大功率激電法在納米比亞羅雷銅礦成礦預(yù)測中的應(yīng)用

黃映聰，李小龍，陳敦理，劉 靜

（1.江蘇省有色金屬華東地質(zhì)勘查局，江蘇 南京 210007；2.北京市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局，北京 100195）

激發(fā)極化法（簡稱激電法），是以地殼中不同巖、礦石的激電效應(yīng)差異為物質(zhì)基礎(chǔ)，通過觀測與研究人工建立激電場的分布規(guī)律進(jìn)行找礦和解決地質(zhì)問題的一組人工場源形式的勘查方法［1］。近六十年以來的實(shí)踐證明，激發(fā)極化法（簡稱激電法）不僅是銅、鉛、鋅、鉬等金屬礦產(chǎn)的重要勘查方法，而且在尋找地下水和探測石油、天然氣方面也頗有成效［1－2］。隨著礦產(chǎn)勘查和開發(fā)的力度不斷加強(qiáng)，地表礦、淺部礦日益減少，礦產(chǎn)勘查工作正朝著尋找隱伏礦、深部礦、難識別礦的方向轉(zhuǎn)變，大功率激電法在地質(zhì)工作的“攻深找盲”中發(fā)揮了重要作用，并取得了良好的找礦效果［3－4］。

納米比亞羅雷銅礦發(fā)現(xiàn)于20世紀(jì)30年代，經(jīng)過二十多年的研究和勘查，于1957年建成礦山，但由于未達(dá)到采選目標(biāo)，礦山運(yùn)轉(zhuǎn)不到一年時(shí)間隨即關(guān)停。之后的四十多年里，先后有英、美等多家礦業(yè)公司或者投資人展開了對羅雷銅礦勘查和儲(chǔ)量核實(shí)工作，但最終都因礦石品位低、儲(chǔ)量小而放棄追加投資。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)該礦山主要采選的礦石為地表氧化礦，礦石品位高但礦石量較少，因此欲打開羅雷銅礦的勘查局面必須探尋深部隱伏的原生礦。重力、磁法等其他物探方法對礦體和圍巖密度、磁化率差異較小的浸染狀礦體作用有限，而大功率激發(fā)極化法探測深度大，對銅多金屬硫化物礦床有較好的指示作用。應(yīng)用大功率激電掃面和激電測深相結(jié)合的方法獲得深部原生礦的分布和埋深、產(chǎn)狀等信息，圈定異常靶區(qū)，通過鉆探工作發(fā)現(xiàn)了深部隱伏的銅礦體。羅雷銅礦深部隱伏銅礦體的發(fā)現(xiàn)，表明大功率激電在該區(qū)域找礦的有效性，同時(shí)也為礦山深部及外圍找礦指明了方向。

1 工作區(qū)地質(zhì)及地球物理特征

1.1 地質(zhì)特征

羅雷銅礦位于非洲南部加列普造山帶（圖1A）的北段，隸屬于南美與卡拉哈日兩大板塊之間的達(dá)馬拉（泛非）造山帶（580～500Ma）。加列普造山是一條具有復(fù)雜構(gòu)造－巖漿演化的復(fù)合型大陸碰撞造山帶，是在納馬科瓦造山帶的基礎(chǔ)上發(fā)展而來（1.06～1.03Ga），于泛非期經(jīng)歷了板塊俯沖碰帶撞及古生代大陸裂解等構(gòu)造－熱事件，形成了非洲南部重要的鉛、鋅、銅鉬等有色金屬與金剛石成礦帶［5－8］。

