綜合物探方法在銅陵沙灘腳銅多金屬礦外圍找礦中的應(yīng)用

陳志東，王 慧，李永杰

(1.安徽省地球物理地球化學(xué)勘查技術(shù)院，安徽 合肥 230001；2.安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局 321地質(zhì)隊(duì)，安徽 銅陵 244033)

1 引 言

隨著我國(guó)社會(huì)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)礦產(chǎn)資源的需求不斷增長(zhǎng)，金屬礦床深部找礦成為地質(zhì)工作者的必然選擇。金屬礦床深部找礦的基本技術(shù)路線是：地質(zhì)研究是先行基礎(chǔ)條件，物探是技術(shù)支撐間接條件，鉆探是實(shí)現(xiàn)條件[1,2]。隨著物探設(shè)備與技術(shù)不斷創(chuàng)新與發(fā)展，尋找隱伏找礦技術(shù)也在不斷向前進(jìn)步，并取得了一系列的找礦突破[3-5]。

在我國(guó)矽卡巖型銅礦是一個(gè)非常重要的銅礦類型，在其礦床的找礦工作中，應(yīng)用綜合物探方法找礦能夠取得良好的應(yīng)用效果。結(jié)合原有地質(zhì)、重、磁、電異常信息等綜合分析[6]，工作區(qū)淺部物探信息及其他信息豐富，可靠程度高，說(shuō)明本區(qū)有較好的找礦遠(yuǎn)景[7]。本次研究通過(guò)在沙灘腳銅礦外圍開(kāi)展重、磁、電綜合物探工作，建立了隱伏巖(礦)定位的重磁找礦模型，圈定了有利成礦區(qū)，縮小了找礦靶區(qū)，為下一步鉆探施工提供了有力科學(xué)依據(jù)。

2 礦區(qū)地質(zhì)和地球物理特征

2.1 地質(zhì)特征

工作區(qū)在沙灘腳巖體西北約2 km，沙灘腳巖體位于長(zhǎng)江中下游銅陵礦集區(qū)的東部，處于銅陵—戴家匯構(gòu)造—巖漿—成礦帶中的新屋里復(fù)式向斜核部[8,9]、銅陵至南陵多金屬成礦帶東段邊緣。

自中生代以來(lái)，本區(qū)經(jīng)受了印支、燕山期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，形成了大量以中酸—酸性為主的噴出侵入巖。花崗閃長(zhǎng)巖體和周圍蝕變較強(qiáng)，其中圍巖主要為灰?guī)r，在巖體周邊形成數(shù)處中小型的矽卡巖型銅礦，并伴生金銀等。工作區(qū)沙灘腳巖體和銅陵地區(qū)其他巖體的侵入時(shí)期范圍一致，屬于長(zhǎng)江中下游地區(qū)晚中生代早期巖漿巖活動(dòng)的產(chǎn)物[10]。

安徽省銅陵沙灘腳銅礦床屬矽卡巖型銅礦床，主要礦體賦存在與三疊系南陵湖組石灰?guī)r的主接觸變質(zhì)帶中，嚴(yán)格受接觸帶構(gòu)造控制。巖體內(nèi)俘虜體經(jīng)變質(zhì)作用形成的全封型接觸構(gòu)造帶，亦常賦存規(guī)模不等的次要銅礦體。沙灘腳巖體位于工作區(qū)勘探線東南角，如圖1所示[11]，與矽卡巖化花崗閃長(zhǎng)巖體關(guān)系密切，主要礦體賦存在與三疊系南陵湖組石灰?guī)r的主接觸變質(zhì)帶中。

2.2 地球物理特征

礦區(qū)及外圍曾開(kāi)展過(guò)高精度磁法、激電中梯、高精度重力等物探掃面工作，從工作區(qū)的重、磁、電異常平面異常來(lái)看，礦區(qū)具有較好的異常特征，如圖2～圖4所示。

