重慶城口修齊錳礦AMT法深部找礦預(yù)測

黃朝陽，張自賢，冉瑞清，高彩霞，吳文英

(1. 重慶工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，重慶 402260； 2. 中國科學(xué)院 廣州地球化學(xué)研究所，廣東 廣州 510640； 3. 重慶市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局 205地質(zhì)隊，重慶 402160； 4. 中國礦業(yè)大學(xué) 地球科學(xué)與測繪工程學(xué)院，北京 100083)

0 前 言

巴山錳礦帶是我國著名錳礦產(chǎn)地之一，位于揚(yáng)子板塊西北緣，邊界斷裂為大巴山斷裂帶和鎮(zhèn)巴斷裂帶，成礦帶呈北北西—南南東向展布，由南至北分布高燕、屈家山及水晶坪等大型錳礦床[1-3]。重慶城口地區(qū)位于巴山錳礦帶南部，分布明月、高燕、大渡溪及修齊等典型錳礦。錳礦資源開發(fā)已經(jīng)成為城口地區(qū)支柱產(chǎn)業(yè)，隨著礦產(chǎn)資源的進(jìn)一步開發(fā)，致使部分礦區(qū)錳礦資源枯竭，深部找礦工作十分必要。

由于大巴山地區(qū)構(gòu)造活動頻繁且復(fù)雜，含錳巖層已被后期構(gòu)造破壞嚴(yán)重，很難對含錳巖層(礦體)進(jìn)行定位預(yù)測，導(dǎo)致城口地區(qū)錳礦深部勘查工作難以突破[1]。前人研究表明，重慶城口地處大巴山南麓，主要經(jīng)歷晚印支期(170～160 Ma)中晚燕山期(147.3～94.1 Ma)和喜山期(66.7 Ma至今)三期構(gòu)造運(yùn)動，使得城口地區(qū)發(fā)生褶皺、逆沖推覆構(gòu)造及強(qiáng)烈隆升[4-7]。而后期構(gòu)造對前期構(gòu)造、地層又發(fā)生切割和破壞，致使城口地區(qū)構(gòu)造十分復(fù)雜，含錳地層被破壞嚴(yán)重，加大地質(zhì)找礦難度。

為了勘探更多的錳礦體，研究人員在地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)上，通過城口地區(qū)錳礦床礦床地質(zhì)、地層對比、地球化學(xué)等研究手段進(jìn)行大量工作，并在成礦區(qū)域地質(zhì)、礦床成因認(rèn)識上取得顯著成果[8-12]。由于區(qū)域構(gòu)造復(fù)雜的原因，傳統(tǒng)地質(zhì)學(xué)方法還不能達(dá)到精確的礦體深部預(yù)測。音頻大地電磁測深法是建立在大地電磁測深法基礎(chǔ)上，由于其頻率較高(0.1～104 Hz)，對低電阻率地層有較高分辨率的識別，并有高效、成本低，受地形條件影響小的優(yōu)點(diǎn)，并廣泛運(yùn)用于地質(zhì)礦產(chǎn)勘查中[13-16]。姚大為[13]通過武山地區(qū)AMT研究發(fā)現(xiàn)，不同地質(zhì)體有電阻率差異，在視電阻率剖面圖上，能較好識別2 km以內(nèi)的電阻率差異較大的巖性接觸帶和斷裂構(gòu)造。楊炳南[14]通過李家灣錳礦進(jìn)行AMT方法測試，建立“高—低—中高”的電阻率分層模式，從而確定含礦地層、構(gòu)造在深部分布形態(tài)，進(jìn)而為鉆探布置提供依據(jù)。

本研究在地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)上，通過對修齊錳礦區(qū)域成礦地質(zhì)背景、賦礦地層、礦體地質(zhì)特征研究基礎(chǔ)上，選擇區(qū)內(nèi)典型剖面進(jìn)行AMT測試工作。通過其AMT地層高分辨率解譯，探測礦區(qū)內(nèi)深部地層分布、深部斷裂構(gòu)造位置，進(jìn)而圈定找礦靶區(qū)，進(jìn)行鉆探驗(yàn)證工作。結(jié)果顯示，AMT方法能很好的反演城口地區(qū)深部含礦巖層、斷裂特征，其結(jié)果可以為城口錳礦深部找礦工作起指示作用。

