貴州萬人洞金礦電性特征及金礦找礦規(guī)律研究

張西君，蒙應(yīng)華，劉俊，屈念念，李家斌

(1.貴州省地質(zhì)調(diào)查院，貴陽(yáng) 550081；2.貴州省地質(zhì)物探開發(fā)應(yīng)用工程技術(shù)研究中心，貴陽(yáng) 550081；3.貴州省地質(zhì)調(diào)查院院士工作站，貴陽(yáng) 550081;4.自然資源部基巖區(qū)礦產(chǎn)資源勘查工程技術(shù)創(chuàng)新中心，貴陽(yáng) 550081)

0 引言

萬人洞金礦位于貴州省安龍縣海子鎮(zhèn)，距離安龍縣城約45 km。20世紀(jì)70年代至今，貴州地礦局、貴州有色地勘局、貴州煤田地質(zhì)局等多家單位基于該地區(qū)開展過的區(qū)域地質(zhì)調(diào)查、區(qū)域礦產(chǎn)調(diào)查、金礦潛力評(píng)價(jià)等工作，提出了“紅土型”和“角礫巖型”2種金礦成礦類型，“紅土型”金礦主要為產(chǎn)于龍?zhí)督M與茅口組界面上的似層狀、透鏡狀金礦體和第四系殘坡積物中的礦體，“角礫巖型”金礦產(chǎn)于NE向萬人洞陡傾角斷層帶灰?guī)r角礫中[1-8]。目前，對(duì)該礦區(qū)電性特征及物探金礦找礦規(guī)律鮮有研究。筆者綜合了黔西南地區(qū)金礦找礦物探方法[9-11]，結(jié)合萬人洞礦區(qū)電磁干擾情況，利用可控源音頻大地電磁測(cè)深法(controlled source audio magnetotelluric method，CSAMT)及物性測(cè)量工作，對(duì)萬人洞金礦區(qū)電性結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行研究，查明該區(qū)與金礦相關(guān)的地質(zhì)體、構(gòu)造、礦化蝕變等空間分布特征及其相互關(guān)系，總結(jié)金礦找礦物探規(guī)律，為該礦區(qū)或相關(guān)礦區(qū)金礦找礦提供物探方案。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

1.1 區(qū)域地質(zhì)特征

研究區(qū)大地構(gòu)造位置處于上揚(yáng)子陸塊的南盤江—右江前陸盆地北部，屬南盤江—右江成礦區(qū)(圖1)。該區(qū)處于NE向彌勒—師宗深斷裂、NW向紫云—埡都深斷裂和近EW向開遠(yuǎn)—平塘深斷裂圍限的“三角形”夾塊中，屬滇黔桂“金三角”的重要組成部分，是由揚(yáng)子邊緣碳酸鹽臺(tái)地演化而成的一個(gè)中、晚三疊世周緣前陸盆地[12]。

研究區(qū)出露地層主要為上古生界和中生界：三疊系發(fā)育良好，分布最廣；二疊系次之；泥盆系、石炭系僅見于個(gè)別背斜或穹隆的核部。出露地層總厚達(dá)萬余米，顯示為一套淺?！懪锱_(tái)盆交替沉積特點(diǎn)的地層。

區(qū)內(nèi)主要分布有金礦、煤礦，次為硫鐵礦、砂石礦等。金礦類型主要有“微細(xì)浸染型”和“紅土型”[3-4]。其中，金礦和煤礦已開發(fā)利用多年。

1.上揚(yáng)子地塊;2.江南復(fù)合造山帶;3.三級(jí)構(gòu)造單元界線;4.四級(jí)構(gòu)造單元界線;5.省界線；6.研究區(qū)

圖1 區(qū)域構(gòu)造單元略圖
Fig.1Sketchofregionaltectonicunitssketch

1.2 礦區(qū)地質(zhì)特征

礦區(qū)主要地層有二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M(P3l)和中統(tǒng)茅口組(P2m)，現(xiàn)將各時(shí)代地層巖性組合特征由老至新分述如下。

