干旱荒漠區(qū)綜合物化探方法尋找銅多金屬礦

龔勝平,陸桂福，席明杰，馬生明，蘇文利

(1.中國地質(zhì)科學(xué)院 地球物理地球化學(xué)勘查研究所, 河北 廊坊 065000； 2.中國地質(zhì)大學(xué)(北京) 地球物理與信息技術(shù)學(xué)院，北京 100083)

0 引言

隨著中國東部礦產(chǎn)資源日益枯竭，大面積的荒漠戈壁特殊地理景觀地區(qū)有望成為下一個礦產(chǎn)資源接替基地。前人在覆蓋區(qū)找礦進行了一些理論研究與實踐[1-8]，而在西北部的干旱荒漠特殊景觀區(qū)進行隱伏礦床的勘查研究目前仍然顯得較為薄弱，主要體現(xiàn)在：①荒漠戈壁覆蓋層厚度大，分布不均一，地球物理異常較弱；②干旱缺水，供電困難；③覆蓋層對地表地球化學(xué)異常也有較大的屏蔽和衰減作用。目前需要一些既能提高信號強度，又能加大勘探深度的物化探方法，如大極距激電方法[9-11]、深穿透地球化學(xué)方法[12]、土壤熱磁組分測量等，解決該地區(qū)尋找隱伏礦的難點問題。

內(nèi)蒙古黑鷹山地區(qū)是典型的干旱荒漠區(qū)，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，巖漿活動強烈，成礦地質(zhì)條件優(yōu)越，形成了銅、金、鈾、鐵、鎳、鉬等金屬礦產(chǎn)和重晶石、白云石、石膏等非金屬礦。近年來在該地區(qū)開展了多項地質(zhì)勘查和科研工作[13-18]，使用了磁法、電法及水系沉積物測量等工作手段，包括三維地球物理勘查試驗[19-20]，發(fā)現(xiàn)了一批新的礦床(點)、礦化點及物化探異常。筆者利用大功率激電、磁法、可控源音頻大地電磁測深等地球物理方法及熱磁組分測量地球化學(xué)勘查方法開展干旱荒漠區(qū)的銅多金屬礦的勘查工作，分析綜合物化探異常特征，研究本調(diào)查區(qū)作為找礦靶區(qū)的可行性，為下一步開展詳查及鉆探工程提供依據(jù)。

1 調(diào)查區(qū)概況

1.1 地質(zhì)概況

調(diào)查區(qū)位于內(nèi)蒙古黑鷹山地區(qū)額濟納旗以西250 km。根據(jù)1∶1萬專項地質(zhì)測量結(jié)果，區(qū)內(nèi)出露地層主要為上奧陶—下志留統(tǒng)公婆泉組，巖石組合主要為鈉長陽起巖、鈉長陽起片巖夾少量大理巖、變質(zhì)粉砂巖，其中鈉長陽起巖、鈉長陽起片巖分布于調(diào)查區(qū)中部，大理巖分布于其南北兩側(cè)(圖1)。鈉長陽起巖、鈉長陽起片巖呈灰綠色，柱粒狀變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造、片狀構(gòu)造，巖石綠簾石化明顯，呈條帶狀、透鏡狀沿裂隙或片理產(chǎn)出。大理巖呈灰白色，粒狀變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，宏觀呈薄層狀，片理化明顯，巖內(nèi)見矽卡巖化帶，主要分布于地層區(qū)南部，呈灰綠色、鐵褐色，粒狀變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要成分為石榴子石、石英。

