可控源音頻大地電磁測深法在西峪礦區(qū)金剛石原生礦找礦中的應用

褚志遠，王樹星，付帥

(1.山東省第七地質礦產勘查院，山東 臨沂 276006；2.山東省第一地質礦產勘查院，山東 濟南 250014；3.濟寧市國土資源局不動產登記中心，山東 濟寧 272017)

0 引言

可控源音頻大地電磁法是在大地電磁測深法的基礎上發(fā)展起來的一種人工源電磁測深法[1]，它最早由加拿大多倫多大學的D.W.Strangway和他的研究生于1971年提出的[2- 3]。

CSAMT法是利用水平電偶源為人工信號源發(fā)射不同頻率的電磁波達到測深目的[4]。與常規(guī)電法相比，可控源音頻大地電磁測深法具有探測深度大、設備使用相對輕便和橫向分辨率高等特點，已廣泛應用于勘探石油、天然氣、地熱、金屬礦產、水文、環(huán)境等領域，并取得了令人滿意的實際效果[5- 14]。

1 礦區(qū)地質概況

山東省蒙陰縣西峪金剛石礦區(qū)大地構造位置處于華北板塊(Ⅰ)、魯西隆起區(qū)(Ⅱ)、魯中隆起(Ⅲ)、新甫山- 萊蕪斷隆(Ⅳ)、新甫山凸起(Ⅴ)的東南部[15]。

礦區(qū)內出露的地層主要為新生代第四紀臨沂組、山前組、沂河組。礦區(qū)內構造以斷裂為主，主要為NNE向、NE向和NW向斷裂。NNE向的F1,F8,F10為礦區(qū)內導礦構造;NE向的F2,F5,F15為礦區(qū)內隔礦構造;NW向的F7,F24,F26,F30為礦區(qū)內儲礦構造。礦區(qū)內巖漿巖主要出露有新太古代泰山序列英云閃長質片麻巖、南澇坡序列斜長角閃巖、嶧山序列片麻狀含黑云花崗閃長巖，傲徠山序列二長花崗巖，中元古代牛嵐單元輝綠巖，古生代常馬莊單元金伯利巖。

2 巖(礦)石電性特征

金伯利巖在導電性上表現(xiàn)為低阻特征[15- 17]，金伯利巖與圍巖物化性質差異顯著，這也為應用可控源音頻大地電磁測深法提供了良好的地球物理前提。

從表1可以看出，各種金伯利巖的電阻率在24～893Ω·m之間，二長花崗巖、灰?guī)r的電阻率一般在幾百歐米至幾萬歐米之間，金伯利巖電阻率與圍巖(二長花崗巖、灰?guī)r)的電阻率具有明顯的差異，表現(xiàn)為金伯利巖的低阻特征，金伯利巖存在且具有一定的規(guī)模，它與圍巖的電阻率差異將有可能在地表被觀測到，因此西峪巖管布設可控源大地電磁測深剖面進行深部找礦有充分的地球物理前提。

表1 蒙陰金伯利巖及其圍巖巖石視電阻率統(tǒng)計[17]

3 可控源音頻大地電磁測深

3.1 工作方法

為了解巖管深部巖石電性變化，大致推測巖管群深部位置，指導深部鉆孔施工，在西峪巖管群布置了7條可控源音頻大地電磁測深剖面，線距80m，點距20m(圖1)。該次工作使用加拿大鳳凰公司生產的V8電法工作站，包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和GPS同步系統(tǒng)。工作前先標定盒子和探頭，標定盒子大約耗時10min，用V8標定磁探頭耗時1h。野外工作測線布置在以AB為邊的矩形面積內，最大限度的提高發(fā)射場的信號強度。AB發(fā)射偶極的長度為1500m，收發(fā)距受各剖面的地理環(huán)境影響采用8～10km，供電電流12A，頻率為1～7680Hz，按對數(shù)排列。