(1)二疊系中統(tǒng)茅口組(P2m)。該地層為灰色厚層至塊狀灰?guī)r，夾少量深灰色含燧石結(jié)核灰?guī)r，含白云質(zhì)灰?guī)r，厚度150～200 m。茅口組為研究區(qū)主要賦礦層位之一。

(2)構(gòu)造蝕變體(SBT)。SBT為介于茅口組與龍?zhí)督M之間經(jīng)構(gòu)造-氣、熱液蝕變作用發(fā)生硅化蝕變的層間破碎帶，呈板狀、透鏡狀或似層狀產(chǎn)出；巖性為淺灰色富含星散狀黃鐵礦及結(jié)核狀黃鐵礦黏土巖，淺灰至黑灰色角礫狀黏土巖、角礫狀粉砂巖，灰色、深灰色、褐黃色薄至塊狀硅化角礫狀灰?guī)r，灰色角礫狀黏土巖，含高嶺石團(tuán)塊雜色黏土巖；厚度橫向變化較大，一般1～15 m；具有硅化、褐鐵礦化、黃鐵礦化。SBT控制本區(qū)主要金礦體產(chǎn)出。

(3)二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M(P3l)。該地層與下伏茅口組(P2m)呈巖溶不整合接觸，厚度及巖性組合橫向變化較大，總厚180～420 m。根據(jù)巖性組合將其劃分為3段：①第一段(P3l1)上部以灰色薄層黏土巖、粉砂質(zhì)黏土巖、黑色碳質(zhì)黏土巖為主，常夾透鏡狀泥質(zhì)灰?guī)r及生物灰?guī)r多層；下部主要為黑色碳質(zhì)黏土巖、粉砂巖，部分地段夾有煤線，含細(xì)粒星散狀黃鐵礦，厚47～95 m。②第二段(P3l2)主要為淺灰、深灰色厚層—塊狀強(qiáng)至弱硅化灰?guī)r或灰?guī)r，中部夾灰色黏土巖、灰色泥灰?guī)r、鈣質(zhì)粉砂質(zhì)黏土巖等，厚11～30 m。③第三段(P3l3)上部為灰色中厚層至薄層狀細(xì)砂巖、粉砂巖與黏土巖互層，夾無煙煤2～3層，上部煤層較穩(wěn)定，厚1.5～6 m；下部為灰色黏土巖、粉砂巖、粉砂質(zhì)黏土巖互層，其下部常有一層厚3～5 m的透鏡狀灰?guī)r分布，常夾不穩(wěn)定透鏡狀煤層1～2層；底部為碳質(zhì)黏土巖層，厚2～5 m，常夾一薄煤層或煤線，厚62～150 m。

研究區(qū)內(nèi)褶皺及斷裂發(fā)育，斷裂主要為NE向其中萬人洞斷層走向NE—SW，走向延伸10 km；傾向SE，局部?jī)A向NW，傾角70°～75°，斷距100 m左右，斷裂帶寬5～10 m。斷層角礫巖發(fā)育，角礫呈棱角狀，成分為灰?guī)r，方解石膠結(jié)。斷裂帶硅化、褐鐵礦化、碳酸鹽化發(fā)育，在萬人洞村寨附近控制萬人洞金礦礦體產(chǎn)出。

研究區(qū)礦床類型具有黔西南低溫?zé)嵋盒徒鸬V床地質(zhì)特征，根據(jù)萬人洞金礦開采及地質(zhì)調(diào)查情況，該區(qū)金礦主要受萬人洞斷層以及龍?zhí)督M與茅口組不整合面之間的構(gòu)造蝕變體(SBT)控制。

2 電性特征

根據(jù)研究區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)現(xiàn)狀，對(duì)出露的2組地層中的巖(礦)石進(jìn)行了對(duì)稱小四極實(shí)地測(cè)定，其巖(礦)石電性特征測(cè)定結(jié)果見表1。