由重力異常圖2可見(jiàn)，重力高向南、東兩側(cè)分別跨過(guò)梯度帶進(jìn)入大片重力相對(duì)平緩區(qū)，相對(duì)平緩區(qū)內(nèi)有近等軸狀或長(zhǎng)條狀局部重力低異常穿插分布其中，并常有磁異常與重力低對(duì)應(yīng)分布，因此推斷重力低多與巖漿巖有關(guān)。重力相對(duì)平緩區(qū)內(nèi)的異常起伏變化反映了該區(qū)域內(nèi)三疊系地層及巖漿巖的分布特征。尤其在工作區(qū)南東側(cè)，重力高、低異常帶互相穿插，交織在一起，反映了巖漿巖與三疊系地層有良好的接觸和作用空間。該區(qū)域有大片的激電異常分布，顯示了較好的找礦前景。

由圖3可見(jiàn)，該區(qū)磁異常主要呈現(xiàn)為極值高、梯度大的多峰值異常群及線性的較為狹窄的強(qiáng)磁異常帶展布。磁異常主要相對(duì)集中分布在工作區(qū)中部一帶，與該部位火山巖分布范圍大致相當(dāng)，且對(duì)應(yīng)磁異常分布區(qū)域視電阻率主要顯示為低阻特征如圖4所示，其邊界電阻率異常等值線呈密集梯度帶展布，與周邊地層界線清晰。因此，推斷該處磁高、重低及低電阻率組合異常主要為巖漿巖的反映。另在工作區(qū)北西及南東外側(cè)也有磁異常分布，并分別延伸出圖。前者主要為形態(tài)不規(guī)整的多峰值磁異常，可能與火山巖有關(guān)；后者為寬緩背景場(chǎng)及其周邊疊加的若干次級(jí)磁異常組成，可能為沙灘腳巖體及其接觸帶上產(chǎn)生的礦化所引起。

1-第四系；2-蝌蚪山組上段；3-蝌蚪山組中段；4-蝌蚪山組下段；5-赤沙組；6-中分村組上段；7-南陵湖組下段；8-和龍山組；9-殷坑組；10-大隆組；11-龍?zhí)督M；12-孤峰組上段；13-孤峰組下段；14-棲霞組上段；15-棲霞組下段；16-船山、黃龍組；17-石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖；18-早白堊世次火山巖—流紋斑巖；19-已知鉆孔編號(hào)；20-物探剖面及編號(hào)；21-推測(cè)斷層；22-工作區(qū)礦權(quán)范圍；23-地名圖1 工作區(qū)地質(zhì)圖Fig.1 Geological map of working area

1-重力高等值線;2-重力低等值線;3-工作區(qū)礦權(quán)范圍; 4-物探剖面;5-地名圖2 工作區(qū)重力異常Fig.2 Gravity anomaly map of working area

1-高磁異常等值線;2-低磁異常等值線圖; 3-工作區(qū)礦權(quán)范圍;4-物探剖面;5-地名圖3 工作區(qū)地磁ΔT化極異常Fig.3 Geomagnetic ΔT polar anomaly map of working area

1-視極化率異常圖;2-視電阻率異常圖; 3-工作區(qū)礦權(quán)范圍;4-物探剖面;5-地名圖4 工作區(qū)激電綜合異常Fig.4 Integrated IP anomaly diagram of working area

3 物探方法選擇與應(yīng)用

近幾十年來(lái)，隨著重力測(cè)量廣泛應(yīng)用于地質(zhì)找礦領(lǐng)域，重力觀測(cè)精度也在不斷提高，儀器型號(hào)也在不斷改變，伴隨著每一次重力測(cè)量設(shè)備更新帶來(lái)的測(cè)量精度的飛躍，重力測(cè)量精度從毫伽級(jí)發(fā)展到微伽級(jí)，重力測(cè)量成為探尋隱伏礦床的重要方法與技術(shù)手段。在我國(guó)安徽廬樅地區(qū)和江蘇江寧地區(qū)的隱伏黃鐵礦勘探工作中，重力勘探起到了主要作用[12]。

時(shí)間域大功率激電測(cè)深，是一種人工源電法，具有抗干擾能力強(qiáng)，觀測(cè)精度高，儀器操作靈活、方便、采集數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)，已應(yīng)用到深部尋找金屬礦、水資源勘查、工程勘察等領(lǐng)域，取得了較好效果。

