激發(fā)極化法和可控源音頻大地電磁法在黔西北鉛鋅礦勘查中的綜合應(yīng)用

焦智偉，艾 虎，李英賓，汪 來(lái)

(1.核工業(yè)航測(cè)遙感中心，河北 石家莊 050000；2.中核集團(tuán)鈾資源地球物理勘查技術(shù)中心(重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)，河北 石家莊 050000)

0 引言

黔西北鉛鋅成礦區(qū)處于川—滇—黔鉛鋅成礦域東側(cè)，是其重要組成部分，也是貴州省重要的鉛鋅產(chǎn)地之一。區(qū)內(nèi)鉛鋅礦床(點(diǎn))的物化探異常成群成帶展布，成礦地質(zhì)條件優(yōu)越，找礦前景好，具備尋找中、大型礦床的潛力。目前黔西北地區(qū)找礦工作已從淺地表向深部找礦方向發(fā)展，亟需綜合物探方法探索深部礦體。地球物理勘查是深部找礦有效方法之一[1-3]，根據(jù)鉛鋅礦體與圍巖的物性差異，合理選擇物探方法綜合勘查，可以快速縮小靶區(qū)，提高找礦效率。

本文以楊雀塊地區(qū)為例，結(jié)合地質(zhì)情況和物化探方法的適用條件，選擇激發(fā)極化法和可控源音頻大地電磁法兩種方法組合，在楊雀塊地區(qū)進(jìn)行了應(yīng)用。通過(guò)激電中梯掃面測(cè)量，縮小了找礦范圍，圈定鉛鋅礦體在平面上引起的激電異常；采用激電測(cè)深查明異常體的埋深、規(guī)模；應(yīng)用可控源音頻大地電磁法測(cè)量查明了控礦斷裂發(fā)育情況。

1 方法介紹

1.1 激發(fā)極化法

激發(fā)極化法是根據(jù)巖、礦石的激發(fā)極化效應(yīng)來(lái)尋找金屬和解決水文地質(zhì)、工程地質(zhì)等問(wèn)題的一種電法勘探方法。該方法以不同巖、礦石的激電效應(yīng)差異為前提，通過(guò)研究人工建立的激電場(chǎng)的分布規(guī)律，基于觀測(cè)斷電后二次場(chǎng)電壓來(lái)研究地下各巖、礦石的極化性質(zhì)[4]。激發(fā)極化法應(yīng)用范圍廣，在金屬和非金屬固體礦產(chǎn)勘查、尋找地下水、油氣田和地?zé)崽锟辈榈确矫?，都獲得了成功的應(yīng)用。激發(fā)極化法可快速有效的圈定異常體，但受裝置限制，探測(cè)深度有限。

1.2 可控源音頻大地電磁法(簡(jiǎn)稱CSAMT)

CSAMT法是在大地電磁法(MT)和音頻大地電磁法(AMT)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種人工場(chǎng)源頻率域測(cè)深方法。由于所觀測(cè)電磁場(chǎng)頻率、場(chǎng)強(qiáng)和方向可由人工控制，其觀測(cè)方式與AMT法相同，故稱這種方法為CSAMT法[5-6]。該方法具有勘探深度大、觀測(cè)效率高、橫向分辨能力高、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于地?zé)?、油氣藏、固體礦產(chǎn)勘探、煤田探測(cè)、環(huán)境工程勘查等方面[7]。CSAMT法可有效查明深部構(gòu)造發(fā)育情況，受方法局限性，只能區(qū)分電阻率異常，無(wú)法查明極化體發(fā)育情況。

2 地質(zhì)背景及物性特征

2.1 區(qū)域地質(zhì)背景

黔西北鉛鋅多金屬成礦帶位于揚(yáng)子陸塊南部被動(dòng)邊緣褶沖帶六盤水疊加褶皺帶[8]，屬于上揚(yáng)子中東部鉛-鋅-銅-銀-鐵-錳-汞-銻-磷-鋁土礦-硫鐵礦-煤-煤層氣成礦帶中的威寧—六盤水鉛-鋅-銀成礦帶。黔西北鉛鋅礦主要為熱液型[9-13]，成礦部位受構(gòu)造控制明顯[14-15]。鉛鋅礦(點(diǎn))產(chǎn)出受NW向云爐—蟒洞構(gòu)造帶和威寧—六盤水構(gòu)造帶控制[16]，集中沿兩條構(gòu)造帶附近成NW向帶狀展布(圖1)。