1 地質(zhì)概況

城口地區(qū)錳礦床由北西往南東分布有明月、高燕、大渡溪和修齊錳礦床，并組成城口錳礦帶[1]。在錳礦帶北側(cè)，發(fā)育城巴斷大裂帶，南側(cè)發(fā)育烏坪斷裂帶，兩個斷裂帶不僅控制城口錳礦帶分布，同時受二者影響，成礦帶中斷層及褶皺極其發(fā)育，地層傾角變大，部分地層傾向發(fā)生倒轉(zhuǎn)，構(gòu)造十分復(fù)雜(圖1)[1]。

1 晚青白口世；2 晚華南世；3 早震旦世；4 震旦紀(jì)—志留紀(jì)；5 晚二疊世—中三疊世；6 斷裂構(gòu)造；7 地質(zhì)界線

圖1重慶城口區(qū)域地質(zhì)圖

城口錳礦帶整體呈北西—南東向展布，修齊錳礦位于成礦東南部約5 km，地處城口錳礦帶南東部位。修齊礦區(qū)內(nèi)發(fā)育多期，斷層、褶皺等構(gòu)造活動影響，礦區(qū)內(nèi)地層厚度變化大，難以對地層進(jìn)行精確對比，總體構(gòu)造線呈北西—南東向展布，總體走向10(°)～35(°)[8]。礦區(qū)出露地層為震旦系下統(tǒng)陡山沱組(Z1ds)，震旦系上統(tǒng)燈影組(Z2d)和寒武系下統(tǒng)水井沱組(∈1s)，其次是第四系全新統(tǒng)地層(Q)。

陡山沱組(Z1ds)為修齊錳礦的賦礦地層，厚40～65 m。該段可分為兩層，上層為黑色、深灰色炭質(zhì)頁巖和泥質(zhì)頁巖層與白云巖互層，偶夾薄層狀硅質(zhì)巖；下層由深灰色細(xì)—粉砂巖與砂質(zhì)頁巖互層。含錳巖層位于陡山沱組(Z1ds)上層，出露厚度在6～15 m。錳礦體呈層狀、似層狀，局部呈透鏡狀產(chǎn)出，走向270(°)～325(°)，傾向北東，傾角12(°)～88(°)。局部地層受褶皺或斷裂構(gòu)造影響，地層傾角陡峭，部分地層在地表上重復(fù)，礦體厚度在不同位置均有不規(guī)則的變厚變薄現(xiàn)象[8]。

修齊礦區(qū)礦石礦物以菱錳礦為主，含少量水錳礦、錳白云石、黃鐵礦、膠磷礦。脈石礦物白云石、石英、高嶺石等粘土礦物組成，此外還有少量的磁鐵礦、褐鐵礦、電氣石等。菱錳礦礦石結(jié)構(gòu)主要為細(xì)中粒結(jié)構(gòu)和球粒結(jié)構(gòu)，少量為鮞狀結(jié)構(gòu)和膠體結(jié)構(gòu)；構(gòu)造類型為條帶構(gòu)造和紋層狀構(gòu)造，少量為塊狀構(gòu)造。

礦體頂板為燈影組第1段(Z2d1)的底部含錳泥質(zhì)白云巖，泥晶結(jié)構(gòu)，局部可見硅質(zhì)條帶，風(fēng)化后呈現(xiàn)出褐紅色，是間接的找礦標(biāo)志[17]。底板為陡山沱組上段(Z1ds)中部的黑色炭質(zhì)頁巖，局部有白云巖及硅質(zhì)條帶，與礦接觸部位可見膠菱礦團(tuán)塊、細(xì)脈。由于區(qū)域斷裂構(gòu)造及高角度逆斷層影響，部分地段地層發(fā)生倒轉(zhuǎn)，對深部找礦預(yù)測加大難度。

