天然場音頻電磁法在蒙古國朝格陶勒蓋銅鉛鋅多金屬礦勘查中的應(yīng)用研究

楊曉弘，徐質(zhì)彬，張利軍，陳海龍，楊海燕

(湖南省有色地質(zhì)勘查研究院，湖南 長沙 410015)

0 引言

音頻大地電磁測深法(AMT)以其高效和輕便的特點在地球物理勘探中一經(jīng)出現(xiàn)就獲得廣泛的應(yīng)用[1]，近年來，AMT法越來越廣泛地應(yīng)用于中、深部礦床定位及構(gòu)造探測中，并取得了很多有用成果[2-7]。在內(nèi)蒙古鉬礦區(qū)、云南省寧蒗縣多金屬礦等著名成礦區(qū)和礦床中、深部礦體的發(fā)現(xiàn)，表明音頻大地電磁法在尋找深部有色金屬礦等方面具有巨大的潛力[8]。此外，該方法也容易受到人文電磁信號的干擾，采集數(shù)據(jù)受傳統(tǒng)方法的制約，數(shù)據(jù)密度較稀，給中深部的異常解譯帶來不便。

朝格陶勒蓋銅鉛鋅多金屬礦位于蒙古國蘇赫巴托省西烏爾特市西10 km的一個河谷中，大地構(gòu)造位置屬于阿爾泰—北蒙古成礦省，南克魯倫銅多金屬成礦帶的阿雷魯爾斯克成礦帶的西南部[1]。工作區(qū)地表多處發(fā)現(xiàn)矽卡巖化蝕變帶，成礦條件良好，地理條件優(yōu)越，地廣人稀，人文電磁干擾小，適合開展物探工作。本文以朝格陶勒蓋銅鉛鋅多金屬礦為研究對象，采用AMT法對礦區(qū)內(nèi)巖性接觸帶及地下構(gòu)造進行探測，運用最新的數(shù)據(jù)處理軟件對采集數(shù)據(jù)進行分析，研究并推測礦區(qū)中、深部礦體的空間展布特征[9-11]，能夠大幅增加斷面數(shù)據(jù)密度，提高數(shù)據(jù)解譯的精度。研究成果不僅有利于該種方法的應(yīng)用研究，也為其他礦區(qū)的找礦研究工作提供支撐與借鑒作用。

1 區(qū)域及礦區(qū)地質(zhì)背景

1.1 區(qū)域地質(zhì)背景

區(qū)域出露的地層主要為前泥盆紀變質(zhì)巖(褶皺基底)和泥盆系火山-沉積巖夾碳酸鹽巖及早白堊世的陸相沉積巖組成雙蓋層，白堊紀巖石類型有含煤頁巖、砂巖、礫巖和粉砂巖。構(gòu)造主要為NE向構(gòu)造控制了早白堊世地層的分布，勘查區(qū)南部近EW向構(gòu)造則控制了白堊紀盆地南緣隆起帶及區(qū)域巖漿巖的產(chǎn)出和分布。區(qū)內(nèi)巖漿巖活動強烈，分布有大面積的海西期花崗巖類及部分印支期酸性巖脈。

1.2 礦區(qū)地質(zhì)特征

1.2.1 地層

礦區(qū)內(nèi)出露的地層主要為下泥盆統(tǒng)(D1vm)和第四系(Q)，圖1為朝格陶勒蓋銅鉛鋅多金屬礦區(qū)地質(zhì)圖。

圖1 朝格陶勒蓋銅鉛鋅多金屬礦區(qū)地質(zhì)圖Fig.1 Geological map of Cu-Pb-Zn polymetallic mining area in Chao-ge Tolgoi1—第四系砂礫石 2—中泥盆統(tǒng)變質(zhì)砂巖、板巖 3—下泥盆統(tǒng)角巖 4—下泥盆統(tǒng)大理巖 5—華力西晚期花崗巖 6—花崗閃長巖 7—流紋巖 8—矽卡巖 9—地質(zhì)界線 10—勘探線及編號

