激發(fā)極化法在新疆奇臺縣巖漿巖型石墨礦中的應(yīng)用

楊彥龍

摘? ?要：石墨礦相對于圍巖物性特征更加獨特，主要呈低阻高極化特征。依據(jù)石墨的獨特物性條件，奇臺黃羊山巖漿巖型石墨礦與圍巖明顯的物性差異，對黃羊山一帶石墨礦勘查布設(shè)了激發(fā)極化法物探測量方法，通過與地質(zhì)、槽探、鉆探等方法的相互驗證、補充，取得了重大勘探成果，突破了億噸級資源儲量類別。激發(fā)極化法在黃羊山石墨礦勘查邊界圈定及深部資源推斷中得到了很好的應(yīng)用。通過對奇臺黃羊山石墨礦激電測量的應(yīng)用與研究，在大面積、埋藏較深的石墨礦勘查中，運用時間域激電及等距對稱四極測深裝置測得的視極化率（ηs）、通過反演計算取得的視電阻率（ρs）等主要參數(shù)，結(jié)合石墨礦體的實際產(chǎn)狀確定礦體空間位置，以此準(zhǔn)確判定礦體分布范圍，為下一步地質(zhì)工作、資源儲量預(yù)測和工程布設(shè)指明方向。

關(guān)鍵詞：巖漿巖;石墨礦;激發(fā)極化法;視極化率;視電阻率

目前我國優(yōu)質(zhì)的大鱗片石墨基礎(chǔ)儲量減少較快，資源量保障程度低，保障年限僅13年，若按目前的開采方式和速度，國內(nèi)已探明石墨資源將消耗殆盡，屆時我國將從國外高價進(jìn)口石墨，由石墨大國變成石墨貧國。因此，尋找晶質(zhì)石墨礦產(chǎn)資源對我國科技發(fā)展、國防建設(shè)有重要意義。新疆奇臺卡拉麥里斷裂構(gòu)造帶邊緣，是石墨成礦的有利地區(qū)，以往發(fā)現(xiàn)過蘇吉泉等有名的獨特類型石墨礦床，2010-2017年，又陸續(xù)在卡拉麥里構(gòu)造北緣的薩爾托海等地發(fā)現(xiàn)沉積變質(zhì)型石墨礦床。受巖漿巖及構(gòu)造的影響，本地區(qū)石墨很少出露于地表，基本被第四系覆蓋，地表很少發(fā)現(xiàn)露頭，對石墨礦床的規(guī)模難以確定。因此，常采用物探方法結(jié)合其他探礦手段進(jìn)行石墨找礦（圖1）。

前人在本次工作區(qū)內(nèi)未進(jìn)行過中小比例尺大面積性的物探工作，主要與本測區(qū)相關(guān)的物探工作為1974年新疆地質(zhì)局物探大隊對位于測區(qū)西部的蘇吉泉石墨礦開展的物（化）探普查工作，并編有“新疆奇臺-青河縣蘇吉泉石墨礦1974年物（化）探工作總結(jié)”。其中，通過礦區(qū)物探工作認(rèn)為石墨礦和含石墨的花崗巖類具高極化率、低電阻率特征，與圍巖有明顯的電性差異，投入的PS測量和激電PS測量在覆蓋區(qū)內(nèi)能較準(zhǔn)確地圈定石墨礦體和礦化地段。該成果是區(qū)內(nèi)最早專門針對石墨礦開展的物探工作，為本次工作區(qū)內(nèi)石墨礦物探工作方法選擇和成果解釋提供了重要依據(jù)。

1? 調(diào)查區(qū)概況

1.1? 地質(zhì)概況

奇臺縣黃羊山一帶處于哈薩克斯坦板塊之準(zhǔn)噶爾微板塊北東緣，由北向南橫跨洪古勒楞-阿爾曼太早古生代溝弧帶、謝米斯臺-庫蘭卡茲干晚古生代復(fù)合島弧帶及唐巴勒-卡拉麥里古生代復(fù)合溝弧帶。

調(diào)查區(qū)內(nèi)以斷裂構(gòu)造為主，褶皺構(gòu)造不發(fā)育，斷裂構(gòu)造呈南北分帶特征。北部發(fā)育NNE、NE向及近NS向斷層，中部發(fā)育一條近EW向斷層，南西部NNW向斷層呈集束狀穿過調(diào)查區(qū)，清水-蘇吉泉深大斷裂NNW向穿過調(diào)查區(qū)，為主要的控礦構(gòu)造。

