瞬變電磁法在紅旗嶺銅鎳礦3號(hào)巖體勘查中的應(yīng)用與研究

李 寧，張文博，劉域田，王向麗，李 冶，張 強(qiáng)

吉林省勘查地球物理研究院， 吉林 長(zhǎng)春 130012

鎳金屬是人類緊缺資源，應(yīng)用廣泛而且沒有替代品。需求年增長(zhǎng)4%～5%，而供給增長(zhǎng)只達(dá)到2%，增長(zhǎng)困難重重。紅旗嶺銅鎳礦是個(gè)大型鎳礦，礦區(qū)隸屬磐石縣紅旗嶺鎮(zhèn)。該礦1號(hào)含礦巖體發(fā)現(xiàn)于1958年，作為一個(gè)擁有50余歷史的老礦山，保持礦產(chǎn)資源開采的持續(xù)性可謂當(dāng)務(wù)之急。

吉林省勘查地球物理研究院從2007年開始參與了全國(guó)危機(jī)礦山接替資源找礦續(xù)作項(xiàng)目，在紅旗嶺銅鎳礦區(qū)開展了瞬變電磁法（TEM）、可控源音頻電磁法（CSAMT）、井中瞬變電磁法（DHTEM）等一系列工作，總結(jié)了一些在礦區(qū)周邊強(qiáng)干擾環(huán)境下工作的寶貴經(jīng)驗(yàn)。本文主要簡(jiǎn)單闡述瞬變電磁方法在3號(hào)巖體勘查中的情況。

1 礦區(qū)地質(zhì)概況

1.1 大地構(gòu)造位置

紅旗嶺銅鎳礦區(qū)地處中國(guó)北方（西伯利亞—蒙古）大陸南側(cè)陸緣構(gòu)造域，華北地臺(tái)東北緣之外側(cè)，吉南開源—河龍成礦帶吉黑褶皺帶的東南緣，褶皺帶與華北地臺(tái)以北東向的輝發(fā)河斷裂為界，特定的構(gòu)造位置決定了本區(qū)的構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，巖漿活動(dòng)發(fā)育，具備良好的成礦環(huán)境和條件。

礦區(qū)內(nèi)地層主要為下古生界寒武—奧陶系呼蘭群變質(zhì)巖系。礦區(qū)南端出露有中生界侏羅系砂礫巖，呈不整合覆蓋于呼蘭群之上。呼蘭群是一套包括有片麻巖類、角閃質(zhì)巖類、云母片巖類和大理巖類的變質(zhì)巖系（見圖1）。

1.2 控礦因素

（1）地層及巖石∶礦區(qū)內(nèi)地層主要為下古生界寒武—奧陶系呼蘭群變質(zhì)巖系。礦區(qū)南端出露有中生界侏羅系砂礫巖，呈不整合覆蓋于呼蘭群之上。呼蘭群是一套包括有片麻巖類、角閃質(zhì)巖類、云母片巖類和大理巖類的變質(zhì)巖系。

（2）礦區(qū)巖漿巖∶礦區(qū)巖漿活動(dòng)頻繁，由基性—超基性至中、酸性巖均有出露，約占礦區(qū)面積1/2。其中海西期花崗巖類是區(qū)域最強(qiáng)烈的巖漿活動(dòng)，但在礦區(qū)出露比較少，分布在東西兩側(cè)。巖性以黑云母花崗巖為主，其次為斑狀花崗巖，呈巖基狀產(chǎn)出。與硫化銅鎳礦床成礦有關(guān)的基性—超基性巖體形成于加里東、海西和燕山期三個(gè)巖漿構(gòu)造旋回。

（3） 礦區(qū)構(gòu)造∶礦區(qū)構(gòu)造以斷裂為主，褶皺構(gòu)造不甚發(fā)育。位于紅旗嶺礦區(qū)南側(cè)的輝發(fā)河北東向殼源深大斷裂是區(qū)域內(nèi)最主要的斷裂帶，延長(zhǎng)達(dá)數(shù)百千米。該深大斷裂誘導(dǎo)出的北西向斷裂，為礦區(qū)重要的控巖控礦構(gòu)造，也是主要的導(dǎo)礦和容礦構(gòu)造。而區(qū)內(nèi)北東向斷裂不很發(fā)育，局部對(duì)北西向斷裂或基性-超基性巖體起破壞作用，一般錯(cuò)距不大。它們構(gòu)成紅旗嶺礦區(qū)構(gòu)造輪廓的基本格架。

