遼寧省八家子鉛鋅礦瞬變電磁法深部找礦應(yīng)用研究

陳 靖， 馬占才， 雷小鵬， 張 正， 李小蓮， 宋明海， 魏曉航， 劉 敏

(1.長(zhǎng)安大學(xué) a.重磁方法技術(shù)研究所，b.地質(zhì)工程與測(cè)繪學(xué)院，c.西部礦產(chǎn)資源與地質(zhì)工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,西安 710054;2.西安西北有色物化探總隊(duì)有限公司,西安 710068;3.遼寧八家礦業(yè)股份有限公司,葫蘆島 125316;4.桂林凱山礦業(yè)技術(shù)有限公司,桂林 541004；5.桂林有色礦產(chǎn)地質(zhì)研究院,桂林 541004)

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遼寧省八家子鉛鋅礦瞬變電磁法深部找礦應(yīng)用研究

陳 靖1a,1b,1c,2， 馬占才3， 雷小鵬2， 張 正4， 李小蓮5， 宋明海3， 魏曉航2， 劉 敏2

(1.長(zhǎng)安大學(xué) a.重磁方法技術(shù)研究所，b.地質(zhì)工程與測(cè)繪學(xué)院，c.西部礦產(chǎn)資源與地質(zhì)工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,西安 710054;2.西安西北有色物化探總隊(duì)有限公司,西安 710068;3.遼寧八家礦業(yè)股份有限公司,葫蘆島 125316;4.桂林凱山礦業(yè)技術(shù)有限公司,桂林 541004；5.桂林有色礦產(chǎn)地質(zhì)研究院,桂林 541004)

遼寧省八家子鉛鋅礦是上世紀(jì)50年代建的老礦山，經(jīng)過(guò)幾十年的開(kāi)采已進(jìn)入晚期，現(xiàn)面臨著產(chǎn)能閑置、產(chǎn)量銳減甚至企業(yè)破產(chǎn)的情況。通過(guò)實(shí)施瞬變電磁法在該地區(qū)鉛鋅銀銅鉬鐵等礦種的找礦實(shí)踐中取得了重大突破，取得了豐碩的成果,①先后找到松棚溝鉬礦、冰溝201富銀鉛鋅銅礦、草溝鉛鋅金硫多金屬礦、爐溝409、293銅鉛鋅礦；②重新評(píng)價(jià)了老礦山紅旗坑、東山坑、爐溝坑的深部礦儲(chǔ)量遠(yuǎn)景；③對(duì)外圍擴(kuò)建的黃家隱爆角礫巖型金礦、南陀夕卡巖多金屬礦、馬道鞍山式鐵礦等的普查、勘探和采礦也起到了指示作用。 這些技術(shù)應(yīng)用的成果不僅徹底改觀了八家子礦危機(jī)礦山的局面，而且對(duì)類(lèi)似礦山的深部找礦也有一定的參考價(jià)值。

八家子鉛鋅礦； 瞬變電磁法； 重疊回線； 大定源回線； 深部找礦

0 前言

遼寧省八家子鉛鋅礦山建于1958年，幾十年來(lái)伴隨開(kāi)采，該地區(qū)開(kāi)展了大量的地質(zhì)勘查與研究工作，對(duì)其地質(zhì)演化、礦床特征等方面有了很多成果[1-7]。然而面臨礦山資源日益枯竭，探測(cè)深度和難度加大等問(wèn)題，如何從物探角度打開(kāi)技術(shù)瓶頸成為關(guān)鍵。近年來(lái)，在國(guó)家“危機(jī)礦山深部找礦勘查”及“加強(qiáng)老礦山找礦工作”的指導(dǎo)下，并充分學(xué)習(xí)和利用幾十年來(lái)各學(xué)派地質(zhì)專(zhuān)家留下的可貴資料和認(rèn)識(shí)與觀點(diǎn)，作者依托2001年《遼寧省八家子鉛鋅礦瞬變電磁法深部找礦應(yīng)用研究》項(xiàng)目，研究瞬變電磁法的探測(cè)深度、消除干擾、提高分辨力等技術(shù),作為尋找鉛鋅銀銅鉬鐵等礦種的主要手段。