2 巖石及地層地球物理特征

2.1 巖(礦)石物性參數(shù)測試

為了對后續(xù)地球物理剖面更好的解釋，本研究對施測巖石、巖石組合電阻率參數(shù)進(jìn)行查閱資料及測定工作，以便采取有效的物探方法、選擇適當(dāng)?shù)膮?shù)，從而確保分析、解釋、評價的準(zhǔn)確性，以提高勘探解釋可靠性。

通過調(diào)查、收集以及現(xiàn)場實(shí)測及巖(礦)石標(biāo)本取樣的測定，對修齊錳礦區(qū)內(nèi)巖(礦)石電性特征統(tǒng)計見表1。

表1 修齊礦區(qū)巖(礦)石電性參數(shù)測定統(tǒng)計

2.2 各主要地層地球物理特征

通過修齊礦區(qū)地質(zhì)調(diào)查及巖(礦)石實(shí)測，整理、分析，修齊礦區(qū)電性特征按地層年代由新到老依次簡述見表2。

第四系(Q)坡殘積層主要為粉質(zhì)粘土夾粉砂巖、硅質(zhì)巖、灰?guī)r碎石，厚0～18 m，河床沖洪積主要以砂卵石為主，含少量的泥及有機(jī)質(zhì)，厚1～5 m。電阻率一般在120～1 500 Ω·m之間，由于次層較薄，又處于地表，解譯時可以忽略。

寒武系下統(tǒng)水井沱組(∈1s)厚度約1 000 m，由上至下為狀鮞狀灰?guī)r夾鈣質(zhì)頁巖，粉砂質(zhì)頁巖，底部為炭質(zhì)頁巖。電阻率由上至下依次降低，底部炭質(zhì)頁巖電阻率均值200 Ω·m，為明顯低阻特征。

表2 修齊礦區(qū)主要地層電阻率

震旦系上統(tǒng)燈影組(Z2d)厚度66～192 m，根據(jù)巖性組合可細(xì)分成3段。燈影組第3段(Z2d3)巖性為黑色硅質(zhì)巖夾硅質(zhì)條帶白云巖組合，電阻率一般在1 050～9 800 Ω·m，均值在2 050 Ω·m左右，可與上覆地層水井沱組(∈1s)低阻明顯區(qū)別。燈影組第2段(Z2d2)厚度33～154 m，巖性由上至下依次為水云母頁巖、致密狀微晶灰?guī)r及硅質(zhì)條帶，電阻率約3 000 Ω·m。燈影組第1段(Z2d1)上部為鈣質(zhì)頁巖、泥質(zhì)白云巖和白云巖，下部為含錳(鐵)泥質(zhì)白云巖，局部夾頁巖，為修齊礦區(qū)內(nèi)錳礦層的頂板層，厚度15～40 m，電阻率均值約1 000 Ω·m。

震旦系下統(tǒng)陡山沱組(Z1ds)是修齊錳礦體賦存地層，厚度約6～15 m。該段巖性組合可分上、下兩段，由于斷裂構(gòu)造影響，修齊礦區(qū)內(nèi)只出現(xiàn)陡山沱組上段(Z1ds2)，該段頂部為錳礦賦存層位，巖性為炭質(zhì)頁巖、泥質(zhì)頁巖層與白云巖互層，偶夾薄層狀硅質(zhì)巖，其電阻率一般在5.0～600 Ω·m，高值可達(dá)到1 020 Ω·m；下部為砂巖頁巖與砂巖互層，其電阻率顯示為低阻特征，均值370 Ω·m。

