新疆哈巴河縣阿依托漢銅礦瞬變電磁深部探礦預(yù)測(cè)

朱建德，張之武，陳孝聰，鄭 杰，閆清華，趙曉峰

(1.魯東大學(xué)，山東煙臺(tái) 264025;2.中國(guó)冶金地質(zhì)總局礦產(chǎn)資源研究院，北京 101300;3.中國(guó)冶金地質(zhì)總局新疆地質(zhì)勘查院，新疆烏魯木齊 830063)

阿勒泰造山帶南緣是中國(guó)重要的有色金屬、稀有金屬成礦帶之一，前人已在該區(qū)開展了眾多研究工作(陳毓川等，1996;王登紅等，2002;郭正林等，2007;韓寶富等，1999;何國(guó)琦等，1995;廖啟林等，2000;楊富全等，2013)。新疆哈巴河縣阿依托漢銅礦位于阿爾泰陸源活動(dòng)帶克蘭弧后盆地與哈巴河弧間盆地接壤處，為哈薩克斯坦礦區(qū)阿爾泰多金屬成礦帶的東延部分(李光明等，2007;申萍等，2008;單立華等，2010)。該區(qū)早－中泥盆紀(jì)火山－沉積建造中分布有阿舍勒大型銅鋅礦、阿希勒金礦、哲蘭德金礦等眾多重要礦床(陳毓川等，1996;王登紅等，2002;楊富全等，2013)(圖 1)。

瞬變電磁法(TEM)可在各類礦床深部預(yù)測(cè)中發(fā)揮重要作用，尤其在電性差異明顯的礦區(qū)，對(duì)低阻體有很好的預(yù)測(cè)效果，因而TEM物探技術(shù)已成為深部盲礦體找礦的主要方法(金中國(guó)等，2002;張林，2007;周平等，2007;薛國(guó)強(qiáng)等，2011)。

本文以阿依托漢銅礦床為研究對(duì)象，采用大回線源瞬變電磁法，探測(cè)礦區(qū)深部礦體的空間展布特征，為礦區(qū)開展深部礦體定位預(yù)測(cè)提供借鑒。礦區(qū)共布置施工了8條TEM測(cè)線，通過對(duì)7號(hào)測(cè)線已知礦體和地質(zhì)特征比照研究，對(duì)5號(hào)測(cè)線進(jìn)行解釋，鉆探驗(yàn)證說明圈定的低阻異常較好地反映了深部低阻體的展布。

1 礦區(qū)地質(zhì)概況

阿依托漢礦區(qū)位于西伯利亞古板塊南緣、阿爾泰陸源活動(dòng)帶克蘭弧后盆地與哈巴河弧間盆地接壤處。礦區(qū)內(nèi)主要為新生代沉積蓋層和中泥盆系阿舍勒組和海西中期哈巴河斜長(zhǎng)花崗巖體。從西北往東南，阿舍勒組由變凝灰?guī)r、大理巖透鏡體夾硅質(zhì)巖、變砂巖向變粉砂巖等逐次變化。

礦區(qū)內(nèi)有瑪爾卡庫里剪切帶穿過，主要的線性構(gòu)造為系列北西向斷層。區(qū)內(nèi)出露的海西中期哈巴河斜長(zhǎng)花崗巖體屬于多期次侵位雜巖體。礦區(qū)內(nèi)可見中酸性巖脈體，地表銅礦(化)體均為北西向展布(見圖 1、圖 2)。

含礦層主要發(fā)育于灰?guī)r與脈體接觸帶附近。圍巖主要為矽卡巖，巖石可見強(qiáng)硅化、綠簾石化、碳酸鹽化蝕變;其次為石英斑巖，巖石呈強(qiáng)硅化、絹云母化，中度綠泥石化蝕變。主要銅礦礦物為黃銅礦，近地表氧化后多見孔雀石和藍(lán)銅礦，礦石及圍巖中黃鐵礦發(fā)育。礦石中的孔雀石、藍(lán)銅礦呈顯微粒狀、粒狀結(jié)構(gòu);礦石構(gòu)造可分為細(xì)脈浸染狀構(gòu)造及皮殼狀構(gòu)造。

