綜合巖石物性分析在物探工作中的應(yīng)用
——以新疆庫布蘇北地區(qū)為例

臧 凱，高曉豐，陳 騰

（1. 山東省物化探勘查院，濟南 250013；2. 山東省地質(zhì)勘查工程技術(shù)研究中心，濟南 250013；3. 山東科技大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266590）

0 引言

巖石物性分析是物探工作的重要組成部分，其研究對象有密度、磁性、電性、彈性、放射性、光譜學(xué)性質(zhì)以及孔隙度、滲透率等物質(zhì)結(jié)構(gòu)性質(zhì)參數(shù)。在金屬礦產(chǎn)勘探領(lǐng)域研究的巖石物性參數(shù)以密度、磁性、電性、波速、放射性為主，以這些參數(shù)的差異為基礎(chǔ)開展的地球物理勘探方法即為重力勘探、磁法勘探、電（磁）法勘探、地震勘探、放射性勘探等。

前人已開展了許多相關(guān)工作，如高旺來[1]等曾對安塞油田低滲透儲層巖石物性特征進行實驗研究，分析低滲透儲層對物性測量、滲流能力的影響，指導(dǎo)儲層評價及油田開發(fā)。尹青[2]等研究了羌塘盆地雙湖地區(qū)侏羅系巖石的自然伽馬能譜、電阻率、極化率和磁化率特征，揭示出非震地球物理石油勘探在該地區(qū)具備應(yīng)用前提。此外，陳颙[3]等曾對巖石物性基本知識、實驗技術(shù)和方法以及數(shù)值模擬進行了系統(tǒng)全面地講述，認為研究地球離不開對巖石的認知，因此巖石物性分析工作是解決地質(zhì)問題的重要前提和基礎(chǔ)。

以往在新疆庫布蘇北地區(qū)開展的地質(zhì)、地球化學(xué)工作較多，多從礦化帶的元素活動特征、成礦及伴生元素的遷移規(guī)律入手，研究成礦流體的環(huán)境條件和來源，推斷巖脈與金礦的空間成因關(guān)系問題，而針對地球物理方法進行的研究相對較少，基于巖石物性特征方面的分析更為缺乏。近年來，在庫布蘇北地區(qū)開展了磁測、電法等非震物探工作，對這些基礎(chǔ)物探資料尤其是巖石物性資料缺乏深入的分析，在一定程度上影響了對區(qū)域成礦規(guī)律的認識和對成礦潛力的判斷。本次將該地區(qū)不同地段、不同深度巖石的密度、磁性、電性參數(shù)進行了綜合研究，以面積性物探及鉆探成果資料為參考，對區(qū)內(nèi)近東西走向弱磁異常帶的成礦潛力做出了判斷，并對下一步金礦找礦工作指明了方向。

1 地質(zhì)概況

庫布蘇北金礦由南、中、北3個金礦化帶構(gòu)成，礦化帶受斷裂帶控制，包括區(qū)域韌性剪切帶庫布蘇大斷裂和兩側(cè)的韌脆性次級斷裂。庫布蘇大斷裂以北為野馬泉地塊南緣的泥盆紀火山巖漿弧帶，大斷裂以南為老鴉泉-黃羊山弧前沉積帶。庫布蘇北金礦化帶位于野馬泉火山巖漿弧中[4]。

區(qū)內(nèi)地層出露比較簡單，以中部庫布蘇斷裂為界，南西為志留系庫布蘇群（Skp），北東為泥盆系托讓格庫都克上亞組（D2tb），前者主要為一套地槽早期的硅質(zhì)頁巖建造，后者主要由凝灰質(zhì)砂巖、鈣質(zhì)砂巖和火山碎屑巖組成[5]；區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造較為發(fā)育，以NWW向斷裂為主，礦體的賦存空間也主要受斷裂構(gòu)造控制，主要有小紅山斷裂及庫布蘇斷裂[6]；區(qū)內(nèi)巖漿侵入活動較為活躍，侵入巖主體分布于工作區(qū)東北部，主要為華力西中期第四侵入次斜長花崗巖。

庫布蘇北金礦區(qū)劃分了3個金礦化帶，自北向南分別為Ⅰ號帶、Ⅱ號帶及Ⅲ號帶。礦化帶受NW向庫布蘇斷裂兩側(cè)的韌脆性次級斷裂控制，成因類型屬破碎蝕變巖型和脈巖型[7]。各礦帶分布見圖1。

