四川省南江縣廟坪石墨礦深部找礦的綜合物探方法

李 勇 張永恒 王紅軍 侯學文

(核工業(yè)二八〇研究所)

20世紀80年代以來，眾多學者圍繞與研究區(qū)(位于廟坪石墨礦礦區(qū))有關(guān)的揚子準地臺北緣、大巴山臺緣坳陷地帶、秦嶺成礦帶南緣、米倉山地區(qū)等區(qū)域成礦重大基礎地質(zhì)問題進行了一系列研究，奠定了該區(qū)地質(zhì)科學研究的基礎[1]。區(qū)域米倉山南緣石墨礦的產(chǎn)出構(gòu)成了一個成礦帶，斷續(xù)出露于旺蒼縣大河壩，向NE向延伸至臘燭河，何家壩、坪河至尖山及上兩一帶，長達30 km，其中，南江坪河石墨礦及旺蒼大河壩石墨礦位于研究區(qū)南西方向，尖山石墨礦緊鄰研究區(qū)西南部。由區(qū)域已有的地質(zhì)勘查資料可知，該成礦帶內(nèi)礦體規(guī)模較大且有一定的埋藏深度。為進一步指導研究區(qū)石墨礦找礦勘查工作，本研究綜合采用自然電場法、可控源音頻大地電磁測深法(CSAMT)以及自然電位測井法對該區(qū)進行勘查，通過數(shù)據(jù)綜合解譯，對區(qū)內(nèi)深部礦體分布情況進行分析。

1 研究區(qū)地質(zhì)及地球物理特征

1.1 地質(zhì)特征

廟坪石墨礦位于四川省南江縣上兩鄉(xiāng)，礦區(qū)面積約4.70 km2。研究區(qū)內(nèi)的含礦巖系為中上元古界火地埡群麻窩子組第二段的淺變質(zhì)巖系，主要巖性為灰白色—淺灰色等雜色中厚層塊狀白云質(zhì)大理巖、大理巖及千枚巖(圖1)[1]。含礦巖系地層呈NE—SW向延伸，在區(qū)內(nèi)沿走向出露長度為4～5 km，寬度為0.5～1.5 km，總體呈NE走向，傾向NW，局部SE。

研究區(qū)大地構(gòu)造位置位于米倉山構(gòu)造帶南緣之鷹咀巖—關(guān)壩構(gòu)造區(qū)上兩復式背斜構(gòu)造帶南東翼。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造格架簡單，主要發(fā)育4條斷裂構(gòu)造：①岳家灣—狗家子溝一帶斷層(F1)，在區(qū)內(nèi)延伸長約4 km，總體走向為NE—SW向；②岳家灣—何家院子斷層(F2)，在區(qū)內(nèi)延伸長約1 km，斷層寬約10 m，總體走向為NE—SW向，與F1斷層近乎平行；③椒子樹塘斷層(F3)，在區(qū)內(nèi)延伸長度不足500 m，寬約10 m；④道人灣斷層(F4)，為F1斷裂構(gòu)造的次級構(gòu)造斷裂，區(qū)內(nèi)延伸長約0.9 km，寬度達數(shù)米。研究區(qū)內(nèi)構(gòu)造對礦體的形成和分布提供了壓力和動力條件。

研究區(qū)內(nèi)構(gòu)造巖漿巖活動頻繁，導致區(qū)內(nèi)脈巖十分發(fā)育，表現(xiàn)為類型復雜、多期次侵入的特點，主要以巖脈和小巖株的形式產(chǎn)出。巖漿巖類型主要為角閃輝長巖、閃長巖、花崗斑巖等。

1.2 物性特征

研究區(qū)內(nèi)巖(礦)石的電性特征主要與巖(礦)石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、物質(zhì)成分相關(guān)。本研究經(jīng)過野外露頭四極激電測深可知：①大理巖、白云質(zhì)大理巖、閃長巖，極化率一般小于2%，電阻率則較高，為442～4 728 Ω·m，為高阻、低極化的反映(表1)；②碳質(zhì)大理巖、碳質(zhì)千枚巖，電阻率為89.6～301 Ω·m，極化率偏高，最大值為4.3%，為中低阻、高極化的反映；③石墨礦及其礦化帶，極化率為4.2%～7.8%，電阻率為1.6～24.5 Ω·m，呈現(xiàn)出低阻、高極化的特征?？傮w上，研究區(qū)石墨礦具有特殊的低阻、高極化特性，與圍巖有明顯差異，為進行物探勘查工作提供了條件。

