自然電場法及激電中梯測量法在尋找隱伏石墨礦體中的應用

馬文智，馬進海

（中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心青?？傟牐嗪?西寧 810001）

1 地質(zhì)背景

1.1 地層

工作區(qū)處于東昆侖造山帶北緣歐龍布魯克—烏蘭成礦帶東端，主要地層為下元古界金水口巖群(Pt1j)。金水口巖群為測區(qū)最古老的地層，出露面積約29km2，占預查區(qū)面積的43%，地層呈北西—南東向展布。金水口巖群均遭受了不同程度的形變、變質(zhì)、變位作用，巖石中的地層層序、層位發(fā)生了巨大的變化，為一套層狀無序的中—深變質(zhì)巖系，根據(jù)巖層中的巖性組特征和形變、變質(zhì)、變位所反映出的明顯差異，將金水口巖群進一步化分出了兩個非正式巖石地層單位，即片麻巖巖組和片巖巖組。

(1) 片麻巖巖組：大面積出露于礦區(qū)中南部，地層呈北西—南東向不規(guī)則條帶狀分布，西北與花崗閃長巖接觸，其他方向均延伸出測區(qū)。主要巖性為黑云母角閃斜長片麻巖夾硅質(zhì)大理巖，混合花崗片麻巖，出露長3.5～5.5km，厚度2.4～3.9km，產(chǎn)狀3～40°∠31～70°，巖石節(jié)理較為發(fā)育，風化較強，較為破碎。硅質(zhì)大理巖是主要的含礦部位。

(2) 片巖巖組：大面積出露于礦區(qū)西北部，地層呈北西—南東向不規(guī)則條帶狀分布，西北及東北部與花崗閃長巖接觸，向南與片麻巖巖組接觸，向東與三疊系與隆務(wù)河組不整合接觸。主要巖性為云母石英片巖夾大理巖，局部夾少量斜長角閃片巖。出露長4.2～7.8km，厚度0.7～1.8km，產(chǎn)狀15～21°∠38～43°，巖石節(jié)理較為發(fā)育，風化較強，較為破碎。

1.2 第四系

主要出露于工作區(qū)低洼地區(qū)以及山谷中，主要為淺黃色風積土，殘坡積碎石以及山前洪積礫石、砂、亞砂土。大溝中覆蓋厚約20～30m，為沖洪積礫石及砂土。小的溝谷及山區(qū)覆蓋厚約0.5～2m，為風積土及殘坡積碎石。有石墨礦化線索地段，覆蓋較厚。

1.3 構(gòu)造

工作區(qū)受區(qū)域褶皺及斷層影響，地層產(chǎn)狀復雜，次級斷裂發(fā)育，呈北西南東向展布。

1.4 巖漿巖

區(qū)內(nèi)巖漿活動強烈，主要為華力西期侵入巖，巖體主要分布在工作區(qū)東北部，有花崗閃長巖(γ δ4c)、鉀長花崗巖()以及少量的巖脈(ν)。巖漿巖對石墨礦體有破壞作用。

1.5 變質(zhì)巖

區(qū)內(nèi)變質(zhì)作用強烈，變質(zhì)巖主要產(chǎn)于下元古界金水口群，巖性為黑云母角閃斜長片麻巖、大理巖、混合花崗片麻巖、云母石英片巖。工作區(qū)內(nèi)以區(qū)域變質(zhì)作用為主，伴隨著混合巖化作用，變質(zhì)程度從低級到中級都有分布。

2 地球物理特征

2.1 理論依據(jù)

含石墨大理巖有極低的電阻率和較高的極化率，是優(yōu)良的電子導體，同時含石墨大理巖地層在一定的水文地質(zhì)條件下能產(chǎn)生很強烈的自然電場，石墨礦能吸附負離子，因此呈負電位特征；而大理巖、片麻巖、石英片巖、巖漿巖等圍巖具有相對高電阻率、低極化率的特性，在潛水面下及潮濕情況下只能形成離子導體，不能產(chǎn)生明顯的自然電場。因此當石墨富集到一定規(guī)模時，與圍巖間存在明顯的電性差異。

