河南省小秦嶺地區(qū)晶質(zhì)石墨礦遠(yuǎn)景調(diào)查物探技術(shù)應(yīng)用

張雪麗　倪云鵬　張磊　張琳

摘 要： 河南省小秦嶺地區(qū)晶質(zhì)石墨礦資源遠(yuǎn)景調(diào)查項目，工作中的物探方法為雙頻激電剖面和激電測深。通過激發(fā)極化法進(jìn)行測量，了解了區(qū)內(nèi)地質(zhì)體的極化率和電阻率展布特征，大致查明了區(qū)內(nèi)礦體賦存的有利部位，圈定了礦（化）體范圍，確定了有進(jìn)一步工作價值的找礦靶區(qū)，為地質(zhì)找礦提供了重要的基礎(chǔ)資料。

關(guān)鍵詞： 小秦嶺地區(qū)； 晶質(zhì)石墨； 雙頻激電剖面； 激電測深

1. 概況

工作區(qū)位于小秦嶺地區(qū)已知的典型礦床泉家峪石墨礦東側(cè)，范圍西起泉家峪，東到鍋峪溝，呈北西—南東向延伸。行政隸屬于河南省靈寶市，與陜西省緊鄰。

該地區(qū)的石墨礦產(chǎn)資源豐富，是西部聯(lián)接中部、東部的重要紐帶，為盡快查明、開發(fā)和利用石墨礦產(chǎn)資源使當(dāng)?shù)厝罕娒撠氈赂?，加快地方?jīng)濟(jì)發(fā)展和礦業(yè)開發(fā)，對于促進(jìn)中原經(jīng)濟(jì)區(qū)發(fā)展和實施“東引西進(jìn)”戰(zhàn)略具有重要意義。

區(qū)域及周邊煤電資源豐富，交通較便利，有一定的工業(yè)基礎(chǔ)，能夠為石墨礦的開發(fā)利用提供良好的外部條件。

2. 區(qū)域地質(zhì)

工作區(qū)處于秦嶺造山帶北支東段，屬于經(jīng)過長期演化的復(fù)合造山帶，內(nèi)部結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜。在不同的構(gòu)造階段，發(fā)育不同類型的巖漿侵入。長期多旋回的構(gòu)造演化和復(fù)雜的地質(zhì)作用，為本區(qū)石墨礦的形成提供了良好的地質(zhì)背景。

本次小秦嶺晶質(zhì)石墨礦資源遠(yuǎn)景調(diào)查區(qū)內(nèi)大面積出露地層為太古界太華群的觀音堂組（Arthg）；巖層中石英巖、透輝巖和大理巖較發(fā)育，巖石普遍有強烈的混合巖化現(xiàn)象。經(jīng)初步實地踏勘，工作區(qū)內(nèi)石墨礦化現(xiàn)象明顯，形成的礦化點較多。

根據(jù)已知的靈寶泉家峪石墨礦地質(zhì)特征研究和初步建立的成礦模式，經(jīng)過踏勘找礦在小秦嶺中部南側(cè)，即倉朱峪—槍馬峪一帶發(fā)現(xiàn)了靶區(qū)。靶區(qū)內(nèi)石墨含礦層位（Arthg）在區(qū)域上較穩(wěn)定，而且后期有偉晶巖侵入，混合巖化作用強烈?？勺鳛橹攸c工作區(qū)。

工作區(qū)成礦地質(zhì)條件較好，礦石質(zhì)量優(yōu)良，原礦為結(jié)晶較好的大鱗片晶質(zhì)石墨礦，其化學(xué)成分、礦石品位能滿足工業(yè)上對石墨礦的一般要求，開采技術(shù)條件良好。目前，市場上石墨礦銷售形勢良好，石墨礦的市場潛力較大。

3. 典型礦床

泉家峪石墨礦是河南小秦嶺地區(qū)已知的典型礦床。

泉家峪礦區(qū)出露地層主要為太古界太華群的觀音堂組（Arthg），依據(jù)巖性特征又可分為11個小層（Arthg-1～Arthg-11）；石墨含礦層位為Arthg-4和Arthg-8，按產(chǎn)出位置分別稱為下含礦層和上含礦層；含礦層巖性為石墨混合片麻巖夾斜長透輝巖、透輝大理巖，局部出現(xiàn)透輝混合巖。

下含礦層（Arthg-4）：厚度較小，一般約20m～46m，主要分布在礦區(qū)東段，形成的礦體多呈透鏡狀，規(guī)模較小。

上含礦層（Arthg-8）：主要分布在礦區(qū)中西部，厚度在60m～90m，呈似層狀產(chǎn)出，礦體規(guī)模較大，是礦區(qū)主要礦體產(chǎn)出地段。

