綜合物探方法在探測(cè)深部礦產(chǎn)中的應(yīng)用——以秋樹(shù)灣銅鉬礦區(qū)的試驗(yàn)剖面為例

英亞歌 畢亞鵬 李嫻娜

（河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第三地質(zhì)大隊(duì)，河南 鄭州450016）

0 引言

隨著我國(guó)礦產(chǎn)資源的開(kāi)采及日益增長(zhǎng)的對(duì)礦產(chǎn)的需求，中國(guó)各成礦區(qū)(帶)深部找礦、勘探與開(kāi)發(fā)已經(jīng)成為必然[1]。例如遼寧紅透山銅礦可達(dá)1300m，銅陵冬瓜山特大型銅礦床產(chǎn)出深度在1000m以下，福建紫金山金、銅礦床距地表的深度已達(dá)1900-2000m，江西銀山在孔深1500 m的鉆井中均發(fā)現(xiàn)富有銅、鉛、鋅的礦床，新疆阿爾泰阿舍勒銅、金、鋅特富礦床可深達(dá)約1800m。類似這樣的礦體向深部還延伸到多深、怎樣延伸仍是目前需要解決的問(wèn)題[2-4,11]。

在深度2000 m以內(nèi)，進(jìn)行金屬礦產(chǎn)資源的地球物理勘查，通過(guò)高精度的重力場(chǎng)、地電場(chǎng)、地磁場(chǎng)[5-6]、人工源地震勘探[7-8]等地球物理場(chǎng)觀測(cè)，并進(jìn)行反演與模擬，從成礦區(qū)(帶)的深部構(gòu)造背景[9]、介質(zhì)屬性、力學(xué)狀態(tài)等查明礦體的縱向延伸與儲(chǔ)存空間。

秋樹(shù)灣銅鉬礦區(qū)位于東秦嶺鉬礦帶上，為一中型鉬礦區(qū)，根據(jù)目前的勘探開(kāi)發(fā)程度，迫切需要向深部及邊部找礦。因此，利用地球物理勘查方法選擇試驗(yàn)剖面進(jìn)行測(cè)試，為向深部及邊部探礦提供重要的參考，并為下一步找礦指明方向。

1 礦區(qū)地質(zhì)特征

礦區(qū)位于朱夏斷裂與商丹斷裂交匯處北側(cè)。區(qū)內(nèi)出露的地層為秦嶺群，包括以碳酸巖為主的雁嶺溝組和以花崗片麻巖為主的郭莊組，有花崗巖及巖脈侵入。區(qū)內(nèi)有加里東期和燕山期花崗巖大范圍出露，礦區(qū)附近以燕山期花崗巖為主，呈小巖株?duì)町a(chǎn)出[10]。

根據(jù)秋樹(shù)灣礦區(qū)地質(zhì)特征推斷，本區(qū)的鉬礦具有秋樹(shù)灣鉬礦類似地質(zhì)特征。鉬礦床圍巖主要為大理巖、云母石英片巖、矽線石片巖、矽卡巖和片麻巖等。鉬礦體主要賦存于矽卡巖、花崗巖株和片巖中。主要金屬礦物是輝鉬礦，少量金屬礦物有黃銅礦、黃鐵礦、閃鋅礦、方鉛礦等，脈石礦物主要是透輝石、石榴子石、石英、黑云母、長(zhǎng)石、方解石和微量的榍石、磷灰石等。礦石構(gòu)造主要為浸染狀、條帶狀和細(xì)脈狀構(gòu)造。礦石結(jié)構(gòu)主要為自形片狀、它形磷片狀結(jié)構(gòu)[11]。

2 巖、礦石地球物理特征

表1為秋樹(shù)灣銅鉬礦區(qū)典型巖礦石電性參數(shù)。含鉬礦的花崗斑巖有顯著激電相對(duì)相位異常，電阻率中低值異常，在900Ω左右；不含礦的花崗巖激電相對(duì)相位異常幅度不是很明顯，但其電阻率為相對(duì)低值，為-354Ω。然而，由于部分圍巖含有金屬硫化礦物，導(dǎo)致統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示的激電異常過(guò)高。其他巖性，在激電相對(duì)相位和電阻率結(jié)合的情況下，也有明顯的區(qū)別。因此，在本區(qū)進(jìn)行地電法綜合探測(cè)，即激電相對(duì)相位、大地電流和自然電位法三者相結(jié)合的方法，具有良好的地球物理基礎(chǔ)。

3 工作方法

3.1 原理

激電法在勘探侵染狀金屬礦上有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，可以探測(cè)AMT和電阻率法無(wú)法探測(cè)的侵染狀礦體。頻譜激電法可以對(duì)激電異常的性質(zhì)進(jìn)行區(qū)分，可以區(qū)分炭質(zhì)地層和金屬礦產(chǎn)生的激電異常。相對(duì)相位譜激電法屬于頻譜激電法的一種，可以壓制激電耦合感應(yīng)，從而增加激電有效探測(cè)深度。