2.2 物性依據(jù)

物性標本測量結(jié)果平均值如下頁表所示。石墨礦化及含石墨礦的大理巖極化率較高、電阻率較低；磁鐵礦石極化率高、電阻率低；其他巖石極化率均較低，電阻率高。表中標本測量數(shù)據(jù)可以作為本區(qū)物探異常的判斷依據(jù)。

由此可見，本區(qū)圍巖類巖石極化率變化范圍為0.365%～1.523%、電阻率變化范圍為972～3 525 Ω·m，含石墨大理巖極化率變化范圍為1.507%～12.995%、電阻率變化范圍為443～5 956Ω·m，突顯石墨礦呈低阻、高極化的電性特征，圍巖與石墨礦(化)體存在較大電性差距，且含石墨大理巖隨著石墨含量的增加，其極化率呈遞增、電阻率呈遞減趨勢。根據(jù)工作區(qū)的地質(zhì)及地球物理特征，采用自然電場法、激電中梯測量方法圈定高極化的石墨礦體，提供了地球物理前提。

巖石物性統(tǒng)計

3 自然電場測量

3.1 本次電位觀測

采用WDJS-2數(shù)字直流激電接收機進行電位觀測。該儀器具有測量準確、快速、操作方便等特點。自然電場法測量按照DZ／T0081-93《自然電場法技術(shù)規(guī)程》執(zhí)行。開工前對導線進行漏電檢查，每公里絕緣電阻為7ΜΩ，不極化電極之間的極差均小于±2mV。收工前對導線進行了漏電檢查，每公里絕緣電阻均大于5ΜΩ，收工后極差均小于±5mV。

3.2 電位異常推斷解釋

布置測線方位角36°，測線距為500m，測點距為20m。從圖1電位異常剖平面圖明顯可見，測區(qū)整體呈正異常，區(qū)內(nèi)明顯存在5處負電位異常帶，總體走向為近北西—東南向。

ZD5異常呈北西—南東走向的條帶狀，長約5km、平均寬度約400m，異常面積約2km2。異常以小于0mV圈出，其峰值為-400mV，峰值位于異常帶東南面。經(jīng)槽探揭露，異常帶位置均發(fā)現(xiàn)含石墨大理巖，含石墨大理巖帶寬度較大且石墨含量較高。結(jié)合含石墨大理巖電性特性，推斷異常為石墨礦(化)體引起，為礦致異常，是最主要的異常。

圖1 電位異常剖平面圖

3.3 自然電位異常查證

地貌上ZD5自電異常處于一負地形中，第四系覆蓋較厚2～25m，只有零星的基巖露頭。在第四系覆蓋較薄的地段，施工11個探槽對異常進行揭露驗證。通過1∶1萬地質(zhì)草測及探槽揭露，圈出最主要石墨礦化帶K1，石墨礦化帶呈似層狀產(chǎn)出，北西—南東向展布，斷續(xù)出露長4.7km，寬3.52～13.54m。傾向北東，產(chǎn)狀3～35°∠52～78°。石墨分布于硅質(zhì)大理巖中，呈鱗片狀均勻分布，多具彎曲現(xiàn)象，片徑(0.02×0.01)～(1.53×0.26)mm，石墨片度〉100目的占66.34%。固定碳含量3.08%～9.27%。

4 激電剖面測量

4.1 剖面測量

對第四系覆蓋較厚且自電異常較好的地段開展了1∶2000激電中梯剖面測量，1、2線是激電中梯測量的重點。線距100m，點距20m。背景值Mb值為2.49%。異常下限為Mx=Mb+5ε×Mb，ε為均方誤差，本工作區(qū)的ε值為0.054，從式中求出本工作區(qū)的異常下限為3.16%。

1線開展激電中梯剖面測量，圖2為A3線剖面異常圖，顯示樁號585～685段極化率為2.3%～3.2%、電阻率為150～250Ω·m，極化率在背景值Mb與異常下限Mx之間。曲線特征顯示：由樁號680至640段，極化率急劇抬升；由樁號620至540段，極化率下降，地表600樁號處有探槽揭露，有石墨礦化。故推斷此礦(化)體往北部傾斜。樁號600往580段，電阻率由250Ω·m升至600Ω·m，變化急劇，推斷異常邊緣位于590樁號。