本區(qū)出露地層主要為下石炭統(tǒng)黑山頭組第二段灰黑色強蝕變粉砂質(zhì)細(xì)砂巖、下石炭統(tǒng)姜巴斯套組第五段深灰-灰色薄-中層狀凝灰質(zhì)粉砂巖、細(xì)砂巖、第四系全新統(tǒng)洪沖積、第四系上更新統(tǒng)-全新統(tǒng)洪積物，本次物探測區(qū)巖性出露單一，主要以華力西中期第三、第四侵入次的深成侵入巖為主。

該區(qū)石墨礦主要分布于不同期次的花崗巖體與地層接觸部位，除大面積被第四系覆蓋外，均為花崗巖巖體。該區(qū)花崗巖體主要為石炭紀(jì)第三侵入次中粒角閃石堿長花崗巖、中細(xì)粒黑云角閃堿長花崗巖 （同期形成中細(xì)粒含石墨混染黑云角閃花崗巖）;第四侵入次細(xì)粒（含）石墨混染花崗巖和第六侵入次細(xì)粒黑云母堿長花崗巖，兩兩之間均呈明顯的脈動式侵入接觸關(guān)系。第四侵入次細(xì)粒斑狀（含）石墨混染花崗巖主要沿第三期次中細(xì)粒黑云角閃花崗巖和中粒角閃石花崗巖接觸帶分布[2]。該侵入體是區(qū)內(nèi)最重要的石墨礦賦存巖性，地貌上整體呈一“盆地”狀，產(chǎn)狀外侵，遙感影像上呈明顯的淡藍(lán)色調(diào)[3]，地表以明顯的灰白色調(diào)與圍巖區(qū)分，區(qū)內(nèi)出露面積約0.4 km2。

該區(qū)石墨礦體礦化體呈近NS向分布，形態(tài)不規(guī)則，南北控制長約2.1 km，東西控制寬度為250～730 m，平均423 m，整體呈中部膨大，南北兩端尖滅的透鏡狀，南部被NWW向左行走滑斷層錯斷并平移。礦化體與細(xì)粒花崗巖脈界線清晰，整體呈漸變過渡特征。

該礦體礦石類型較單一，以中細(xì)粒含石墨混染花崗巖為主，次為中粒石墨混染花崗巖和細(xì)粒斑狀石墨混染花崗巖，寄主巖巖性為細(xì)粒斑狀混染花崗巖和中細(xì)粒混染花崗巖，呈灰白色、淺灰色、淺肉紅色，多具斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶為長石。石墨多以細(xì)鱗片狀聚集成形態(tài)各異的集合體產(chǎn)出，以豆?fàn)睢⒉灰?guī)則細(xì)脈狀、球狀及球斑狀構(gòu)造為主鑲嵌分布于寄主巖之上;次為細(xì)鱗片浸染狀產(chǎn)出，少量與呈綠色的黑云母混染，或彌散于寄主巖礦物顆粒之間。

地表大部分為石墨球體及豆體受擠壓破碎后與球體內(nèi)花崗質(zhì)碎塊分離而沿裂隙面呈碎粉狀及細(xì)鱗片狀充填。石墨球體大部分為細(xì)鱗片狀石墨層層包裹的花崗質(zhì)碎塊或與花崗質(zhì)碎塊混雜狀分布;石墨豆?fàn)罴象w幾乎全部由細(xì)鱗片狀石墨層層疊加而成，夾心很少，石墨含量總體比呈球狀集合體形式產(chǎn)出的石墨含量要高。鉆孔成果顯示該類破碎帶深度均在6 m以內(nèi)。深部則少見斑晶，寄主巖基本以青灰綠色中細(xì)?；烊净◢弾r為主。寄主巖中除石墨外，大部分暗色礦物已被石墨交代或與石墨緊密共生。石墨以球狀、豆?fàn)罴凹?xì)鱗片浸染狀構(gòu)造居多，個別球體直徑大于鉆孔巖心直徑? ? ? ? ? （48 mm）;次為不規(guī)則細(xì)脈狀及球斑狀、斑雜狀，石墨富集程度較地表更為明顯。