下泥盆統(tǒng)(D1vm)：分布于礦區(qū)北部及中部。按巖性自上而下可分為三段：上段石英角巖(D1vmc)，中段大理巖(D1vmb)和下段絹云母板巖(D1vma)。

上段(D1vmc)：巖性為石英角巖，灰—灰綠色，變晶結(jié)構(gòu)、角巖結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。礦物成分主要為石英、堇青石，少量綠泥石及碳酸鹽。與下伏地層大理巖段呈整合接觸。

中段(D1vmb)：主要由矽卡巖(sk)和大理巖(D1vmb)組成。矽卡巖：位于礦區(qū)的中部，大理巖與花崗(閃長)巖接觸帶，走向北東，傾向北西，傾角較緩，寬0.7～7.5 m。深褐色，變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，礦物成分主要為石榴石、方解石、石英，次為磁鐵礦。大理巖：分布于礦區(qū)的中部及東南部，與花崗巖呈侵入接觸。呈灰白色—白色，粒狀變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，細裂紋發(fā)育。礦物成分主要為方解石，極少量鐵質(zhì)物、石英。

下段(D1vma)：深灰—灰黑色，變余粉砂狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。礦物成分主要為絹云母、石英，次為碳酸鹽礦物，少量鐵質(zhì)物。

第四系殘坡積、沖積物，主要分布在溝谷等低洼地段，部分覆蓋了蝕變巖石及礦化體。覆蓋層厚度較薄。

1.2.2 構(gòu)造

礦區(qū)內(nèi)褶皺不發(fā)育，主要表現(xiàn)為走向北東、傾向北西的單斜構(gòu)造。

1.2.3 巖漿巖

噴出巖：區(qū)內(nèi)出露的噴出巖主要為流紋巖，呈灰—灰紫色，斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶為石英、斜長石、鉀長石。

1.2.4 圍巖蝕變

圍巖蝕變主要有矽卡巖化。由于花崗巖的侵入作用，使砂質(zhì)巖石、黏土質(zhì)巖石和凝灰?guī)r變成斑點狀頁巖和角巖，而在花崗巖附近，石灰質(zhì)巖石重結(jié)晶為大理巖或由雙交代作用形成矽卡巖。區(qū)內(nèi)的矽卡巖主要是石榴石矽卡巖，含數(shù)量不等的磁鐵礦。

1.2.5 礦化特征

通過對朝格陶勒蓋探礦區(qū)地質(zhì)調(diào)查、礦化點撿塊樣分析和露頭觀察，礦區(qū)出露有較大面積矽卡巖，鈣鐵石榴子石矽卡巖化強烈的地區(qū)，磁鐵礦化、黃鐵礦化較明顯，巖石硬度在空間上呈漸變特征，與矽卡巖化、硅化程度相關(guān)?；◢弾r中均分布有大理巖巖層殘留體，其周圍接觸帶及其附近一般分布角巖、矽卡巖，并向花崗巖過渡。位于接觸帶附近的花崗巖地表具有明顯的磁鐵礦化、鉛鋅礦化現(xiàn)象，大理巖層中斷裂構(gòu)造比較發(fā)育。地表撿塊樣分析顯示，接觸帶礦化較明顯。

2 物探方法原理與數(shù)據(jù)處理

2.1 物探方法原理

音頻大地電磁法(AMT)場源與大地電磁測深(MT)一樣是利用天然交變電磁場作為場源，觀測天然變化的電磁場的時間域序列信號，并通過換算將其轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率域數(shù)據(jù)，提取視電阻率曲線與相位曲線特征信息。通常需要通過反演計算，得到地層的電阻率及其他的電性信息，從而達到研究地下電性分布規(guī)律、探測地層巖性分布和地質(zhì)結(jié)構(gòu)等目的[7]。該方法的缺點是容易受人文電磁信號的干擾，在遇到強電磁信號干擾或者高壓電線時，天然場信號序列就會紊亂時效，在本礦區(qū)開展該方法具有先天優(yōu)勢，基本沒有人文電磁信號干擾，可以取得較高質(zhì)量的數(shù)據(jù)。其次，由于該技術(shù)方法設(shè)備適應(yīng)性強，便于野外施工。