經(jīng)過歷時5年的詳查地質(zhì)工作，礦區(qū)內(nèi)共圈出26個礦體，礦體形態(tài)有似層狀、透鏡狀和楔形狀，其中主要礦體有兩個，即I號、II號礦體。

I號礦體：似層狀，產(chǎn)于上含礦層（Arthg-8）頂部，厚度7.51m～33.27m，傾角40°～70°，平均60°，延長660m，延伸80m～250m，品位4.23%，向深部趨于尖滅。礦體中夾層少且厚度小，一般1m左右，多含石墨鱗片，品位在1%～2%。

II號礦體：似層狀，產(chǎn)于上含礦層（Arthg-8）底部，厚度6m～33m，一般厚度12m～16m，傾角40°～74°，延長660m，延伸42m～250m，品位4.09%，向深部趨于尖滅。礦體中含一厚度2m～5m的斜長透輝巖、透輝大理巖夾層。

礦石工業(yè)類型屬晶質(zhì)鱗片狀石墨礦；自然類型屬石墨片麻巖型，主要有石墨混合片麻巖和石墨透輝混合巖。石墨呈聚晶、連晶產(chǎn)出，徑片最大0.38×1.725mm，一般0.12×0.42mm。礦石礦物為石墨，脈石礦物有透輝石、斜長石、石英、黑云母、綠泥石等，微量礦物有磁鐵礦、褐鐵礦、黃鐵礦、赤鐵礦等。

礦體圍巖有斜長透輝巖、透輝混合巖、透輝大理巖、混合偉晶巖、角閃混合片麻巖等，其中穩(wěn)定的圍巖主要是前三種巖石，即斜長透輝巖、透輝混合巖和透輝大理巖；夾層巖性特征與圍巖基本一樣，圍巖和夾層中普遍含有石墨鱗片。含石墨巖石與礦石用肉眼無法精確鑒別，只能依據(jù)化驗結(jié)果來圈定圍巖和夾層。

礦床屬于沉積變質(zhì)成因，依據(jù)主要有：礦體呈透鏡狀、似層狀賦存于一定層位，含礦層位區(qū)域上具有穩(wěn)定性；礦層頂?shù)装寰鶠榈湫偷某练e變質(zhì)巖—大理巖和石英巖；礦石具殘留變余砂狀結(jié)構(gòu)；礦石中重砂礦物多呈渾圓狀、半渾圓狀。據(jù)礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造和礦物組合特征，推測原巖為含碳酸鹽泥質(zhì)巖，形成石墨礦的物質(zhì)主要來源于母巖。

通過分析研究礦床特征，泉家峪晶質(zhì)石墨礦的形成具有以下兩個特點：①含礦層受石英巖控制，透輝巖、大理巖較發(fā)育；②巖石普遍遭受較強烈的混合巖化作用，形成石墨混合片麻巖和石墨混合巖，混合巖化作用與成礦關(guān)系密切。

4. 地球物理特征

物性差異是開展物探找礦工作的重要前提，本次石墨礦勘探中使用激電法就是利用石墨礦的高極化率特征作為勘探的地球物理前提。石墨礦與各類圍巖有明顯的激電特性差異，石墨為低阻高極化地質(zhì)體，各類圍巖為高阻低極化地質(zhì)體，根據(jù)礦化程度及圍巖性質(zhì)不同礦體表現(xiàn)其綜合效應(yīng)。

2013年度在已開礦區(qū)泉家峪礦區(qū)礦脈處利用小四極裝置進(jìn)行了露頭物性測量，測量結(jié)果見（表1）。

根據(jù)表1可知礦脈附近圍巖均受不同程度的礦化，并得出以下結(jié)論：

（1）巖（礦）的礦化程度與激電效應(yīng)呈正相關(guān)，與視電阻率呈負(fù)相關(guān)。石墨礦脈幅頻率達(dá)到20%以上，最高達(dá)27.62%，圍巖的幅頻率一般在10%以下；隨著巖（礦）的礦化程度的加強，巖（礦）的視電阻率減小。

（2）（礦化）圍巖的激電效應(yīng)與距礦脈（體）的距離呈負(fù)相關(guān)。視幅頻率與圍巖巖性關(guān)系不大，而與其距礦脈的距離有密切關(guān)系，比如同是片麻巖圍巖的幅頻率值為5.43%～11.2%，而透輝石大理巖幅頻率為1.15%～16.43%，其值與距礦脈距離成反比；在距離較遠(yuǎn)處的背景值一般為1.15%～2.03%。

（3）巖（礦）石的視電阻率與破碎程度呈正相關(guān)。含礦片麻巖與致密含礦片麻巖對比分析，隨著母巖的破碎，其連通性遭到破壞，造成電阻率增高，而視幅頻率受影響較小。

