雙湖石墨礦激電異常特征分析及驗證

羅傳根，高士銀，王軍成

(江蘇省地質(zhì)勘查技術(shù)院，江蘇 南京 210049)

1 引 言

石墨是碳元素的結(jié)晶礦物之一，是重要的非金屬礦產(chǎn)，廣泛應(yīng)用于冶金工業(yè)、電氣工業(yè)、機械工業(yè)、核工業(yè)、航天工業(yè)等。隨著科技的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域還在不斷擴寬，已成為高科技領(lǐng)域中不可替代的重要材料，在國民經(jīng)濟中有著舉足輕重的作用[1]。石墨礦是不可再生資源，為了響應(yīng)國家對急缺礦產(chǎn)及新興礦產(chǎn)的調(diào)查，江蘇省近幾年加大了對石墨礦產(chǎn)調(diào)查的投入。

石墨礦的普查通常需要采用地球物理勘探手段來進行，由于石墨礦體對周圍巖體而言具有低阻高極化的地球物理場特征，因此，激發(fā)極化法(IP)對尋找石墨礦是一種行之有效的地球物理勘探方法[2-4]。它是以地殼中不同巖、礦石的激電效應(yīng)差異為物質(zhì)基礎(chǔ)，通過觀測與研究人工建立的激電場的分布規(guī)律進行找礦和解決地質(zhì)問題的一種電法勘探方法[5,6]。

前人對石墨礦的地球物理特征有了詳細(xì)的介紹[7,8]，但石墨礦與激電異常的特征卻少有詳細(xì)分析，尤其是井中激電與石墨礦盲礦體的對應(yīng)關(guān)系。本文通過對在東海雙湖地區(qū)開展的大功率激電工作的異常特征進行分析，并根據(jù)井中激電異常特征推斷石墨礦體的形態(tài)及其地下分布情況，為工區(qū)下一步詳查工作提供依據(jù)。

2 工區(qū)地質(zhì)概況

工區(qū)位于東?？h雙湖—三輔一帶，區(qū)內(nèi)地層主要為新太古代—古元古代東海巖群夾山組(Ar4-Pt1Dj)、班莊組(Ar4-Pt1Db)，地表為第四系廣泛覆蓋。夾山組(Ar4-Pt1Dj)僅在預(yù)查區(qū)南部有少量分布，巖性主要為斜長變粒巖、黑云變粒巖，夾少量斜長角閃巖、角閃斜長片麻巖，其南側(cè)被二長花崗巖侵入而破壞。班莊組分布廣泛，可分為上部片麻巖段和下部大理巖段：其中上部片麻巖段主要巖性為二長片麻巖、鉀長片麻巖夾變粒巖，厚度>3.6 km；下部大理巖段以白云石大理巖、白云質(zhì)大理巖、含石墨大理巖與變粒巖互層為主，局部夾透輝石石英巖、白云母石英(片)巖、石墨石英巖，主要呈透鏡狀、似層狀，厚度數(shù)米至數(shù)百米；工區(qū)內(nèi)僅在西部雙湖地區(qū)及南部三鋪-范莊一帶出露，另在北部區(qū)外黑豆?jié)尽C子一帶、南部區(qū)外吳莊—小楊莊一帶也有少量出露。區(qū)內(nèi)第四系覆蓋較廣，多為沖積、殘積含礫粉砂質(zhì)黏土、黏土質(zhì)粉砂，厚度一般為0～3 m。區(qū)內(nèi)巖漿巖比較發(fā)育，區(qū)內(nèi)局部出露新太古代—古元古代基性—超基性巖體，巖性以蛇紋巖為主，主要呈脈狀侵入于大理巖中，局部為石墨礦體的底板。

通過對蘇魯超高壓變質(zhì)帶石墨礦產(chǎn)的分布特點和成礦規(guī)律[9,10]的總結(jié)(表1)，區(qū)內(nèi)石墨礦化主要賦存于班莊組下部大理巖段。

表1 蘇魯超高壓變質(zhì)帶石墨礦產(chǎn)對比

3 工區(qū)激電異常特征分析

3.1 巖(礦)石物性(激電)特征分析

為了解工區(qū)巖礦石物性特征，豐富工區(qū)物性資料，共完成172塊巖(礦)石標(biāo)本的測量工作，其電性參數(shù)電阻率ρ(Ω·m)及極化率η(%)統(tǒng)計結(jié)果如表2所示，同時對5塊石墨石英巖進行各向異性研究(平行、垂直片理兩個方向)，其結(jié)果如表3所示。