1—中粒石英閃長巖；2—細粒角閃輝長巖；3—上奧陶統(tǒng)-下志留統(tǒng)公婆泉組一段變粒巖；4—第四系全新統(tǒng)砂礫石、粉砂、細砂；5—第四系全新統(tǒng)沖洪積物；6—白堊系赤金堡組含礫粗砂土；7—細粒二長花崗巖；8—中?；◢忛W長巖；9—青灰色閃長玢巖脈；10—肉紅色細粒鉀長花崗巖；11—花崗細晶巖；12—細粒二長花崗巖脈；13—細粒花崗閃長巖；14—細粒正長花崗巖；15—細?；◢彴邘r脈；16—石英脈；17—大理巖；18—變粒巖；19—鈉長陽起片巖；20—矽卡巖化；21—巖相界線；22—斷裂構(gòu)造；23—調(diào)查區(qū)范圍；24—物化探測點；25—褐鐵礦化；26—銅鋅礦化點；27—探槽位置及編號1—medium-grained quartz diorite; 2—fine-grained hornblende gabbro; 3—metagranite of the first member of Gongpoquan formation in upper Ordovician-lower Silurian; 4—sandy gravel, silt, fine sand of Quaternary Holocene; 5—alluvial deposits of Quaternary Holocene; 6—gravel-bearing sandy soil of Chijinbao formation of Mesozoic; 7—fine-grained monzonitic granite; 8—medium-grained granodiorite; 9—blue-gray diorite porphyrite vein;10—red meat fine-grained K-feldspar granite; 11—granite acelite; 12—fine-grained monzonite vein; 13—fine-grained granodiorite; 14—fine-grained syenogranite; 15—fine-grained granite porphyry vein; 16—quartz vein; 17—marble; 18—metagranite; 19—albite-actinolite-schist; 20—skarnization; 21—lithofacies boundary; 22—fault structure; 23—survey area; 24—geophysical and geochemical survey points; 25—limonite mineralization; 26—Cu-Zn mineralization station; 27—trough location and number圖1 調(diào)查區(qū)地質(zhì)圖與工作布置Fig.1 Geological map and work arrangement in the survey area

區(qū)內(nèi)侵入巖發(fā)育，主要包括晚泥盆世細粒角閃輝長巖、石英閃長巖、中?；◢忛W長巖和早石炭世細粒二長花崗巖。細粒角閃輝長巖主要分布于該區(qū)西北部，呈NW向展布，受NW向斷層控制明顯，侵入上奧陶—下志留統(tǒng)公婆泉組，并被晚泥盆世石英閃長巖侵入。泥盆紀細粒石英閃長巖分布于調(diào)查區(qū)西部，輝長巖南側(cè)，被早石炭世細粒二長花崗巖侵入，基巖裸露，地表球狀風(fēng)化特征明顯，巖石呈細粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，局部弱定向構(gòu)造，主要成分為斜長石、角閃石、黑云母、鉀長石與石英，礦化蝕變特征不明顯。泥盆紀中?；◢忛W長巖主要分布于調(diào)查區(qū)東北、西南部，呈較大規(guī)模巖基產(chǎn)出，侵入上奧陶—下志留統(tǒng)公婆泉組，被早石炭世細粒二長花崗巖侵入，巖石呈淺灰色，細粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，局部弱定向構(gòu)造，礦物粒度2～3 mm，主要成分為石英、斜長石、鉀長石、暗色礦物黑云母，巖內(nèi)有磚紅色細粒二長花崗巖細脈侵入，礦化蝕變特征不明顯。石炭紀細粒二長花崗巖主要分布于公婆泉組地層區(qū)南北兩側(cè)，侵入公婆泉組及晚泥盆世花崗閃長巖，巖石呈粉灰色—磚紅色，細?！屑毩＝Y(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要由石英、斜長石、鉀長石及少量黑云母組成，巖石較均勻，暗色礦物含量少，巖內(nèi)局部鉀化明顯，與大理巖接觸帶附近多形成矽卡巖化帶、綠簾石化、褐鐵礦化，與成礦關(guān)系密切，形成了多條礦化蝕變帶，成礦地質(zhì)條件優(yōu)越。