2 3號(hào)巖體概況

3號(hào)巖體（斜方輝巖型）位于1號(hào)巖體的南西側(cè)，侵位于近南北向的扭性斷裂內(nèi)1、2號(hào)巖體之間，巖體平面呈長(zhǎng)尾巴的蝌蚪狀，。巖體北東側(cè)圍巖為黑云母片麻巖及角閃片巖，南西側(cè)為花崗片麻巖及石英片麻巖。

巖體走向北西，地表出露為兩個(gè)巖體，西北側(cè)的新3號(hào)小巖體由控制3號(hào)巖體的扭性斷裂的次一級(jí)“人字形”張性裂隙控制。經(jīng)鉆探控制，在某些地段于230～150m標(biāo)高處相連，相連處圍巖捕虜體較多。剖面上呈陡直的巖墻狀，東側(cè)稍向北東傾斜，西側(cè)傾向SW∠70°～80°。巖體長(zhǎng)2 500m，其北部最寬達(dá)500m以上，向南變窄為40～50m左右，并傾沒于圍巖中。巖體分異較差，略具側(cè)分異現(xiàn)象。自西向東可劃分為輝長(zhǎng)巖相、輝長(zhǎng)-蘇長(zhǎng)巖相、含長(zhǎng)角閃二輝巖相、古銅輝巖相。各巖相之間沒有明顯的界線。西部輝長(zhǎng)巖蝕變較強(qiáng)，向東變?nèi)?。以次閃石化為主，綠泥石化次之。巖體內(nèi)脈巖種類較多，巖體中已發(fā)現(xiàn)有較高品位礦化，礦體以脈狀為主。見礦厚13m、延長(zhǎng)幾十米、呈不規(guī)則囊狀，顯示成礦作用相對(duì)較弱。

3號(hào)巖體具有良好的成礦構(gòu)造環(huán)境，處于NW向和NE向二組斷裂的交匯處，NW向斷裂為小嶺子—趙家溝斷裂的北興隆斷裂區(qū)段的SW側(cè)，NE向斷裂為一條糜棱巖化的韌性剪切帶，對(duì)3號(hào)巖體的侵入及演化和發(fā)展起到?jīng)Q定性作用，因而具有導(dǎo)礦和容礦的良好通道和空間。

3號(hào)巖體位于礦區(qū)Ⅰ巖帶的中部，1號(hào)巖體西側(cè)，侵位于寒武—奧陶系黃鶯屯組黑云母片麻巖夾角閃片麻巖、花崗質(zhì)片麻巖（局部大理巖）中，巖體走向350°，東側(cè)向東傾，西側(cè)向西傾，傾角70°～80°。出露地表的巖體有兩部分，為老3和新3號(hào)巖體，在150m標(biāo)高合成一個(gè)巖體。巖體平面呈長(zhǎng)尾巴的蝌蚪狀，總長(zhǎng)2 500m。其頭部主軸向近于南北，自3線往南逐漸變窄，形成40～50m寬的狹長(zhǎng)脈狀巖墻，巖體長(zhǎng)∶深∶寬約為9∶4∶1。近地表與鎳礦體化有關(guān)巖石為橄欖二輝巖和蘇長(zhǎng)巖脈巖相，深部與鎳礦化有關(guān)的巖石為蝕變角閃輝巖。

3 瞬變電磁工作

紅旗嶺銅鎳硫化物礦床基本特征及其賦存規(guī)律可以推論∶上地幔的拉斑玄武巖漿在構(gòu)造動(dòng)力驅(qū)動(dòng)下,沿深(大)斷裂侵入地殼深部的某一部位(包括深部巖漿房及巖漿室),伴隨壓力下降、溫度降低及物理化學(xué)條件變化,首先晶出橄欖石、磁鐵礦,使熔漿中MgO、FeO含量降低,Al2O3、CaO、SiO2相對(duì)增加(可能因同化圍巖而增加其它物質(zhì)),從而降低了金屬硫化物的溶解度;當(dāng)熔體中硫離子和金屬離子的濃度乘積大于硫化物的溶解度時(shí)產(chǎn)生熔離作用,金屬硫化物呈不混溶狀態(tài)從熔體中熔離出來。最初熔離出來的金屬硫化物熔體呈“珠球”狀,并逐漸沉降至巖漿房或巖漿室底部或中下部。巖漿深部熔離作用比巖漿就地熔離作用顯得更為重要。而深部深部熔離型礦床是TEM找礦主要目標(biāo)。