表2 巖(礦)石電性參數(shù)統(tǒng)計

表3 石墨石英巖電性參數(shù)各向異性統(tǒng)計

由表2分析，電阻率ρ變化趨勢為：石墨石英巖<含石墨大理巖<二長片麻巖<大理巖<變粒巖<碎裂巖<含黃鐵礦變粒巖<鉀長片麻巖；極化率η變化趨勢為：大理巖<變粒巖<二長片麻巖<鉀長片麻巖<碎裂巖<含石墨大理巖<含黃鐵礦變粒巖<石墨石英巖。分析表3得出：石墨石英巖各個方向均顯示低電阻率、高極化率，但平行片理方向的電阻率小于垂直片理方向，而極化率與方向的相關(guān)性不明顯。

綜合表2、表3可以看出：不同巖(礦)石之間存在電性差異；同類巖(礦)石由于礦化蝕變程度及各向異性的不同，其電性也有較大的差異。其中石墨石英巖、含石墨大理巖具有明顯的低阻高極化特征，與其他巖礦石差異明顯，為大功率激電工作的開展提供了依據(jù)。

3.2 面積性激電異常特征分析

激電中梯面積性工作AB=1 500 m，MN=40 m，激電面積性數(shù)據(jù)經(jīng)專業(yè)軟件處理[11，12]后成圖(圖1)，其極化率異常下限為2 %。由圖1可以看出視電阻率值ρs(Ω·m)整體東高西低的趨勢與第四系覆蓋層厚度有關(guān)，工區(qū)中部、東部第四系覆蓋較薄，西部相對較厚，從而形成東高西低的變化趨勢；視電阻率曲線受地層等因素影響，其走向為北北東向；中東部長條狀高阻異常(硅化)可能與斷裂構(gòu)造(F1)有關(guān)，F(xiàn)1為郯廬斷裂帶次級斷裂，該斷裂雖為破礦構(gòu)造，但其對礦體的連續(xù)性沒有影響。圖中極化率異常主要集中在工區(qū)南部低阻區(qū)域，據(jù)物性資料中石墨石英巖、含石墨大理巖具有明顯的低阻高極化特征，面積性工作劃分出兩個低阻高極化激電異常JD-1、JD-2，本文著重分析JD-1異常。

JD-1異常位于工區(qū)南部F1斷裂西側(cè)，異常形態(tài)大致呈條帶狀，近南北向展布，略呈“S”形，長度約1 100 m。異常中心極化率值達(dá)4 %以上；視電阻率ρs表現(xiàn)相對低阻，且未圈閉，一般<1 000 Ω·m。異?？傮w強度高，規(guī)模大，異常區(qū)出露巖性為變粒巖、大理巖、石墨石英巖等，推測異常是由多條“S”形石墨礦脈所引起。根據(jù)槽探資料共控制晶質(zhì)石墨礦體4條，礦體厚度2～7 m，走向近南北向，礦體位置、走向與異?；疚呛稀?/p>

圖1 視電阻率、極化率平面等值線Fig.1 Plane isoline map of apparent resistivity and polarizability

3.3 剖面激電異常特征分析

為了對JD-1異常進行評價，布置了三條測深剖面(Ⅰ線、Ⅱ線、Ⅲ線，測深點位置如圖1所示)，測深工作采用對稱四極等比裝置，ABmax=1 600 m。三條剖面近東西向平行展布，且垂直于異常走向，剖面間距80 m，異常中心處點距10 m，兩側(cè)點距逐漸增大。

3.3.1 Ⅰ線剖面激電異常特征分析

從Ⅰ線反演等值線斷面圖(圖2)可以看出，940～1 000 m處及1 040～1 140 m處，分別有一低阻異常，異常形態(tài)不規(guī)則，推測可能為斷裂F1的次級斷裂破碎帶引起。剖面860～1 040 m，標(biāo)高50～-250 m范圍內(nèi)有一高極化異常，該高極化異?？傮w呈條帶狀，寬約100 m、長約300 m，極化率最大達(dá)7 %以上，極化率異常范圍內(nèi)電阻率相對較低，推測該低阻高極化異常由石墨礦(化)體所引起。該異常往深部范圍增大，推測深部石墨礦(化)體規(guī)?？赡芨?。

3.3.2 Ⅱ線剖面激電異常特征分析

從Ⅱ線反演等值線斷面圖(圖3)可以看出，剖面1 010～1 070 m，標(biāo)高50～-250 m范圍內(nèi)有一高極化異常，該異常呈向西陡傾(約70°)的長條狀，寬度40～100 m，長度約300 m，異常中心極化率值達(dá)6.5 %左右，對應(yīng)位置處電阻率值相對較低，推測該低阻高極化異常由石墨礦(化)體所引起。高極化異常往深部范圍增大，推測深部石墨礦(化)體規(guī)模可能更大，與Ⅰ線剖面推測結(jié)果對應(yīng)。

