綜合物探方法在崤山薄脈型金多金屬礦找礦的應(yīng)用探究

金旺林 ，張進宇，胡麗芳，王艷紅

（1.河南省有色金屬礦產(chǎn)探測工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450000；2.河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第一地質(zhì)大隊，河南 鄭州 450000）

0 前言

崤山、小秦嶺和熊耳山作為華北克拉通南緣3個地理上緊密相鄰的晚中生代變質(zhì)核雜巖發(fā)育區(qū)，三者處于同一大地構(gòu)造位置，具有極為相似的成礦地質(zhì)條件與區(qū)域地質(zhì)演化過程，理應(yīng)具有相當量級的貴金屬和有色金屬資源潛力和找礦前景。然而，崤山地區(qū)卻在資源發(fā)現(xiàn)上比小秦嶺或熊耳山明顯滯后。目前，研究區(qū)已發(fā)現(xiàn)的礦產(chǎn)資源主要分布在礦床淺中部，中深部成礦規(guī)律硏究、資源潛力評價水平、找礦預(yù)測和勘查程度均較低，長期以來沒有開展系統(tǒng)性研究與深部勘查技術(shù)方法研究，深部找礦急需突破。同時，在找礦方法上主要依賴就礦找礦，手段上主要依據(jù)傳統(tǒng)的地質(zhì)測量、化探、鉆探等，以往采用的物探技術(shù)方法在中深部成礦預(yù)測與勘查工作中成效甚微，亟需新的物探技術(shù)組合方法來提升中深部礦體預(yù)測與探測精度，推動中深部找礦突破。

可控源音頻大地電磁法（CSAMT）是一種頻率域電磁感應(yīng)法，它借助測量的電場和磁場信號，利用卡尼亞電阻率計算公式，近似計算出地層視電阻，從而達到電阻率測深的目的，頻率越低探測深度越深（湯井田和何繼善，2005）?？煽卦唇暝诘V山（馬振波等，2012）、地熱（陳明生和閆述，2005）及油氣勘探等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，取得了很好的效果，并進一步得到推廣（李金銘，1996）。由于可控源大地電磁法探測深度較大，并且兼有剖面和測深雙重性質(zhì)（何繼善，1990），因此具有諸多優(yōu)點：第一，使用可控制的人工場源，測量參數(shù)為電場與磁場之比的卡尼亞電阻率,增強了抗干擾能力，并減少地形的影響（陳樂壽，1990）；第二，利用改變頻率而非改變幾何尺寸進行不同深度的電測深，提高了工作效率（楊長福和徐世浙，2005）；第三，探測深度范圍大（郭建強和武毅，1998）；第四，橫向分辨率高，可以靈敏地發(fā)現(xiàn)斷層（劉劍飛，2011）；第五，高阻屏蔽作用小，可以穿透高阻層（趙飛，2012）。激發(fā)極化法是以地下不同巖、礦石激電效應(yīng)之差異為地球物理探測基礎(chǔ)，通過觀測和研究大地激電效應(yīng)，以探查地下地質(zhì)情況的一種方法（蒲舉等，2011）。激發(fā)極化法主要測量視電阻率和視極化率等參數(shù)。因此可控源與激電測深方法組合能更高效的圈定找礦靶區(qū)，能迅速確定薄脈型礦床找礦目標。

1 地質(zhì)概況

1.1 區(qū)域地質(zhì)特征

研究區(qū)大地構(gòu)造位置屬于華北地塊南緣，主要由克拉通結(jié)晶基底和蓋層組成，克拉通結(jié)晶基底為太古宇太華群中深變質(zhì)巖建造，克拉通蓋層巖系為中元古界熊耳群火山巖建造、中元古界官道口群碎屑巖-碳酸鹽巖沉積建造等。太古宇太華群具有多期次、深層次強烈變質(zhì)變形的特點，蓋層巖系以淺層次的脆韌性-脆性變形為主，區(qū)域性構(gòu)造以近東西向為主，疊加北東向構(gòu)造，發(fā)育多期推覆構(gòu)造和伸展構(gòu)造（高帥等，2015）。巖漿活動主要集中于太古代、中元古代早期及中生代。