高精度磁法測(cè)量，它通過(guò)利用質(zhì)子旋進(jìn)的原理，來(lái)測(cè)量地球磁場(chǎng)的磁場(chǎng)總量絕對(duì)值[13-18]。儀器主要性能：分辨率為0.01 nT，測(cè)量精度為0.01 nT，具有操作簡(jiǎn)單，分辨率高，便攜等優(yōu)點(diǎn)。該方法在尋找金屬礦等勘查領(lǐng)域，也取得了較好效果。

沙灘腳銅礦外圍巖(礦)體，主要呈隱伏狀態(tài)深埋于地下，地表幾乎無(wú)礦化顯示，給找礦工作帶來(lái)了較大難度。高精度重力、高精度磁法和大功率激電測(cè)深法可大致查明區(qū)內(nèi)地層、巖漿巖等物探異常特征，異常分布及巖脈、構(gòu)造的展布特征，獲取隱伏礦體或巖體的分布和深部構(gòu)造的地球物理信息，從而有效指導(dǎo)下一步工程揭露工作。

3.1 重力剖面測(cè)量

高精度重力工作比例尺為1∶10 000，點(diǎn)距40 m，物理點(diǎn)51個(gè)，剖面長(zhǎng)度2 km。本次投入兩臺(tái)CG-5重力儀，開(kāi)工前在廬山國(guó)家重力格值標(biāo)定場(chǎng)進(jìn)行了格值標(biāo)定。儀器投入使用前均按要求進(jìn)行了檢查與調(diào)節(jié)，并進(jìn)行了一系列的性能測(cè)試，儀器性能各項(xiàng)指標(biāo)滿足相關(guān)規(guī)范要求。

按照《大比例尺重力勘查規(guī)范》的要求開(kāi)展野外工作。經(jīng)檢查，本次布格重力異常總精度滿足了有關(guān)要求。

本次工作區(qū)圍巖與巖(礦)體存在明顯的密度差異。通過(guò)收集和整理結(jié)果得到巖性物性密度見(jiàn)表1。

表1 工作區(qū)主要巖性物性

3.2 磁法剖面測(cè)量

高精度磁法測(cè)量工作比例尺為1∶5 000，點(diǎn)距20 m，物理點(diǎn)101個(gè)，剖面長(zhǎng)度2 km。本次投入兩臺(tái)GSM-19T質(zhì)子磁力儀，均按照磁測(cè)剖面工作相關(guān)規(guī)范及要求實(shí)施野外生產(chǎn)工作。經(jīng)各項(xiàng)精度統(tǒng)計(jì)，本次生產(chǎn)儀器一致性及噪聲性能試驗(yàn)滿足了有關(guān)要求。

工作區(qū)閃長(zhǎng)巖等偏堿性巖石，磁化率一般在102數(shù)量級(jí)左右，矽卡巖型礦(化)體磁化率一般在103數(shù)量級(jí)左右，火山巖磁化率一般在104數(shù)量級(jí)左右。部分蝕變閃長(zhǎng)巖磁性增強(qiáng)，花崗巖等中偏酸性巖石和砂巖等沉積巖基本呈無(wú)磁或弱磁性。

圍巖與巖(礦)體存在明顯的磁性差異。通過(guò)收集和整理結(jié)果得到巖性物性磁化強(qiáng)度見(jiàn)表1。

3.3 激電測(cè)深剖面測(cè)量

時(shí)間域大功率激電測(cè)深測(cè)量工作比例尺為1∶10 000，點(diǎn)距50 m，物理點(diǎn)41個(gè)，剖面長(zhǎng)度2 km。本次投入野外工作的儀器為：GDD MODELTXⅡ154型5 000瓦激電發(fā)射機(jī)、GRX8-32型接收機(jī)、RX1215型手簿，發(fā)電機(jī)使用10 kW本田發(fā)電機(jī)。

按照2016年出版的時(shí)間域激電工作相關(guān)技術(shù)規(guī)程及項(xiàng)目設(shè)計(jì)書(shū)要求,原則上測(cè)量極距的選擇ABmax滿足勘探深度的要求，MN值為AB/3≥MN>AB/30，設(shè)計(jì)ABmax≈3 000 m，實(shí)測(cè)單點(diǎn)曲線較圓滑，異常分辨較好。本次完成工作質(zhì)量?jī)?yōu)于相關(guān)規(guī)范要求。

