鐵鋅礦床物探異常特征及勘查實例

吳新剛， 陸桂福， 楊亞斌

(中國地質(zhì)科學(xué)院　地球物理地球化學(xué)勘查研究所， 廊坊　065000)

?

鐵鋅礦床物探異常特征及勘查實例

吳新剛， 陸桂福， 楊亞斌

(中國地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所， 廊坊065000)

摘要：隱伏礦產(chǎn)勘查是我國現(xiàn)今的主要任務(wù)。內(nèi)蒙古東烏旗查干敖包鐵鋅礦床，是在尋找鐵礦過程中發(fā)現(xiàn)磁異常，然后利用大功率激電圈定礦區(qū)礦化體范圍及構(gòu)造展布，進(jìn)而利用可控源音頻大地電磁測深法反演電阻率斷面圖，推測地下巖石電性特征、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、構(gòu)造產(chǎn)狀、礦(化)體的賦存空間，通過鉆探驗證，發(fā)現(xiàn)深部大中型熱液型鐵鋅礦床。這一找礦方法組合模式在該區(qū)取得了較好的找礦效果，同樣該方法組合也可用于其他地區(qū)，為其他類似地區(qū)礦產(chǎn)勘查起到參考作用。

關(guān)鍵詞：大功率激電； 可控源音頻大地電磁測深； 隱伏礦產(chǎn)

0引言

電磁法是金屬礦產(chǎn)勘查中常用的地球物理方法,其原理是利用地殼中各種巖(礦)石之間的電性及磁性差異來發(fā)現(xiàn)探測目標(biāo)體。它是基于觀測電磁場空間分布，研究勘查區(qū)巖層、地質(zhì)構(gòu)造及金屬硫化物分布，達(dá)到間接找礦目的。礦體形成一般與巖漿巖侵入、圍巖巖性、斷裂構(gòu)造密切相關(guān)，礦體與圍巖之間有明顯電性或磁性差異。一般情況下，熱液型有色金屬礦體或含礦(化)構(gòu)造破碎帶呈低電阻特征，并且具有較強(qiáng)的極化效應(yīng)，因此，發(fā)現(xiàn)激發(fā)極化異常是尋找深部隱伏礦(化)體非常有效的方法[1-2]?？煽卦匆纛l大地電磁測量通過反演電阻率斷面，能夠發(fā)現(xiàn)地下深部地層的地電結(jié)構(gòu)，分析構(gòu)造產(chǎn)狀，進(jìn)而推測礦(化)體的規(guī)模、產(chǎn)狀及賦存空間，為鉆孔布設(shè)指示方位[3-5]。內(nèi)蒙古查干敖包鐵鋅礦是以勘查鐵礦為目的發(fā)現(xiàn)的大中型鐵鋅礦體，根據(jù)物性資料，鋅礦極化率較低，其找礦難度較大，該鐵鋅礦是利用綜合電磁法勘查成果，結(jié)合地質(zhì)資料布置鉆探發(fā)現(xiàn)的一中大型鐵鋅礦。由于礦區(qū)的第四系覆蓋廣泛，加之電性差異較小，給找礦增加了難度，本鐵鋅礦的發(fā)現(xiàn)是綜合電磁法勘查在隱伏區(qū)的成功范例之一。

1礦區(qū)地質(zhì)及地球物理特征

研究區(qū)位于天山——內(nèi)蒙古中部——興安地槽區(qū)興安北槽褶皺帶之東烏珠穆沁旗早華力西地槽褶皺帶，構(gòu)造線總體呈北東向展布。該區(qū)帶已發(fā)現(xiàn)的主要礦種有鐵、鋅、銀、金、鉬、鉍、銅、錳、螢石、珍珠巖、石灰?guī)r、煤等，其中以朝不楞鐵鋅多金屬礦床為代表。已開采的礦點有朝不楞鐵礦、吉林寶力格銀礦、烏蘭陶勒蓋小型銅礦、額爾登陶勒蓋銅礦，以及石灰窯錳礦點等多處金屬礦點。

