可控源音頻電磁法在皖南某礦區(qū)深部勘查中的應用

王保峰

(江蘇省有色金屬華東地質(zhì)勘查局，南京210007；福建金東礦業(yè)股份有限公司，福建 三明 365101)

可控源音頻大地電磁測量(CSAMT)是基于大地電磁法(MT)和音頻大地電磁法(AMT)而發(fā)展起來的一種電磁測深方法。該方法具有抗干擾性強、探測深度大、分辨率高等優(yōu)點，被廣泛應用于金屬非金屬礦產(chǎn)勘查中，并取得了很好的地質(zhì)效果[1-3]。研究區(qū)經(jīng)過近幾年的勘探取得了一定規(guī)模的鉬資源/儲量，但礦體主要集中在礦區(qū)中部、上部，且具有品位低、規(guī)模小、礦體變化大等特點，而與之相毗鄰的地區(qū)卻發(fā)現(xiàn)深部存在大型矽卡巖鉛鋅鉬礦，因此有必要應用可控源音頻大地電磁法對礦區(qū)深部，特別是對礦區(qū)東南部志留系下部可能隱伏的矽卡巖型礦床進行測量，并施工深孔加以驗證，為此物探方法在本域內(nèi)的應用提供可靠的理論指導和實踐經(jīng)驗，從而更好地服務地質(zhì)勘查工作。

1 地質(zhì)概況

研究區(qū)處于區(qū)域深大斷裂NNE向的高坦斷裂旁側(cè)，區(qū)域內(nèi)多個中酸性小巖體或巖脈沿著該斷裂及其次級斷裂產(chǎn)出，多為淺成—超淺成相，成巖時代多為晚侏羅世至早白堊世。區(qū)內(nèi)重要的礦床主要與巖體關系較為密切，先后發(fā)現(xiàn)了安子山銅鉬礦、百丈巖鎢鉬礦、雞頭山鎢鉬礦、徐橋銀礦以及黃山嶺鉛鋅銀鉬多金屬礦等礦床，礦床類型主要有矽卡巖型、斑巖型、熱液型礦床、沉積改造型、構(gòu)造蝕變巖型等[4-6]。研究區(qū)出露的地層主要為志留系、泥盆系和第四系，深部見奧陶系(詳見表1)。地層整體呈一單斜構(gòu)造，地層傾向NW、傾角25°～35°。地表見四個小巖體及輝綠巖脈，巖體受NNE、NW向斷層控制，侵入志留系地層中，出露面積均小于1 km2，巖性為花崗閃長巖。

表1 地層簡表

2 礦區(qū)地球物理特征

表2中列出了礦區(qū)及區(qū)域巖礦石的地球物理參數(shù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，其主要特征如下：

1)電阻率參數(shù)特征：花崗閃長巖的電阻率最高，均值達4 280 Ω·m，其次是矽卡巖化泥灰?guī)r和大理巖的電阻率，角巖化粉砂巖電阻率值較低，推測為黃鐵礦化影響所致。

2)極化率參數(shù)特征：極化率值較大的巖性為硅質(zhì)粉砂巖，均值達3.61(η/%)，石榴子石透輝石化矽卡巖化灰?guī)r、角巖化粉砂巖、透輝石化灰?guī)r有較大的極化率值，推測可能為黃鐵礦化影響導致巖礦石極化率增高，絹云母化花崗閃長巖極化率值較低，高家邊組地層的極化率最低，僅為0.6(η/%)。

表2 巖(礦)石磁性與電性參數(shù)統(tǒng)計表

3)磁性參數(shù)特征：石榴子石透輝石矽卡巖化灰?guī)r磁性最強，剩磁平均達到5 333×10-5SI，并且有較高的磁化率值，為76.74×10-5SI。矽卡巖化泥灰?guī)r、大理巖與矽卡巖化大理巖磁性也較高，剩磁平均值在3 000×10-5SI左右，磁化率也有20×10-5SI、16.18×10-5SI。磁性最弱的是硅質(zhì)粉砂巖，剩磁1 087×10-5SI?；◢忛W長巖與絹云母化花崗閃長巖的磁性相對較低，剩磁2 000×10-5SI，磁化率20×10-5SI左右。高家邊組泥質(zhì)粉砂巖、墳頭組細砂巖及茅山組粉砂巖磁性很弱，磁化率平均值只有幾個到十幾個余磁性單位(10-5SI)，因此，高家邊組的沉積巖均不會引起明顯的磁異常。

由于本區(qū)巖石礦化蝕變較為復雜，同種巖性發(fā)生了不同的蝕變或礦化，其物理特征可能差異較大，加之地形起伏和構(gòu)造的影響，更增加了電法勘探解釋的難度。但巖礦石之間固有的電性差異，仍為可控源音頻大地測量勘探提供了基本的地球物理前提[7]。