表1 秋樹(shù)灣礦區(qū)典型巖礦石電性參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

激電相對(duì)相位譜φr（ω）的定義如下：

在上式中，φ（ω）表示激電相位譜，k表示頻比，為常數(shù)。與其它激電參數(shù)測(cè)量相比，相對(duì)相位譜測(cè)量有一系列優(yōu)點(diǎn)：相對(duì)相位譜測(cè)量能夠自動(dòng)消除發(fā)送機(jī)與接收機(jī)之間因時(shí)間同步誤差引起的相位差，比普通的激電相位譜測(cè)量具有更高精度；它能夠有效壓制耦合感應(yīng)，抗干擾能力強(qiáng)，工作效率高，比激電相位譜測(cè)量具有更寬的工作頻率范圍。

大地電流法利用天然甚低頻電磁信號(hào)為場(chǎng)源，通過(guò)同時(shí)觀測(cè)不同測(cè)點(diǎn)電位差的相對(duì)變化來(lái)研究深部基底起伏形態(tài)。通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)挠^測(cè)頻帶，探測(cè)深度可達(dá)1～10km。本次選擇的大地電流帶寬為25Hz，根據(jù)本區(qū)的電阻率平均值，探測(cè)深度為1～3km。

金屬硫化礦體可產(chǎn)生負(fù)的自然電位異常。該自然電位的產(chǎn)生與硫化礦體在地下水和氧氣的作用下發(fā)生氧化還原反應(yīng)有關(guān)。自然電位法的探測(cè)深度一般為200～300m。

3.2 具體實(shí)施

本次試驗(yàn)根據(jù)地質(zhì)情況，在之前認(rèn)識(shí)的斑巖巖基位置選擇一條剖面，與地質(zhì)勘探的30號(hào)勘探線重合，長(zhǎng)度為640m，設(shè)定點(diǎn)距為40m，總測(cè)點(diǎn)數(shù)為16個(gè)。

本次試驗(yàn)一次布置17個(gè)測(cè)量電極，16個(gè)并行測(cè)量通道，然后從測(cè)線中間開(kāi)始供電。每次供電，16個(gè)并行測(cè)量通道同時(shí)測(cè)量。如圖2所示，先在A0B0供電。然后在A1B1供電，之后是A2B2供電。對(duì)于測(cè)線內(nèi)部的供電極距，每次增加的距離為點(diǎn)距的2倍。對(duì)于上述例子，供電極距每次增加80米。對(duì)于測(cè)線外側(cè)的供電，可以按照常規(guī)電測(cè)深的極距增加方案，以指數(shù)方式增加供電極距。也可以按照線性方式增加供電極距，以提高探測(cè)目標(biāo)的分辨率。

本試驗(yàn)采用分布式GPS同步型高精度譜激電觀測(cè)系統(tǒng)來(lái)采集多頻相對(duì)相位激電數(shù)據(jù)。該觀測(cè)系統(tǒng)基于24位A/D轉(zhuǎn)換、FFT和ROBUST疊加技術(shù)，抗干擾能力強(qiáng)，對(duì)微弱譜激電信號(hào)檢測(cè)能力處于一流水平，適合強(qiáng)電磁干擾背景下生產(chǎn)礦區(qū)的譜激電法勘探。

圖1 本次試驗(yàn)測(cè)量布置圖

激電法擁有區(qū)分礦體和圍巖產(chǎn)生的激電異常的能力，適合傳統(tǒng)激電法無(wú)法區(qū)分礦體和干擾異常的礦區(qū)。大深度多頻相對(duì)相位激電二維測(cè)深法的工作原理和傳統(tǒng)激電法基本相同，但它采用多測(cè)量電極進(jìn)行并行觀測(cè)，基于全新設(shè)計(jì)的二維觀測(cè)裝置，克服了傳統(tǒng)頻譜激電法工作效率低的弱點(diǎn)。

由于全部譜激電采集站基于GPS同步，可以在多頻相對(duì)相位激電法觀測(cè)之前和之后利用布置的二維譜激電接收裝置采集大地電流法和自然電位法數(shù)據(jù)。對(duì)于自然電位法數(shù)據(jù)采集，保證兩次觀測(cè)的測(cè)量誤差小于1mV。對(duì)于大地電流數(shù)據(jù)采集，保證觀測(cè)誤差小于1mV。