1 研究區(qū)地質(zhì)背景

1.1 地質(zhì)概況

研究區(qū)位于華北地臺(tái)北緣，燕山期沉降帶東端。南部為山海關(guān)古隆起，北部為遼西中生代火山巖凹陷[8]。在隆起與凹陷之間存在一條長(zhǎng)約80 km、寬30 km的北東向多金屬元素成礦帶，該帶構(gòu)造復(fù)雜、巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，八家子礦區(qū)處于其西南部，礦區(qū)共有八個(gè)礦床(礦段)，由北向南分別為柏家屯、冰溝、東山、爐溝、古洞溝、北山、瓦房溝、吳家屯礦床(圖1)。

圖1 遼寧省葫蘆島市八家子鉛鋅礦地質(zhì)圖Fig.1 Geological map of Bajiazi lead-zinc ore of Huludao in Liaoning province

該區(qū)域山海關(guān)古隆起為太古代混合花崗巖,遼西凹陷為中生代的火山巖系。成礦帶廣泛出露元古界長(zhǎng)城群碎屑巖和含燧石鈣鎂質(zhì)碳酸鹽及薊縣群碳酸鹽巖[9]，上元古界僅見(jiàn)青白口群景兒峪組的灰?guī)r、頁(yè)巖和砂巖，下古生界寒武系-奧陶系(主要為灰?guī)r)分布在八家子和吳家屯以西，中生界侏羅～白堊系為安山質(zhì)熔巖和火山碎屑巖。

研究區(qū)地層構(gòu)成一個(gè)向北傾伏，向南封閉于吳家屯附近的向斜。區(qū)內(nèi)斷裂十分發(fā)育，主要有如“井”字型的四條：①吳家屯-八家子斷裂; ②冰溝-草溝斷裂；③北山-柏家屯斷裂；④于家屯-老溝口斷裂[10]。

區(qū)內(nèi)巖漿巖發(fā)育，主要有花崗巖、花崗閃長(zhǎng)巖、角閃石英二長(zhǎng)巖、斑狀花崗巖、奧長(zhǎng)環(huán)斑花崗巖、各種脈巖等?；◢弾r呈多期侵入，花崗閃長(zhǎng)巖主要分布于東部的柏家屯，呈巖枝和巖珠產(chǎn)出。松棚溝-八家子似斑狀花崗巖分布于柏家屯東南，松棚溝鉬礦即在此巖體中。

1.2 礦床地質(zhì)特征

1.2.1 礦床地質(zhì)特征

銀鉛鋅礦床主要賦存于八家子向斜東翼的高于莊組地層中，其次為大紅峪組地層內(nèi)[11]。由北山、爐溝、古洞溝、東山、冰溝和吳家屯等礦段組成。礦段展布方向主要為南東-北西向。礦體類(lèi)型由南東到北西依次如下變化：近接觸帶的北山含鉬銅磁鐵礦礦體、黃鐵礦礦體；北山和古洞溝黃鐵礦礦體；古洞溝和東山黃鐵礦鉛鋅礦礦體；東山和冰溝鉛鋅礦體及冰溝銀礦體。礦體為層狀、似層狀、透鏡狀和囊狀。礦體的產(chǎn)狀和規(guī)模一般與斷裂構(gòu)造一致，次級(jí)斷裂和層間裂隙內(nèi)也有平行或斜列的礦體。礦物組成主要有黃鐵礦、方鉛礦、閃鋅礦、磁黃鐵礦、磁鐵礦、黃銅礦、自然銀、輝銀礦、硬錳礦、菱錳礦等。礦石結(jié)構(gòu)為自形-半自形結(jié)構(gòu)，黃鐵礦礦石主要成塊狀和致密浸染狀構(gòu)造，多金屬礦石以角礫狀、脈狀構(gòu)造為主。局部可見(jiàn)馬尾絲狀、條帶狀、蜂窩狀構(gòu)造。圍巖蝕變以硅化、透閃石化、蛇紋石化、白云石化為主。

