基于綜合物探的物理勘查技術(shù)在礦產(chǎn)資源勘測中的調(diào)查研究

包國志，魯有朋，李騰飛，柴宏偉，賈懷波

（甘肅省地礦局第三地勘院，甘肅 蘭州 730050）

文章結(jié)合區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造分析、地?zé)岬刭|(zhì)調(diào)查、地球物理解譯等手段，在茶卡測區(qū)恰卜恰礦體內(nèi)實(shí)施了4口深度為2927m~3705m的地質(zhì)勘查巖勘查孔，并在3705 m處鉆獲236℃的優(yōu)質(zhì)礦產(chǎn)資源，為我國非現(xiàn)代火山區(qū)干熱地質(zhì)資源勘探的首個(gè)重大突破。其次，系統(tǒng)測試了鉆孔不同深度花崗巖放射性，結(jié)果表明，茶卡測區(qū)花崗巖體鈾、釷、鉀放射性含量略高于大地背景值，對干礦產(chǎn)資源勘查貢獻(xiàn)較小，其礦產(chǎn)資源可能來自殼內(nèi)熔融體[1]。第三，基于地質(zhì)資料分析和航磁解譯，圈定了茶卡測區(qū)總體面積約1.4×104 km2的潛在礦產(chǎn)資源分布區(qū)。最后，采用體積法評估了茶卡測區(qū)干熱巖資源潛力，結(jié)果表明，礦產(chǎn)勘查區(qū)3.0 km~6.0 km深度范圍保守的、礦產(chǎn)資源總量為8974.74×1018J，換算標(biāo)準(zhǔn)礦產(chǎn)資源可達(dá)3066.19×108 t，具有廣闊的開發(fā)利用前景[2]。

1 區(qū)域地質(zhì)概況與地球物理特征

（1）地層。測區(qū)地層隸屬“秦祁昆地層區(qū)柴達(dá)木北緣地層分區(qū)”，西南角稍跨柴達(dá)木南緣地層分區(qū)。所出露的地層結(jié)構(gòu)主要有泥盆系、元古界、二疊紀(jì)、三疊紀(jì)、新近系、第四系等，中酸性侵入巖廣泛分布。區(qū)域地層總體展布方向?yàn)楸蔽飨颍c區(qū)域構(gòu)造線方向一致，測區(qū)礦產(chǎn)地層區(qū)劃圖。

（2）構(gòu)造。測區(qū)大地構(gòu)造位置特殊，構(gòu)造相當(dāng)復(fù)雜，位于祁連、昆侖兩大山系的交接處，共和盆地西緣。大地礦脈的構(gòu)造帶單元屬于東昆侖、西秦嶺相結(jié)合的部位，進(jìn)一步劃分的二級構(gòu)造單元分別為柴北緣加里東期造山帶（Ⅳ）、西秦嶺造山帶（Ⅵ）；三級構(gòu)造單元分別為沙柳河高壓超高壓混雜巖帶（Ⅳ1）、興海-共和地塊（Ⅵ1）。測區(qū)大地構(gòu)造位置圖（見圖2）。

（3）地球物理特征。為配合異常解釋工作，本次CSAMT測量工作采用加拿大GDD公司生產(chǎn)的SCIP電物性測試儀對測區(qū)主要巖性進(jìn)行了測定。因測區(qū)大面積第四系覆蓋，僅在剖面南端有花崗巖體出露，故本次工作多針對花崗巖進(jìn)行了電參數(shù)（η、?）測定。本次共采集測定花崗巖標(biāo)本33塊。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，花崗巖電阻率最大值為2553.65Ω·m，最小值為676.37Ω·m，算術(shù)平均值為1513.23Ω·m；極化率最大值為1.11%，最小值為0.63%，算術(shù)平均值為0.89%。

圖1 測區(qū)大地構(gòu)造位置圖

2 工作方法技術(shù)及數(shù)據(jù)處理

2.1 可控源音頻大地電磁（CSAMT）

（1）可控源音頻大地電磁剖面布設(shè)。本次野外工作使用加拿大鳳凰地球物理公司生產(chǎn)的V8多功能電法儀，主要參數(shù)如下：收發(fā)距為11km，AB距2.1km，發(fā)射電流選取14A，增益倍數(shù)選取×1，所選用的采樣頻率一般為0.25～7680Hz之間，如表1所示。在實(shí)際工作中的采礦位置使用GPS測點(diǎn)進(jìn)行定位。

（2）場源布設(shè)。a.供電的電機(jī)在A與B點(diǎn)位平行，于測線方向進(jìn)行布置，AB點(diǎn)方位的誤差要小于3°。b.本次所布置的A、B兩點(diǎn)，所采用的濾波片狀電機(jī)，從而減小接地電阻的電阻率。首先挖矩形坑（深約80cm，寬約50cm，長約80cm）共2個(gè)，兩坑間距5m左右，當(dāng)坑挖到指定深度，修平坑底，去除雜物，回填約5cm的土壤；然后撒上約1kg的食鹽。其次裁取70cm×35cm的鋁鉑，使一面多出10cm，其余平鋪在挖好的坑底；取適量長的連接線，剝?nèi)深^約40cm的絕緣皮，與坑底多出的10cm鋁鉑緊緊地卷扎在一起，使其接觸良好。c.在A、B極布置完畢后，檢查供電導(dǎo)線是否漏電及A、B接地是否良好。