圖1 阿勒泰西南緣地質(zhì)與礦床分布簡(jiǎn)圖(據(jù)王京彬等，1999;沈元超等2007)Fig.1 The regional geological map of typical deposit in the northwest Aletay Moutains(modified Wang et al.，1999;Shen et al.，2007)

2 方法原理及數(shù)據(jù)采集處理

瞬變電磁法是通過測(cè)量由一次電流脈沖場(chǎng)激勵(lì)而產(chǎn)生的二次渦旋場(chǎng)隨時(shí)間的衰減規(guī)律來探測(cè)異常體空間分布的一種電磁類方法。

在均勻大地表面，由單匝線圈通以脈沖電流激發(fā)，回線中部場(chǎng)近于均勻的部分，以接收線圈進(jìn)行觀測(cè)，可得磁場(chǎng)垂直分量的響應(yīng)為:

式中，AR為接收線圈的有效面積，單位為m2;εI為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，單位為μV;I為電流，單位為A;t為時(shí)間，單位為ms;σ為均勻半空間電導(dǎo)率，單位為S/m;a為發(fā)射回線半徑，單位為m;μo為空氣磁導(dǎo)率，單位為H/m，erf是誤差函數(shù)。

其中，

全域視電阻率是在進(jìn)行視電阻率定義時(shí)，不對(duì)均勻半空間場(chǎng)進(jìn)行各種近似，而是直接由均勻半空間場(chǎng)的精確表達(dá)式中求取電阻率。由于電阻率與場(chǎng)之間是復(fù)雜的隱函數(shù)關(guān)系，無法直接求取電阻率對(duì)場(chǎng)值的反函數(shù)。

對(duì)(1)式，令:

根據(jù)(2)式可得視電阻率表達(dá)視為:

先通過數(shù)值逼近或反復(fù)迭代方法求(4)式的近似解u，代入(5)式就得到全域視電阻率(周平等，2007;薛國(guó)強(qiáng)等，2011)。

本次工作在野外布設(shè)了8條勘探線，選用加拿大鳳凰公司生產(chǎn)的V8多功能電法工作站，采用中心回線裝置形式，通過試驗(yàn)測(cè)試線確定測(cè)區(qū)內(nèi)適合的工作參數(shù)為發(fā)射極距邊長(zhǎng):600m×600m;發(fā)送基頻:25Hz和5Hz;發(fā)射增益:G×4;發(fā)送電流:9A。對(duì)TEM數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。資料預(yù)處理包括關(guān)斷時(shí)間的影響及其校正、曲線圓滑、數(shù)據(jù)濾波。消減外部電磁場(chǎng)干擾，改正裝置及儀器產(chǎn)生的響應(yīng)幅值變化，恢復(fù)地下導(dǎo)電地質(zhì)體瞬變響應(yīng)的衰變特征和規(guī)律。

圖2 阿依托漢礦區(qū)西北段地質(zhì)及工程部署簡(jiǎn)圖①Fig.2 Regional geological map of northwest Ayituohan Moutains①

3 結(jié)果解釋

測(cè)區(qū)基本位于牧民草場(chǎng)中，周圍村莊、公路和選礦廠均有一定距離，干擾源少。選擇礦區(qū)內(nèi)覆蓋均勻、巖層斷裂不發(fā)育、磁性弱、人文設(shè)施噪聲較弱或平穩(wěn)的地區(qū)部署試驗(yàn)線;數(shù)據(jù)處理時(shí)選擇瞬變響應(yīng)衰減迅速、規(guī)律性好、相同規(guī)律范圍大的地段的曲線作為背景。

根據(jù)瞬變電磁法場(chǎng)理論，如果二次感應(yīng)電壓值相對(duì)較高，那么所反應(yīng)的地層會(huì)表現(xiàn)為低電阻特性。地層電性參數(shù)可由已知點(diǎn)測(cè)深曲線反演計(jì)算的平均值，對(duì)比全區(qū)地層物性參數(shù)的縱、橫向變化規(guī)律，作為地層物性參數(shù)結(jié)果。