2 綜合物探勘查成果解譯

碳質(zhì)地層是地球物理勘查工作主要的干擾因素之一[2]，加之研究區(qū)礦體厚大，導致石墨礦體電阻極低，電流場完全被石墨礦吸引，區(qū)內(nèi)石墨礦體對電流形成的短路作用導致低阻屏蔽，激電中梯實測一次場和二次場電位極低，極化率參數(shù)無法準確測定，其高極化率的特性未能有效體現(xiàn)，因此常用的大功率激電中梯掃面測量方法在區(qū)內(nèi)難以應用[3-4]。為了快速、準確地定位礦體，排除碳質(zhì)地層的干擾，本研究首先利用自然電場法對該區(qū)開展面積性測量工作，快速得到異常的平面分布信息；然后選擇可控源音頻大地電磁測深法(CSAMT)[5-7]進行深部探索，以進一步了解自然電位異常的具體埋深、規(guī)模、產(chǎn)狀等空間分布規(guī)律；最后在鉆孔結(jié)束后進行了自然電位測井，以了解井中地球物理特征。測量使用的儀器為重慶數(shù)控技術(shù)研究所研發(fā)的WDJD-2型多功能直流數(shù)字激電儀，該型儀器具有測量精度高、分辨率強的特點，能夠同時自動采集多種參數(shù)，并進行顯示、存儲。綜合測井儀器采用JGS-1系列數(shù)字測井系統(tǒng)， CSAMT測量儀器為加拿大鳳凰公司生產(chǎn)的V8多功能電法數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其發(fā)射設備為25 kW大功率發(fā)電機及TXU-30發(fā)射機。

圖1 研究區(qū)區(qū)域地質(zhì)特征

表1 研究區(qū)巖(礦)石樣品電阻率測定結(jié)果

露頭巖性樣品數(shù)/件電阻率/(Ω·m)取值范圍平均值石墨礦181.6～24.57.36石墨大理巖20167～467322.00碳質(zhì)千枚巖1689.6～301180.00花崗斑巖14442～1596886.00閃長巖20898～18341188.00大理巖201354～37202142.00白云質(zhì)大理巖152070～47282856.00

2.1 自然電位異常特征

在自然條件下，地面兩點之間通常能夠觀測到一定大小的電位差，表明地下存在著天然電流場，這種場主要是由電子導體的天然電化學作用和地下水中電離子的過濾與擴散作用所致[3-4]。本研究在區(qū)內(nèi)采用自然電位剖面測量方法沿測線逐點觀測相對于基點的電位差，測線按100 m×20 m(線距100 m，點距20 m)的網(wǎng)度施測，測線盡可能垂直于地質(zhì)體走向或構(gòu)造走向，測線長度為500～1 700 m不等。

本研究在研究區(qū)內(nèi)開展了1∶1萬自然電位測量工作，通過總結(jié)自然電位實測數(shù)據(jù)，以區(qū)內(nèi)確立的基準點為依據(jù)，使用累計頻率展直法對區(qū)內(nèi)2 624個自然電位數(shù)據(jù)進行了處理，其中自然電位正常場的電位強度大于-155 mV，偏高場的電位強度為-155～-264.3 mV，高場的電位強度為-264.3～-373 mV(表2)。