（3）接收裝置布設(shè)。a.水平磁棒埋入土中，入土深度不小于20cm，并確保圓水泡居中確保磁棒水平，方位誤差小于1°。b.在測量電極四周墊土，周圍澆鹽水降低接地電阻，確保電極接地電阻小于2kΩ。c.接收導(dǎo)線、檢測設(shè)備連線均不能懸空，每隔一定距離需用土或石塊壓實(shí)，防止晃動產(chǎn)生電磁干擾。

（4）數(shù)據(jù)采集。本次可控源音頻大地地質(zhì)構(gòu)造深野外工作過程中，由供電電極A、B向地下發(fā)送電流，通過多測道電測儀同時(shí)接受多個(gè)測量電極的傳導(dǎo)電流，一次獲得一段二維剖面的電位分布。經(jīng)測量系統(tǒng)的逐級觀測，完成全線的勘查工作。采用赤道偶極標(biāo)量裝置進(jìn)行觀測，同時(shí)測量3個(gè)Ex和1個(gè)Hy。

（5）數(shù)據(jù)處理。本次數(shù)據(jù)處理采用成都理工大學(xué)MTsoft2D軟件，首先對原始資料畸變點(diǎn)進(jìn)行單點(diǎn)編輯圓滑，再做靜位移校正，最后進(jìn)行一維和二維反演。對反演得到的數(shù)據(jù)在SURFER中進(jìn)行樣條插值處理并成圖。

2.2 音頻大地電磁（AMT）

（1）音頻大地電磁剖面布設(shè)。本次野外工作使用加拿大鳳凰地球物理公司生產(chǎn)的V8多功能電法儀。音頻大地電磁測深勘探頻率取0.1Hz，結(jié)合測區(qū)實(shí)際情況，本次音頻大地電磁測深勘探增益倍數(shù)選取×1，剖面布設(shè)全部采用亞米級GPS確定測點(diǎn)位置。

（2）接收裝置布設(shè)。a.水平磁棒埋入土中，入土深度不小于20cm，并確保圓水泡居中確保磁棒水平，方位誤差小于1°。b.在測量電極四周墊土，周圍澆鹽水降低接地電阻，確保電極接地電阻小于2kΩ。c.接收導(dǎo)線、磁棒連線均不能懸空，每隔一定距離需用石塊進(jìn)行壓實(shí)，防止晃動產(chǎn)生電磁干擾。

（3）數(shù)據(jù)采集。本次音頻大地電磁深采用四個(gè)電極、兩個(gè)磁探頭開展測量，南北向布設(shè)的電極MN測量電位差并計(jì)算得到電場水平分量Ex；東西向布設(shè)的電極MN測量電位差并計(jì)算得到Ey。Hx磁探頭和Hy磁探頭相互垂直布設(shè)。

（4）數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)處理流程與可控源音頻大地電磁同理。

2.3 地面高精度磁測

（1）磁測基點(diǎn)（日變站）布設(shè)。本次磁測使用加拿大GSM-19T型質(zhì)子磁力儀。在測試區(qū)開始前、工作結(jié)束后和儀器維護(hù)后對儀器進(jìn)行性能測試，包括各儀器的噪聲測試、探頭測試、一致性測量等。磁測量的總基點(diǎn)應(yīng)位于法向磁場中，且附近無磁干擾。地質(zhì)磁場的水平梯度和垂直梯度變化不大，在半徑2米、高差0.5米范圍內(nèi)變化不超過1nT。高精度磁測工作基點(diǎn)的選擇符合規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。

（2）地質(zhì)測點(diǎn)觀測方法技術(shù)。地質(zhì)測點(diǎn)使用GSM-19T型微機(jī)質(zhì)子磁力儀作總場觀測。

每個(gè)封閉觀測單元的觀測必須從校正點(diǎn)開始，到校正點(diǎn)結(jié)束。定時(shí)點(diǎn)日變化校正前后的讀數(shù)差應(yīng)小于5nT。觀察員必須嚴(yán)格“退磁”，不得攜帶任何鐵磁性材料。每次觀察時(shí)，探頭的高度應(yīng)保持一致。若觀測中發(fā)生事故，觀測者應(yīng)返回事故發(fā)生前已完成的測點(diǎn)進(jìn)行重復(fù)觀測。

（3）日變觀測。日變觀測點(diǎn)的布置按照每個(gè)日變點(diǎn)控制50 km范圍的原則。日變化點(diǎn)位于法向場，附近無磁干擾。磁場的水平梯度和垂直梯度變化不大，在半徑2米、高差0.5m范圍內(nèi)變化不超過1nT。本次工作日變觀測使用儀器中性能最好的GSM-19T型微機(jī)質(zhì)子磁力儀，每20秒觀測一次。