表1 巖(礦)石電性參數(shù)統(tǒng)計(jì)Tab.1 Rock(ore) electrical parameter statistics

測(cè)區(qū)出露的巖(礦)石電阻率按灰?guī)r→砂巖→粉砂質(zhì)黏土巖→覆土→碳質(zhì)黏土巖梯次降低(表1)，灰?guī)r最高，可達(dá)43 604.26 Ω·m，覆土最低，約19.33 Ω·m。測(cè)區(qū)巖(礦)石極化率除礦化巖體及碳質(zhì)巖表現(xiàn)為高極化率特征外，其余均表現(xiàn)為低極化率特征(即可視為不極化巖體)。

根據(jù)金礦的地質(zhì)條件，物探勘查目標(biāo)體為二疊系龍?zhí)督M砂巖、黏土巖層，茅口組灰?guī)r層界面及其相關(guān)構(gòu)造。結(jié)合礦區(qū)地層分布特征和巖(礦)石物性特征(圖2)，“界面”目標(biāo)體上覆地層為龍?zhí)督M砂巖黏土巖及第四系覆土，表現(xiàn)為低電阻率、低極化率特征，下伏地層為茅口組灰?guī)r，表現(xiàn)為高電阻率、低極化率特征，“界面”目標(biāo)體處于低阻與高阻的漸變帶上，且界面的蝕變體極化率特征表現(xiàn)為高極化，電性界線分明；構(gòu)造目標(biāo)體相對(duì)圍巖表現(xiàn)為低電阻率或相對(duì)低電阻率，如果構(gòu)造目標(biāo)體為控礦構(gòu)造，則還表現(xiàn)為高極化率特征，圍巖表現(xiàn)為高電阻率(或相對(duì)高電阻率)、低極化率特征，電性差異明顯。綜上所述，該區(qū)具備開展物探電法工作前提。

(a) 電阻率參數(shù)柱狀圖

(b) 極化率參數(shù)柱狀圖圖2 巖(礦)石電性參數(shù)柱狀圖Fig.2 Histogram of rock(ore) electrical parameters

3 方法技術(shù)及異常特征

3.1 方法原理及測(cè)線布設(shè)

可控源音頻大地電磁法(CSAMT)是在大地電磁法(MT)和音頻大地電磁法(AMT)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的人工源頻率域測(cè)深方法。CSAMT采用的人工場(chǎng)源有磁性源和電性源2種，本次采用的是電性源。電性可控源音頻大地電磁法以有限長(zhǎng)接地導(dǎo)線為電流源，向地下發(fā)送不同頻率的交變電流，在地面一定范圍內(nèi)(供電電極中垂線兩側(cè)30°張角、且收發(fā)距R大于4倍勘探深度的扇形區(qū)域)測(cè)量正交的電磁場(chǎng)分量(圖3)，計(jì)算卡尼亞電阻率(式(1))及阻抗相位(式(2))，達(dá)到探測(cè)不同埋深地質(zhì)目標(biāo)體的一種頻率域電磁測(cè)深方法[13-15]。

(1)

φX=φEx-φHy，

(2)

式中：φEx、φHy分別為Ex(x方向電道信號(hào),mV/km)和Hy(y方向電道信號(hào),mV/km)的相位,(°)；ρ為電阻率,Ω·m;ω為角頻率,Hz；μ是大地的磁導(dǎo)率,H/m，本次取值μ0=4π×10-7H/m。

MG.供電電源；Tx.發(fā)電機(jī)；A/B.供電電極；Rx.接收機(jī)；Ex.電道；Hy.磁道

圖3 CSAMT工作方式示意圖
Fig.3SketchoftheCSAMTworkingmode

為研究萬人洞金礦電性結(jié)構(gòu)特征，共布設(shè)3條CSAMT平行測(cè)線，測(cè)線方向NW—SE(圖4)，點(diǎn)距50 m，收發(fā)距9 km。