鉬礦床賦存于礦區(qū)東部松棚溝似斑狀花崗巖之下的碎裂花崗斑巖(鉀化花崗巖)中，礦化受巖體內(nèi)不同方向斷裂帶和它們之間的多組裂隙控制。礦體呈似層狀、脈狀，鉬品位0.3%以上。礦石類(lèi)型有細(xì)脈浸染型、網(wǎng)脈型、節(jié)理裂隙型等。礦石礦物主要是輝鉬礦、黃鐵礦，其次為閃鋅礦及少量黃銅礦、方鉛礦等。脈石礦物有鉀長(zhǎng)石、石英、斜長(zhǎng)石等。圍巖蝕變有鉀長(zhǎng)石化，硅化、碳酸鹽化，綠簾綠泥石化等[12]。初步認(rèn)為屬斑巖-熱液充填-交代鉬礦床。

1.2.2 礦床成因

礦區(qū)東部以松棚溝至瓦房溝一帶的班狀花崗巖為中心，向北西、南西方向呈半環(huán)狀由內(nèi)向外劃分為六個(gè)水平方向的礦帶，即鉬礦化帶-鉬銅磁鐵礦化帶-黃鐵礦化帶-黃鐵鉛鋅礦化帶-鉛鋅銀礦化帶-銀礦化帶。這些礦化元素分帶表明，從北西和南西向東部松棚溝斑狀花崗巖體方向，成礦溫度由低溫向高溫排列，顯示東部斑狀花崗巖應(yīng)屬熱源體，吳家屯礦就產(chǎn)于這類(lèi)巖體中，因此認(rèn)為，礦床成因是以斑狀花崗巖體的侵入帶來(lái)的，八家子向斜底部復(fù)合巖體侵入的部分及向斜次級(jí)褶皺構(gòu)造可能存在前景很大的多金屬礦床。

2 瞬變電磁法工作布置

經(jīng)野外勘察試驗(yàn)，研究區(qū)內(nèi)近礦圍巖電阻率均大于1 000 Ω·m，礦石電阻率為n×10 Ω·m，巖礦石之間存在較大的電阻率差異。根據(jù)以上所述, 在該區(qū)使用電阻率法找礦具有著較好的地球物理前提，采用瞬變電磁法均可發(fā)現(xiàn)并研究其狀態(tài)。本研究針對(duì)不同的地球物理?xiàng)l件選用不同的裝置進(jìn)行測(cè)量，后期數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)整理、濾波、反演得到視電阻率擬斷面圖等成果。

2.1 重疊回線裝置

重疊回線裝置是發(fā)射線圈(Tx)和接收線圈(Rx)相互重合的裝置，見(jiàn)圖2(a)，其特點(diǎn)是與地質(zhì)探測(cè)對(duì)象有最強(qiáng)的耦合和較高的工作效率[13]。

圖2 瞬變電磁法工作裝置圖Fig.2 TEM working device figure(a) 重疊回線裝置;(b)大定源回線裝置;(c) 8字型回線裝置

2.2 大定源回線裝置

2.3 “8”字型回線裝置

這種裝置發(fā)射和接收均采用大回線，兩回線并行排列，由其中一個(gè)發(fā)射一次場(chǎng)，另一個(gè)接收二次場(chǎng)信息(圖2(c))。工作時(shí)，發(fā)射和接收線圈保持固定間距沿測(cè)線移動(dòng)。其特點(diǎn)是對(duì)于大傾角的陡峭構(gòu)造的探測(cè)效果明顯，且異常為單峰，形態(tài)簡(jiǎn)單[17]。

3 瞬變電磁法勘探成果

3.1 冰溝201礦體的發(fā)現(xiàn)

