河南省魯山縣晶質(zhì)石墨礦物探方法應用研究

宋 鵬，徐德潮，于吉林，李永良，王紀平，張 磊

（中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心河南總隊，河南 信陽 464000）

河南省魯山縣晶質(zhì)石墨礦物探方法應用研究

宋 鵬，徐德潮，于吉林，李永良，王紀平，張 磊

（中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心河南總隊，河南 信陽 464000）

晶質(zhì)石墨礦體相對于其圍巖為低阻高極化體。使用激發(fā)極化法測量視極化率、視電阻率作為物性參數(shù)，通過激電中梯測量圈定由低阻高極化體引起的異常范圍；通過激電測深對縱向異常進行解釋推斷，再結(jié)合地質(zhì)成果，能很好地對低阻高極化體異常進行驗證及解釋，達到晶質(zhì)石墨找礦的目的。

晶質(zhì)石墨礦；激電中梯；激電測深；視極化率；異常

河南省石墨礦產(chǎn)資源豐富，主要為晶質(zhì)石墨礦，目前資源儲量位于全國第六位，省內(nèi)已知的石墨礦床、礦點及礦化點有近百處，其中規(guī)模達到大中型的礦床有9處。其中魯山石墨成礦帶為省內(nèi)分布最廣的典型晶質(zhì)石墨成礦帶。

物探電法在省內(nèi)的石墨找礦有較為廣泛的應用。1959年，河南省地質(zhì)局物探隊在魯山竹園銅礦區(qū)以尋找次生富集和原生銅礦及石墨礦床為目的，開展1∶50000自然電法場普查和詳查，發(fā)現(xiàn)了分布范圍較大的晶質(zhì)石墨礦床。1975年，河南省地質(zhì)局地質(zhì)9隊在魯山縣大竹園電法異常區(qū)開展地質(zhì)普查工作。

河南省魯山縣晶質(zhì)石墨礦區(qū)位于河南省魯山縣瓦屋鄉(xiāng)—觀音寺鄉(xiāng)，交通便利。本次物探電法工作在礦區(qū)范圍內(nèi)平行布設(shè)10條剖面線，使用激電中梯測量確定晶質(zhì)石墨礦化帶范圍后，再通過激電測深確定礦體埋深及空間賦存狀態(tài)。

1 礦區(qū)地質(zhì)、地球物理概況

1.1 礦區(qū)地質(zhì)概況

礦區(qū)大地構(gòu)造位置位于華北地臺南緣華熊臺緣坳陷，崤山—魯山拱褶斷束。地層區(qū)劃屬華北地層區(qū)豫西分區(qū)澠池—確山小區(qū)，出露地層主要為上太古界太華群水底溝組(Ar2s)、雪花溝組(Ar2x)和鐵山嶺組(Ar2t)，見圖1。

圖1 晶質(zhì)石墨礦區(qū)地質(zhì)簡圖

水底溝組位于礦區(qū)中部，巖性主要為含石墨透輝斜長片麻巖、含石墨黑云斜長片麻巖、含石墨斜長片麻巖、含石墨透輝斜長片麻巖、角閃斜長片麻巖、斜長角閃片麻巖、大理巖、含石墨透輝(透閃)石大理巖、含石墨大理巖，夾有蛇紋石化大理巖、石英大理巖等。含碳原巖經(jīng)區(qū)域變質(zhì)作用，碳質(zhì)重結(jié)晶、富集，形成晶質(zhì)鱗片狀石墨礦。

雪花溝組位于礦區(qū)南部，巖性主要為黑云斜長片麻巖、透輝斜長片麻巖、綠簾斜長角閃片麻巖。

鐵山嶺組位于礦區(qū)北部，巖性以黑云斜長片麻巖和角閃斜長片麻巖為主，斜長角閃片麻巖次之。

晶質(zhì)石墨主要分布于水底溝組含石墨透輝斜長片麻巖和含石墨黑云斜長片麻巖中。晶質(zhì)石墨礦石風化面黃褐色，新鮮面淺灰—灰黑色，具鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造。石墨晶片多呈鱗片狀較均勻的分布在巖石中，其與黑云母、透輝石毗鄰，片、柱狀礦物大致平行排列，呈單晶或聚晶分布于透輝石與斜長石顆粒間，石墨片度一般為0.50～0.60×0.10～0.20mm，最大可達1～2mm，有滑感，易污手。礦石中固定碳含量2.5%～8%，平均約3.6%。

礦區(qū)地層總體呈單斜產(chǎn)出，傾向200～245°，傾角55～75°，區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造及小型褶皺構(gòu)造發(fā)育。