1.二疊系茅口組；2.二疊系龍?zhí)督M一段；3.二疊系龍?zhí)督M二段；4.蝕變體；5.CSAMT測(cè)點(diǎn)；6.逆斷層；7.地層界線

圖4 礦區(qū)地質(zhì)及CSAMT剖面布設(shè)
Fig.4GeologyandCSAMTprofilearrangementoftheminearea

3.2 異常推斷解釋

3.2.1 推斷解釋思路

(1)CSAMT推斷解釋原則以地質(zhì)-物性規(guī)律為依據(jù)。以CSAMT所采測(cè)的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分析物探異常特征，把物探推斷解釋規(guī)律和地質(zhì)、化探、鉆孔等資料相結(jié)合，對(duì)研究區(qū)內(nèi)物探異常進(jìn)行綜合研究分析，以達(dá)到賦予物探異常地質(zhì)屬性的目的。

(2)推斷地層界線的電阻率異常特征規(guī)律：電性分界面上下電阻率呈層狀分布，界線呈密集梯度帶特征。推測(cè)斷裂或破碎帶的電阻率異常特征規(guī)律：①低阻異常呈帶(線)狀分布；②平面等值線圖上低阻異常呈串珠狀分布；③等值線形態(tài)變化、異常發(fā)生錯(cuò)動(dòng)。

(3)結(jié)合以往工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)該區(qū)出露的地層、巖(礦)石的物性資料加以分析得知，二疊系龍?zhí)督M砂巖、黏土巖表現(xiàn)為低電阻率特征，二疊系茅口組灰?guī)r表現(xiàn)為高電阻率特征，蝕變巖體表現(xiàn)為中電阻率特征，淺表覆土、巖石因風(fēng)化作用均表現(xiàn)為低電阻率特征；巖石因構(gòu)造活動(dòng)破碎與圍巖比較表現(xiàn)為低電阻率或相對(duì)低電阻率。

3.2.2 推斷解釋

各剖面高、中、低電阻率異常特征明顯且相似，總體呈2層電性特征：“低阻-高阻”模式(圖5)。根據(jù)該區(qū)出露的地層、巖(礦)石的電性特征以及地質(zhì)特征，推測(cè)淺部低阻電性層為二疊系龍?zhí)督M地層，深部高阻電性層為二疊系茅口組及其下伏棲霞組等地層，低阻向高阻過渡的密集梯度帶為茅口組與龍?zhí)督M之間的界面，亦是蝕變體所處部位。在L1-14、L2-21、L3-13號(hào)測(cè)點(diǎn)下方分別存在SE傾向的低阻異常帶，傾角約50°，規(guī)模較大，且向測(cè)線外深部方向延伸，結(jié)合巖石物性、物探異常特征、地質(zhì)特征等綜合分析，推測(cè)為斷裂(編號(hào)分別為F1-2、F2-2、F3-2)引起，根據(jù)斷裂左盤下降，右盤上升特征及地層、構(gòu)造規(guī)律，斷裂F1-2、F2-2、F3-2為逆斷層，與萬人洞斷裂相對(duì)應(yīng)；在L1-11、L2-17、L3-10號(hào)測(cè)點(diǎn)下方存在同向彎曲的相對(duì)低阻異常帶，陡傾斜狀略NW傾向，結(jié)合巖石物性、物探異常特征、地質(zhì)特征等綜合分析，推測(cè)為斷裂(編號(hào)分別為F1-1、F2-1、F3-1)引起，為萬人洞斷裂引起的次生斷裂；在L3-15至L3-18號(hào)測(cè)點(diǎn)之間的斷面深部60～150 m處，存在NW傾向的低阻異常帶，規(guī)模比較小，結(jié)合巖石物性、物探異常特征、地質(zhì)特征等綜合分析，推測(cè)為茅口組灰?guī)r中的裂隙、破碎帶(編號(hào)F3-3)引起。