冰溝201礦體位于冰溝-草溝斷裂(礦山稱(chēng) 201斷裂構(gòu)造)。該構(gòu)造地貌為一寬十余米的斷陷，斷陷內(nèi)銅鉛鋅及鐵錳礦化強(qiáng)烈，并有兩條指示深部礦體長(zhǎng)存在的石斑巖脈分布。多年來(lái)多種地質(zhì)工程均未探到具有規(guī)模的礦體，我們擬定利用100 m×100 m的重疊回線全覆蓋探測(cè)來(lái)圈定異常的大體位置；然后在圈定的異常區(qū)域內(nèi)利用600 m×500 m的大定源回線，較準(zhǔn)確地確定異常體的平面分布位置，探測(cè)深度大致500 m；最后調(diào)整探測(cè)參數(shù)后，采用100 m×100 m偏移(2 m)的重疊回線，來(lái)確定異常體的縱向空間位置。

圖3(a)是冰溝70線瞬變電磁法多測(cè)道曲線及視電阻率擬斷面圖，128點(diǎn)～136點(diǎn)200 m范圍內(nèi)的異常穩(wěn)定，其中133點(diǎn)中晚期呈低值異常，這也因地形在133點(diǎn)向大號(hào)趨于升高，垂直地形面的激勵(lì)磁場(chǎng)偏向淺部于至離開(kāi)礦體所致。圖3(b)是冰溝58線瞬變電磁法多測(cè)道曲線及視電阻率擬斷面圖，與70線相似，區(qū)別是局部存在疊瓦狀的平行小礦層，使異常更加復(fù)雜。此外，在冰溝南部東山地區(qū)(圖1)，20測(cè)線擬斷面顯示存在向東緩傾的異常帶，設(shè)計(jì)的坑道也探到了和冰溝70、58測(cè)線相近似的礦體。綜上分析，在70線的201大構(gòu)造處設(shè)計(jì)了驗(yàn)證鉆孔ZK321(圖1)，探測(cè)到了三層總厚達(dá)26 m的塊狀富銀鉛鋅礦體，即冰溝201礦體，打破了幾十年“冰溝無(wú)礦”的論斷，徹底解救了礦山危機(jī)。后經(jīng)詳細(xì)勘察，冰溝201礦體獲得鉛鋅金屬量約50×104t，銀1 200 t，相當(dāng)一個(gè)大型礦床規(guī)模的鉛鋅礦床和一個(gè)大型規(guī)模的銀礦床，并且201礦及其周?chē)跃哂泻艽蟮恼业V前景。

圖3 冰溝瞬變電磁法異常與礦體剖面圖Fig.3 Binggou TEM abnormal and profile map(a) 冰溝70線;(b) 冰溝58線

3.2 爐溝409和293礦帶的發(fā)現(xiàn)

對(duì)于爐溝測(cè)區(qū)范圍內(nèi)走向小、延深大的409礦帶和緩傾的293礦帶，采用大定源回線裝置進(jìn)行探測(cè)(圖4)。由圖4(a)可知，多測(cè)道曲線在113點(diǎn)～117點(diǎn)100 m的范圍出現(xiàn)明顯的異常，擬斷面上的對(duì)應(yīng)異常位于陡傾的單斜地形面上，推斷引起異常的礦體應(yīng)垂直于地形線(EF線)，在對(duì)應(yīng)深200 m～500 m范圍，此處正是409號(hào)礦的延深部位，該部位50年代曾實(shí)施的鉆孔打在礦體尖滅之間的空檔處而落空。實(shí)際上由于地形影響，礦體距離異常向上坡方向偏移了150 m～200 m。由圖4(b)可知，由于地形相對(duì)平坦，409礦異常與實(shí)際礦體偏移較小，礦體與異?？梢暂^好地對(duì)應(yīng)。409礦在平面上構(gòu)成礦帶，在縱深方向形成礦化層。整個(gè)409礦為富銅、鉛、鋅礦體，本次探礦新獲得約10×105t的銅鉛鋅金屬量。實(shí)際409礦向北東斷續(xù)延長(zhǎng)到王家店詳查區(qū)(圖1)，鉆孔揭示有的地區(qū)鉛鋅品位已達(dá)3%。