區(qū)域出露地層可分為上、中、下三個構(gòu)造層。下構(gòu)造層為新太古界太華群中深變質(zhì)巖系，它構(gòu)成了整個華熊地區(qū)的早前寒武紀結(jié)晶基底；中構(gòu)造層為中元古界熊耳群，為中元古代早期噴發(fā)沉積的基性到酸性火山巖系，不整合覆蓋于太華群之上，其上又不整合或假整合地覆蓋了一套官道口群濱海相沉積物；上構(gòu)造層為不整合堆積于太華群、熊耳群之上的新生界洪積-沖積相與河湖相碎屑沉積物。此外，在熊耳山東側(cè)的個別盆地中（如九店盆地）還零星產(chǎn)出有白堊紀火山碎屑沉積巖。它們記錄著秦嶺造山帶長期構(gòu)造發(fā)展史中不同階段多種構(gòu)造運動的性質(zhì)和特征，包含著豐富的殼幔相互作用的信息（圖1）。

圖1 熊耳山-崤山研究區(qū)大地構(gòu)造位置示意圖（據(jù)高帥等，2015）

1.2 研究區(qū)地質(zhì)特征

研究區(qū)突出的地質(zhì)特征是具有結(jié)晶基底和蓋層的雙層結(jié)構(gòu)，構(gòu)造變形基底具多期次、深層次強烈變質(zhì)變形的特點，蓋層巖系變形相對簡單、變質(zhì)輕微，以淺層次的脆韌性—脆性變形為主。區(qū)域性構(gòu)造以近東西向為主，疊加北東向構(gòu)造，發(fā)育多期推覆構(gòu)造和伸展構(gòu)造。區(qū)域巖漿侵入活動頻繁并伴有火山噴發(fā)作用，太古代、中元古代、中生代時期的巖漿巖廣泛發(fā)育（圖2）。

圖2 崤山地區(qū)礦產(chǎn)地質(zhì)圖（據(jù)宋立強，2015）

2 研究區(qū)地球物理特征

2.1 工作方法及原理

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）的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的人工源頻率域測深方法（湯井田和何繼善，2005）。CSAMT采用可控制人工場源（A.A.考夫曼和凱勒，1987）。測量由電偶極源傳送到地下的電磁場分量，兩個電極電源的距離為1～2 km。測量是在距離場源5～10 km 以外的范圍進行。它通過沿一定方向（設(shè)為X方向）布置的供電電極AB向地下供入某一頻率f的諧變電流I=I0e-iωt（角頻率ω=2πf），在一側(cè)60度張角的扇形區(qū)域內(nèi)，沿X方向布置測線，沿測線逐點觀測相應(yīng)頻率的電場分量Ex和與之正交的磁場分量Hy，進而計算卡尼亞視電阻率aρ和阻抗相位（李金銘，1996）（王玉林和顧廣宇，2013）。

卡尼亞視電阻率aρ和阻抗相位Фz計算公式如下:

（1）～（2）式中，Фz、ФEx、ФHy分別為Z阻抗相位、Ex和Hy的阻抗相位。μ是大地的磁導(dǎo)率，通常取真空中的磁導(dǎo)率μ0=4π×10-7H/m。實際應(yīng)用中μ就按真空中的磁導(dǎo)率計算。在音頻段（n×10-1～n×103Hz）逐次改變供電電流和測量頻率，便可測出卡尼亞視電阻率和阻抗相位隨頻率的變化，從而得到卡尼亞視電阻率、阻抗相位隨頻率的變化曲線，完成頻率測深的目的（何繼善，1990）。

對CSAMT數(shù)據(jù)近場改正后，采用MT的二維反演理論對剖面進行反演（張國鴻和李仁和，2010），二維反演是假定大地電性結(jié)構(gòu)為二維的，即地下介質(zhì)的電性在垂直于勘探剖面的方向上不變，而沿剖面方向和隨深度發(fā)生變化的一種反演方法（鄧申申和趙振國，2011）。與一維反演相比，二維反演的假設(shè)更接近于真實的地電情況，在對二條長剖面的解釋中采用的是二維反演方法（魏明君等，2011）。二維反演采用的是連續(xù)介質(zhì)反演方法，其不受任何先驗認識的約束下，將剖面進行薄層單元分塊劃分，而后進行電性擬合，求得各單元的電阻率，在斷面上呈現(xiàn)出電性分布的圖象，以此進行地質(zhì)認識與解釋。

為適應(yīng)反演方法的要求，在縱向上對模型進行離散化，每個薄層用一個連續(xù)函數(shù)來描述其橫向電阻率變化（王建新等，2014），因此，二維連續(xù)模型就可以用一組連續(xù)函數(shù)集來描述。二維連續(xù)介質(zhì)反演就是通過最佳擬合一條剖面上的大地電磁響應(yīng)函數(shù)（視電阻率、阻抗相位）求各個薄層的電阻率連續(xù)函數(shù)的具體形式（孫治新等，2017）。

2.2 礦區(qū)典型標本電性參數(shù)