視電阻率斷面圖是根據(jù)同一剖面上不同測(cè)深點(diǎn)和不同深度的視電阻率值勾繪的等值線斷面圖，是瞬變電磁測(cè)深定量解釋結(jié)果繪制的重要圖件。斷面圖上的曲線是視電阻率等值線，曲線中的數(shù)字是視電阻率值。斷面等值線圖主要用來綜合分析剖面上不同深度地電斷面的特征和規(guī)律。

在分析確定背景場(chǎng)的同時(shí)，對(duì)比分析剖面圖、剖面平面圖及視電阻率等值線平面圖的特征，圈出異常帶;根據(jù)地形地質(zhì)圖和野外工作記錄剔除人文干擾異常;根據(jù)異常的規(guī)模及特征，結(jié)合平面分布特征綜合分析解釋。

3.1 7號(hào)勘探線剖面圖及視電阻率剖面圖特征

7號(hào)勘探線位于礦區(qū)西北段(見圖2)，共施工4個(gè)鉆孔，均見到矽卡巖型銅礦體(見圖3)。剖面圖反映了測(cè)線縱向上的電性分布特征，與實(shí)際地質(zhì)層位的電性分布特征較為一致。橫向上巖性變化較為明顯，對(duì)應(yīng)的電阻率變化特征亦較為劇烈。

7號(hào)線勘探線剖面圖結(jié)合視電阻率剖面圖分析，該勘探線主要分為四個(gè)電性層，即變質(zhì)砂巖、變質(zhì)粉砂巖、大理巖和變質(zhì)晶屑凝灰?guī)r電性層。

剖面180～520號(hào)點(diǎn)，淺層電阻率一般在1500 Ω·m以上，局部達(dá)2050Ω·m，勘探線剖面圖顯示主要為變質(zhì)晶屑凝灰?guī)r。

剖面520～600號(hào)點(diǎn)，淺層電阻率一般在1500 Ω·m以上，勘探線剖面圖顯示主要為大理巖。

剖面420～560號(hào)點(diǎn)之下的主礦體，電阻率在1000Ω·m以下，可能是灰?guī)r接觸變質(zhì)帶分布范圍，主礦體與低阻體空間上呈現(xiàn)出較好的耦合關(guān)系。

斷裂構(gòu)造在電性上的反應(yīng)是原本橫向連續(xù)的電阻率被切斷，產(chǎn)生橫向不連續(xù)畸變，且與兩側(cè)連續(xù)的電阻率有明顯差異，結(jié)合地質(zhì)資料分析，推測(cè)在7線180號(hào)點(diǎn)中淺部及640號(hào)點(diǎn)中淺部分別發(fā)育有斷層F2和斷層F5。

圖3 7線礦體分布及視電阻率剖面圖Fig.3 The orebody and apparent resistivity distrubution the in the 7th exploration line

3.2 5號(hào)勘探線剖面圖及視電阻率剖面圖分析

5號(hào)勘探線緊鄰7號(hào)勘探線(見圖2)，之前施工兩個(gè)鉆孔(380號(hào)點(diǎn)、460號(hào)點(diǎn))僅見到磁鐵礦體，未發(fā)現(xiàn)銅礦(化)體(圖4)。

5號(hào)線勘探線剖面圖結(jié)合視電阻率剖面圖分析，該勘探線主要分為四個(gè)電性層，即變質(zhì)砂巖、變質(zhì)粉砂巖、大理巖和變質(zhì)晶屑凝灰?guī)r電性層。

剖面360～460號(hào)點(diǎn)，淺層電阻率一般在1500 Ω·m以下，主要分布有大理巖。深部分布有低阻體中心，主要是磁鐵礦體導(dǎo)致。

剖面中淺部，電阻率在900Ω·m以下，且高阻體覆蓋的兩個(gè)低阻異常體，高阻體推測(cè)為變質(zhì)砂巖層或大理巖向下延伸，下伏低電阻率異常體可能為銅鐵礦化蝕變帶。

圖4 5線礦體分布及視電阻率剖面圖Fig.4 The orebody and apparent resistivity distribution the in the 5th exploration line