工作區(qū)低阻為第四系或白堊系地層，電阻率的幾何平均值為十歐姆·米至幾百歐姆·米；高阻地層為三疊系地層，電阻率的幾何平均值為幾百歐姆·米至幾千歐姆·米；蝕變侵入巖的電阻率總體為中阻反映，電阻率變化范圍明顯。

石英閃長(zhǎng)巖類幾何極化率平均值8.2 %，其它各種圍巖巖石極化率都較低且穩(wěn)定。但石英閃長(zhǎng)巖類礦化后極化率可達(dá)5.07 %～17.1 %，礦化越強(qiáng)，極化率越高。工作區(qū)電性差異明顯。

綜述，工作區(qū)巖(礦)石具有良好的物性差異，具有良好的地球物理找礦前提[19-24]。

1-已知礦體;2-已知鉆孔;3-驗(yàn)證鉆孔;4-推測(cè)斷層

4 物探剖面異常特征與成礦預(yù)測(cè)

4.1 布格重力異常特征

工作區(qū)東南部及西北部為重力高區(qū)，中部為重力低區(qū)。重力梯度帶主要為NE向。

在剖面的東南端500～780號(hào)點(diǎn)為重力高值段，500號(hào)點(diǎn)為極大值點(diǎn)，向西北端緩降，750號(hào)點(diǎn)出現(xiàn)小幅度躍動(dòng)；790～900號(hào)點(diǎn)為重力低值段，在840號(hào)點(diǎn)出現(xiàn)極小值如圖6 (a)所示。剖面布格重力異常特征與工作區(qū)掃面布格重力異常特征對(duì)應(yīng)較好，如圖2所示。

4.2 地磁ΔT異常特征

1-礦體;2-三疊系和龍山組;3-三疊系殷坑組;4-白堊系蝌蚪山組中段;5-二疊系;6-二疊系-石炭系; 7-石英閃長(zhǎng)巖;8-火山巖;9-第四系;10-地磁異常;11-ΔT擬合曲線;12-布格重力異常;13-Δg擬合曲線圖6 12線2.5D重磁剖面聯(lián)合反演模型Fig.6 Two degree and half gravity magnetic section and joint inversion model of line12 and line

在剖面的東南端500～810號(hào)點(diǎn)為地磁低值段，變化范圍在-298.1～-53.8 nT，向西北端緩慢抬升， 530號(hào)點(diǎn)顯示ΔT次級(jí)高磁異常；820～880號(hào)點(diǎn)段出現(xiàn)兩處較大幅度鋸齒狀跳躍，變化范圍在-520.3～336.9 nT，極大值在820號(hào)點(diǎn)，次極大值在870號(hào)點(diǎn)附近。在剖面西北端900號(hào)點(diǎn)出現(xiàn)地磁極小值圖如6(a)所示。剖面地磁異常與工作區(qū)掃面中部高磁異常區(qū)對(duì)應(yīng)較好，如圖3所示。

4.3 激電測(cè)深剖面異常特征

530號(hào)點(diǎn)視電阻率單支曲線類型圖為AK型;視極化率單支曲線類型圖為KH型,“低-高-低-高”，極距在AB/2為400 m處出現(xiàn)極大值，對(duì)應(yīng)反演深度為100 m，而已知鉆孔標(biāo)高在104.516 m處見(jiàn)3.03 m金屬礦體，反演深度誤差為±4.3 %。

視極化率反演斷面圖如圖5(a)來(lái)看，500～750號(hào)點(diǎn)段埋深在-50～-716 m反映寬大的高極化率異常，且在橫向上異常平緩?fù)筇?hào)北西方向延展，在縱向上異常往深部有延伸。已知鉆孔見(jiàn)礦位置顯示高極化異常。790～900號(hào)點(diǎn)段極化率較低，為背景異常。