圖1 礦區(qū)大地構(gòu)造簡圖（A）與礦區(qū)地質(zhì)圖（B）

羅雷銅礦區(qū)域上出露的下元古界奧蘭治河群為一套中基性火山巖、火山碎屑巖和碎屑沉積巖，大部遭受了較強(qiáng)變質(zhì)，構(gòu)成變質(zhì)基底；而上元古界Nama群為一套地臺(tái)蓋層型沉積，主要由一套淺海相的碎屑巖、碳酸鹽巖沉積組成；第四系主要由沖積層、松散沉積物組成。受區(qū)域構(gòu)造作用的影響，礦區(qū)古元古代奧蘭治河群火山巖已強(qiáng)烈變質(zhì)，并構(gòu)成了羅雷礦區(qū)背斜構(gòu)造的兩翼，稍晚的花崗巖漿侵位到背斜核部。礦區(qū)出露的花崗閃長巖、似斑狀花崗閃長巖、花崗巖及英安斑巖，是構(gòu)成的Vioolsdrift巖套的主體，分別呈巖基狀、巖枝狀和脈狀產(chǎn)出，形成時(shí)代在1850～1960Ma之間，而稍晚的納馬科瓦侵入單元主要由石英斑巖、細(xì)晶巖和淺色花崗巖組成，呈脈狀、巖枝狀產(chǎn)出，形成時(shí)代在界于1000～1600Ma［7－8］?；鶐r發(fā)育不同程度的綠泥石化、綠簾石化、絹云母化、鉀化等。銅（鉬）礦（化）體產(chǎn)于花崗閃長巖體與傾伏背斜兩冀絹云母石英片巖接觸帶的內(nèi)帶，礦區(qū)地表普遍發(fā)育孔雀石化，偶爾可見輝鉬礦化。

1.2 地球物理特征

巖（礦）石物性資料是物探工作的地球物理前提和異常解釋的依據(jù)之一。此次工作對礦區(qū)分布的主要巖礦石進(jìn)行了標(biāo)本采集，共200塊巖礦石標(biāo)本，其中石英片巖、細(xì)晶巖、似斑狀花崗巖的標(biāo)本在30塊以上，而黃銅礦石、綠片巖因少見或破碎，采集困難，數(shù)量有限。

對200標(biāo)本進(jìn)行了極化率、電阻率參數(shù)測定和統(tǒng)計(jì)，其物性參數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。分析表1中測定的物性資料，可得如下認(rèn)識。

1）電阻率特征：該區(qū)巖（礦）石屬中高阻體，大多分布在1000～4000Ωm之間。其中黃銅礦石電阻率最高，綠片巖、蝕變花崗閃長巖等圍巖電阻率較低，小于1000Ωm。

2）極化率特征：綠片巖、似斑狀花崗閃長巖的極化率均較低，礦化巖石較高。由富礦化礦石標(biāo)本測定結(jié)果可以看成，礦化巖石具有很好的激發(fā)極化效應(yīng)，故在該區(qū)開展激電找礦具備地球物理前題。

3）測區(qū)不同類型巖（礦）石間電阻率差異不如極化率差異明顯，礦化體標(biāo)本具有高阻高極化的特征。所以，中－高阻高極化率特征是本區(qū)尋找隱伏硫化物（礦）富集地段的依據(jù)。

表1 電性參數(shù)測定統(tǒng)計(jì)一覽表

2 大功率激電中梯和激電測深的應(yīng)用與效果

2.1 工作方法

本次激電測量工作投入的儀器為重慶地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)的 WDJS-2接收機(jī)與 WDFZ-5大功率發(fā)射機(jī)。激電測量包括兩方面的工作：首先在礦區(qū)開展1∶2000激電中梯掃面，在異常帶圈定后再在激電異常部位布置激電測深剖面工作，以期對對異常進(jìn)行剖析。本次激電中梯掃面工作共完成2.8km2，網(wǎng)度為100m×20m，供電電流波形為方波，占空比1∶1正反向供電方式；供電周期為16s，延時(shí)為250ms，積分時(shí)間為40ms。激電測深使用裝置為對稱四極測深裝置。激電中梯采用1線供電3線觀測方式，供電極距AB為1600m，測量極距MN為20m，最大旁側(cè)距200m。激電測深裝置（AB/2）max為600m。

激電中梯掃面工作中設(shè)法處理好供電A、B極，令Rab回路電阻小于200Ω·m，確保供電電流大于4A，保證激電中梯掃面時(shí)中間部位的一次電位高于10mV，以達(dá)到壓制干擾信號、提高信噪比的目的。另一方面通過對電極澆水使測量電極接地良好。測量過程中確保Rmn回路電阻最大不超過2000Ω·m，從而達(dá)到使輸入信號不發(fā)生畸變之目的，另一方面盡量使用短導(dǎo)線進(jìn)行測量和減少風(fēng)擾等；在信號干擾較大，重復(fù)性差時(shí)，規(guī)范取數(shù)方法，提高數(shù)據(jù)可靠度。

