋁土礦勘查應大量收集和利用區(qū)內已有的含有鋁土礦含礦巖系底板灰?guī)r的掩埋深度、地層產狀及斷裂構造等綜合信息[7]。與可控源電磁測深資料相結合，配合稀疏的深孔鉆探驗證，進一步提高勘查效果，實現深部找礦的重大突破。

致謝：本文成文過程中，得到了河南省地調院燕長海總工、天津地質調查中心司馬憲章教授的指導，特此感謝！

[1]河南省地質調查院.豫西陜縣－新安－濟源鋁土礦調查評價成果報告[R]，2008，12.

[2]趙建敏，燕長海，劉國印.隱伏鋁土礦找礦方向及勘查技術淺議.百度文庫，2010，07.

[3]劉國印，燕長海，趙建敏，等，微重力法與可控源音頻大地電磁法組合在豫西尋找隱伏鋁土礦中的應用[J].地質通報，2008，05.

[4]河南省有色地質礦產局.河南省澠池縣曹窯煤礦區(qū)深部鋁土礦詳查報告[R].2007,12.

[5]朱東暉，張錄星，司百堂.河南新一輪鋁土礦勘查問題研究.百度文庫，2010，09.

[6]張錄星，張林，司百堂.曹窯煤礦區(qū)深部鋁土礦特征及勘查啟示，河南省有色金屬地質礦產局“地質找礦改革發(fā)展大討論活動”專題材料[R].2010，07.

[7]楊言杰.河南省西部煤下鋁土礦勘查前景及找礦意義[J].華北國土資源，2010，04.

Determination of Geochemical Anomalies by the Fractal Method in the Longguan Area,Heibei Province

LI Bin1,LI Sui-min1,LIANG Yu-ming2,YANG Chuan-xiang1
(1 School of Resources,Shijiazhuang University of Economincs,Shijiazhuang 050031,China;
2.407 Geological Team of Geological Exploration and Development Bureau of Hunan Province,Huaihua 418000,China)

In the central region of Zhangjiakou,Hebei Province,the geological background is quite complicated,and the tectonic movement is multi-periods.The mineralization appears multi-periods and multi-cycles,which make objectively geochemical elements have more non-scale ranges,namely fractal.Taking five geochemical elements(Pb、Zn、Ag、Au、Cu)of Longguan area in southern Zhangjiakou region as an example,the authors study the fractal characters of the five geochemical elements by fractural method,and then determine the geochemical thresholds.Subsequntely,according to the geological background of research region,the reasonable explanation for the anormalies is reasoned out.Finally,compared with traditional average method,the effects of different geochemical elements by fractual method are summarized.

fractal;content-area method;threshold;geochemical anomaly;geochemical element

P613.3+25；P618.45

A

1672－4135(2011）02－0150-04

2011-04-15

國家地質大調查項目：豫西陜縣－新安－濟源鋁土礦評價成果報告（1212010532403）

孟憲鋒（1962－），男，碩士，地質高級工程師，1985年畢業(yè)于長春地質學院地質系，一直從事礦產資源勘查工作，Email:mxflyddy@126.com。