1.1礦區(qū)地質(zhì)

測區(qū)地質(zhì)如圖1所示。區(qū)內(nèi)地表大面積為第四系覆蓋，巖石出露基本分布在山脊，區(qū)內(nèi)變質(zhì)作用主要表現(xiàn)在巖漿侵入圍巖地層后，由于溫度升高引起熱變質(zhì)作用，以及巖漿巖攜帶的各種礦物組分，在晚期析出進(jìn)入圍巖中以成接觸交代變質(zhì)作用形成礦化[6]，主要表現(xiàn)是侵入巖與碳酸巖接觸帶的矽卡巖化。礦區(qū)矽卡巖地層出露面積較大。矽卡巖分布形態(tài)受地質(zhì)構(gòu)造帶控制，為似層狀。石榴石矽卡巖帶界線較清楚，其他矽卡巖界線不明顯，分帶不清。

1-礫石砂質(zhì)粘土、腐植土　2-安山斑巖、石英粗紗巖3-暗灰綠色安山巖　4-石榴石矽卡巖　5-透輝石矽卡巖　6-綠簾石矽卡巖　7-磁鐵礦石及編號　8-見礦鉆孔及編號　9-物探測點號圖1　測區(qū)地質(zhì)和測量點位圖Fig．1　Area geology and survey points the bitmap

區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造大致可分為北東，北北東和北西向三組，其中以北東向最為發(fā)育。從產(chǎn)生的時代看，北東向斷層多發(fā)一在古生界地層中，而北西向和北北東兩組斷層多發(fā)生在中生界地層中，即北東向斷裂形成于加里東和華力西期，北西向和北北東向斷裂形成于燕山期。有些斷層活動具有明顯的繼承性和多期性。從斷層性質(zhì)看，北東和北北東向斷層多為逆斷層，規(guī)模較大，而北西向斷層為平推斷層，規(guī)模較小，破壞了北東向構(gòu)造的完整性。

該礦床與鐵、鋅礦關(guān)系密切的次生礦化為褐鐵礦化、黃鐵礦化，上述礦化是該區(qū)重要的直接找礦標(biāo)志，具有較強(qiáng)極化異常。其次本區(qū)地表風(fēng)化剝蝕較強(qiáng)，地表觀察構(gòu)造形跡較困難。因此，測區(qū)深部地質(zhì)構(gòu)造特征、礦化體分布形態(tài)及范圍是通過地磁異常、視極化率和低視電阻異常來發(fā)現(xiàn)，結(jié)合可控源音頻大地電磁測深反演電阻率斷面成果，推測處礦體可能的賦存空間，達(dá)到間接找礦的目的。

1.2地球物理特征

電法資料解釋是根據(jù)巖礦石電阻率和極化率的相對變化，結(jié)合已知地質(zhì)資料進(jìn)行綜合推斷。由表1可以看出：區(qū)內(nèi)圍巖均為相對高電阻、低極化特征；礦石為相對中低電阻高極化特征。根據(jù)以往找礦經(jīng)驗,礦(化)體多賦存在構(gòu)造帶或圍巖接觸帶部位，并且礦體具含金屬硫化物，極化率就相對較高。

表1　測區(qū)巖礦石電性參數(shù)統(tǒng)計表

研究區(qū)內(nèi)礦(化)體與圍巖具有電性差異，且礦石具極化率高的特征,開展電法勘查具備物性前提。

2勘查方法及儀器選擇

依據(jù)測區(qū)地質(zhì)特征，布置了磁法和中梯激電面積測量工作，測線垂直構(gòu)造與巖性展布方向，其方位角為300°，網(wǎng)度為100 m×20 m。目的是查明巖體和構(gòu)造展布情況與礦(化)體分布范圍。