1.2? 調(diào)查區(qū)物性特征

由表1，2可知，調(diào)查區(qū)巖（礦）石物性特征為：

巖石間電性差異? 調(diào)查區(qū)各巖性巖石標(biāo)本電阻率測定值的幾何平均值從低到高的順序為：灰黑色細(xì)粒浸染狀石墨花崗巖為22.00 Ω·m→灰黑色中細(xì)粒石墨混染花崗巖為114.85 Ω·m→灰黃色細(xì)粒黑云母堿長花崗巖為837.31 Ω·m→淺灰白色中細(xì)粒黑云母角閃堿長花崗巖為1 001.69 Ω·m→淺肉紅色中細(xì)粒黑云母堿長花崗巖為2 742.62 Ω·m→灰黃色細(xì)粒黑云母堿長花崗巖為2 962.95 Ω·m→肉紅色細(xì)粒鉀長花崗巖為17 103.13 Ω·m。

調(diào)查區(qū)各巖性巖石標(biāo)本極化率測定值的平均值由高到低的順序為：灰黑色細(xì)粒浸染裝石墨花崗巖為27.32%→灰黑色中細(xì)粒石墨混染花崗巖為12.53%→灰黃色細(xì)粒黑云母堿長花崗巖為1.72%→灰黃色細(xì)粒黑云母堿長花崗巖為1.46%→淺肉紅色中細(xì)粒黑云母堿長花崗巖為1.41%→淺灰白色中細(xì)粒黑云母角閃堿長花崗巖為1.2%→肉紅色細(xì)粒鉀長花崗巖為0.88%。

主要含礦巖石具低阻高極化特性，次要含礦巖石具高阻中極化特性，其余非礦巖石顯示高阻低極化特性。

礦石間電性差異? 礦石電阻率幾何平均值從低到高的順序為：灰黑色細(xì)粒浸染裝石墨花崗巖為? ? 22 Ω·m→灰黑色中細(xì)粒石墨混染花崗巖為? ? 114.85 Ω·m;極化率平均值由高到低的順序為：浸染狀石墨礦石為27.32%→混染狀石墨礦石為12.53%。

石墨礦石電阻率最低、極化率最高，具顯著的低阻高極化率特性。

巖石與礦石間的電性差異? 石墨礦石的極化率是其它巖石極化率的7～31倍以上;其它巖石的電阻率是石墨礦石的7～770倍以上，差異較大;石墨礦石具顯著的低阻高極化特性。總體而言，圍巖與石墨礦化體比較，具高阻低極化性質(zhì)。此外，根據(jù)區(qū)內(nèi)激電工作結(jié)果，巖體間斷層附近顯示低阻特征，地表礦化蝕變帶（褐鐵礦化）顯示中低阻特征。

以上巖礦石電性特征說明，在調(diào)查區(qū)開展物探電法石墨礦勘查工作具備了良好的物性前提。

由表2可知，鉆孔深部巖（礦）石的物性特征為：整個測區(qū)縱向物性特征較明顯，在深部，含石墨較多的地段主要呈中低阻中高極化異常特征，電阻率值處于30～2 000 Ω·m范圍，表現(xiàn)為中低阻特征，極化率值為3.16%～9.38%，屬中高極化范疇。

局部工程雖然石墨含量較多，由于后期巖漿冷凝作用，石墨網(wǎng)格不連通，出現(xiàn)高阻中高極化特征，如ZK704深部20～70 m呈明顯高阻中高極化特征，電阻率值處于1 500～6 000 Ω·m，表現(xiàn)為中低阻特征，極化率值為1.38%～6.71%，屬中高極化范疇。

綜合深部物性參數(shù)分析，本區(qū)縱向電性分布在極化率值≥4%，電阻率值在n×10～2×103范圍內(nèi)，石墨礦化連續(xù)，礦化分布均勻，礦化程度高，成礦好;極化率值在3.5%～4%，電阻率值在n×102～n×103范圍內(nèi)，石墨礦化不連續(xù)，呈豆莢狀、小透鏡狀分布，礦化分布不均勻，礦化程度較弱，成礦一般;極化率值在0.3%～2%，電阻率值在n×103～n×104范圍內(nèi)，均為黑云母花崗巖，為含石墨花崗巖的頂（底）板圍巖，無石墨礦化現(xiàn)象。