圖1 黔西北區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)略圖[16]Fig.1 Regional and geological sketch map of mineral resources in Northwest Guizhou[16]1—侏羅系 2—三疊系 3—二疊系 4—石炭系 5—泥盆系 6—地層界線 7—斷層 8—中型鉛鋅礦床 9—小型鉛鋅礦床 10—鉛鋅礦點(diǎn) 11—鐵礦床 12—研究區(qū)

區(qū)域地層屬揚(yáng)子地層區(qū)的上揚(yáng)子地層分區(qū)，黔西北地層小區(qū)出露地層有泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系及第四系，其中以泥盆系、石炭系最發(fā)育，分布廣泛，區(qū)內(nèi)有大面積玄武巖分布。其中泥盆—石炭系和震旦—寒武系碳酸鹽巖是重要的含礦層位及賦礦圍巖。

2.2 研究區(qū)地質(zhì)背景

研究區(qū)位于石門斷裂構(gòu)造帶與紫云—埡都斷裂帶交匯處，受多期構(gòu)造活動(dòng)影響，斷裂、褶皺發(fā)育，構(gòu)造形態(tài)復(fù)雜。礦床分布主要受構(gòu)造的控制，呈NW向展布，沿?cái)嗔询B加地段產(chǎn)出，不同方向斷裂交匯部位鉛鋅礦集中富集。

研究區(qū)內(nèi)主要斷裂構(gòu)造呈NE及NW向(圖2)，褶皺常被后期斷裂所破壞，構(gòu)造應(yīng)變分帶明顯，鉛鋅礦床(點(diǎn))及地物化異常點(diǎn)受斷裂控制明顯。

圖2 研究區(qū)地質(zhì)及測(cè)線布置圖Fig.2 Geological map and survey line layout in the study area1—祥擺組 2—革老河組—湯巴溝組 3—堯梭組 4—望城坡組 5—獨(dú)山組 6—地層界線 7—實(shí)測(cè)與推斷斷層 8—蝕變帶 9—激電中梯掃面測(cè)線 10—激電測(cè)深測(cè)線 11—CSAMT測(cè)線

研究區(qū)出露地層主要為石炭系的祥擺組(C1x)、革老河組(C1g)、湯巴溝組(C1t)，泥盆系的堯梭組(D2y)、望城坡組(D2w)、獨(dú)山組(D2w)，第四系(Q)分布于溝谷中。

研究區(qū)鉛鋅礦屬于中低溫?zé)嵋盒?，主要受F1斷層控制，斷層起導(dǎo)礦和容礦的作用，斷層旁側(cè)次級(jí)張性小斷層帶，拖曳背斜核部，層間破碎帶內(nèi)則是賦存礦(化)體的主要部位。在中、上泥盆統(tǒng)及下石炭統(tǒng)碳酸鹽地層中，白云巖為主要含礦層，生物碎屑白云巖則為礦體的主要賦存層位。由于生物對(duì)Pb、Zn元素有吸收和濃集的能力，白云巖孔隙度大、滲透性強(qiáng)，有利于鉛鋅礦充填交代。圍巖蝕變主要為白云石化、方解石化、硅化、黃鐵礦化和重結(jié)晶作用，次要的有螢石化、高嶺石化等[17]。

2.3 巖石電阻率和極化率特征

本次對(duì)研究區(qū)內(nèi)黏土巖、煤層、白云巖、泥晶灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、泥巖、炭質(zhì)泥巖、斷層角礫巖和含黃鐵礦銀礦進(jìn)行了電阻率和充電率測(cè)定，并按地層和巖性進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見表1。

表1 研究區(qū)巖(礦)石電性參數(shù)統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistical table of petroelectric parameters of rocks and ores in the study area

統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明：① 不同時(shí)代的白云巖電阻率表現(xiàn)為高阻，時(shí)代越老電阻率越高。鉛鋅礦、斷層角礫巖以及不同時(shí)代的泥質(zhì)(晶)灰?guī)r電阻率表現(xiàn)為中低阻特征；黏土巖、泥巖、炭質(zhì)泥巖電阻率表現(xiàn)為低阻特征。② 各地層巖性之間充電率存在一定差異，但差別不大，充電率一般為0.78 mV/V～3.14 mV/V。鉛鋅礦充電率普遍較高，平均為17.9 mV/V，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于圍巖，表明礦體與圍巖的充電率存在著明顯的差異；炭質(zhì)泥巖和煤層充電率較高，與鉛鋅礦極化率值較為接近。