區(qū)內(nèi)脈巖發(fā)育，主要包括閃長玢巖脈、細粒二長花崗巖脈、正長花崗巖脈、石英脈、花崗斑巖脈，多呈NW向或近SN向展布。

區(qū)內(nèi)構(gòu)造(F1、F2、F3)主要為NW向斷層，主要沿溝谷展布，規(guī)模較大，控制著公婆泉組地層與礦化分布范圍。

1.2 物性特征

根據(jù)地表采集標本，實驗室測定的物性參數(shù)，區(qū)內(nèi)巖礦石的極化率值普遍不高，電阻率值范圍變化幅度(數(shù)百至幾千)較大，其中大理巖與綠簾石化斜長角閃巖呈現(xiàn)相對低阻，輝長巖、石英閃長巖為高阻，其余巖石基本呈現(xiàn)中高阻特征。礦化斜長角閃石具備相對中高極化率特征。巖石磁性變化較大，石英閃長巖、鈉長陽起片巖、輝長巖具有高磁性，大理巖、正長花崗巖基本無磁性(表1)。以上巖礦石的物性差異使物探測量具備應(yīng)用前提。

表1 巖礦石物性統(tǒng)計

2 工作布置

調(diào)查區(qū)物探測線布置見圖1所示。共布置了34條測線，每條測線30個點，長1.16 km，測線方向40°，測量網(wǎng)度為100 m×40 m，勘查面積3.83 km2。測點從西南至東北依次變大,最小點號為102。調(diào)查區(qū)進行了大功率激電掃面、高精度磁測及熱磁組分土壤測量工作，根據(jù)異常情況，在測線P370、P470同點位布設(shè)了可控源音頻大地電磁測深工作，選擇異常較好部位進行了槽探工作(TC02、TC05、TC06)。

3 地球物理勘查

3.1 大功率激電測量

本次電法測量儀器為GDP32Ⅱ系統(tǒng)，采用中間梯度裝置。該裝置的特點是：敷設(shè)一次供電電極(A、B)，可在AB之間一個較大的范圍內(nèi)觀測?；哪采w區(qū)氣候炎熱、干旱少雨，近地表均分布有厚度不等和非常堅硬的特高阻鹽堿殼層，在鹽漬殼下面，由于鹽堿化作用，大地電阻率呈低阻。為確保信噪比及有效勘探深度，工作中選擇供電極距為1 800 m，接收極距為40 m。采用占空比50%雙向方波供電。質(zhì)檢率3.82%，質(zhì)檢視電阻率、視充電率均方相對誤差分別為0.68%、2.38%，符合相關(guān)規(guī)范。鹽漬殼接地電阻很高，通過采取增加供電電極數(shù)量和澆灌鹽水等方法，改善供電電極接地條件，改善了沙漠地區(qū)的供電難度大的問題。接收電極接地也采用澆灌鹽水方法，保證較小的接地電阻。

大功率激電掃面工作的測量結(jié)果如圖2所示。從圖中可以看出，中?；◢忛W長巖所在位置地表測量結(jié)果基本顯示為高阻，第四系覆蓋區(qū)與白堊系赤金堡組測量結(jié)果顯示為低阻，其余巖性的地表測量電阻率值呈高低變化特征。異常的展布方向均與調(diào)查區(qū)地層、構(gòu)造走向基本一致。由F1、F2斷裂位置可知，視電阻率值的變化轉(zhuǎn)折位置為明顯的斷裂部位。

a—視電阻率平面圖；b—視充電率平面圖；構(gòu)造為地質(zhì)實測，地球物理色標僅應(yīng)用于調(diào)查區(qū)范圍內(nèi)，地質(zhì)背景圖例見圖1，圖3～6同a—the plan view of apparent resistivity；b—the plan view of apparent chargeability；the fracture is measured by geological means, and the geophysical color unit is only used in the survey area，the geological legend is shown in Fig.1，and Fig.3～Fig.6 are the same圖2 激電中梯測量視電阻率(a)與視充電率(b)等值線平面Fig.2 Contour maps of the apparent resistivity(a) and apparent chargeability(b) of the TDIP survey