視電阻率反演斷面圖如圖5(b)所示以790號(hào)點(diǎn)為界，兩側(cè)顯示不同電性特征。500～790號(hào)點(diǎn)段顯示為中高阻異常帶，790～900號(hào)點(diǎn)段為低阻異常帶。650～790號(hào)點(diǎn)段標(biāo)高在-250～-716 m顯示高阻異常，600～620號(hào)點(diǎn)標(biāo)高在25～-400 m顯示高阻異常，500～550號(hào)點(diǎn)標(biāo)高在25～-400 m顯示中高阻異常，已知鉆孔見(jiàn)礦位置顯示中阻異常。剖面500～790號(hào)點(diǎn)段總體反映中高阻高極化特征與工作區(qū)掃面東南部激電異常特征對(duì)應(yīng)較好。

4.4 綜合異常特征及地質(zhì)推斷

由工作區(qū)已知地質(zhì)及物性資料知，在電性上，灰?guī)r為高阻，在激電斷面上常會(huì)顯示出一定范圍的高阻異常，本區(qū)三疊系地層具有較厚的灰?guī)r；侵入巖體為高阻，侵入巖蝕變多反映中阻異常，白堊系地層及石英閃長(zhǎng)巖地層多表現(xiàn)為中低阻，常顯示出一定范圍的中低阻異常；另一方面，侵入巖體多反映高極化異常，礦化越強(qiáng)，高極化率異常越強(qiáng)；灰?guī)r地層及白堊系地層總體反映中低極化率異常。

在磁性上，本區(qū)多數(shù)巖體具有磁性，當(dāng)有磁性巖體侵入時(shí)，巖體一般都會(huì)有一定的規(guī)模和埋深，可引起具一定幅度的磁異常，并多將顯示出較為寬緩的特征。此外，矽卡巖及礦體具有一定磁性，灰?guī)r、砂巖、頁(yè)巖地層表現(xiàn)無(wú)磁性。

在密度上，銅礦體具有較高密度，當(dāng)具有一定規(guī)?；蚵裆钶^淺時(shí)，可引起明顯的局部重力高異常。在沉積地層中，灰?guī)r密度相對(duì)較高，在灰?guī)r分布區(qū)，將引起寬大的重力高異常。中、新生界地層密度均較低，在其覆蓋較厚時(shí)將引起寬大的重力低異常。巖體密度相對(duì)較低，當(dāng)其大規(guī)模侵入時(shí)，將引起一定規(guī)模的重力低異常。

綜合分析本區(qū)各地層、各巖體的物性參數(shù)表1、基本構(gòu)造特征、地質(zhì)層序、以及激電異常反演斷面圖(圖5)、重力磁測(cè)異常剖面特征(圖6(a))，建立二度半重磁聯(lián)合剖面反演物理模型(圖6(b))。反演計(jì)算用烏魯木齊金維圖文信息科技有限公司研發(fā)的GeoIPAS軟件進(jìn)行。聯(lián)合反演參數(shù)：地磁傾角47.14°，地磁偏角-5.21°，磁化率值由磁化強(qiáng)度通過(guò)RGIS計(jì)算得出。

從圖6(a)可見(jiàn)，500～560號(hào)點(diǎn)段為剖面Δg異常曲線重力高梯度段，重力異常曲線呈大于45°抬升，且有往東南方向延伸的趨勢(shì)，反演顯示主要為礦體及巖體所致，而已知礦體在電性上顯示為中阻高極化特征，反演礦體埋深與已知礦體埋深較吻合，結(jié)合成礦規(guī)律，進(jìn)一步佐證了反演模型的可靠性，反演礦體走向與地層走向基本一致。單支曲線類型特征為AK型“低-高-高-低”曲線，530號(hào)點(diǎn)的已知鉆孔ZK810埋深約-50 m、-750 m處見(jiàn)礦厚度為3.02 m、8.72 m的銅多金屬礦體，而電性中阻高極化異常在深部有延伸趨勢(shì)，說(shuō)明中阻高極化異常多為礦致異常的反映。

750～790號(hào)點(diǎn)段，Δg異常曲線出現(xiàn)一個(gè)局部重力高異常，為高密度體局部隆起所致，電性反映中阻高極化異常特征，單支曲線類型特征為AA型“低-高-高-高”曲線，推測(cè)主要為三疊系地層與石英閃長(zhǎng)巖體的綜合反映。

790～900號(hào)點(diǎn)段總體呈低阻異常特征，單支曲線類型特征主要為KH型“低-高-低-高”曲線，標(biāo)高0～650 m段為低極化率異常，推測(cè)主要為白堊系地層與石英閃長(zhǎng)巖體的綜合反映。