圖4 爐溝瞬變電磁法異常與礦體剖面圖Fig.4 Lugou TEM abnormal and profile map(a) 冰溝0線;(b) 冰溝8線

此外，從圖4(a)還可看出，淺部239緩傾斜礦體的特征，圖4(a)中礦體位于山脊上，礦頭部位于垂直地形線(CE線)的D點(diǎn)出現(xiàn)完整的異常；越過(guò)山脊進(jìn)入下坡的地形線(CB線)，接近A點(diǎn)時(shí)地形變緩，垂直礦體的激勵(lì)磁場(chǎng)加強(qiáng)，出現(xiàn)更強(qiáng)的異常。239礦探測(cè)獲銅鉛鋅金屬量約1×104t。

3.3 松棚溝鉬礦的發(fā)現(xiàn)

在強(qiáng)干擾地區(qū)需要加大探測(cè)深度提高橫向分辨力，設(shè)計(jì)了“8字”型線框裝置探測(cè)，線框距為25 m×4匝，電流高達(dá)10A。2002年我們利用該種裝置在松棚溝-東山區(qū)探測(cè)獲得很好的效果。

圖5是118線的探測(cè)的異常與二層“U”字型的礦層吻合，U字型的中心礦層最厚而富，異常也最強(qiáng)，探測(cè)深度達(dá)到600 m以下。綜合地表鉬礦物化探異常的分布以及地表觀察，該地區(qū)鉬礦體呈多層狀，深部為一體，南北長(zhǎng)700 m～1 000 m，寬600 m～800 m。2002年松棚溝鉬礦的發(fā)現(xiàn)帶動(dòng)了當(dāng)時(shí)整個(gè)遼西的探礦業(yè)發(fā)展，巖體的探礦權(quán)很快被登記完畢，并發(fā)現(xiàn)了多處鉬礦體或鉬遠(yuǎn)景區(qū)。

圖5 松棚溝鉬礦118線瞬變電磁法異常與礦體剖面圖Fig.5 TEM abnormal and profile map of Line 118 in Songpenggou molybdenum ore

3.4 草溝礦體的發(fā)現(xiàn)

根據(jù)傳統(tǒng)理論，瞬變電磁法探測(cè)深度是發(fā)射邊長(zhǎng)的一半，這與實(shí)際差距很大，經(jīng)據(jù)大量的資料總結(jié)，認(rèn)為當(dāng)發(fā)射邊長(zhǎng)足夠大時(shí)(或發(fā)射磁矩足夠大時(shí))，具有一定規(guī)模的礦體，能在4至8倍發(fā)射邊長(zhǎng)的深度上可靠地被發(fā)現(xiàn)。在草溝測(cè)區(qū)用100 m×100 m的重疊回線掃面發(fā)現(xiàn)了大異常，推斷為800米深的傾斜礦體引起(圖1)，經(jīng)地質(zhì)工程得見(jiàn)到巨厚層的推斷礦體后得到驗(yàn)證，進(jìn)一步研究確定該礦為海底噴流沉積的層控礦床，為礦區(qū)新類(lèi)型礦床。

圖6中118-112點(diǎn)多測(cè)道有兩組密集曲線反映了兩個(gè)標(biāo)高的礦體，即在擬斷面-400 m標(biāo)高對(duì)應(yīng)有小于320 Ω·m的低阻異常。草溝礦體大致為厚30 m～40 m，呈400 m×400 m的緩傾大平板，初步獲金屬量銅鉛鋅8 wt，銀540 t，硫310 wt，礦床仍在擴(kuò)勘探擴(kuò)大中，預(yù)計(jì)礦往深部呈階梯狀，再向深部為直立或倒轉(zhuǎn)，可能轉(zhuǎn)變?yōu)殂~金礦床。