在一個(gè)工作日內(nèi)，日變觀測始于各儀器的早基點(diǎn)觀測之前，終于晚基點(diǎn)觀測之后。

（4）數(shù)據(jù)處理。原始記錄當(dāng)天及時(shí)發(fā)送到電腦，100%自檢驗(yàn)收，確保記錄數(shù)據(jù)的完整性，原始觀測文件通過后保存。內(nèi)部行業(yè)的計(jì)算主要包括儀器一致性精度計(jì)算、基點(diǎn)T0值計(jì)算、測點(diǎn)△T值計(jì)算、質(zhì)量檢測精度計(jì)算等。

測量點(diǎn)的原始觀測值需要通過基點(diǎn)、法向場、日變化和高度進(jìn)行校正。正常地磁場校正采用國際地磁場參考場IGRF2000模型計(jì)算。每次校正的最小校正值為0.1nT。計(jì)算完成后，將觀測記錄和計(jì)算結(jié)果統(tǒng)一打印，繪制結(jié)果圖，檢查是否有突變。

3 解釋推斷

3.1 異常解釋原則

本次物探工作解釋推斷遵從“由已知到未知”的原則，剖面起點(diǎn)一般部署在有基巖露頭的位置，結(jié)合物性測定結(jié)果，總結(jié)了各主要巖性的電性、磁性特征，再在覆蓋區(qū)開展了CSAMT、AMT和高精度磁法剖面測量工作，基本達(dá)到了勘查目的。

3.2 剖面電、磁異常特征

P1剖面完成點(diǎn)距40m高精度磁法剖面7600m；完成CSAMT測點(diǎn)77個(gè)，點(diǎn)距100m。

（1）電性特征。在P1剖面CSAMT測量卡尼亞電阻率反演斷面圖上，根據(jù)電阻率幅值差異，在反演斷面圖上，該區(qū)間電阻率由淺部的1000Ω·m左右向深部逐漸增大至10000Ω·m以上，梯度隨深度變化不大。根據(jù)地表露頭認(rèn)為該區(qū)間深部巖性為花崗巖，巖體相對比較完整。第四系覆蓋地段地表。單點(diǎn)卡尼亞電阻率曲線總體呈H型。自7680Hz～8Hz曲線平穩(wěn)下降，卡尼亞電阻率從100Ω·m下降至10Ω·m左右，8Hz～0.25Hz 曲線直線呈上升趨勢，卡尼亞電阻率從10Ω·m上升至80Ω·m以上。

（2）磁性特征。由P2剖面△T曲線形態(tài)及幅值特征分析，在1000m～3400m之間發(fā)現(xiàn)正負(fù)伴生磁異常，曲線呈鋸齒狀跳躍，△T極大值與極小值差值約1500nT。結(jié)合異常查證結(jié)果推測該異常為輝長巖體引起，輝長巖中磁性礦物的不均勻富集引起了△T曲線的跳躍。

3.3 構(gòu)造特征

（1）P1剖面構(gòu)造特征。P1剖面發(fā)現(xiàn)斷層破碎帶1處。由P1剖面反演斷面圖可見，在7600～8000號點(diǎn)深部有低阻異常帶一處，異常北傾，深度介于-400m～-1500m之間，異常帶電阻率幅值較低。由推測地層斷面圖發(fā)現(xiàn)，該異常帶位于推測花崗巖侵入體與地層結(jié)構(gòu)之間。區(qū)域地質(zhì)資料顯示，該剖面花崗巖體為中三疊世侵入巖，主要沿北北西向斷裂侵入于元古界、石炭系、三疊系地層之中。

（2）P2剖面構(gòu)造特征。P2剖面發(fā)現(xiàn)斷層破碎帶2處。其中，在3200～3600號點(diǎn)深部發(fā)現(xiàn)低阻異常帶一處，該段落電阻率值整體相對周圍較低，電阻率等值線呈現(xiàn)一自地表向下延伸的條帶狀低阻異常，?=50～200Ω·m，結(jié)合地質(zhì)資料推斷該部分為輝長巖體與片麻巖之間的斷層破碎帶，該斷層為正斷層，傾向北，傾角約82°。

4 結(jié)論

（1）本次物探工作根據(jù)設(shè)計(jì)及規(guī)范要求對實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行了相關(guān)處理，根據(jù)反演結(jié)果進(jìn)行了了綜合解釋推斷，劃分了地層結(jié)構(gòu)界限，推測了覆蓋層厚度及花崗巖巖體埋深。

（2）P1剖面6500～7500測點(diǎn)間花崗巖體埋深500m左右，其上覆地層為第四系；7500～8600測點(diǎn)間花崗巖體埋深約在500～1500m之間，上覆地層主要為第四系砂礫黏土層、二疊系石英質(zhì)砂巖、砂質(zhì)板巖層和元古代金水口（巖）群片巖、片麻巖層。

（3）P2剖面1000～3200測點(diǎn)間第四系覆蓋層厚度0m～300m，基底巖性為輝長巖主要為沖洪積砂礫石；3600～6200測點(diǎn)間第四系覆蓋厚度300m～700m，基底巖性為元古代片麻巖；6600～9000測點(diǎn)間第四系覆蓋厚度700m～1600m，基底巖性為元古代片麻巖。