秦嶺造山帶是在漫長的構(gòu)造作用及地質(zhì)演化過程中，物性（如磁性、密度等）相同或不同的巖層發(fā)生拉張、擠壓、剪切而形成，因而具有獨特的地球物理場特征，根據(jù)地球物理場的分析解譯，可提供深層的地層、構(gòu)造、巖漿巖等地質(zhì)信息。

通過在崤山地區(qū)進行大量的電法工作，并進行了大量的電性參數(shù)測試，統(tǒng)計數(shù)據(jù)略有差異，其中有代表性的電性參數(shù)見表1。從表1可以看出礦石和巖石間存在明顯的極化率差異，可作為找礦標志；而礦石和圍巖電阻率差異不太明顯，但其賦存位置（斷層、侵入構(gòu)造）會表現(xiàn)出電阻率差異，可作為找礦參考。

表1 崤山金礦區(qū)標本電參數(shù)一覽表

綜上所述，該區(qū)金銀多金屬礦表現(xiàn)出高極化率異常和電阻率異常，圍巖與礦化體之間存在明顯的電阻率差異，據(jù)此，可選用可控源音頻大地電磁法與激電測深組合方法綜合對比研究，尋找最有利的含礦構(gòu)造及賦存部位。

3 物探成果綜合解釋

3.1 已知剖面試驗情況

本次在寺家溝-寬坪礦區(qū)已知礦體上布設(shè)可控源大地電磁測深剖面1條（2600線），從2600線電阻率反演剖面結(jié)果（圖3a）顯示，在圖中兩條三點虛線中間區(qū)域畫出的構(gòu)造破碎帶位置與地質(zhì)剖面一致，圖中中間構(gòu)造破碎帶下部區(qū)域位置推測的脈狀含礦層，與鉆孔揭露的礦脈相吻合。因此，推測含礦有利部位位于構(gòu)造破碎帶中，并且是陡傾狀薄脈型礦體。通過在已知剖面的試驗工作，發(fā)現(xiàn)成礦有利部位在物探剖面上的表現(xiàn)形式，再根據(jù)物探剖面上類似構(gòu)造破碎帶位置，結(jié)合地質(zhì)情況，推測礦脈的傾向。

3.2 未知剖面礦體預(yù)測情況

2800線剖面布設(shè)在化探異常中心位置，從2800線剖面電阻率反演結(jié)果（圖3b）顯示，剖面1300～1700 m范圍內(nèi)有一寬低阻異常，結(jié)合已知剖面的反演結(jié)合推測，該低阻異常為構(gòu)造破碎帶，為成礦有利部位，再結(jié)合地質(zhì)資料分析，推測圖中中間虛線為礦脈的位置，虛線上部實線位置推測為脈狀含礦層，后施工鉆孔進行工程驗證，鉆孔見礦位置位于低阻體構(gòu)造破碎帶中心位置，電阻率小于100 Ω·m，見多層品位較富的金礦脈，如圖中虛線上部實線位置為金礦層位，與推測見礦位置相吻合。通過未知剖面實驗工作和已知剖面對比研究，發(fā)現(xiàn)金礦最有利部位集中在化探異常部位上部，并且在電阻率剖面上顯示為構(gòu)造破碎帶位置，研究地質(zhì)資料發(fā)現(xiàn)，低阻破碎帶位置為構(gòu)造活動產(chǎn)生的容礦空間，在后期熱液作用下形成礦化。

圖3 寺家溝-寬坪礦區(qū)2600線（a）及 2800線（b）電阻率反演剖面圖

從2800線剖面電阻率反演結(jié)果顯示，圖中兩條低阻點狀虛線中間位置推測為構(gòu)造破碎帶，推測圖中線狀虛線所指位置為構(gòu)造蝕變帶位置，與已知剖面類似，在剖面構(gòu)造蝕變帶位置布設(shè)鉆孔驗證，在深度500～700 m深度范圍內(nèi)見多層金礦。進一步驗證了低阻破碎帶圈定找礦靶區(qū)，再結(jié)合激電測深極化率數(shù)據(jù)進一步判斷低阻破碎帶是否礦化，最終確定薄脈型礦床成礦有利部位，再根據(jù)電阻率剖面類似電阻率且有極化率異常部位確定為找礦有利部位。