圖6 草溝測(cè)區(qū)26線瞬變電磁法異常與礦體剖面圖Fig.6 TEM abnormal and profile map of Line 26 in Caogou region

4 結(jié)論

將瞬變電磁法應(yīng)用于老礦山的接替礦區(qū)勘探中，結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)情況和工作實(shí)際進(jìn)行了合理的工作設(shè)計(jì)，取得了良好的探測(cè)效果。主要有以下結(jié)論：

1)在礦體和圍巖之間具有較大的導(dǎo)電性差異時(shí)，瞬變電磁法能夠有效地反映出礦體的位置、展布等信息，能有力地為進(jìn)一步的地質(zhì)工作指示方向，提高地質(zhì)勘探效率并節(jié)省勘探成本。

2)利用瞬變電磁法進(jìn)行勘探時(shí)，不應(yīng)盲目使用特定裝置和參數(shù)，而應(yīng)結(jié)合勘探任務(wù)和不同探測(cè)裝置的特點(diǎn)，綜合利用不同裝置，分步實(shí)現(xiàn)成礦前景區(qū)普查、礦體詳查定位的目標(biāo)。

3)瞬變電磁法的探測(cè)深度，不僅僅是簡(jiǎn)單地由發(fā)射線框邊長(zhǎng)決定，同時(shí)也受到發(fā)射磁矩、觀測(cè)靈敏度、研究區(qū)電阻率特征等因素的制約，文中關(guān)于草溝礦體的研究也證實(shí)了這一點(diǎn)。

這里的研究證明了瞬變電磁法在老礦山環(huán)境下的有效性，此工作對(duì)于類(lèi)似的找礦工作具有一定的參考意義。

致謝

在撰寫(xiě)本文的過(guò)程中，感謝桂林礦產(chǎn)地質(zhì)研究院教授級(jí)高工溫少光給予的指導(dǎo)，在此致以最誠(chéng)摯的謝意！

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Application of transient electromagnetic method in deep mineral exploration at Bajiazi lead-zinc ore of Liaoning province

CHEN Jing1a,1b,1c,2， MA Zhan-cai3， LEI Xiao-peng2，ZHANG Zheng4LI Xiao-lian5， SONG Ming-hai3， WEI Xiao-hang2，LIU Min2

(1.Chang'an University a.Gravity&Magnetic Institute, b.College of Geology Engineering and Geomatics, c.Key Laboratory of Western China's Mineral Resources and Geomatics Geophysical Engineering,Xi’an 710068,China； 2.Geophysical and Geochemical Exploration, Bureau of Geological Exploration for Nonferrous Metals in Northwest China,Xi’an 710068,China；3. Bajia Mining Co.,Ltd.,Huludao 125316,China; 4. Guilin Kaishan Mining Technology co., Ltd,Guilin 541000,China; 5.China Nonferrous Metal (Guilin) Geology and Mining Co.,Ltd.,Guilin 541004,China)

Bajiazi lead-zinc ore,built in the 1950s in liaoning province, has entered the middle-late period after decades of mining.Under the influence of resources crisis it faced the situation of idle capacity,production decline,even the bankruptcy of the enterprise.In recent years,under the guidance of“deep prospecting exploration of crisis mines”and“strengthening the old mine prospecting work”,we have carried out the deep study on the transient electromagnetic method about detection technology,investigation depth，interference elimination and resolution enhancement.The research results are:①the discovery of 5 new polymetallic ores;②re-evaluation the deep prospective ore reserves of 3 old mines;and ③ a reference to the reconnaissance survey,exploration and mining of the peripheral expansion ores.

Bajiazi lead-zinc ore； transient electromagnetic method； coincide loop； large fixed loop； deep mineral exploration

2015-07-15 改回日期：2015-10-30

陳靖(1984- )，女，在讀博士，主要從事地球物理探測(cè)及數(shù)據(jù)處理方面的研究，E-mail：chenjing_0528@163.com。

1001-1749(2016)05-0610-08

P 631.3

A

10.3969/j.issn.1001-1749.2016.05.06