1—臨沂組；2—山前組；3—沂河組；4—常馬莊單元金伯利巖；5—傲徠山序列二長花崗巖；6—嶧山序列花崗閃長巖；7—南澇坡序列斜長角閃巖；8—泰山序列英云閃長質片麻巖；9—實測及推測斷層；10—可控源音頻大地電磁測深剖面位置圖1 可控源音頻大地電磁測深剖面實際材料圖

3.2 資料整理

野外工作結束后進行了資料整理及數(shù)據(jù)反演處理解釋，主要工作如下：

(1)用SSMT2000軟件對原始數(shù)據(jù)進行傅立葉變換，將時間域的數(shù)據(jù)轉換到頻率域，魯棒算法計算了TM模式電阻率。

(2)預處理中剔除了個別干擾嚴重的畸變頻點。

(3)預處理的數(shù)據(jù)，采用SSMT2000解釋軟件，根據(jù)相位曲線和電阻率曲線的變化形態(tài)，分析受靜態(tài)位于影響嚴重的測點，對單點測深數(shù)據(jù)進行靜態(tài)校正、單頻點刪除、相位反相處理，再進行單點曲線的平滑，一點五維非線性共軛梯度聯(lián)合反演。

(4)對解釋處理后的單點數(shù)據(jù)，用剖面線連接，得到各剖面反演后的視電阻率剖面圖。

3.3 CSAMT資料分析與解釋

3.3.1 對C1線綜合剖面圖的解釋

由圖2可見，在1770點左右電性層分界明顯，近乎直立，南側為低阻電性層，電阻率值約為500Ω·m，深部呈“V”形低阻反映；北側為高阻電性層，電阻率最高值約為2600Ω·m。結合地質資料，南側低阻電性層為構造破碎帶(F1，F(xiàn)5)，金伯利巖電阻率大部分為400～1500Ω·m，位于低阻與高阻梯度帶上，北側高阻電性層為傲徠山序列松山單元中粒二長花崗巖。

1—松山單元中粒二長花崗巖；2—常馬莊單元金伯利巖；3—構造破碎帶；4—金伯利巖管位置及編號圖2 C1測線綜合剖面圖

3.3.2 對C2線綜合剖面圖的解釋

由圖3可見，在1750點左右電性層分界明顯，南側為低阻電性層，電阻率值約為500Ω·m，呈“U”形低阻反映；北側為高阻電性層，電阻率最高值約為2300Ω·m。經鉆孔ZK0201驗證，南側低阻電性層為構造破碎帶(F1,F5,F7)引起，深度可達600m，北側高阻電性層為傲徠山序列松山單元中粒二長花崗巖引起，金伯利巖體大部分位于高阻與低阻梯度帶上。

1—松山單元中粒二長花崗巖；2—常馬莊單元金伯利巖；3—構造破碎帶；4—金伯利巖管位置及編號；5—鉆孔位置及編號圖3 C2測線綜合剖面圖

3.3.3 對C3綜合剖面圖的解釋

由圖4可見，在1690點左右電性層分界明顯，推斷該處為構造分界面，傾向NW，傾角85°。南側為低阻電性層，電阻率值約為500Ω·m，淺部呈“V”形低阻反映；北側為高阻電性層，電阻率最高值約為1400Ω·m。結合地質資料，南側低阻電性層為構造破碎帶(F2,F5,F30)引起，北側高阻電性層為傲徠山序列松山單元中粒二長花崗巖引起，金伯利巖位于高阻與低阻之間的梯度帶上，電阻率值400～1100Ω·m。