2.2 激電異常的推斷解釋

通過激電中梯掃面工作，本區(qū)共圈出J1、J2兩個(gè)激電異常帶（圖2），極化率異常下限為2.8%。其中J1的北段呈北北東走向，J1南段呈近南北向，J2異常帶為北西西走向，呈串珠狀不連續(xù)分布。J1、J2兩個(gè)異常帶的空間位置正好為前寒武紀(jì)中酸性花崗閃長巖體與下元古界奧蘭治河群Haib亞群Tsams組石英片巖與綠泥石片巖接觸帶的空間位置重疊，并且J1與J2異常帶地表孔雀石化強(qiáng)烈，說明接觸帶范圍深部銅鉬的硫化物可能是引起異常的原因，應(yīng)加大接觸帶深部的找礦力度。

J1激電異常帶是羅雷銅礦面積最大且幅度最高的激電異常帶。本文以該異常為例，通過激電測深工作對激電異常進(jìn)一步進(jìn)行評價(jià)。J1異常位于測區(qū)的西部，異常呈北北東向展布，長約800m，寬約200m，異常寬緩，有雙峰值，南側(cè)峰值3.5%，北側(cè)峰值3.4%。對J1激電異常進(jìn)行踏勘，地表要為花崗巖和云母石英片巖，這些均不能引起激電強(qiáng)烈異常，地表所見礦化蝕變也主要為孔雀石化，從表1中可以看出，孔雀石化并不具有高極化率的特征，同時(shí)未見礦化碳質(zhì)巖類和碳化現(xiàn)象，推斷該異常為隱伏的銅鉬硫化物礦脈所引起。

為了獲得引起J1激電異常的高極化體的埋深和產(chǎn)狀特征，在J1異常中心部位布置了一條測深剖面J1s，布極方向和測線方向一致，均為100°，測深點(diǎn)間距為40m，一共實(shí)施4個(gè)測深點(diǎn)，編號并分別TC23-（1，2，3，4）。激電測深過程中使用的裝置為對稱四極測深裝置，（AB/2）max＝600m。常規(guī)電法測深數(shù)據(jù)后期處理一般做的都是單點(diǎn)一維反演分層處理，并非真正的二維斷面反演，局限性較大，多個(gè)點(diǎn)的一維反演不能全面反映二維斷面的情況。本次激電測深反演工作把常規(guī)電測深的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為res2dinv二維高密度數(shù)據(jù)，使用res2dinv二維高密度處理軟件來進(jìn)行反演處理，從而得到可靠的反演結(jié)果。測深剖面J1s的res2dinv反演結(jié)果，見圖3。測深剖面J1s的反演結(jié)果為礦脈的頂部位于100m處，中心埋深70m。高極化體近乎直立，略向西傾并具有中高電阻率特征。通過以上對激電異常J1的分析解釋，可以推測：引起激電異常的隱伏礦化體呈脈狀，走向10°，走向長度700m，平面投影位置與異常位置對應(yīng)，傾向?yàn)?70°。

圖2 羅雷銅礦區(qū)視極化率等值線圖

圖3 J1s剖面二維反演充電率擬斷面圖（A）與視電阻率擬斷面圖（B）

為驗(yàn)證J1異常帶深部極化體是否由含銅、鉬硫化物礦脈所引起，在地表TC23-4測深點(diǎn)西側(cè)（685499，6895330）處布置鉆孔zkc23-2，結(jié)果在該點(diǎn)深部200m處鉆遇近30m厚的含銅、鉬的硫化物礦脈。

3 結(jié)論

1）激發(fā)極化法是探測金屬（銅、鉛、鋅等硫化物）礦體的有效方法之一，能夠提供較大的供電電流大功率激電測量能克服干擾信號，從而增加勘探深度，成為更為有效的隱伏礦探礦手段。

2）通過激電中梯和激電測深兩種裝置的綜合利用，可以推斷異常體的分布范圍和埋深，實(shí)現(xiàn)礦體的快速定位。

3）將常規(guī)電測深的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為res2dinv二維高密度數(shù)據(jù)，使用res2dinv二維高密度處理軟件來進(jìn)行反演處理，從而得到較為可靠的礦（化）體的埋深、產(chǎn)狀等信息。

4）激電中梯、激電測深在納米比亞羅雷銅礦的成功應(yīng)用為羅雷銅礦深部和外圍找礦指明了方向，同時(shí)也為今后在非洲干旱地區(qū)開展電法找礦工作積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

［1］李金銘.激發(fā)極化法方法技術(shù)指南［M］.北京：地質(zhì)出版社，2004.

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