3.1 3號(hào)巖體地球物理特征

從紅旗嶺地區(qū)主要巖礦石電參數(shù)測(cè)定結(jié)果可以看出，含礦巖體一般在n×10～300 Ω.m，巖體與圍巖電阻率無太大的差異，圍巖和礦石之間電阻率區(qū)別明顯，差別在2個(gè)數(shù)量級(jí)以上，用電磁法可以分別出來。而在巖礦石中影響物性電參數(shù)的主要礦物為金屬硫化物（礦體）、磁黃鐵礦和鎳黃鐵礦以及斷層和破碎帶都是呈現(xiàn)低阻。但是金屬硫化物的極化效應(yīng)對(duì)瞬變電磁（TEM）的低阻體響應(yīng)有一定負(fù)面影響。

3.2 測(cè)量裝置及工作參數(shù)

地面瞬變電磁（TEM）采用定源大回線裝置，供電回線為1 000m×1 000m，網(wǎng)度100m×50m，使用加拿大PROTEM-67儀器，采集數(shù)據(jù)為X、Y、Z三個(gè)分量的電磁響應(yīng)值、頻率6.25 Hz、供電電流16 A、采集時(shí)窗為30個(gè)門、延遲時(shí)間為0 μs（見圖2）。

3.3 異常解釋推斷

瞬變電磁數(shù)據(jù)質(zhì)量總體較好，但淺部和部分最后段干擾較強(qiáng)，這是在老礦山周邊工作難以克服的，但可以作人工手動(dòng)平滑等改正。晚期道低頻（可能是50 Hz高次諧波）干擾明顯，由于無后段約束,改正有點(diǎn)難，隨意性大。采用多線平均數(shù)據(jù)來消除干擾效果比較明顯。

2007年在3#巖體工區(qū)開展了地面瞬變電磁（TEM）大回線工作成果（圖3），其中四號(hào)異常在深度-900m以下 在Ⅳ～Ⅶ線1200～1400點(diǎn)處分布有ρτ低阻異常（圖4）。

圖1 瞬變電磁（TEM）定源大回線工作裝置示意圖Fig.1 Schematic diagram of working device of TEM fi xed power large loop

圖2 紅旗嶺鎳礦3#巖體工區(qū)ρτ異常平面示意圖Fig.2 Schematic diagram of ρτ anomaly plane of 3# rockmass work area in Hongqiling nickelmine

低阻異常兩端略窄，中間較寬，呈棗核狀分布。在斷面圖上異常呈條帶狀分布，異常中段有膨縮現(xiàn)象，埋深在-650～-1 300m之間，視電阻率極值＜10 Ω.m，經(jīng)過綜合研究認(rèn)為異常是由礦化巖體引起的。在2007年9月14日提交的《四號(hào)異常鉆探驗(yàn)證建議》中，設(shè)計(jì)鉆孔位于Ⅵ線1400點(diǎn)，坐標(biāo)X∶4 750 970.76，Y∶42 533 893.41，方位角230°，頂角6.37°。

圖4內(nèi)所示ZK08設(shè)計(jì)為依據(jù)地面瞬變電磁（TEM）工作階段性成果布置的鉆孔，ZK0802為實(shí)際見礦孔位(勘探線和TEM測(cè)線不一致)。

圖3 紅旗嶺鎳礦3#巖體工區(qū)Ⅵ剖面ZK08設(shè)計(jì)孔、ZK0802見礦孔及ρτ斷面圖Fig.3 Pro fi le VI ZK08 design hole, ZK0802 ore hole and ρτ section of 3# rockmass work area in Hongqiling nickelmine

4 結(jié)語

2007年瞬變電磁法（TEM）工作的主要成果是在高阻體下發(fā)現(xiàn)低阻異常體。從方法上講瞬變電磁法（TEM）應(yīng)屬于間接找礦的地球物理方法，事實(shí)上在該區(qū)起到了直接找礦的作用。

基于危機(jī)礦山項(xiàng)目的特性，我們的主要目標(biāo)是500m以下的深層礦體，探測(cè)深度較大的瞬變電磁法（TEM）以及可控源音頻大地電磁法（TEM）等新興電磁法便成了實(shí)現(xiàn)深部突破的行之有效的辦法。然而礦區(qū)處于正常開采狀態(tài)，源源不斷產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，強(qiáng)電磁干擾幾乎無法避免，無疑會(huì)大大影響數(shù)據(jù)采集質(zhì)量。如何能規(guī)避干擾，更好的在危機(jī)礦山地區(qū)開展勘探工作仍然是需要深入探討和總結(jié)的課題。

[1] 吉林省地質(zhì)礦產(chǎn)開發(fā)局.吉林省區(qū)域地質(zhì)志[M].北京：地質(zhì)出版社，1988.