綜上，白云巖呈現(xiàn)出高阻低充電率特征，黏土巖、泥巖、斷層角礫巖呈現(xiàn)出低阻低充電率特征，鉛鋅礦和煤層呈現(xiàn)出典型的中低阻高充電率特征。

3 激電極化法資料分析

3.1 激電中梯電阻率特征

圖3為研究區(qū)激電中梯電阻率等值線平面圖。由圖3可見，電阻率等值線平面圖總體呈北西分帶，大致以斷層F1為界，西南側(cè)為中高阻區(qū)，東北側(cè)依次為中低阻區(qū)。① 西南部高阻區(qū)：電阻率值大于800 Ω·m，為泥盆系望城坡組、獨(dú)山組和堯梭組白云巖、灰?guī)r的反映；② 北東部低阻區(qū)：電阻率值一般在小于800 Ω·m，為石炭系祥擺組黏土巖、炭質(zhì)黏土巖和煤層的反映。

圖3 研究區(qū)激電中梯電阻率等值線平面圖Fig.3 The plan diagram of resistivity contour by IP middle ladder method in the study area1—祥擺組 2—革老河組—湯巴溝組 3—堯梭組 4—望城坡組 5—獨(dú)山組 6—地層界線 7—實(shí)測(cè)與推斷斷層 8—蝕變帶

3.2 激電中梯充電率特征

經(jīng)計(jì)算，研究區(qū)充電率背景值為26.15 mV/V，標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.23 mV/V，確定異常下限為29.49 mV/V，據(jù)此篩選出8個(gè)激電異常。圖4為研究區(qū)充電率等值線平面圖。

由圖4可見：① YJD01～YJD05號(hào)異常位于F1斷裂下盤，沿?cái)嗔殉蚀闋罘植迹茢喈惓橄閿[組炭質(zhì)黏土巖和煤層引起。② YJD06～YJD08號(hào)異常均位于F1斷裂上盤，呈零星分布，規(guī)模不大。其中YJD06號(hào)異常地表出露巖石為堯梭組白云巖，地表可見蝕變，且位于斷裂F3上盤成礦，地質(zhì)條件較為有利；YJD07號(hào)異常地表出露巖石為望城坡組泥晶灰?guī)r，地表可見蝕變，成礦地質(zhì)條件較為有利；YJD08號(hào)異常地表出露巖石為望城坡組泥晶灰?guī)r和獨(dú)山組白云巖，推斷解釋層間接觸帶局部硫化物富集引起，具有較好的找礦前景。

圖4 研究區(qū)激電中梯充電率等值線平面圖Fig.4 The plan diagram of charging rate contour by IP middle ladder method in the study area1—祥擺組 2—革老河組—湯巴溝組 3—堯梭組 4—望城坡組 5—獨(dú)山組 6—地層界線 7—實(shí)測(cè)與推斷斷層 8—蝕變帶 9—激電異常及編號(hào)

根據(jù)中低電阻率、高充電率特征，且與控礦地質(zhì)條件吻合較好原則，篩選出成礦有利地段激電異常區(qū)3個(gè)，各異常區(qū)地質(zhì)特征見表2。

表2 激電異常特征統(tǒng)計(jì)Table 2 Statistical table of IP anomaly characteristics

3.3 激電測(cè)深資料分析

根據(jù)激電中梯異常圈定結(jié)合地質(zhì)資料，在研究區(qū)YJD07號(hào)激電異常上，布置了一條長(zhǎng)度為200 m的激電測(cè)深剖面，大致垂直于異常走向及地層走向。圖5a為YJD07號(hào)異常激電中梯剖面與激電測(cè)深反演斷面圖。