3 可控源音頻大地電磁測深法(CSAMT)應用

3.1 基本原理

可控源音頻大地電磁測深法(簡稱CSAMT法)以接地的水平電偶極子為場源，并在其有限距離內(nèi)一并研究電磁參數(shù)的物探測深方法。該方法主要利用電磁波在介質(zhì)(如巖石)中的傳播特性和麥克斯韋電磁場理論方程，得到與信號源平行電場參數(shù)Ex及與信號源垂直的磁場參數(shù)Hy，再利用二者之間的關系得到電阻率ρ。因此在野外測量時，只要通過儀器獲得電場參數(shù)Ex、磁場參數(shù)Hy，即可獲得某一地層的視電阻率ρs，其野外布置示意如圖1所示。而趨膚深度經(jīng)驗公式告訴我們，測量深度與場源工作頻率及巖石固有電阻率相關，因此也可以根據(jù)所獲得的視電阻率反演測量剖面深部地層、構(gòu)造及礦體特征，從而達到測量目的[1,7-8]。

圖1 可控源電磁測深方法測量野外布置示意圖Fig.1 Schematic diagram of device for CSAMT in field

根據(jù)本區(qū)測試實驗，低頻與高頻的電場振幅、電阻率的數(shù)據(jù)，由于發(fā)射電流的關系，6 km源與8 km源相比，前者更加穩(wěn)定。綜合地形、植被覆蓋、發(fā)射電流及其它客觀影響因素的情況，最終確定收發(fā)距為7 km。根據(jù)反演結(jié)果，此收發(fā)距能達到目的勘探深度。

3.2 資料解析

以226號點為界明顯分割成兩個區(qū)，右半?yún)^(qū)電阻率存在高—低—高的變化特征，207～217號點之間256 Hz的電阻率相對較低，是可能的蝕變區(qū)帶。

同時與相位—頻率斷面相對照，此次工作中靜態(tài)效應的影響不明顯。剖面異常經(jīng)化極處理后得到的△T⊥異常曲線，相對較光滑。其極大值120 nT，極小值-58 nT，處在剖面西端上東半段異常值增大，西半段異常絕對值減小。極值中心也有位移，異常形態(tài)、梯度與性質(zhì)仍然一致。該剖面異常較單調(diào)，只有一個較低而平緩的正異常，兩側(cè)均為緩慢變化的負值，水平梯度南東較緩、北西稍陡，據(jù)異常分析認為磁性體埋藏淺，但有一定的延伸。磁性體可能往南東傾斜。磁力△T正反演結(jié)果顯示，磁異常主要是由隱伏巖體引起，地表出露的巖體磁性較弱，有效磁化強度僅為200×10-3A/m，隱伏巖體的有效磁化強度達400×10-3A/m。241號往大號點方向磁力△T為負異常，在斷層以東為沉積地層，與負磁異常特征對應相符，正反演后也是如此。

3.3 成果推斷

1)在剖面上部約0～-750 m標高左側(cè)、中部和右側(cè)出現(xiàn)3處明顯的高阻異常，電阻在4 000 Ω·m以上，其中226號點附近存在一處電阻率等值線密集帶，而且兩側(cè)表現(xiàn)出隔斷的現(xiàn)象，異常差異很大，推測是斷裂破碎帶或巖體接觸帶(見圖2)；根據(jù)地質(zhì)、磁測特征可知，地表出露花崗閃長巖體風化嚴重，推斷左側(cè)和中部的2處高阻異常均為花崗閃長巖體，且連為一體，其間的低異常區(qū)可能為蝕變區(qū)或捕擄體；推測右側(cè)1處高阻異常為石英砂巖或花崗閃長巖體，其左側(cè)為一斷裂，上部相對低阻區(qū)為志留系粉砂巖。

2)在剖面下部約-900～-1 500 m標高也存在1處明顯的高阻異常帶，電阻率約為4 000～20 000 Ω·m；該異常帶存在電阻率等值線向下部高阻區(qū)彎曲的特征(見圖2)，且該部位兩側(cè)異常差異較大，可能是斷裂構(gòu)造或巖體接觸帶的反映，是礦化的有利部位，對尋找鉬礦有利。結(jié)合地質(zhì)及電磁測深情況，推斷這個異常帶電阻率等值線向高阻區(qū)彎曲部位為花崗閃長巖巖體與奧陶系灰?guī)r接觸帶，左側(cè)為花崗閃長巖體，右側(cè)為志留系砂巖下部奧陶系灰?guī)r。