綜合L1、L2、L3剖面，推斷出3條構(gòu)造(圖5)，分析整個(gè)物探測(cè)區(qū)平面空間展布規(guī)律，共反映出2條低電阻率主異常帶(編號(hào)分別為Ⅰ、Ⅱ)(圖6)，總體走向NE—SW。結(jié)合物探異常、地質(zhì)、物性特征，2條低電阻率主異常帶推測(cè)為斷裂帶引起，F(xiàn)1-2、F2-2、F3-2反映的異常構(gòu)成的Ⅱ號(hào)異常帶為萬人洞斷裂帶引起，F(xiàn)1-1、F2-1、F3-1反映的異常構(gòu)成的Ⅰ號(hào)異常帶為次生斷裂帶引起。

針對(duì)Ⅱ號(hào)異常帶，綜合物探斷面異常、地質(zhì)、礦產(chǎn)、物性特征，推測(cè)引起Ⅱ號(hào)異常帶的斷裂帶為控礦構(gòu)造帶。根據(jù)金礦成礦條件，與萬人洞斷裂帶相關(guān)的次生構(gòu)造以及與龍?zhí)督M底界面交叉部位及其周圍(龍?zhí)督M與茅口組之間不整合面)含礦可能性比較大。

(a) L1線CSAMT電阻率斷面圖

(b) L2線CSAMT電阻率斷面圖

(c) L3線CSAMT電阻率斷面圖

1.二疊系茅口組;2.二疊系龍?zhí)督M;3.第四系;4.物探推測(cè)斷裂;5.推測(cè)地層界線;6.CSAMT測(cè)點(diǎn)

圖5 礦區(qū)CSAMT剖面電阻率斷面綜合推斷解釋圖
Fig.5IntegratedinterpretationofCSAMTprofileresistivitysectionintheminearea

1.二疊系茅口組;2.二疊系龍?zhí)督M一段;3.二疊系龍?zhí)督M二段;4.蝕變體;5.CSAMT測(cè)點(diǎn);6.逆斷層;7.地層界線；8.低阻異常帶

圖6 礦區(qū)綜合異常平面圖
Fig.6Comprehensiveanomalyplanoftheminearea

3.3 鉆孔驗(yàn)證

為了檢驗(yàn)CSAMT勘查萬人洞金礦的有效性以及推斷結(jié)果的精確性，綜合地質(zhì)、物探推斷結(jié)果以及工程地質(zhì)條件等情況，在L3-9號(hào)測(cè)點(diǎn)附近和L2-8號(hào)測(cè)點(diǎn)附近開鉆，分別在75 m和117 m處進(jìn)入茅口組灰?guī)r層，SBT厚度為3.2 m和4.5 m。對(duì)比鉆孔資料與物探推斷成果，兩處的地層分界線即蝕變體部位基本吻合。

4 金礦找礦規(guī)律

研究區(qū)礦床類型具有黔西南低溫?zé)嵋盒徒鸬V床地質(zhì)特征，根據(jù)萬人洞金礦開采及地質(zhì)調(diào)查成果，該區(qū)金礦成礦類型主要為產(chǎn)于龍?zhí)督M與茅口組之間界面上的似層狀、透鏡狀金礦體和第四系殘坡積物的“紅土型”以及產(chǎn)于萬人洞陡傾角斷層帶灰?guī)r角礫中的“角礫巖型”。從地質(zhì)角度，萬人洞金礦找礦突破點(diǎn)就是把萬人洞斷裂及其相關(guān)的次生斷裂等一系列控礦構(gòu)造以及蝕變層(茅口組與龍?zhí)督M之間界面部位)探索清楚，便可指導(dǎo)萬人洞金礦開采、開發(fā)。