3.3.3 Ⅲ線剖面激電異常特征分析

根據(jù)Ⅲ線反演等值線斷面圖(圖4)分析，剖面960～1 040 m，深0～250 m范圍內(nèi)有一高極化異常帶，對應(yīng)位置處電阻率相對較低。該低阻高極化異常寬度較Ⅰ線、Ⅱ線剖面激電異常明顯變窄，而且異常中心極化率值也有所降低，約為5 %左右，推測該低阻高極化異常由石墨礦(化)體所引起，但其規(guī)模已變小。

圖4 Ⅲ線剖面反演等值線斷面Fig.4 Inversion isoline profile of line Ⅲ

3.3.4 測深剖面異常驗證

根據(jù)三條測深剖面異常的空間分布特征(圖5)可以看出，異常有很好的連續(xù)性，與面積性工作異常JD-1位置基本吻合。Ⅰ線、Ⅱ線剖面分別布置了鉆孔(ZK01、ZK02)對異常進行驗證，ZK01揭示71.95～231.55 m為班莊組大理巖段，主要為大理巖與變粒巖互層；大理巖內(nèi)見石墨礦體7層，石墨礦(化)體13層，巖性為含石墨大理巖；該石墨礦(化)體與Ⅰ線剖面反演斷面圖低阻高極化異常位置基本吻合。ZK02揭示23.42～58.41 m為班莊組大理巖段，主要巖性為大理巖；大理巖內(nèi)見石墨礦體3層，石墨礦化體2層，巖性為含石墨大理巖；該石墨礦(化)體與Ⅱ線剖面反演斷面圖低阻高極化異常位置基本吻合。

由此可以看出石墨礦(化)體在各個方向均有一定規(guī)模的延伸，與低阻高極化異常位置對應(yīng)。從淺至深，多條石墨礦體呈雁列狀排列，傾向向西。而且低阻高極化激電異常與礦體在平面及空間位置都高度吻合。

3.4 井中激電異常特征分析

地井方位觀測是探測井旁和井底盲礦體行之有效的方法，利用不同方位上的異常曲線特征，可大致確定異常體的電性特征和空間展布[13]，因此對鉆孔ZK01及ZK02進行了井中激電測量，并對數(shù)據(jù)進行處理[14]，根據(jù)井中激電異常特征，結(jié)合低阻高極化異常與石墨礦體的位置對應(yīng)關(guān)系，推測石墨盲礦體的位置及延伸情況。

ZK01孔中低阻高極化異常主要分布在75～170 m，與石墨礦(化)體基本吻合。其四方位測井在東向70～190 m段有明顯低阻高極化異常，說明石墨礦(化)體向東有一定規(guī)模的延伸，其他三個方向高極化異常主要分布于110～220 m段，推測深度110～220 m內(nèi)石墨礦(化)體向三個方向均有一定規(guī)模的延伸。

ZK02孔中30～55 m段為有相對低阻高極化異常顯示，推測與該段大理巖中的石墨礦化、弱黃鐵礦化有關(guān)。四方位激電測井中各方位曲線差異較大：東向、北向40～55 m段有低阻高極化異常，推測該深度范圍內(nèi)向東、北分別存在石墨盲礦體；南向40～50 m、60～70 m、80～90 m段有低阻高極化異常，推測該區(qū)段內(nèi)向南存在多層石墨盲礦體。西向的43～58 m段存在明顯的中低阻高極化異常，推測向西存在石墨礦(化)體。

4 結(jié) 論

1)本文通過在雙湖石墨礦地區(qū)開展的大功率激電工作，圈定激電異常經(jīng)槽探、鉆探工作得到充分的驗證，激電異常與石墨礦(化)體無論在平面位置還是空間位置都高度吻合，說明激發(fā)極化法在該區(qū)石墨礦勘查中合理有效。

2)雙湖地區(qū)石墨礦體賦存于東海巖群班莊組(Ar4-Pt1Db)大理巖段，為大理巖-變粒巖-石英巖組合。石墨礦體呈似層狀、透鏡狀夾于大理巖中。

3)石墨礦化體具有相對低阻高極化的特征，低阻高極化的激電異常特征是尋找石墨礦的重要找礦標(biāo)志，并根據(jù)井中激電異常特征的分析推測了盲礦體的位置、規(guī)模、及其延伸情況，為雙湖地區(qū)后續(xù)開展石墨礦勘查工作提供了重要依據(jù)。

圖5 激電測深剖面三維立體圖Fig.5 3D stereogram of IP sounding profile