2? 野外測量方法

調(diào)查區(qū)物探測量工作主要使用WDFZ-10大功率激電測量系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，野外施工剖面工作裝置為中間梯度裝置，測深裝置采用對稱四極裝置。根據(jù)野外試驗，工區(qū)參數(shù)設(shè)置：疊加次數(shù)2次，延時200 ms，寬度40 mm，周期8 s。測量電極距選用MN=40 m，滿足MN≥（1/50～1/30）AB距的要求。激電測量過程中，供電電流±1000≤I≤±5000 mA。要求觀測并儲存每個點的測量數(shù)據(jù)，并當(dāng)日傳輸?shù)诫娔X中及時備份;同時記錄當(dāng)天的主剖面線號、供電電壓、供電電流，以及每個測點的一次電位（Vp）、自電（Sp）和視極化率（ηs）。

野外測線布設(shè)，大致垂直調(diào)查區(qū)內(nèi)構(gòu)造走向布設(shè)激電剖面，在激電剖面所測的異常地段布設(shè)激電測深點。

3? 數(shù)據(jù)、圖件整理及異常劃分

對野外采集的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、檢查和備份，并作100%的檢查，5%抽查合格后，方可進(jìn)行相關(guān)的數(shù)據(jù)處理及成圖。把檢查合格的原始數(shù)據(jù)，使用專業(yè)軟件進(jìn)行相關(guān)的統(tǒng)計計算及綜合分析，編制相關(guān)的統(tǒng)計表，繪制相應(yīng)圖件。

物探異常圈定原則：把整個調(diào)查區(qū)所觀測的視激化率數(shù)據(jù)用物化探專業(yè)統(tǒng)計軟件進(jìn)行分布檢驗，選擇最接近標(biāo)準(zhǔn)對數(shù)正態(tài)分布曲線的直方圖統(tǒng)計其背景值，按異常下限公式lg（Ca）=lg（Co）+n×lg（δ）? ?（其中，lg（Ca）為異常下限值，lg（Co）為背景值，δ為標(biāo)準(zhǔn)差，n取值為1）計算視激化率異常下限值。根據(jù)視激化率異常下限值，勾繪出調(diào)查區(qū)視激化率背景區(qū)、異常區(qū)、異常中值區(qū)、異常高值區(qū)。工作成果的圖件均采用GPS測定數(shù)據(jù)成圖。收集有關(guān)地質(zhì)、物化探資料，做綜合推斷解釋。

4? 激電成果分析

4.1? 激電中梯掃面資料分析

調(diào)查區(qū)內(nèi)共布設(shè)激電剖面線47條，線號為100～560，大部分地區(qū)覆蓋較厚，局部基巖出露較好，出露基巖以黑云母花崗巖及鉀長花崗巖為主，地表偶見石墨風(fēng)化后的殘留。

通過激電面積性測量工作，根據(jù)電阻率及極化率異常變化情況，共圈定一個低阻高極化異常帶，后期根據(jù)地表探槽揭露及樣品分析結(jié)果，在異常帶內(nèi)圈定一個礦致異常帶，具體如下：

視極化率異常特征? 異常帶位于測區(qū)中部，異常區(qū)長3.6 km，平均寬1.5 km，出露面積3.99 km2，異常往南未圈閉。異常區(qū)視極化率值為4.0%～37.12%，平均值8.54%，總體呈近NS向的不規(guī)則帶狀分布，屬于高極化異常體。

視電阻率異常特征? 異常帶位于測區(qū)中部，異常區(qū)長3.7 km，平均寬2.5 km，出露面積5.70 km2，異常往北、東、南未圈閉。異常區(qū)視電阻率值為10～1 000 Ω·m，平均值400 Ω·m，總體呈近NS向的不規(guī)則帶狀分布，屬于中低阻異常體。

綜上所述，根據(jù)視極化率及視電阻率異常分析，異常處于黑云母花崗巖區(qū)，局部為負(fù)地形，混染狀石墨花崗巖及隱伏破碎帶為引起中低阻高極化異常的直接原因。

根據(jù)地表槽探工程、深部鉆探工程、樣品測試、物性標(biāo)本測量，在整個異常帶中綜合各類技術(shù)方法驗證情況下劃分出一個礦致異常范圍（圖2）。異常出露長2.4 km，寬0.9～1.8 km，出露面積2.64 km2，異常內(nèi)視電阻率10～400 Ω·m，視極化率5.48～37.12%，為石墨花崗巖引起的低阻高極化礦致異常。

4.2? 綜合剖面分析

調(diào)查區(qū)共布設(shè)激電測深剖面4條，下面選取調(diào)查區(qū)內(nèi)中部典型的210線綜合解釋斷面圖進(jìn)行分析、解釋。