根據(jù)區(qū)內(nèi)巖（礦）石的物性特征，利用激電視幅頻率的變化情況可以大致圈定礦脈的空間展布特征，還可以對地表含礦構(gòu)造帶在走向及傾向上延伸、規(guī)模、產(chǎn)狀變化以及對隱伏—半隱伏礦體進(jìn)行深部預(yù)測，圈定中深部找礦靶區(qū)，指導(dǎo)深部探礦工程部署。

5. 雙頻激電

雙頻激電法剖面工作充分考慮到工區(qū)地形陡峭，普通時間域激電儀需要發(fā)電機且運移笨重，不適宜本次工作，故采用更加先進(jìn)、便捷的SQ-3C雙頻激電儀。由何繼善院士發(fā)明的雙頻激電儀是我國首創(chuàng)的一種頻率域激發(fā)極化儀器，同時兼顧找礦效果和找礦成本兩個方面要求，可廣泛應(yīng)用于金、銀等貴金屬和銅、鉛、鋅等礦產(chǎn)資源勘查。

雙頻道激電儀的基本原理是同時發(fā)送和同時接收兩種不同頻率的特殊波形信號，通過計算機程序?qū)Ψ磻?yīng)礦體信息的視幅頻率（Fs）進(jìn)行反演和正演從而分析出地下礦產(chǎn)的分布，儀器具有以下優(yōu)點：

（1）觀測速度快，工作效率高、探測深度600m～800m；

（2）輕便靈活，供電電流僅為時間域激電的1/10～1/20；

（3）受電流變化影響小，不需穩(wěn)流；

（4）抗工業(yè)干擾能力強；

（5）自動消除電磁耦合效應(yīng)；

（6）為判別激電異常源提供信息；

（7）經(jīng)專家鑒定在頻率域激電領(lǐng)域已達(dá)到國際領(lǐng)先水平。

剖面野外工作采用對稱四極裝置，MN/2=AB/2/5=10m，沿測線方向布極，點距原則上20m，在部分地形陡峭無法施工的地段進(jìn)行了調(diào)整，供電電極使用接觸面積大的鐵電極，接收電極使用導(dǎo)電性好的銅電極。

測線布設(shè)以垂直礦化帶、礦化體為基本原則，具體布設(shè)時考慮避開地面管線、高壓電線及居民區(qū)等干擾因素，再結(jié)合前期成果和地質(zhì)認(rèn)識對測線位置進(jìn)行實時調(diào)整。

在野外施工中，為了保證數(shù)據(jù)采集的有效性，在追索未圈閉激電異常帶和石墨成礦有利部位時，不因地形困難而將測線布置到異常低緩區(qū)和沒有成礦條件區(qū)。

雙頻激電測深法的儀器設(shè)備、工作方法原理及質(zhì)量評述均與剖面測量法相同或基本一致。

激電測深剖面布置在成礦有利地段，結(jié)合激電剖面初步成果和地質(zhì)調(diào)查成果具體布置，最大電極距根據(jù)各條剖面礦體的可能埋深而定，最大選擇AB/2max=200m。激電測深參數(shù)的選擇：裝置類型采用對稱四極，本次采用的極距分別為AB/2=1，2，3，5，7，10，14，20，28，40，60，80，100，130，160，180，200m，MN/2=AB/2/5。

本次野外數(shù)據(jù)采集共完成激電剖面測線7條，測線長度8.6km，測點數(shù)422個，檢查點13個，占總測點的3%；激電測深剖面5條，測點23個，檢查點3個，占總測點的13%，（規(guī)范要求為3%～5%）。

6. 異常的圈定

依據(jù)異常特征將全區(qū)分為東西兩個區(qū)，全區(qū)共圈定單線激電異常12個，相連而成的激電異常帶4條，整體上全區(qū)較好異常集中在西部0、1、2線和東部10線北部，8、9線異常顯示不明顯，且從激電異常顯示來看南部好于北部。

平剖圖顯示激電異常帶形態(tài)陡而窄，垂直異常帶走向方向異常幅值變化較大。JD-01異常清晰明顯，且相應(yīng)位置電阻率顯示為較低阻，JD-04異常微弱且顯示低阻，JD-02、JD-03顯示出高阻高極化特征，視幅頻率幅值稍高于JD-04。DX10-3異常為單線異常，但在一定范圍內(nèi)較為連續(xù)且幅值較高。

（1）西區(qū)JD-01異常帶

根據(jù)0線、1線、2線剖面測量結(jié)果，圈定了物探單線異常DX0、DX1、DX2，通過對比三個單線異常形態(tài)及位置基本確定為同一異常帶，結(jié)合視幅頻率平面剖面圖將各線異常相連組成異常帶JD-01，見圖1。