各方法特點為：①高精度磁法對發(fā)現(xiàn)磁性礦體具有很好的指示作用；②激電中梯對發(fā)現(xiàn)低阻、高極化地質(zhì)體具有顯著優(yōu)勢；③可控源音頻大地電磁測深具有勘探深度大、分辨率高等優(yōu)點[7]。三種物探方法組合測量，結(jié)合地質(zhì)資料，通過研究對比，確定構(gòu)造及巖體分布情況，查明深部地質(zhì)構(gòu)造，圈定礦(化)體的空間賦存范圍，為鉆探工程提供可靠依據(jù)[8]。

測點定位使用儀器為RTK GPS接收機(jī)；磁法測量使用儀器為高精度刃口式磁力儀；綜合電法測量儀器使用美國Zonge公司生產(chǎn)的GDP32Ⅱ多功能電法工作站[9-10]。

3勘查結(jié)果及資料分析解釋

圖2為工作區(qū)地面高精度磁法測量磁異常平面等值線圖。由圖2可見，測區(qū)內(nèi)磁異?？纱笾路譃槿齻€區(qū)域：①△Z—1磁異常呈似橢圓狀，位于測區(qū)東南部，最高值大于4 000 γ，異常主軸走向為北東向，此磁異常對應(yīng)地質(zhì)圖1的巖性為石榴石矽卡巖中含磁鐵礦石部位，應(yīng)為礦致異常；②△Z—2磁異常呈多個較為零散的似圓狀、橢園狀分布于礦區(qū)北西部，最高值達(dá)1 000 γ，連續(xù)性較好。此磁異常對應(yīng)地質(zhì)圖為矽卡巖與第四系覆蓋的接觸部位，應(yīng)為隱伏巖體的反映，在此處推斷一斷層F1；③△Z—3磁異常位于測區(qū)中西部，呈似圓狀。最高值8 000 γ，磁異常強(qiáng)度高，異常明顯，其異常形態(tài)和強(qiáng)度與△Z—1磁異常類似，應(yīng)為隱伏礦(化)體的磁異常。

圖2　測區(qū)磁法測量化極等值線平面圖Fig．2　Area of magnetic measurement measured contour plan

圖3　時間域激電中梯視充電率平面剖面圖Fig．3　Test area in the time domain IP ladder 　　charge rate plane section

圖3為測區(qū)激電中梯勘查視充電率平面剖面圖，圖4為測區(qū)激電中梯勘查視電阻率平面剖面圖。由圖3、4可知，視充電率和視電阻率異常形態(tài)呈北東走向，與研究區(qū)巖性分布和地質(zhì)構(gòu)造帶相吻合。圖3顯示視充電率異常分為三組，其編號命名為JD1、JD2和JD3，都呈北東向帶狀趨勢展布。視充電率異常位于高視電阻率異常一側(cè)，說明其視充電率異常位于構(gòu)造帶接觸部位，形成相對中阻高激化異常特征，且此三處激電異常帶與磁異常帶吻合。為了查明異常的性質(zhì)，特布置了CSAMT測深勘查工作。

圖4　時間域激電中梯視電阻率平面剖面圖Fig．4　Test area in the time domain IP ladder apparent resistivity section plane

這里主要研究JD1激電異常，JD1異常區(qū)布置了兩條CSAMT測深剖面，85和95線(圖5)。由圖5(a)可知，視充電率(Ms)在128至140點間為一規(guī)則的激電異常區(qū)段，異常向北西傾斜，反映礦(化)體傾向為北西，對應(yīng)的視電阻率為一中低阻帶，推測為一構(gòu)造接觸帶部位。由圖5(b)可知，在測點120至140之間其電性等值線特征為一北西傾向的中低阻帶，應(yīng)為一次級構(gòu)造帶的顯示，且低阻帶有下延趨勢，由此推測了一條傾向北西的斷裂構(gòu)造，命名為F2。在114點有一隱伏高阻巖體，推測為基巖頂隆起的巖脈，顯示其主構(gòu)造為南東傾向，產(chǎn)狀陡立，命名為F1斷裂，此斷裂應(yīng)為熱液運移進(jìn)入次級構(gòu)造成礦的主通道。對比激電中梯視電阻率異常，其形態(tài)和可控源音頻大地電磁測深反演電阻率等值線形態(tài)基本一致，結(jié)合視充電率剖面推測礦(化)體富集在次級斷裂構(gòu)造帶與圍巖接觸帶部位，建議布設(shè)鉆孔對物探異常驗證，鉆孔位置及編號見圖5。