3 地球物理解譯及驗(yàn)證

3.1 數(shù)據(jù)采集

在室內(nèi)目標(biāo)線路確定后，為保障野外數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確可靠，本次工作先在室內(nèi)確定測點(diǎn)坐標(biāo)，再由技術(shù)員實(shí)地確定，并在每個點(diǎn)位采用紅布條記錄測點(diǎn)號的方式做好標(biāo)記。測線測點(diǎn)的編號采用自西向東、由南向北的原則，共布置測點(diǎn)30個，檢查點(diǎn)3個。

3.2 數(shù)據(jù)解譯

經(jīng)過物探數(shù)據(jù)處理和二維反演，生成了修齊錳礦區(qū)電阻率剖面圖(圖2)。斷層構(gòu)造電性特征通常顯示為兩側(cè)電阻率變化劇烈，呈串珠狀分布，或電阻率等值線發(fā)生扭曲[18]。為此，此次AMT法識別出F1和F2斷層，F(xiàn)1斷層位于D5、D6間，斷層兩側(cè)電性明顯突變，斷層大致傾向北東，產(chǎn)狀較陡，向下延伸較大；F2斷層，位于D15、D16間，斷層兩側(cè)電性變化明顯，且電阻率等值線發(fā)生扭曲，斷層大致傾向北東，產(chǎn)狀較陡，向下延伸較大。

圖2 修齊4號勘探線AMT二維反演電阻率斷面圖

修齊礦區(qū)錳礦體位于陡山沱組上段(Z1ds2)中，頂板巖性為燈影組第1段(Z2d1)，巖性為泥質(zhì)白云巖夾頁巖，電阻率顯示為中阻特點(diǎn)；底板為陡山沱組上段(Z1ds2)底部，巖性為砂質(zhì)頁巖，電阻率顯示為低阻特點(diǎn)，二者電阻率差距小，但能和燈影組第2段(Z2d2)高阻的白云巖有明顯差距。根據(jù)含錳巖系為修齊地區(qū)最老地層且電阻率小，頂板電性高電阻率的差異，可在剖面圖上圈定出含錳巖系的空間分布位置和形態(tài)特征。地質(zhì)資料顯示，測線測點(diǎn)D16附近震旦系下統(tǒng)陡山沱組，由于在礦層露頭位置發(fā)育斷裂構(gòu)造，導(dǎo)致震旦系下統(tǒng)陡山沱組巖層變薄[9]。電阻率剖面圖顯示為高低阻結(jié)合部位，與F2斷層重合，符合地表斷裂構(gòu)造發(fā)育特點(diǎn)，故推斷錳礦層位于D16點(diǎn)電性高低阻結(jié)合部位，即此點(diǎn)為震旦系下統(tǒng)陡山沱組(含燈影組第一段)界線。

3.3 鉆孔驗(yàn)證

為了驗(yàn)證AMT電阻率剖面解譯的可靠性，選擇在此次地球物理剖面20號點(diǎn)及23號點(diǎn)布置兩條鉆孔(分別為Zk2016，Zk4-1)。Zk4-1在鉆孔資料顯示，菱錳礦體平均厚度為0.88m，含量在19.37%～23.24%，平均品位為21.56%。Zk2016顯示含錳巖層陡山沱組上段(Z1ds2)受斷層影響，厚度減薄，單層條帶狀礦體厚1～5 mm，脈石厚10～100 mm，未達(dá)到工業(yè)品位(圖3)[9]。

圖3 修齊4號勘探線鉆孔剖面圖

兩個鉆孔勘探發(fā)現(xiàn)多層錳礦化體，礦化位置與AMT解譯位置相當(dāng)，表明AMT法在修齊錳礦區(qū)的對斷裂構(gòu)造、地層有較好的識別效果。

4 結(jié) 論

本次研究工作首次將AMT方法運(yùn)用在重慶城口修齊錳礦區(qū)，進(jìn)行找礦預(yù)測工作。經(jīng)鉆孔驗(yàn)證，取得較好的找礦效果，不僅控制礦體深部走向，同時對深部斷裂、褶皺等構(gòu)造均有較好的指示作用。

AMT方法可在城口錳礦帶深部找礦工作中推廣應(yīng)用。