820～900號(hào)點(diǎn)段，Δg異常曲線在820～860號(hào)點(diǎn)出現(xiàn)重力低緩異常，低緩異常長(zhǎng)度為200 m，電性顯示低阻低極化異常特征，單支曲線類型特征為AA型“低-高-高-高”曲線及KH型“低-高-低-高”曲線，綜合反映了白堊系蝌蚪山組下段與三疊系下段殷坑組巖性接觸帶部位，標(biāo)高在-350 m往深部存在閃長(zhǎng)巖體；ΔT異常曲線出現(xiàn)磁高異常，伴有鋸齒狀跳躍抬升，推測(cè)為有兩處埋深較淺的、近似直立的磁性不均勻隱伏火山巖所致。

視電阻率反演斷面在790號(hào)點(diǎn)兩側(cè)顯示不同(高阻、低阻)電性特征，重力剖面異常特征為陡立下降，推測(cè)此處為斷裂構(gòu)造的反映。

剖面深部激電異常未圈閉，還有延伸，顯示中阻高極化特征，有較好的找礦前景。

4.5 成礦有利區(qū)選擇

工作區(qū)位于沙灘腳礦區(qū)外圍，主要礦體賦存在與三疊系石灰?guī)r的主接觸變質(zhì)帶中，與石英閃長(zhǎng)巖體關(guān)系密切。綜合物探方法組合是勘查銅多金屬礦有效的地球物理方法[25]。此次物探綜合剖面工作中激電異常可作為本區(qū)重要的找礦標(biāo)志。通過(guò)磁法測(cè)量反演出磁性巖體空間位置形態(tài)，重力測(cè)量反演出巖體及礦(化)體的空間位置形態(tài)，激電異常與已知礦體對(duì)應(yīng)較好，已知礦體進(jìn)一步佐證反演模型的可靠性，三種方法相互補(bǔ)充、佐證。本次工作有利地段的地球物理特征主要為：中阻高極化特征、重力高及高梯度帶，為尋找銅礦的有利成礦區(qū)。通過(guò)本次物探測(cè)量成果、重磁2.5 D聯(lián)合反演成果、ZK810鉆孔及地質(zhì)成果資料，圈出1處成礦有利區(qū)，對(duì)剖面550號(hào)點(diǎn)(圖5(a))這個(gè)成礦有利區(qū)，應(yīng)布設(shè)深部鉆探進(jìn)行工程揭露，最終對(duì)物探剖面異常的性質(zhì)進(jìn)行查證。

5 結(jié) 論

1)通過(guò)大功率激電測(cè)深測(cè)量，可對(duì)地層(高阻為灰?guī)r的反映)、構(gòu)造(770號(hào)點(diǎn)處F)、中阻高極化的巖(礦)體(530號(hào)點(diǎn)埋深約-50 m處見(jiàn)礦厚度為3.02 m)進(jìn)行識(shí)別和圈定(550號(hào)點(diǎn)埋深約-50 m處為成礦有利部位)。

2)通過(guò)2.5D重磁剖面聯(lián)合反演結(jié)果，可以較好地圈定出隱伏閃長(zhǎng)巖體(500～540號(hào)點(diǎn)段標(biāo)高約-60～-650 m、780～900號(hào)點(diǎn)段標(biāo)高約-350～-680 m及820～870號(hào)點(diǎn)段標(biāo)高約0～250 m)、隱伏斷裂構(gòu)造(770號(hào)點(diǎn)處F)的展布位置。

3)通過(guò)綜合物探方法成果圈定成礦有利區(qū)，為深部工程驗(yàn)證提供了依據(jù)，最終實(shí)現(xiàn)了找礦突破。

4)綜合物探方法在沙灘腳銅礦外圍深部找礦工作中異常效果較好，在該區(qū)及鄰區(qū)隱伏多金屬礦的找礦方面具有良好的應(yīng)用前景。通過(guò)開(kāi)展地質(zhì)研究，合理選用物探方法，可起到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、相互佐證的作用，從而確定成礦的有利部位，提高找礦命中率，降低找礦風(fēng)險(xiǎn)。