圖5　測區(qū)85線電法勘查綜合剖面圖Fig．5　The district 85 line electric prospecting composite profile(a)時間域激發(fā)極化剖面；(b)CSAMT反演電阻率斷面

圖6為測區(qū)95線勘查綜合斷面圖。由圖6(a)可知，視充電率(Ms)在132至144點間為一激電異常區(qū)段，其剖面曲線圓滑規(guī)則。對比85線與95線激電視充電率剖面形態(tài)有所區(qū)別，95線激電異常變的陡立且窄，說明礦(化)體較85線埋深淺。其曲線形態(tài)反映的礦(化)體為傾向北西，對應(yīng)的視電阻率為一相對中低阻帶。由圖6(b)可知，在測點128至142間其反演電阻率等值線特征為一北西傾向且傾角較緩的中低阻帶，應(yīng)為一構(gòu)造帶的顯示，且低阻值有向北西向向下延伸趨勢，推測該處存在傾向北西的次級構(gòu)造帶存在，命名為F2斷層，應(yīng)為賦存礦(化)體構(gòu)造帶。在100點至112點有一高阻體，應(yīng)為隱伏巖體的顯示，推測此處有一構(gòu)造帶，其產(chǎn)狀陡立，傾向東南，命名 為F1斷裂，此斷裂應(yīng)為熱液運移進(jìn)入次級構(gòu)造的主通道。對比激電中梯異常，視電阻率形態(tài)和可控源音頻大地電磁測深反演電阻率等值線形態(tài)基本一致，結(jié)合視充電率剖面推測礦(化)體富集在次級斷裂構(gòu)造帶與圍巖接觸帶部位，建議布設(shè)鉆孔對物探異常驗證(圖6)。

圖6　測區(qū)95線電法勘查綜合剖面圖Fig．6　The district 95 line electric prospecting 　composite profile(a)時間域激發(fā)極化剖面；(b)CSAMT反演電阻率斷面

4綜合解譯和鉆探驗證結(jié)果

△Z—2磁異常，推測其為隱伏巖體的反映，此處激電異常為JD2，異常形態(tài)寬緩，幅值偏小，推測為構(gòu)造帶含少量黃鐵礦化引起，圖5(b)、圖6(b)顯示，在112點處存在一構(gòu)造帶，高阻體為巖體的顯示，推測其為圍巖，其產(chǎn)狀陡立，傾向東南，和地質(zhì)圖對應(yīng)為一巖性接觸帶部位，綜合勘查結(jié)果推測測區(qū)主斷裂走向為北東，傾向東南；△Z—1和△Z—3磁異常位于矽卡巖體含磁鐵礦部位，對應(yīng)激電異常為JD1和JD3，其激電異常規(guī)則且窄立，圖5(b)、圖6(b)顯示，反演電阻率等值線特征為一北西傾向且傾角較緩的中低阻帶，應(yīng)為一含礦(化)構(gòu)造帶的顯示，且低阻值有向北西向向下延伸趨勢，其走向北東，傾向北西。結(jié)合地質(zhì)資料推測深部熱液沿主斷裂構(gòu)造侵入，富集在次級構(gòu)造帶部位，與圍巖產(chǎn)生接觸交代變質(zhì)作用在構(gòu)造破碎帶與圍巖接觸帶部位形成礦(化)體。