2.2 數(shù)據(jù)處理

本次使用儀器為EMI和Geometrics公司研制的EH4型連續(xù)電導率剖面儀，采用標量測量，點距20 m，天然場工作方式。目前廣泛使用的EH4數(shù)據(jù)處理軟件主要以儀器系統(tǒng)自帶的IMAGEM處理軟件為主，近年來隨著計算機技術(shù)的不斷進步和應(yīng)用的成熟，先后開發(fā)出了適合快速資料處理的數(shù)據(jù)處理軟件。EH4 Data Processing Program 是嚴格依據(jù)大地電磁測深數(shù)據(jù)處理理論編制的軟件，具有通用性強，大幅提高數(shù)據(jù)頻點的密度等特點。EH4 Data Processing Program 數(shù)據(jù)處理基本流程見圖2，首先讀取時間序列文件，通過 Hilbert-huang transformation (HHT)分析信號，進行基線矯正，消除隨機噪聲，進行功率譜分析，最后重構(gòu)阻抗文件。數(shù)據(jù)儲存格式方便用IMAGEM程序進行二維反演，經(jīng)處理的數(shù)據(jù)頻點是原始Z文件頻點的5～6倍，有效提高測深斷面縱向分辨率和推斷解釋的可靠性。

圖2 EH4數(shù)據(jù)處理框架圖Fig.2 Data processing framework of EH4

3 物探異常解譯及工程驗證

3.1 巖礦石物性特征

研究區(qū)測定和收集了多種巖(礦)石的電性參數(shù)和磁性參數(shù)(物性測定參數(shù)見表1)。作為花崗巖侵入作用與石灰質(zhì)巖石重結(jié)晶而成的大理巖或由雙交代作用形成矽卡巖，其電阻率值相對較高，其次，石英角巖也表現(xiàn)為高電阻率特征，巖漿巖則主要表現(xiàn)為中、高電阻率。其他砂巖、粉砂質(zhì)板巖隨著壓力及含水性不同電阻率不穩(wěn)定，但通常表現(xiàn)為低電阻率特征。區(qū)內(nèi)矽卡巖主要為石榴石矽卡巖，含磁鐵礦故表現(xiàn)為中高電阻率、高極化率，強磁性等物性特征。

表1 測區(qū)巖礦石物性參數(shù)Table 1 Physical parameters of rocks and ores in the survey area

3.2 數(shù)據(jù)反演及異常解譯

根據(jù)朝格陶勒蓋銅鉛鋅多金屬礦區(qū)地質(zhì)圖，區(qū)內(nèi)巖漿活動劇烈，在與砂巖、角巖、大理巖接觸部位地表，發(fā)現(xiàn)有北東南西向的矽卡巖化、大理巖化蝕變帶，蝕變帶寬度在3.8～18.5 m，傾向北西，傾角較緩，深褐色，變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，礦物成分主要為石榴石、方解石、石英，次為磁鐵礦。垂直蝕變帶走向，在該區(qū)布設(shè)一條長度1200 m音頻大地電磁測深剖面，點距為20 m，點號從北向南，由西向東由小增大。對采集數(shù)據(jù)用EH4 Data Processing Programme 軟件處理，可以大幅度提高數(shù)據(jù)量，增加解譯的可靠性，圖3為3號勘探線音頻大地電磁測深(AMT)二維反演擬斷面圖。

圖3中電阻率呈測線兩端高，中間低的特征，中部低阻區(qū)域電阻率等值線呈垂向分布，推測為斷裂破碎帶的反映。測線起始段地下高阻區(qū)域電阻率值與砂巖、角巖相近，測線穿過區(qū)域亦吻合，推測地下高阻為角巖的反映。斷面圖中右側(cè)高阻區(qū)域分上下兩塊，上部高阻區(qū)域推測為大理巖等，下部高阻區(qū)推測為上侵巖漿巖，上下高阻交接部位有中、低電阻率區(qū)域，推測為蝕變帶分布區(qū)域。推測是較好的成礦部位。