1.2 礦區(qū)地球物理概況

區(qū)內(nèi)常見巖礦石物理性質(zhì)測定結(jié)果見下表。

晶質(zhì)石墨礦區(qū)常見巖礦石物性測定結(jié)果

從上表中巖礦石物性測定結(jié)果表可知：

(1) 極化率(η)：含石墨礦石能產(chǎn)生極化率高值異常，不含石墨的巖礦石普遍表現(xiàn)為極化率低。因此根據(jù)極化率異常能夠圈定石墨礦化帶。

(2) 電阻率(ρ)：含石墨巖礦石與大部分不含石墨的巖礦石存在較大的電阻率差異，因此電阻率可以作為圈定石墨礦體的依據(jù)之一。

2 礦區(qū)物探工作地質(zhì)應用效果

晶質(zhì)石墨礦體相對于圍巖表現(xiàn)為低電阻高極化的地球物理性質(zhì)，采用時間域直流激電中間梯度裝置進行剖面測量工作以及時間域直流激電對稱四極測深裝置進行測深工作。激電中梯測量I～X號共10條勘探線，線長為1 000～3 080m，總長度共計20.02km，各線測點距離均為20m，供電極距AB=800m、測量極距MN=40m；對稱四極測深對10條線共布設(shè)60個測深點，采用不等比觀測裝置，最大供電極距AB等于600～1 200m。

解釋推斷時選擇視極化率ηs作為主要參數(shù)，視電阻率ρs作為輔助解釋參數(shù)；通過激電中梯反映的異常范圍來圈定晶質(zhì)石墨礦化帶的大致范圍，通過激電測深確定極化體的埋藏深度以及空間賦存狀態(tài)。

本次物探激電測量野外工作，使用重慶地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)的WDJD-4型多功能數(shù)字直流電法儀。

背景場值是由測區(qū)內(nèi)ΔV1≥3mV所有點的充電率值相加，除以相加的總點數(shù)，本次工作區(qū)的背景場值(Mb)為5.3%。

異常下限的計算方法為MX=Mb+3εMb，ε為均方誤差，本工作區(qū)的均方誤差為0.1，根據(jù)上式可以求出工作區(qū)的異常下限(MX)為6.89%。

2.1 激電中梯測量的效果

本次激電中梯測量工作分別對I～X線共10條剖面線進行了測量工作，I線到X線依次由礦區(qū)的北西部向南東部平行布置。

2.1.1 剖面線上異常分布及推斷解釋

本次激電中梯測量工作測定并繪制了I～X線共10條剖面線的視極化率和視電阻率曲線。10條視極化率曲線均有視極化率高于6.89%的異常范圍，同時對應位置的視電阻率曲線均顯示為低值，根據(jù)礦區(qū)巖石的激電性質(zhì)，可以認為極化率異常部位為石墨礦化部位。

圖2為Ⅴ線電法地質(zhì)綜合剖面圖，圖中可以看出激電中梯異常與地質(zhì)剖面圈定的晶質(zhì)石墨礦化帶位置基本吻合。

通過對比各個剖面線視極化率、視電阻率曲線異常在地質(zhì)剖面圖上的位置，發(fā)現(xiàn)每條剖面線的激電中梯異常位置與地質(zhì)剖面上圈定的晶質(zhì)石墨礦化帶位置基本對應，異常所處區(qū)域為水底溝組(Ar2s)，是成礦有利地帶, 體現(xiàn)了晶質(zhì)石墨礦的低電阻高極化的特性，證明了激電中梯在晶質(zhì)石墨找礦方面有明顯的效果。

2.1.2 激電異常的平面展布規(guī)律及推斷解釋

視極化率平面等值線圖(圖3)中，測區(qū)異常分布明顯，極化率高于6.89%的部分主要處于測區(qū)的中部，異常寬度不一，基本閉合。在平面上總體呈現(xiàn)北西—南東向條帶狀展布特征，基本反映了測區(qū)內(nèi)晶質(zhì)石墨礦(化)地質(zhì)特征。據(jù)其顯示的展布特征判斷，推斷測區(qū)內(nèi)晶質(zhì)石墨礦(化)的發(fā)育有一定的連續(xù)性。

圖2 晶質(zhì)石墨礦Ⅴ線電法地質(zhì)綜合剖面圖

圖3 晶質(zhì)石墨礦物探視極化率平面等值線圖

視電阻率平面等值線圖中，電阻率低值主要集中在測區(qū)的中部，呈條帶狀，北西—南東向分布于測區(qū)中部，視電阻率低值異常與極化率高值異常部位基本吻合，結(jié)合石墨礦的低電阻率高極化率的特性，可以認為極化率異常部位即為成礦有利部位。