為了驗證物探勘查結(jié)果，結(jié)合地質(zhì)資料首先在85和95線各布置了ZK109和ZK2鉆孔，鉆探結(jié)果見到了厚大且品位高的鐵鋅礦體，驗證了物探異常在隱伏礦勘查中的重要性和有效性。鉆探結(jié)果如圖7所示。

最終此礦體由11個見礦鉆孔控制，分布于85～95線，查明了礦體形態(tài)和產(chǎn)狀，與物探異常推斷的結(jié)果一致。800 m～1 140 m標(biāo)高范圍內(nèi)，礦體以鋅為主，鐵次之，礦體長200 m，礦體傾向306°～320°，平均傾向311°，傾角為30°～52°，平均為37°； 鋅礦體厚度為0.81 m～32.6 m，平均為10.43 m，平均品位為4.97%；鐵礦體厚度為0.81 m～23.45 m，平均為6.25 m，鐵平均品位為29.89×10%。礦體呈似層狀，透鏡狀，沿走向及傾向均有分支復(fù)合現(xiàn)象。

圖7　勘探線鉆探剖面圖Fig．7　Drilling prospecting line section(a)85勘探線；(b)95勘探線

5 結(jié)語

在研究區(qū)鐵鋅隱伏礦體勘查中，綜合物探勘查是礦體發(fā)現(xiàn)最有效的方法，①使用高精度磁法和激電中梯方法實施面積性測量工作，發(fā)現(xiàn)磁異常、視極化率異常及視電阻率分布特點，基本查明了測區(qū)巖性分布范圍和構(gòu)造展布特征；②依據(jù)視極化率異常形態(tài)，布置可控源音頻大地電磁測深方法查明測區(qū)構(gòu)造和巖體的空間分布情況，結(jié)合地質(zhì)和其他已知物化探資料，推測了礦體可能賦存空間，為工程驗證提供依據(jù)。

研究區(qū)最先布設(shè)的鉆孔ZK109和ZK2孔完全依據(jù)物探測量推測結(jié)果布置，經(jīng)驗證在深部發(fā)現(xiàn)了鐵鋅礦體，后續(xù)鉆孔鉆探結(jié)果不斷擴(kuò)大了礦區(qū)鐵鋅礦儲量。物探勘查在本區(qū)鐵鋅礦勘查起到了關(guān)鍵作用。研究區(qū)JD3異常和JD1異常形態(tài)近似，且處于同一控礦構(gòu)造帶上，應(yīng)具有很好的找礦前景，是進(jìn)一步礦體勘查的良好場所。

研究區(qū)鐵鋅礦發(fā)現(xiàn)過程表明，電磁綜合測量方法效果十分顯著，磁法、激電中梯測量快速發(fā)現(xiàn)異常，縮小了勘查靶區(qū)；可控源音頻大地電磁測深測量結(jié)果，不僅查明了深部地質(zhì)構(gòu)造特點，還推測了礦體可能賦存空間。綜合測量結(jié)果精準(zhǔn)的布設(shè)了鉆孔位置，為發(fā)現(xiàn)深部隱伏鐵鋅礦體起到了關(guān)鍵作用。同樣這一找礦方法組合模式易可用于其他地區(qū)，為其他類似地區(qū)礦產(chǎn)勘查起到參考作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]溫佩琳，趙秋海.大深度激發(fā)極化法初步探討[J].物探與化探，1996，20(5):329-331.

WEN P L,ZHAO Q H.Great depth induced polarization method[J].Geophysical and geochemical exploratio，1996，20(5):329-331.(In Chinese)

[2]李金銘.激發(fā)極化方法技術(shù)指南[M].北京:地質(zhì)出版社.2004.

LI J M.Geophysical and geochemical exploration technology guide induced polarization method[M].Beijing:Geological publishing house，2004.(In Chinese)

[3]陸桂福，劉瑞德.大功率激電和CSAMT在隱伏礦產(chǎn)勘查中的應(yīng)用[J].物探與化探，2014，38(5):921-924.