圖3 L3線音頻大地電磁測深(AMT)二維反演擬斷面圖Fig. 2-D inversion pseudo-section map of Audio Magnetotelluric Sounding (AMT) of L3 line

3.3 工程驗證及討論

為了對AMT反演數(shù)據(jù)成果進行分析與驗證，分別在3號實驗剖面布置了鉆探工程，鉆孔編號分別為ZK3-4、ZK3-5、ZK3-6、ZK3-8和ZK3-10，對推測的構(gòu)造與成礦部位進行驗證。

鉆探結(jié)果表明，共有3個孔見礦，礦體位于下泥盆統(tǒng)大理巖與花崗巖接觸帶上，呈透鏡狀或似層狀產(chǎn)出，埋藏深度為134～315 m，見礦高程828～1025 m。走向北東，沿走向控制長300 m，傾向北西，傾角10°～38°(3號線鉆孔地質(zhì)剖面圖見圖4)。在圖中點位200 m (ZK3-10)位置由鉆孔揭露的砂巖、板巖與角巖分布的情況可知，該位置存在一條產(chǎn)狀較陡的斷裂構(gòu)造。此外，本區(qū)攜帶含礦物質(zhì)成分的巖漿巖在與大理巖之間的交代作用下形成矽卡巖是本區(qū)的主要容礦物質(zhì)。

圖4 朝格陶勒蓋銅鉛鋅多金屬礦區(qū)L3線地質(zhì)剖面圖Fig.4 Geological section map of L3 line in Cu-Pb-Zn polymetallic mining area of Chao-ge Tolgoi1—第四系坡積物 2—中泥盆統(tǒng)變質(zhì)砂巖、板巖 3—下泥盆統(tǒng)石英角巖 4—下泥盆統(tǒng)大理巖 5—變質(zhì)砂巖 6—石英角巖 7—大理巖 8—華力西晚期花崗巖 9—花崗閃長巖 10—矽卡巖 11—破碎帶 12—鉆孔位置 13—見礦孔及編號 14—未見礦孔及編號 15—樣槽及編號 16—鉛鋅礦體

根據(jù)鉆孔工程可知，見礦厚度在0.75～3.45 m，平均厚度為2.06 m，礦體厚度變化系數(shù)為53%。礦體單樣品位Pb 0.01%～6.51%、Zn 6.13%～28.49%、Ag 14.7×10-6～91.9×10-6；平均品位Pb 1.12%、Zn 9.87%、Ag 39.6×10-6(3號勘探線樣品分析結(jié)果見表2)。

表2 朝格陶勒蓋銅鉛鋅多金屬礦區(qū)3號勘探線樣品分析結(jié)果Table 2 Analysis data of the samples in Chao-ge Tolgoi Cu-Pb-Zn polymetallic mining area

本區(qū)的找礦標志為接觸交代作用形成的矽卡巖，其為主要的容礦巖石，銅、鉛、鋅等的分布基本上與矽卡巖的分布一致。根據(jù)地層及蝕變分布特征，本區(qū)存在較好的找礦潛力。

4 結(jié)論

通過在朝格陶勒蓋銅鉛鋅多金屬礦區(qū)開展AMT測深工作，結(jié)合地質(zhì)資料并運用最新的數(shù)據(jù)處理軟件，在探查中、深部地質(zhì)體構(gòu)造及劃分圍巖接觸帶位置等，具有良好的分辨能力和效果。通過鉆孔驗證表明，該方法在應(yīng)用于成礦類型為巖漿熱液交代類型礦床時，能夠提供豐富數(shù)據(jù)信息，本次應(yīng)用研究可為同類型礦山找礦工作提供借鑒與參考。

續(xù)表2