圖1 庫布蘇北金礦礦帶分布示意圖

2 物探工作及鉆探驗證

2.1 磁測工作

通過圖2中面積磁測工作可見，區(qū)域磁場幅值總體變化不大，大致在?300～+200 nT之間波動，從北西向南東依次圈定7處磁異常，分別為M-1～M-7。

其中，M-6異常峰值較明顯，異常形態(tài)較規(guī)整，大致呈長軸狀。經(jīng)實地檢查地表出露有少量的石英鈉長斑巖。由于其位置與Ⅱ號金礦帶相對應(yīng)，并與1∶1萬土壤地球化學(xué)測量中的HT-3號化探綜合異常套合較好，故初始推測M-6磁異常由弱磁性巖體引起，并可能存在一定的成礦潛力[8]。

2.2 電法工作

針對M-6磁異常，在其磁異常中心附近680線開展了AB/2=1 500 m的激電測深工作，視極化率等值線斷面見圖3。

由圖3可見，在AB/2=50～1 000 m極距范圍內(nèi)，視極化率普遍較高，一般在8%以上，說明志留系含碳地層對激電工作干擾嚴重，從中分離有效礦致異常難度較大，使用普通電法測量方法較難尋找硫化物富集體。

2.3 鉆探驗證工作

經(jīng)多次論證，根據(jù)一般的成礦模式類比認為，M-6磁異常淺表存在閃長玢巖脈和鈉長斑巖脈，其深部可能存在含金礦化蝕變巖體。因此，在M-6磁異常中心與化探異常套合處，直接布置深部試驗性驗證鉆孔，孔深1 500 m，傾角90°。

圖2 庫布蘇北磁測等值線平面示意圖

圖3 M-6磁異常680線激電測深視極化率等值線斷面圖

但在鉆孔施工結(jié)束后，僅在500 m及1 200 m深度附近發(fā)現(xiàn)小規(guī)模侵入巖脈，至1 500.2 m終孔未見深部的隱伏巖體及含金礦化蝕變體，這與之前推斷相差較大，為明確磁異常成因及深部成礦可能性，對鉆孔內(nèi)巖石進行了詳細地物性測量及研究。

3 巖石物性測定及綜合分析

3.1 巖石物性參數(shù)統(tǒng)計

M-6磁異常驗證鉆孔巖芯物性數(shù)據(jù)整理見表1。

由不同深度的巖石物性統(tǒng)計結(jié)果可見，整孔巖石大致以500 m深度為界，以淺的磁化率平均值為38.1×10?64πSI，電阻率平均值為 8 983.6 Ω·m，極化率平均值為6.11%；其以深的磁化率平均值為16.8×10?64πSI，電阻率平均值為 5 459.1 Ω·m，極化率平均值為4.28%，兩者之間存在較明顯的磁性及電性差異，前者呈相對高阻高極化，后者相對低阻低極化。

碳質(zhì)板巖在不同沉積深度上出現(xiàn)不同程度的石墨化、黃鐵礦化、碳酸鹽化及硅化。極化率最大值出現(xiàn)在深度為50 m的碳酸鹽化板巖，其極化率可達13.15%，其次為深度150 m的黃鐵礦化板巖，極化率達11.77%，說明地層本身的礦物成分對激電測量影響很大。

表1 M-6磁異常驗證鉆孔巖芯物性參數(shù)一覽表

為使重點取樣地段巖石的磁性測量結(jié)果更具代表性，分別對 310 m、500 m、950 m、1 150 m、1 240 m深度附近的蝕變礦化和閃長玢巖石的磁性做了重點測量，并與表1中巖石按巖性進行分類平均，進一步明確巖石組分與物性關(guān)系，如表2。

表2 M-6磁異常驗證鉆孔巖芯物性參數(shù)一覽表

可見，全孔巖石總體表現(xiàn)為低密度、弱磁性、中等電阻率、高極化率的物性特征。密度與磁化率參數(shù)波動不大，電阻率和極化率變化相對較劇烈，這與宏觀上的弱磁場、高極化的區(qū)域磁、電場特征較為一致。

重點測量的局部蝕變帶及閃長玢巖磁性并不高于其他地層巖石，而且相較之下略低，推測即使存在深部侵入巖體，其磁性也不足以形成磁異常，故從地球物理前提上否定了在該區(qū)依靠驗證磁異常來尋找磁性侵入巖脈（體）的可能性[9]。