物探圈定的JD-01異常帶與地質(zhì)圈定的石墨礦化帶幾乎完全吻合，有力印證了該處礦化情況。

（2）東區(qū)JD-02、JD-03、JD-04、DX10異常帶

東區(qū)測線包括8線至11線，其中JD-02、JD-03、JD-04異常帶位于8線、9線，DX10-3異常位于10線，11線未發(fā)現(xiàn)異常。

從平面上8線的DX8-1異常與東側(cè)的9線相應(yīng)DX9-1異常位置相對應(yīng)，共同組成JD-02異常帶。DX8-2異常與東側(cè)的9線相應(yīng)DX9-2異常位置相對應(yīng)，共同組成JD-03異常帶。DX8-3異常與DX9-3異常位置相對應(yīng)，組成JD-04異常，但該異常反應(yīng)并不明顯見（圖2）。

DX10-3異常較為連續(xù)，且在10線異常幅值較高，異常值達(dá)5.82%，推測為礦致異常。

7. 石墨礦化異常特征分析

本次物探工作成果顯示石墨礦引起的激電異常非常明顯，再次驗證了激電法對石墨礦的有效性。

激電異常特征共分為兩類：低阻高極化和高阻高極化，均與本區(qū)石墨礦（化）有關(guān)，根據(jù)礦化圍巖性質(zhì)不同以及礦體破碎程度不同，分別顯示出不同特征。如巖性為混合巖的礦化體與片麻巖礦化體均表現(xiàn)出高極化特征，但混合巖表現(xiàn)出比片麻巖高的電阻率特征；較破碎的礦體比致密礦體電阻率明顯偏高。對于圍巖表現(xiàn)為低阻低極化和高阻低極化，首先電阻率受巖性及破碎情況影響，其次受石墨礦化后，圍巖也會表現(xiàn)出相對低阻的特征。本次物探工作與地質(zhì)工作相結(jié)合驗證了該情況。

據(jù)此，本次工作對傳統(tǒng)石墨礦的一般特征即“低阻高極化”提出新的認(rèn)識，石墨的特征確為“低阻高極化”，但當(dāng)其賦存到巖石中，根據(jù)成礦母巖及其圍巖的不同，其視電阻率并不一定表現(xiàn)為低阻，而是受礦化程度和圍巖的共同影響。因此在本工區(qū)及類似工區(qū)，不能局限低阻高極化為找礦標(biāo)志，高阻高極化同樣可以作為石墨礦的找礦標(biāo)志。

8.異常（帶）劃分

根據(jù)剖面、平面異常特征分析，對異常帶進(jìn)行了劃分，見（表2）。

據(jù)統(tǒng)計，本次工作共圈定12個單線異常，其中礦致異常4個、礦化異常6個、性質(zhì)不明異常2個；根據(jù)單線異常劃定激電異常帶4條，其中礦致異常帶1條、礦化異常帶3條。

根據(jù)劃定的礦致異常帶，圈出有進(jìn)一步工作價值的工作區(qū)2處，即0、1、2線JD-01異常部位和東部10線DX10-3異常部位。

JD-01異常位于工區(qū)西部，異常幅值高且重現(xiàn)性好，推測礦化程度高且深部延伸較連續(xù)，為一近直立礦化體，但在地表寬度較窄。DX10-3異常位于工區(qū)東部，其范圍及幅值較小，推測成礦范圍較小。

可根據(jù)物探推斷進(jìn)行下一步工作布置。如在0線西部和2線東部各增加一條測線以圈閉JD-01異常帶；在10線與11線之間布置測線以判斷DX10-3異常的延伸情況；驗證新發(fā)現(xiàn)異常。

9. 結(jié)論

本次物探工作共完成激電剖面7條共8.6km，測深點23個，完成了各項工作任務(wù)。

本次工作布置合理，方法技術(shù)正確，野外數(shù)據(jù)采集及資料處理均嚴(yán)格按相關(guān)規(guī)范進(jìn)行，取得了明顯的效果，達(dá)到了預(yù)期目的。通過綜合分析解釋，認(rèn)為：

（1）圈定了4條激電異常帶和3個單線異常，其中JD-02、JD-03異常帶和DX10-3異常為新發(fā)現(xiàn)異常。對異常性質(zhì)進(jìn)行了判定，其中礦致異常帶1條、礦化異常帶3條，礦致異常1個、性質(zhì)不明異常2個。

（2）大致查明了各異常帶位置、走向和深部特征。

（3）圈定了物探異常范圍，為地質(zhì)組劃定石墨遠(yuǎn)景區(qū)范圍提供了物探依據(jù)，并為地質(zhì)找礦縮小了靶區(qū)。

（4）對本區(qū)石墨礦進(jìn)行了新的認(rèn)識，并提出了本區(qū)石墨礦化的物探識別標(biāo)志。

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