通過已知鉆孔上2600線和未知剖面2800線電阻率反演剖面發(fā)現(xiàn)，首先在化探異常中心部位布設(shè)可控源大地電磁剖面，根據(jù)電阻率反演剖面結(jié)果，推測低阻構(gòu)造破碎帶，再結(jié)合地質(zhì)資料確定是否為與礦有關(guān)的低阻構(gòu)造破碎帶，是否有成礦有利的物質(zhì)來源及熱液活動空間，再在構(gòu)造破碎帶位置上部布設(shè)激電測深點，確定構(gòu)造破碎帶位置是否有高極化體存在，并進一步推測極化體的埋深，產(chǎn)狀，傾向等地質(zhì)信息，為鉆孔布設(shè)提供物探依據(jù)。結(jié)合地質(zhì)資料在構(gòu)造破碎帶位置圈定出構(gòu)造蝕變帶位置，最后根據(jù)推測極化體地質(zhì)信息在構(gòu)造蝕變帶上部布設(shè)鉆孔，通過構(gòu)造蝕變帶圈定很好的見礦靶區(qū)。根據(jù)以上總結(jié)的規(guī)律在未知區(qū)域開展深部薄脈型礦床勘探具有很好的經(jīng)濟效果。

3.3 綜合解釋與成礦預(yù)測

根據(jù)前期各剖面可控源及激電測深成果分析，成礦有利部位主要集中在低阻高極化區(qū)域，深度在標高900～700 m范圍內(nèi)，所以本研究選取標高800 m做水平切片圖，根據(jù)800 m標高電阻率平面圖顯示（圖4），低阻區(qū)域如圖中點狀虛線圈定位置，圖中低阻區(qū)域推測為構(gòu)造破碎帶，從圖中看出破碎帶往東逐漸減小，圖中線狀虛線推測為構(gòu)造蝕變帶位置，根據(jù)電阻率平面圖推測，圖中構(gòu)造蝕變帶位置為成礦有利部位。后期經(jīng)過鉆孔驗證，見礦效果明顯。從已知到未知，已知指導(dǎo)未知，并進一步指導(dǎo)下一步找礦工作；另一方面通過在已知礦上的試驗工作驗證物探方法組合的有效性（雷達等，2004），尋找到一套適合于薄脈型多金屬礦的找礦物探組合方法。

圖4 寺家溝-寬坪礦區(qū)800 m標高電阻率等值線平面圖

4 結(jié)論

通過在崤山地區(qū)已知和未知礦脈剖面開展試驗工作表明，可控源大地電磁勘查技術(shù)方法和激電測深物探技術(shù)方法具有很好的找礦前景，借助該物探方法組合在崤山地區(qū)開展大面積物探找礦工作，對老礦區(qū)申家窯-葫蘆峪深部金礦和河南省寺家溝-胡溝金礦詳查取得了重要找礦突破。經(jīng)初步估算，寺家溝-胡溝金礦詳查項目共查明（332）+（333）金金屬量8.2 t，銀金屬量295.99 t，鉛鋅金屬量5.53萬噸；申家窯-葫蘆峪葫蘆峪深部金礦普查項目共求得（333）+（334）？金金屬量8 t，銀金屬量300 t，鉛鋅金屬量4萬噸。根據(jù)本礦區(qū)物探方法找礦實例總結(jié)出以下規(guī)律供參考借鑒：

（1）存在電阻率異常（高阻或低阻），表明該區(qū)存在構(gòu)造帶，且該構(gòu)造帶有地質(zhì)依據(jù)。

（2）構(gòu)造帶上存在極化率異常，由于礦脈窄薄，極化率異常可能較弱。

（3）根據(jù)本次物探綜合研究工作分析，利用激電測深和可控源聯(lián)合勘查尋找構(gòu)造型礦床是十分有效的方法組合。

（4）本次物探資料解釋遵循了從已知到未知，從淺層到深層多次解釋，激電測深和可控源綜合解釋的原則，對以后類似工區(qū)開展物探工作具有很好的指導(dǎo)價值。

（5）本文采用二維連續(xù)介質(zhì)反演方法，與一維反演相比，二維介質(zhì)反演假設(shè)大地電性結(jié)構(gòu)為二維的，這樣假設(shè)更符合真實的地電情況，使解釋與真實情況吻合更加密切。

（6）利用電阻率連續(xù)介質(zhì)二維反演，得到斷面地下電阻率分布特征，并以此為根據(jù)，結(jié)合本區(qū)地層的電性特征，進行了地質(zhì)解釋，獲得了各地層的埋深、展布等地下分布情況。

（7）物探成果要充分結(jié)合地質(zhì)及資料分析，才能發(fā)揮物探對地質(zhì)找礦的服務(wù)作用，真正為地質(zhì)找礦提供指導(dǎo)意義。

（8）綜合多種物探方法比較分析，再結(jié)合地質(zhì)資料，揚長避短，發(fā)揮各種物探方法的優(yōu)勢，可以更好的為地質(zhì)鉆探服務(wù)。