3)在剖面右側(cè)約-350～-850 m標高呈現(xiàn)明顯的高阻向低阻過渡異常帶，電阻率由左側(cè)的約3 000 Ω·m向右依次遞減至不到500 Ω·m。結(jié)合地質(zhì)、及磁測情況，推斷該異常帶為巖體接觸帶(見圖2)，左側(cè)為花崗閃長巖體，右側(cè)為墳頭組。該異常帶是接觸帶斷裂發(fā)育、蝕變巖、含水裂隙等多因素綜合作用的結(jié)果，也是成礦的有利部位。

圖2 可控源音頻大地測量推測地質(zhì)剖面圖Fig.2 Geologic section by CSAMT

3.4 鉆孔驗證

施工鉆孔前，筆者根據(jù)區(qū)域地層出露的位置和地層產(chǎn)狀特征，推算出志留系高家邊組底板的埋深范圍為800～1 200 m，并根據(jù)地形條件設計驗證鉆孔，終孔深度達1 501.06 m。鉆孔揭露淺地表為泥質(zhì)、硅質(zhì)粉砂巖，淺部砂巖斷裂面中偶見星點狀黃鐵礦。中部巖性主要為角巖化粉砂巖，在不同深度段被花崗閃長巖和蝕變花崗閃長巖穿插，接觸界面不規(guī)則，巖性變化較大，在蝕變花崗閃長巖中偶見星點狀黃鐵礦和星點狀輝鉬礦分布。在鉆孔1 010 m以下巖性為白云巖、透輝石化灰?guī)r、大理巖化灰?guī)r及矽卡巖化大理巖。且在孔深1 029～1 030 m、1 225～1 226.5 m見到團塊狀輝鉬礦化矽卡巖(見圖3)，這兩段巖性正好與奧陶系湯頭組、侖山組對應，表明深部具有很好的成礦條件。

近年，同樣位于貴池礦集區(qū)的黃山嶺地區(qū)深部發(fā)現(xiàn)了大型鉛鋅鉬多金屬礦，主要賦存于奧陶系湯頭組灰?guī)r中，為巖漿熱液型矽卡巖礦床[9]。而研究區(qū)CSAMT剖面測量成果也表明在礦區(qū)高家邊組地層之下應存在花崗閃長巖與奧陶系白云巖、灰?guī)r接觸帶，驗證孔進一步揭露了矽卡巖化的奧陶系碳酸鹽巖地層，并發(fā)現(xiàn)了輝鉬礦化層段。因此推測的接觸帶及其附近存在接觸交代矽卡巖型鉬礦體的可能性極大。

同時，該孔的井中物探結(jié)果與CSAMT剖面也反映了相似的地質(zhì)信息，如圖3所示。從CSAMT剖面上看，深度5 00～1 000 m段正對于低值區(qū)，而在1 000 m以上電阻率剖面對應高電阻率值。從電位測井結(jié)果可以看到，在500～1 010 m段，電位電阻率值較小，而在1 010 m以上電位電阻率值增大，這與CSAMT結(jié)果相對應。從磁測結(jié)果看，在井上部磁性普遍較低，井壁巖性一致性一般，在井底部1 100 m開始，磁性增強，鉆孔柱狀圖對應為大理巖、白云巖，一般大理巖白云巖磁性較弱，因此推測此磁異常為井底旁側(cè)磁性體引起，結(jié)合地質(zhì)結(jié)果，此磁性體可能為礦化矽卡巖。

圖3 測井結(jié)果與鉆孔巖性對比Fig.3 Comparison of logging results and drilling lithology

該鉆孔巖芯及測井結(jié)果都很好地驗證了可控源音頻大地測量在本礦區(qū)的解譯成果，進一步證實了礦區(qū)深部具有很好的成礦條件，雖未見到巖體及理想的鉬礦體，但巖芯顯示奧陶系地層發(fā)生了熱液變質(zhì)作用，均有不同程度的矽卡巖化，局部完全蝕變?yōu)槲◣r，還具有輝鉬礦化，因而，筆者認為本區(qū)仍有進一步探索矽卡巖型鉬礦床的潛力。

4 結(jié)論

1)可控源音頻大地電磁測量在研究區(qū)探測深部隱伏地層(礦體)方面具有很好的效果，可在其它盲區(qū)施測以便更快捷有效地指導深部勘查工作。

2)該方法的應用突破了前期找礦的方向，擴大了礦區(qū)的找礦空間和遠景，同時也為區(qū)域深部尋找矽卡巖型富鉬礦體提供了理論基礎和借鑒意義。

3)由于深部地質(zhì)特征的復雜性和可控源音頻大地電磁測量的多解性，在地質(zhì)勘查過程中應充分搜集區(qū)域地層、構(gòu)造、巖石特性等多方面的綜合信息，再與可控源電磁測深資料相結(jié)合，并配合深孔加以驗證，進一步提高勘查效率，實現(xiàn)深部找礦的重大突破。