1—松山單元中粒二長花崗巖；2—常馬莊單元金伯利巖；3—構造破碎帶；4—金伯利巖管位置及編號圖4 C3測線綜合剖面圖

1—松山單元中粒二長花崗巖；2—常馬莊單元金伯利巖；3—構造破碎帶；4—金伯利巖管位置及編號；5—鉆孔位置及編號圖5 C4測線綜合剖面圖

3.3.4 對C4線綜合剖面圖的解釋

由圖5可見，在1870點左右電性層分界明顯，推斷該處為構造分界面，傾向NW，傾角80°,由地質資料可知該處為斷層F1。南側為低阻電性層，電阻率值約為500Ω·m，淺部呈“V”形低阻反映；北側為高阻電性層，電阻率最高值約為1100Ω·m。結合地質資料，南側低阻電性層為構造破碎帶(F2,F5,F30)引起，北側高阻電性層為傲徠山序列松山單元中粒二長花崗巖引起。金伯利巖電阻率值在500～700Ω·m。

為直觀地表現(xiàn)低阻地質體在空間分布特征，做了9個深度水平切面電阻率等值線圖(圖6)。自地表至900m以深的低阻異常體有清晰連續(xù)的顯示，由上而下低阻異常區(qū)的面積逐漸減小，與礦體面積向下逐漸減小趨勢相符。電阻率異常為破碎帶與礦體的綜合反映，自地表至700m垂深低阻異常表現(xiàn)為NE向與NW向十字相交的異常帶，這與礦區(qū)控礦的NE向、NW向斷裂相吻合，礦體在450m垂深合并后為兩向延長的十字形礦帶。800m以深礦體EW向向中心收縮，展現(xiàn)出近SN向延長的特點，與700m以深低阻異常逐漸轉變?yōu)镾N向單向異常一致?？傮w來說礦體實際較窄，破碎帶較寬，所以可控源音頻大地電磁測深反應的低阻體范圍比礦體實際范圍偏大，兩者吻合性稍差，但低阻異常也能總體反應礦體的變化趨勢。

圖6 各深度水平切面電阻率等值線圖

由西峪礦區(qū)金伯利巖管群上C1,C2,C3,C4測線反演電阻率斷面圖可知：含金伯利巖構造破碎帶在電阻率斷面圖上表現(xiàn)為“U”形或“V”形低阻，電阻率值多在0～500Ω·m；金伯利巖的圍巖二長花崗巖在電阻率斷面圖上表現(xiàn)為高阻的特點，電阻率值多大于1000Ω·m，最高達上萬歐米；金伯利巖在電阻率斷面圖上為低阻與高阻之間的梯度帶，電阻率值多在400～1200Ω·m；總體上圍巖(二長花崗巖)電阻率>金伯利巖電阻率>充水強構造破碎帶電阻率。對于電阻率斷面圖電阻率值大于1200Ω·m的“U”形或“V”形低阻，應為破碎程度較弱的斷裂構造引起的低阻異常。

3.4 結果驗證

該次在C2線布設鉆孔ZK0201、C4線布設鉆孔ZK0401進行驗證。鉆孔ZK0201在326.38～351.11m,361.82～389.14m,410.15～456.28m,572.85～574.75m,584.35～589.86m,603.37～1012.41m見6層金伯利巖，厚514.63m；鉆孔ZK0401在402.73～451.0m,455.6～479.95m,529.66～531.02m見3層金伯利巖，厚73.98m，由綜合剖面圖可見，鉆探結果和可控源音頻大地電磁測探法異常推測結果大致相吻合，即驗證了可控源音頻大地電磁測探法在金剛石原生礦找礦中的可行性。

4 結語

在西峪巖管群深部及外圍選擇磁異常較好的點進行可控源音頻大地電磁測深工作，進行鉆探工程驗證。通過可控源音頻大地電磁測深方法，在西峪巖管群外圍新發(fā)現(xiàn)紅旗15- 1號巖脈，總體走向12°，傾向102°，傾角82°，礦體長約70m，寬0.2m；探求西峪巖管群- 205m標高以下(333)+(334)類別資源量389.6萬ct。可控源音頻大地電磁測深解譯結果與鉆探成果相吻合，這進一步證明了其資料的準確性，說明可控源音頻大地電磁法在地質結構的探測中是一種行之有效的地球物理勘探方法。

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