表2 研究區(qū)自然電位背景值及標準差

注：μ為背景值，本研究區(qū)取-45 mV；σ為標準差，本研究取-109 mV。

根據(jù)研究區(qū)的實測自然電位數(shù)據(jù)，區(qū)內(nèi)可分為正常場、偏高場、高場及異常場，其中異常場與石墨礦及其礦化帶具有相關(guān)性，自然電位異常的強度和規(guī)模能夠有效地解釋石墨礦化的富集情況及礦化分布規(guī)律。偏高場及高場的電位強度為-155～-373 mV，主要分布于研究區(qū)西南側(cè)的大尖山北側(cè)以及何家灣東側(cè)至岳家灣一帶，其中大尖山北側(cè)的電位場呈扇狀分布，連續(xù)性較好，面積較大，長約2 km，寬約1 km，地表主要出露的巖性為大理巖、白云質(zhì)大理巖局部見閃長巖巖體，局部零星可見黃鐵礦化、蛇紋石化，故其電位強度不高；何家灣東側(cè)至岳家灣一帶的偏高場及高場呈NE—SW向近長弧狀展布，結(jié)合地質(zhì)資料分析，與出露地表的千枚巖、碳質(zhì)千枚巖有關(guān)，其異常性質(zhì)有待進一步驗證；廟坪一帶的偏高場呈串珠狀分布，出露的巖性主要為千枚巖、零星見石墨礦化露頭，后期勘查需予以重視。自然電位異常場的電位強度小于-373 mV，與石墨礦及其礦化帶吻合較好，本研究據(jù)此劃分了3個異常區(qū)(圖2)。

圖2 研究區(qū)自然電位等值線平面

(1)Ⅰ#異常。該異常為研究區(qū)南西側(cè)靠近麻窩子一帶、測線6#～12#、10#～50#測點范圍內(nèi)形成的電位下限為-375 mV的自然電位異常場，異常峰值為-551 mV。該異常區(qū)域地表未見明顯的礦體露頭，但該異常區(qū)域與Ⅱ#異常相連，走向基本一致，故推測其為石墨礦及其礦化帶引起的礦致異常，具有進一步工作的意義。

(3)Ⅲ#異常。該異常主要分布于新河村以南，異常面積不大，異常強度小于-375 mV，長約300 m，寬約200 m，主要出露的巖性為千枚巖、碳質(zhì)千枚巖，局部見有含石墨大理巖分布，結(jié)合地質(zhì)資料，推測該異常帶與巖性有關(guān)，下一步可開展適當?shù)牡刭|(zhì)工程予以揭露。

2.2 CSAMT數(shù)據(jù)解譯

由于含石墨地層是形成天然電場的低阻地質(zhì)體[8]，故根據(jù)低電阻率特性可以進一步了解深部礦體的延伸情況。由于Ⅱ#自然電位異常與地表石墨礦走向較為吻合，近扇狀分布，為此本研究在該異常中心部位布設了1條CSAMT剖面。采用SCS2D平滑模擬反演軟件對觀測數(shù)據(jù)進行了反演處理，得到了測線反演電阻率斷面圖(圖3)，并進行相關(guān)地質(zhì)推斷解釋。

圖3 研究區(qū)CSAMT綜合剖面

(1)平距600～780 m處可見近直立的低阻異常帶，由地表向下一直延伸至底部，結(jié)合地質(zhì)資料分析，平距620 m處存在一條近SN走向、產(chǎn)狀較陡的斷裂F4，該斷裂對下伏地質(zhì)體的控制乃至異常形態(tài)的變化產(chǎn)生了一定影響；該異常往南至平距900 m、標高1 000 m處的中低阻異常未圈閉且向南延伸，經(jīng)探槽揭露該斷裂旁側(cè)同時存在石墨礦，因此該異常具有一定的找礦前景。

(2)平距440～600 m處，附近標高1 200 m以上部位的視電阻率對數(shù)值小于1 Ω·m，出現(xiàn)團塊狀向北微傾斜的低阻異常體，測線與地表礦體走向近斜交，引起的異常梯度變化差異不明顯，結(jié)合地質(zhì)資料分析，該異常地表斷續(xù)出露有電阻率較低的石墨礦，故推測該異常為礦致異常。