LU G F,LIU R D.High power IP and CSAMT in the application of the concealed mineral exploration[J].Geophysical and geoch-emical exploratio，2014，38(5):921-924.(In Chinese)

[4]陸桂福，吳新剛.綜合電法勘查在隱伏金屬礦勘查中的應(yīng)用效果[J].礦產(chǎn)勘查，2014，5(4):617-622.

LU G F,WU X G.Comprehensive electrical method,the application of exploration in the concealed metallic ore exploration[J].Mineral exploration，2014，5(4):617-622.(In Chinese)

[5]黃力軍，陸桂福.八家子鉛鋅礦電阻率異常特征及深部和外圍找礦[J].物探與化探，2005，29(2):119-121.

HUANG L J,LU G F. Eight subsidiary leadzinc mine resistivity anomaly charact eristics and the deep and periphery pro specting[J].Geophysical and geoche mical exploratio，2005，29(2):119-121.(In Chinese)

[6]翟義存.陜西鳳太鉛鋅礦田礦體分布特征及隱伏礦體找礦分析[J].礦產(chǎn)勘查，2011(3):241-244.

ZHAI Y C.Shanxi phoenix too lead-zinc mine field of ore bodies distribution cha-racteristics and prospecting concealed ore body analysis[J].Mineral exploration，2011(3):241-244.(In Chinese)

[7]何繼善.可控源音頻大地電磁法[M].長沙：中南工業(yè)大學(xué)出版社,1990.

HE J S.Controlled source audio-freq-uency magnetotelluric method[M].Changsha:Central south university of technology press,1990.(In Chinese)

[8]陸桂福，劉瑞德.可控源音頻大地電磁圓滑反演方法及應(yīng)用效果[J].地質(zhì)與勘探，2004，40:191-193.

LU G F,LIU R D.The method and application of controlled source aud-io-frequency magnetotelluric inversion smooth effect[J].Geological and p-rospecting，2004，40:191-193.(In Chinese)

[9]G.RAMPONI.Image processing with rational operators:noise smoothing and anisotro-pic diffusion，image and signal processing and analysis[C].2001 ISPA2001，Processings of the 2nd internation symposium on，2001：96-101.

[10]JIABIN YAN，GUIZHONG LIU.Electromagnetic so-unding curve smoothing and de-nosing with rational function filter.Processings of the 2nd internation Conference on Engin-eering Geophysics held on 4-9 June 2006 in Wuhan，China[J].ICEEG，2006:527-530.

收稿日期：2015-11-03改回日期：2016-03-23

基金項目:國家重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)專項(2011YQ05006011)

作者簡介：吳新剛(1967-)，男，高級工程師，主要從事地球物理研究與勘查工作，E-mail：wuxingang@igge.cn。

文章編號：1001-1749(2016)03-0347-06

中圖分類號：P 631.2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.3969/j.issn.1001-1749.2016.03.09

The anomaly characteristics of the geophysical prospecting and exploration examples for iron and zinc ore bed

WU Xin-gang， LU Gui-fu， YANG Ya-bin

(Institute of Geophysical and Geochemical Exploration,Chinese Academy of Geological Sciences,Langfang065000，China)

Abstract:The exploration of concealed mineral resources is the main task of our country. Dong Ujimqin banner of Inner Mongolia Chagan OBO Fe Zn deposit, mainly in the magnetic anomaly based on the application of high power IP and controlled source audio magnetotelluric sounding method combination can be found. High power induced polarization method for rapid delineation of mine mineralization range and structural distribution situation, inferring the underground lithology electric characteristics, geological structure and occurrence, ore body storage space with controlled source audio magnetotelluric sounding method inversion resistivity section diagram. Provide basis for drilling engineering.

Key words:high power induced polarization method; CSAMT; concealed deposit