根據(jù)該區(qū)CSAMT測(cè)量和巖(礦)石物性測(cè)量成果，物探方法對(duì)界面劃分和構(gòu)造的識(shí)別是有效的，即從物探電性特征角度，該區(qū)產(chǎn)于龍?zhí)督M與茅口組之間界面上的似層狀、透鏡狀金礦體表現(xiàn)為中電阻率特征，處于低阻向高阻過渡的漸變帶上，第四系殘坡積物中的紅土型金礦區(qū)表現(xiàn)為低阻特征，且位于與控礦構(gòu)造相關(guān)的低阻異常帶附近；該區(qū)產(chǎn)于萬人洞陡傾角斷層帶灰?guī)r角礫中的角礫巖型金礦區(qū)表現(xiàn)為相對(duì)低電阻率特征，位于相對(duì)圍巖為低阻異常帶的部位，且低阻異常帶與控礦構(gòu)造相關(guān)。根據(jù)物探異常形態(tài)、規(guī)模大小及地質(zhì)、礦產(chǎn)信息和金礦成礦條件，便可篩選出與金礦相關(guān)的物探異常，從而指導(dǎo)金礦深部找礦。

5 結(jié)論

(1)萬人洞金礦區(qū)電性結(jié)構(gòu)總體表現(xiàn)為“低阻—高阻”的2層電性特征，產(chǎn)于龍?zhí)督M與茅口組之間界面上的似層狀、透鏡狀金礦體位于低阻向高阻過渡的密集梯度帶上，產(chǎn)于萬人洞陡傾角斷層帶灰?guī)r角礫中的角礫巖型金礦位于相對(duì)圍巖為低阻異常帶的部位，即在相似地質(zhì)結(jié)構(gòu)及成礦背景下，低阻向高阻過渡的密集梯度帶及相對(duì)圍巖的低阻異常帶為金礦賦存部位的標(biāo)志。

(2)利用CSAMT方法勘查萬人洞金礦，查明了研究區(qū)的電性結(jié)構(gòu)特征，劃分了地層界線，圈出了構(gòu)造形態(tài)特征，空間上共圈出2條低阻異常帶(編號(hào)分別為Ⅰ、Ⅱ)；結(jié)合物探異常規(guī)模、形態(tài)及地質(zhì)特征，Ⅱ號(hào)異常帶為萬人洞斷裂引起，Ⅰ號(hào)異常帶為萬人洞斷裂的次生構(gòu)造引起；根據(jù)金礦成礦條件推測(cè)，與萬人洞斷裂帶相關(guān)的次生構(gòu)造以及與龍?zhí)督M底界面交叉部位及其周圍(龍?zhí)督M與茅口組之間不整合面)含礦可能性較大。

(3)經(jīng)與后期鉆孔信息對(duì)比，推測(cè)基本吻合，即說明CSAMT方法勘查萬人洞金礦有效可靠，其總結(jié)的物探規(guī)律為該礦區(qū)或相關(guān)礦區(qū)深部找金礦提供了物探方案。

(4)根據(jù)研究區(qū)巖(礦)石的電性特征，含礦體相對(duì)圍巖表現(xiàn)為低阻高極化特征，電性差異明顯，CSAMT方法是單參數(shù)(電阻率)測(cè)量，建議多方法多參數(shù)測(cè)量，減少多解性，提供更精準(zhǔn)的物探成果。

(5)深部找礦是當(dāng)前地質(zhì)工作的難點(diǎn)，綜合(地質(zhì)、物探、化探、遙感、鉆探等)信息找礦是長(zhǎng)久以來最有效的方法，同時(shí)如何發(fā)揮和利用物探方法開展深部探測(cè)是今后深部找礦的突破口，可根據(jù)物探異常形態(tài)、規(guī)模大小及地質(zhì)、礦產(chǎn)信息和金礦成礦條件等，篩選出與金礦相關(guān)的物探信息，以便利用物探信息指導(dǎo)金礦深部找礦。