(3)平距200～400 m處存在一條向深部延伸的中低阻帶，視電阻率對數(shù)值小于2 Ω·m，結(jié)合地質(zhì)資料分析可知，該處有斷層F1通過，低阻效應可能由斷層破碎帶內(nèi)的充填物引起；該異常標高1 040 m 以上出現(xiàn)了一條呈向下彎曲狀的異常帶，視電阻率對數(shù)值小于1 Ω·m，經(jīng)工程驗證為石墨礦引起的異常，其深度及形態(tài)與已知礦體較為吻合；沿該異常標高720 m以下出現(xiàn)反“V”形低阻異常體且向下延伸未圈閉，視電阻率對數(shù)值小于1 Ω·m，異常性質(zhì)有待于進一步驗證。

(4)在CSAMT剖面上于平距240 m處施工了ZK301鉆孔，開孔傾角80°，方位130°，孔深405 m，0～159.43 m深度巖性為花崗斑巖、角閃輝長巖、大理巖局部巖層較破碎，電阻率呈現(xiàn)中高阻特征；159.43～401 m深度均見有石墨礦，礦體厚度大于200 m，與本研究圈定的自然電位異常對應較好，驗證了該異常為礦致異常，同時佐證了CSAMT在研究區(qū)進行深部找礦勘探的有效性。

2.3 自然電位測井數(shù)據(jù)解譯

根據(jù)研究區(qū)的地球物理條件，選擇自然電位測井來測量鉆孔中的物性參數(shù)，在進行測井時，將M電極置于井內(nèi)，N電極固定于地表，隨電極系移動，測量出可動電極M相對于地面參考電極N之間的電位差，各參數(shù)采樣間隔為0.10 m，提升速度小于6.0 m/min。測量過程中巖芯采取率較高，則按巖芯地質(zhì)編錄數(shù)據(jù)確定礦體頂、底邊界及分布特征，否則，按自然電位曲線形態(tài)確定[9-12]。石墨礦層的定性基本遵循“一低一高”的原則，大理巖、花崗巖、閃長巖、白云質(zhì)大理巖的自然電位強度較低，石墨大理巖、石墨礦、碳質(zhì)千枚巖的自然電位強度較高。

ZK301鉆孔測井深度達403.9 m(圖4)，其中0～92.28 m 深度的主要巖性為花崗斑巖、閃長巖，自然電位為0.74～93.58 mV，平均為38 mV，自然電位幅值上低下高，局部有小的鋸齒狀起伏，為巖性不均一的表現(xiàn)；93.58～117.29 m深度的巖性主要為碳質(zhì)大理巖，自然電位為20.19～99.26 mV，平均為73.7 mV，巖性分布呈現(xiàn)的鋸齒狀、指狀特征反映巖性單一，厚度較薄；117.29～159.75 m深度的主要巖性為花崗斑巖、閃長巖局部夾大理巖，自然電位為14.249～110.97 mV，平均為41.62 mV，侵入巖分布總體表現(xiàn)為鋸齒狀，大理巖夾層表現(xiàn)為筍狀曲線界線突變，頂部呈尖狀；159.75～403.9 m深度的主要巖性為石墨大理巖，石墨礦化層的自然電位為22.62～131.31 mV，平均為82 mV，自然電位幅值正向偏移，幅值較高，曲線總體表現(xiàn)為箱形—漏斗形。 通過對自然電位測井曲線的幅度、形態(tài)、頂?shù)捉佑|關(guān)系、光滑程度等要素的分析，可有效劃出鉆孔中礦體及圍巖的界線，尤其是自然電位參數(shù)反映明顯，能夠較好地反映礦體展布特征。

3 結(jié) 語

廟坪石墨礦礦區(qū)具有自然電位異常強度較高、視電阻率低的異常特征，據(jù)此通過自然電場法圈定了異常區(qū)，并采用可控源音頻大地電磁測深法(CSAMT)對自然電位異常進行了勘查解譯，經(jīng)鉆探驗證發(fā)現(xiàn)了石墨礦體。通過進一步開展自然電位測井工作，進一步了解了區(qū)內(nèi)深部石墨礦體延伸及展布情況。研究表明，區(qū)內(nèi)有效的深部勘查物探組合為自然電場法、可控源音頻大地電磁測深法(CSAMT)以及自然電位測井法。

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圖4 研究區(qū)ZK301鉆孔測井自然電位曲線

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