由圖5a可見：① 激電測(cè)深線在充電率斷面圖平距0～120 m、高程1750 m以深出現(xiàn)高極化體，其幅值較低，對(duì)應(yīng)的激電中梯剖面40～120 m充電率幅值較高，與激電中梯剖面異常基本吻合，該異常埋深較大。② 電阻率斷面圖在平距20 m處，淺部電阻率曲線出現(xiàn)扭曲，深部成舌狀低阻帶，為隱伏斷裂的反映。在電阻率斷面圖上，近地表電阻率值小于500 Ωm地段，推斷解釋為強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r；在斷面圖上高程1800～1900 m電阻率值呈現(xiàn)出中阻特征地段，推斷解釋為望城坡組泥質(zhì)灰?guī)r、泥巖的反映；在斷面圖上高程1900 m以深、電阻率值大于2400 Ωm地段，推斷解釋為望城坡組灰?guī)r。

4 CSAMT資料分析

由于激發(fā)極化法探測(cè)深度較小，不能滿足勘探要求，為了解研究區(qū)控礦構(gòu)造深部展布形態(tài)，布設(shè)一條垂直于控礦斷裂F1的CSAMT測(cè)線。圖5b為激電中梯剖面與CSAMT反演電阻率斷面圖，在平距750 m、1300 m處，反演電阻率等值線出現(xiàn)向下延伸低阻帶，推測(cè)為斷裂構(gòu)造F1和F1-1。

圖5 研究區(qū)激電中梯剖面-激電測(cè)深反演斷面圖(a)與激電中梯剖面-CSAMT反演斷面圖(b)Fig.5 Inversion section diagram by IP middle ladder and IP sounding methods (a), inversion section diagram by IP middle ladder and CSAMT methods (b) in the study area

F1斷裂南西側(cè)反演電阻率高阻地段(ρ>800 Ωm)推斷解釋為堯索組、望城坡組灰?guī)r、白云巖的反映，在對(duì)應(yīng)的激電中梯剖面上，電阻率也呈現(xiàn)出相對(duì)高阻的特征；斷裂F1北東段近地表反演電阻率低阻地段(ρ<800 Ωm)，推斷解釋為祥擺組黏土、炭質(zhì)黏土和煤層的反映；在激電中梯剖面上同樣呈現(xiàn)出低阻特征，而深部電阻率低阻地段可能是由于斷裂構(gòu)造導(dǎo)致巖石破碎、富水，從而電阻率降低；在平距850～1100 m地段，激電中梯剖面顯示為低阻高極化特征，且位于斷裂F1與F1-1夾持部位，為成礦有利部位。

5 綜合分析

研究?jī)?nèi)鉛鋅礦化主要產(chǎn)于泥盆系獨(dú)山組及望城坡組中，礦體多沿F1斷層南西盤及次級(jí)斷裂分布，礦化帶一般呈似層狀產(chǎn)出。圍巖蝕變較強(qiáng)，主要有鐵方解石化、白云石化、含錳褐鐵礦化、角礫巖化、糜棱巖化、黃鐵礦化。因此，地層、巖性、斷裂構(gòu)造是控制鉛鋅礦化的主要因素，斷裂構(gòu)造復(fù)合部位是成礦的有利部位。

鉛鋅礦和圍巖物性差異明顯，在激電中梯掃面與激電測(cè)深斷面中主要表現(xiàn)為低阻高極化特征。斷裂構(gòu)造使地質(zhì)體的連續(xù)性和完整性遭到破壞，研究區(qū)內(nèi)控礦斷裂在CSAMT斷面上表現(xiàn)為低阻條帶、梯度帶或等線值扭曲、不連續(xù)、錯(cuò)斷。

根據(jù)研究區(qū)內(nèi)鉛鋅礦地層、巖性、斷裂等控礦因素，結(jié)合激發(fā)極化法和CSAMT法，圈定了成礦有利部位。

6 結(jié)論

1)黔西北鉛鋅礦地球物理特征在激電中梯等值線平面圖與激電測(cè)深圖上表現(xiàn)為高充電率、低電阻率特征，在CSAMT電阻率斷面圖上表現(xiàn)為斷裂夾持部位。

2)通過(guò)激電中梯測(cè)量查明了研究區(qū)激電異常的分布范圍；運(yùn)用激電測(cè)深查明了極化體的埋深、規(guī)模以及深部展布特征；結(jié)合CSAMT測(cè)量對(duì)控礦構(gòu)造深部發(fā)育特征做出了客觀的反映。

3)激發(fā)極化法與CSAMT測(cè)量?jī)煞N物探方法結(jié)合，在受斷裂構(gòu)造控制的鉛鋅礦勘探中，取得了較好的成效，建議在其他類似鉛鋅礦勘查工作中推廣應(yīng)用。