4 資料處理結(jié)果

4.1 異常特征分析

電法資料處理的目的是通過(guò)野外資料的進(jìn)一步處理和反演計(jì)算，獲得供地質(zhì)解釋用的各種圖件、數(shù)據(jù)等文件，它是后續(xù)解釋工作的基礎(chǔ)，依據(jù)電性層與各地層的對(duì)應(yīng)關(guān)系，結(jié)合其它物探資料和區(qū)域地質(zhì)資料對(duì)電性層進(jìn)行地質(zhì)推斷解釋。每個(gè)環(huán)節(jié)的處理質(zhì)量都將對(duì)最終成果產(chǎn)生很大的影響。

圖2 試驗(yàn)段大地電流剖面圖

圖2為觀測(cè)的大地電流在地表引起的電位梯度。從圖中可以看出，-180～-20m左右存在基底隆起，往北緩慢下降，在-240m處又有所抬升。這和圖5a顯示的深部視電阻率變化趨勢(shì)有可比性。

圖3 試驗(yàn)段自然電位剖面圖

圖5為自然電位梯度和自然電位測(cè)量結(jié)果。從-180號(hào)點(diǎn)～180號(hào)點(diǎn)為負(fù)異常，表明淺部有金屬硫化物礦體。-100號(hào)點(diǎn)附近的異常最大，此處礦體規(guī)模最大。其它位置異常不大，表明礦體規(guī)模很小。

基于二維激電反演軟件RES2DINV32，采用ROBUST反演模式，該模式有利于突出巖脈和礦體。 為了避免過(guò)度反演導(dǎo)致的振蕩，我們將反演誤差控制在1%左右。對(duì)不同頻率的視電阻率和相對(duì)相位反演結(jié)果表明，反演結(jié)果穩(wěn)定性高。

圖4為試驗(yàn)段0.5Hz電阻率及0.25 Hz相對(duì)相位二維反演成果圖?？砂l(fā)現(xiàn)淺部無(wú)明顯激電異常，而中深部激電異常明顯。對(duì)比二者，發(fā)現(xiàn)-160號(hào)點(diǎn)～-310號(hào)點(diǎn)下面的相對(duì)相位異常的絕對(duì)值隨著頻率的降低而增大，可能是含炭質(zhì)地層所引起。深部異常雖然變?nèi)?，但幅度可觀，可能與斑巖有關(guān)。

圖4 電阻率和激電相對(duì)相位異常解釋對(duì)比圖

4.2 綜合分析

對(duì)比分析多頻相對(duì)相位激電法、大地電流法結(jié)果，認(rèn)為-200～0號(hào)點(diǎn)之下的深部（埋深約700-1200米）存在火成巖為基底的隆起，該隆起進(jìn)一步產(chǎn)生了大量巖株和巖脈。可能導(dǎo)致了淺部背斜的形成。同時(shí)，150號(hào)點(diǎn)下面的大范圍激電異常也與該隆起有關(guān)。在-150號(hào)點(diǎn)下面可能存在高品位鉬礦體。

自然電位在-160～-60號(hào)點(diǎn)存在明顯的負(fù)異常，推斷是金屬硫化物礦體引起。0號(hào)點(diǎn)以北也存在微弱的負(fù)異常，估計(jì)與小規(guī)模金屬硫化物礦體有關(guān)。

由圖5可知，ZK03在-200～-450m巖性與物探解釋的巖性一致，物探解釋的巖性范圍基本正確的，并且物探對(duì)基底起伏狀態(tài)的解釋也相對(duì)準(zhǔn)確。

圖5 物探解釋的巖性剖面與鉆探資料對(duì)比圖

5 結(jié)論

5.1 多頻相對(duì)相位激電法可以壓制電磁耦合感應(yīng)，在本區(qū)可實(shí)現(xiàn)1000m范圍的探測(cè)；含鉬礦花崗斑巖能夠產(chǎn)生顯著激電異常，適合用相對(duì)相位激電法觀測(cè)。

自然電位法可用于發(fā)現(xiàn)淺部金屬硫化物礦體，可與激電測(cè)量結(jié)果相互驗(yàn)證，值得大范圍觀測(cè)。大地電流法探測(cè)深度大，可以繼續(xù)采用大地電流法探測(cè)本區(qū)火成巖基底起伏，并可以確定火成巖基底的起伏形態(tài)。

5.2 大地電流法、激電法和自然電位法觀測(cè)到的異常具有很好的一致性，表明深部巖漿活動(dòng)對(duì)試驗(yàn)剖面的地質(zhì)構(gòu)造和成礦過(guò)程起了決定作用。

5.3 0號(hào)點(diǎn)南側(cè)存在大范圍的顯著激電異常，可能與其下方的火山巖基底隆起有關(guān)。

-200號(hào)點(diǎn)附近存在一個(gè)巖漿上升通道，可能存在一個(gè)東西向的深大斷裂，值得進(jìn)一步勘探。

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