4 討論

在項(xiàng)目區(qū)共部署開展了8條TEM測(cè)線工作，由于7線控制兩條銅礦體且5線控制了一條磁鐵礦體，將研究工作集中于此。根據(jù)視電阻率等值線分布情況圈定的低阻體，與7、5號(hào)勘探線控制的銅礦體與磁鐵礦體耦合較好，顯示大回線源瞬變電磁技術(shù)。通過視電阻率等值線圖反演，得到的地下地質(zhì)體分布，對(duì)于區(qū)內(nèi)深部探礦預(yù)測(cè)具有指導(dǎo)意義。

在5號(hào)勘探線560號(hào)點(diǎn)布設(shè)驗(yàn)證鉆孔，鉆孔方位56°，鉆孔傾角75°，孔深520m。巖心巖性主要是變凝灰?guī)r、大理巖、變粉砂巖、英安斑巖及綠簾石化矽卡巖。大理巖與英安斑巖是互層，接觸帶多為綠簾石化矽卡巖，偶見變凝灰?guī)r及變粉砂巖夾層，鉆孔終孔于英安斑巖中。

鉆孔中斷續(xù)見到76m矽卡巖化。變凝灰?guī)r中局部黃鐵礦富集。其中，205～225m處為綠簾石化矽卡巖，粒狀變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，含星點(diǎn)狀黃鐵礦顆粒。271～281m，綠簾石化矽卡巖，粒狀變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，含星點(diǎn)狀、浸染狀黃鐵礦顆粒。399m～445m，共46m，綠簾石化矽卡巖，粒狀變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，黃鐵礦呈流線狀、浸染狀分布。

新施工的驗(yàn)證鉆孔未見到礦體，僅見到三層矽卡巖厚76m，巖心見大量黃鐵礦礦物顆粒。驗(yàn)證鉆孔結(jié)果反映出礦區(qū)地質(zhì)情況復(fù)雜，與物探數(shù)據(jù)解釋的多解性。

礦區(qū)內(nèi)開展過磁法掃面工作，并圈定了若干異常。磁異常的位置與TEM低阻異常體有一定的耦合性(內(nèi)部交流材料)。下一步應(yīng)該在更加充分掌握礦區(qū)地質(zhì)規(guī)律的基礎(chǔ)上，兼顧磁異常分布情況以指導(dǎo)找礦工程的部署。

此外，本礦區(qū)成礦類型為復(fù)雜矽卡巖型，礦體的產(chǎn)狀、形態(tài)復(fù)雜，連續(xù)性也較差，實(shí)際地質(zhì)情況可能比反演結(jié)果更加復(fù)雜。尤其礦區(qū)構(gòu)造格架未能建立，增加了認(rèn)識(shí)礦體展布的難度，數(shù)據(jù)解釋劃定的低阻體及地質(zhì)體分帶傾向和分布范圍存在較大的不確定性。應(yīng)選擇高阻體、低阻體交替出現(xiàn)部位布設(shè)鉆孔，了解地質(zhì)體分布情況，加強(qiáng)對(duì)礦區(qū)地層構(gòu)造的認(rèn)識(shí)，降低反演結(jié)果的多解性，提高反演準(zhǔn)確度。

5 結(jié)論

新疆哈巴河縣阿依托漢銅礦具有較好的成礦條件和找礦前景。項(xiàng)目組在前期工作基礎(chǔ)上，開展了TEM物探測(cè)量工作，并重點(diǎn)對(duì)5號(hào)線和7號(hào)線開展研究。

大回線源瞬變電磁(TEM)技術(shù)在礦區(qū)施工8條剖面，獲得17處低阻異常體，其中7線、5線低阻體與銅礦體、磁鐵礦體吻合一致，顯示該技術(shù)在礦區(qū)的適用性;布設(shè)驗(yàn)證鉆孔見到76m的矽卡巖帶及大量黃鐵礦顆粒，顯示礦區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜性及物探反演結(jié)果的多解性。

［注釋］

① 中國(guó)冶金地質(zhì)總局新疆地質(zhì)勘查院.2004.新疆哈巴河縣阿依托漢銅礦普查報(bào)告.

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