通過視極化率異常區(qū)與地質(zhì)界線對比，發(fā)現(xiàn)極化率異常區(qū)基本位于水底溝組(Ar2s)，為成礦有利地帶，推斷此異常為一連續(xù)的較大的晶質(zhì)石墨礦體?？傮w分析認為在Ⅲ線、Ⅴ線和Ⅷ線形成極化率場較強，異常形態(tài)清晰集中，強度較大，分別是M1、M2和M3，幅值達22%以上的有兩處異常，這三處異常也反映了地質(zhì)上所圈定的晶質(zhì)石墨礦(化)帶。顯然物探異常與地質(zhì)異常信息吻合度較好。

2.2 激電測深的應用效果

本次對稱四極激電測深工作對10條剖面中異常較大區(qū)域選取60個測深點進行測深。通過測深擬斷面圖來推斷解釋低阻高極化體的埋深以及其在空間上的大致賦存情況。

圖4為Ⅴ線激電測深視極化率、視電阻率擬斷面圖，圖中大致在視深度為100m處開始出現(xiàn)視極化率異常，同時異常對應的視電阻率均表現(xiàn)為低值。

圖4 晶質(zhì)石墨礦Ⅴ線激電測深視極化率、視電阻率擬斷面圖

各個物探剖面線上的激電測深擬斷面圖中視極化率大于6.89%的異常位置分布的深度不一，對應的視電阻率大致呈低值特征，異常在深部的位置反映了晶質(zhì)石墨礦體的埋藏深度；根據(jù)視極化率異常等值線的分布情況大致推斷礦區(qū)內(nèi)晶質(zhì)石墨礦化層傾向為向西南傾，與地質(zhì)剖面上圈定的晶質(zhì)石墨礦化帶的傾向一致，充分證明激電測深工作效果明顯。

3 結(jié)論

(1) 本次物探激電中梯工作所圈定的異常M1、M2和M3，具有異常強度和規(guī)模較大、連續(xù)性較好等特點，激電測深亦有高極化率低阻地質(zhì)體相對應，推斷它們?yōu)榘l(fā)育于地層中的晶質(zhì)石墨礦化富集引起。

(2) 本次物探工作成果充分證明，物探激電測量是尋找晶質(zhì)石墨礦的有效的地球物理手段，效果明顯。石墨礦具有高極化率低電阻率的地球物理特征，利用中間梯度裝置掃面可以快速的發(fā)現(xiàn)并圈定激電異常，利用激電測深可以了解極化體的埋藏深度以及空間賦存狀態(tài)，進而為指導工程驗證提供較為充足的依據(jù)，減少了深部工程驗證的盲目性。

(3) 在具有相同或類似成因類型的區(qū)域石墨找礦過程中，利用激電中梯和激電測深的物探方法具有較好的效果。

4 存在的問題

由于工作區(qū)地形切割劇烈和地表不均勻體的影響，致使激電中梯視電阻率無法正確對異常解釋，故視電阻率只可參考使用。

由于激電中梯勘探工程密度小，以致追索晶質(zhì)石墨礦化的連續(xù)性(特別是向地下延伸)和空間上的分布形態(tài)有一定的困難。

[1]孟順祥,石同雪.激發(fā)極化法在東水泉石墨找礦中的應用效果[J].建材地質(zhì),1993(3):28-33.

[2]羅銘玖,黎世美,盧欣祥,等.河南省主要礦床的成礦系列與成礦作用[M].北京:地質(zhì)出版社,2000.

[3]李金銘.地電場與電法勘探[M].北京:地質(zhì)出版社,2005.

[4]王鳳茹,薛基強.河南省魯山縣背孜晶質(zhì)石墨礦地質(zhì)特征及成因淺析[J].礦產(chǎn)勘查,2010(3):248-253.

The Geologic Application Research of Graphite Mineralization Geophysical Exploration in Lushan County, Henan Province

SONG Peng, XU De-chao, YU Ji-lin, LI Yong-liang, WANG Ji-ping, ZHANG Lei
(Henan Team of Geological Survey Center of China Building Materials Industry, Xinyang 464000, China)

Graphite mineralization relative to the physical characteristics of surrounding rock of low resistivity and high polarization. By using induced polarization method, we can measure apparent polarization and apparent resistivity. By using induced polarization using central gradient array we can effectively determine the existence of the graphite mineralization, By using induced polarization method using schumberger array we can determine the plane distribution rule and the state space of the graphite mineralization, then combine with geological results, to achieve the goal of graphite mineralization prospecting.

graphite mineralization; induced polarization using central gradient array; induced polarization using schumberger array; apparent polarization; anomaly

P631.324

A

1007-9386(2017)02-0019-03

2017-01-19