圖2 A3線激電中梯剖面異常圖

圖3 A3線斷面異常推斷解釋圖

針對異常進行了激電測深工作，主要用來了解此異常礦體埋深、傾向等要素。激電測深工作段位于異常東段，實際測量位置位于A3線585～685樁號。

圖3為A3線斷面異常推斷解釋圖，顯示圖中圈出1個異常，編號Ⅰ。Ⅰ1-1、Ⅰ1-2為Ⅰ異常中的2個高值區(qū)。根據(jù)異常埋深計算公式H=K(1/4～1/8)×AB，本次K值取值為0.25，AB距為1km，計算出I1-1高值區(qū)埋深為112m、I1-2高值區(qū)埋深為177m，推斷深度誤差為±20%。異?？傮w往南傾，淺部異常體傾角約50°，中深部至底部異常體產(chǎn)狀變陡，傾角約80°。

2線地表覆蓋厚約25m， ZK02鉆孔施工在2線剖面上，ZK02鉆孔主要根據(jù)C2激電異常剖面進行施工。根據(jù)物性測量，石墨礦化極化率值均大于2%，圍巖極化率均小于0.8%，含石墨礦大理巖電阻率相對于圍巖較低。C2剖面上極化率最高為3.268%。根據(jù)石墨礦低阻高極化的激電特性，圈出1個異常，用ZK02進行深部驗證。

4.2 激電異常查證

1線根據(jù)槽探施工、激電中梯剖面測量及激電測深工作后，確定施工鉆孔ZK01，經(jīng)過ZK01鉆孔驗證，在埋深110m處見礦，與推斷的埋深基本吻合。礦體在1線探槽TC03出露厚度為5.82m，固定碳含量為4.84%。在1線鉆孔ZK01中控制厚度為10.27m，向深部逐漸變厚，固定碳含量為3.64%。

2線施工鉆孔ZK02驗證，在埋深95m處發(fā)現(xiàn)石墨礦化。深部控制石墨礦體厚4.01m，固定碳含量為3.96%。

5 找礦成果

(1) K1-1石墨礦體地表探槽TC15、TC16、TC17進行了控制，向兩端尖滅，深部未控制。長608m、寬3.96m、似層狀產(chǎn)出，產(chǎn)狀25°∠54～75°，平均固定碳4.96%。

(2) K1-2石墨礦體地表探槽TC16、TC18、TC22進行了控制，向兩端尖滅，長422m、寬2.18m、似層狀產(chǎn)出，產(chǎn)狀25°∠78°，平均固定碳5.19%。

(3) K1-3石墨礦體在2線以西400m地表探槽TC20進行了控制，西北逐漸尖滅，東南第四系覆蓋區(qū)有2線進行了深部控制。長727.4m、寬3.48m、控制斜深128.25m、似層狀產(chǎn)出，產(chǎn)狀27°∠78°，平均固定碳3.30%。

(4) K1-4石墨礦體在地表探槽TC02、TC03、TC44進行了控制，向兩端尖滅，深部由鉆孔ZK01進行控制。長620m、寬3.73m、控制斜深156.29m，似層狀產(chǎn)出，產(chǎn)狀335～3°∠49～70°，平均固定碳3.78%。

(5) 共求得334石墨礦石量143.04萬t，資源量5.72萬t，全區(qū)固定碳平均品位4.00%，為小型礦床。

6 結(jié)論

(1) 自然電場測量對隱伏石墨礦體有明顯的效果，負電位異常延伸范圍與石墨礦化帶的分布吻合較好。

(2) 激電中梯測量在石墨找礦應用中，效率高、效果明顯，能夠有效地指導探槽和鉆探施工，揭露和控制礦體，達到找礦的目的。

(3) 下元古界金水口巖群中，物探方法尋找石墨礦效果顯著，能夠給地質(zhì)找礦工作提供可靠的物探資料。