該測線位于調(diào)查區(qū)中部，長2 300 m，方位90°，位于花崗巖巖體中，西部為細(xì)粒黑云母花崗巖，中東部位細(xì)粒含石墨混染花崗巖。

通過激電測深反演斷面圖3結(jié)果分析：

①210號激電剖面上100～148號點之間為低極化（ηs=1.96%～6.42%）中低阻（ρs=60～770 Ω· m），巖性主要為灰黃色細(xì)粒黑云堿長花崗巖，巖體出露較完整;150～210點為中極化（ηs=7.37%～11.59%）低阻（ρs=10～50 Ω· m）礦化蝕變帶，巖石局部節(jié)理裂隙面充填石墨較多，破碎程度較高，石墨呈不連續(xù)分布，此異常區(qū)間經(jīng)過IP-Ⅱ異常區(qū)中斷;212～318點為高極化（ηs=7.38%～34.12%）低阻（ρs=5～150 Ω· m）石墨混染花崗巖，異常區(qū)間經(jīng)過IP-Ⅰ異常區(qū)的北部。320～340號點之間為低極化（ηs=1.15%～5.72%）低阻（ρs=10～100 Ω· m）區(qū)，出露基巖主要為灰黃色黑云堿長花崗巖，巖石破碎程度較高，節(jié)理裂隙較發(fā)育，局部褐鐵礦化較強。

②激電測深地電斷面。視電阻率地電斷面：一個筒狀低阻層，一個橢圓狀中高阻層;對應(yīng)電阻率異常，視極化率深部有三個高極化層，高極化異常往深部有延伸趨勢。

③反演推斷地電斷面。反演推斷134/210～226/210為一層中低阻高極化體，視電阻率淺部→深部，中高阻層→低阻層→高阻;230/210～318/210為一層低阻高極化體，視電阻率淺部→深部，均為低阻層。根據(jù)反演結(jié)果推斷，134/210～226/210深部橢圓狀中低阻高極化異常頂板埋深110～130 m，底板埋深400 m;230/210～318/210低阻高極化筒狀異常體頂板出露于地表，底板埋深推測500 m，根據(jù)電性特征，異常有往深部延伸趨勢。

④鉆孔驗證情況。針對物探異常深部反演情況，進(jìn)行深部鉆探驗證（圖4）。經(jīng)過驗證，石墨礦化體分布于地表往深部440～500 m之間，驗證深部分布情況基本與激電異常形態(tài)相似，局部斜孔進(jìn)行控邊，見礦情況與激電異常圈定界線誤差2 m左右，激電異常的可靠程度較高。

4.3? 綜合認(rèn)識

激電中梯剖面及激電測深大致查明調(diào)查區(qū)內(nèi)石墨礦化體的分布范圍及深部變化形態(tài)，基本查明調(diào)查區(qū)內(nèi)含礦巖體的分布形態(tài)。含礦巖體（含石墨中細(xì)?；烊净◢弾r）總體呈巖基狀產(chǎn)出，空間展布形態(tài)為厚板狀，經(jīng)鉆探驗證，效果較好。

5? 結(jié)論

結(jié)合鉆探驗證及地質(zhì)資料、巖礦石物性特征，利用時間域激電測量資料，大致查明巖體深部石墨礦體的發(fā)育特征，提高了識別石墨礦體與圍巖界線的可靠性。實例應(yīng)用表明，激電測量對巖體中石墨礦與圍巖界線的分辨力較好，能較準(zhǔn)確的探測礦體與圍巖的界線、推斷石墨礦體的深部延伸情況。

激電測量在奇臺黃羊山礦區(qū)很好地圈定了石墨礦分布范圍及成礦有利靶區(qū)，為進(jìn)一步勘查工作提供了充分依據(jù)，時間域激發(fā)極化法在巖漿巖型石墨礦的找礦效果較好，且經(jīng)濟(jì)價值較高;激電測深對巖漿巖型獨特的深部筒狀礦體反應(yīng)效果很好，根據(jù)鉆孔顯示，通過激電測深基本能達(dá)到深部圈礦的目的。綜合研究表明，激發(fā)極化法為尋找?guī)r漿巖型石墨礦最直接有效的技術(shù)手段。

致謝：本文為中國地質(zhì)調(diào)查局項目“大宗緊缺礦產(chǎn)和戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)礦產(chǎn)調(diào)查工程”（12120115038801）資助的成果，感謝劉士毅院士、羅先忠教授、莊道澤教授、王俊杰等專家的指導(dǎo)和啟發(fā)。

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