3.2 巖石電性與電法測量資料對比

抽取680線414點的測深曲線與表1中的物性數(shù)據(jù)進行對比（圖4）。由圖4可見，M-6磁異常深部整體視電阻率不高，一般不超過1 000 Ω·m。在對數(shù)坐標軸上，測深視電阻率曲線呈較明顯的AK型，在AB/2=100～750 m范圍內(nèi)有局部相對高阻反映，視電阻率最高可達785.3 Ω·m，在AB/2＞750 m范圍內(nèi)，視電阻率相對較低，一般不超過500 Ω·m，以經(jīng)驗系數(shù)0.7估算AB/2=750 m，對應(yīng)地層深度大致在500 m附近，判斷以此為界M-6磁異常深部地層巖石可能有較為明顯的電阻率差異。

視極化率參數(shù)可輔助說明，AB/2=750 m也是視極化率曲線陡變處，在AB/2=100～750 m范圍內(nèi)視極化率一般高于10%，最高可達11.44%，而在AB/2＞750 m后視極化率迅速降至7%左右，所以結(jié)合視電阻率與視極化率曲線，將500 m處左右作為巖石電性界面是有充分依據(jù)的。對比實測巖石電物性可見，以500 m為界，巖石電阻率與極化率差異較大(黑色虛線框所示)，整體呈臺階狀，巖石實測電阻率與極化率在500 m以下下降趨勢明顯。結(jié)合地質(zhì)資料分析認為，這可能是志留系庫布蘇群上下亞群之間巖石成分不同造成的，淺部為庫布蘇群下亞群，深部為庫布蘇群上亞群，前者呈相對高阻高極化，后者呈相對低阻低極化，地層巖石的電性差異是造成測深曲線形態(tài)變化的根源，二者變化基本同步,庫布蘇群上下亞群的巖石物性變化總體反映了沉積環(huán)境曾發(fā)生過變遷，其沉積物質(zhì)來源應(yīng)有一定差異[10]。

圖4 680線414點測深曲線與鉆孔巖石標本電性參數(shù)對比曲線圖（對數(shù)坐標軸）

按電阻率測深曲線尾支變化趨勢推斷在志留系地層深部若存在相對高阻侵入體，其埋深可能在2 500 m以上。

3.3 磁測資料反演

結(jié)合現(xiàn)有地層參數(shù)，為方便計算，將磁性地層磁化率取整為 200×10?64πSI，依據(jù)經(jīng)驗公式 ΔT≈2π×sinI0×J計算能引起的磁場強度ΔT≈58 nT，該幅值與M-6實測異常最大值65.9 nT大致相當，即僅就巖石磁性結(jié)果來看，磁異常可能是由埋深較淺的弱磁性板巖引起，由于磁異常南北兩側(cè)梯度相當，曲線平緩無明顯伴生負異常，故可以認為該異常深部為順層磁化無限延深板狀體[11]，所以磁化體傾角應(yīng)與地磁場傾角近似。推斷地層中含有的少量磁黃鐵礦礦物是磁異常的主要成因。

利用中國地調(diào)局RGIS軟件對M-6磁異常中心線段進行2.5D反演由圖5可見，磁性地層總體可看作順層磁化無限延伸厚板狀體，傾角約70°，頂板近地表厚度不等，最淺處約20 m，最深處約70 m，總體埋深不大。異常體沿測線寬度可達500 m，與1/2的ΔT極大值（約30 nT處）寬度大致相當，說明以既定參數(shù)對異常進行擬合效果較好，磁異常應(yīng)是由磁性地層引起的[12]。

圖5 M-6磁異常反演推斷圖

4 結(jié)論

通過分析巖石物性資料，結(jié)合磁測電法測量及鉆探資料成果，認為在M-6磁異常深部尋找大規(guī)模侵入巖體意義不大，類比M1、M3、M7等磁異常的成因，應(yīng)與其類似，均由弱磁性地層引起。這些弱磁異?？傮w反映的是庫布蘇群下亞群近東西走向的展布規(guī)律，與成礦關(guān)系不大。故在庫布蘇北地區(qū)礦化帶深部找到含金礦化蝕變巖體可能性較小，下一步找礦工作應(yīng)仍以尋找小規(guī)模蝕變帶為主要方向[13]。