區(qū)內(nèi)視充電率背景值為5～9 ms，按13 ms視充電率圈出兩個相對獨立的激電異常(編號為J1、J2)，異常均由F1控制。J1異常為環(huán)狀異常，面積較小，平均寬度約200 m，位于泥盆紀細粒角閃輝長巖與上奧陶—下志留統(tǒng)公婆泉組一段變粒巖的侵入接觸部位，呈現(xiàn)高充電率(17～30 ms)、低阻(約200 Ω·m)特征。J2異常呈“W”形狀，呈現(xiàn)中高極化(10～17 ms)與中阻(200～794 Ω·m)特征，既位于石炭紀細粒二長花崗巖與上奧陶—下志留統(tǒng)公婆泉組一段變粒巖接觸部位，也處于構(gòu)造F1與F2的交匯位置，成礦條件十分有利，是需要重點關(guān)注的異常。

3.2 高精度磁測

本次使用PMG-2型質(zhì)子磁力儀進行高精度磁測。儀器開工前后依據(jù)規(guī)范經(jīng)過噪聲水平測試、一致性測試等性能試驗，確保儀器工作正常。調(diào)查區(qū)人跡罕至，干擾小，質(zhì)檢率4.52%，質(zhì)檢磁異常均方相對誤差為±1.32 nT，滿足相關(guān)規(guī)范要求。對資料進行日變改正與數(shù)據(jù)網(wǎng)格化、化極處理、200 m向上延拓等，突出深層異常特征。

化極后的磁異常等值線平面如圖3所示，圖中圈定了5個磁異常，由圖可見磁異常展布方向與礦區(qū)地層、構(gòu)造走向基本一致。

圖3 磁異?；瘶O等值線平面Fig.3 Contour map of magnetic anomalies after pole reduction

磁異常M1、M3位于調(diào)查區(qū)西北部，推測為輝長巖引起。區(qū)內(nèi)激電異常J1位于磁異常高低變化的負值區(qū)，推測為構(gòu)造作用引起局部的磁性變化。M2異常為一較大范圍的高磁異常，異常值在750 nT以上，異常寬度約300 m。結(jié)合巖礦石磁性特征(表1)及地質(zhì)巖相界線范圍可知，該處高磁異常與上奧陶—下志留統(tǒng)公婆泉組位置吻合，為鈉長陽起片巖引起。磁異常等值線北側(cè)較疏，南側(cè)較密，說明高磁異常體為向北傾向。高磁異常南側(cè)伴生負磁異常，異常幅度為-100～-200 nT。激電異常J2處于磁異常M2南側(cè)梯度帶上。向上延拓(圖4)的結(jié)果表明，深部異常主要為調(diào)查區(qū)中部高磁異常體的反映，該異常中心隨深度增加略向北移，也說明了異常體的北傾方向。南端高磁異常M4為隱伏變粒巖引起，局部磁異常M5為巖脈引起。

圖4 磁異常向上延拓200 m等值線平面Fig.4 Contour map of magnetic anomalies after upward extension 200 m

3.3 可控源音頻大地電磁測量

可控源音頻大地電磁法采用標量測量方式，測量的頻率范圍為1～8 192 Hz。AB=1 km，收發(fā)距為5 km。測量過程中采用6個電道共用一個磁道的方法，共用磁道位于每個排列的中間部位。質(zhì)量檢查點卡尼亞電阻率與阻抗相位均方相對誤差分別為2.78%、4.5 mrad，滿足相關(guān)規(guī)范要求。數(shù)據(jù)處理使用圓滑模型一維反演程序SCSINV。

測量結(jié)果由圖5所示，反演深度1 km。由反演結(jié)果可知地質(zhì)體的斷面分布及深部延伸情況。異常在斷面圖上顯示為低阻良導(dǎo)體(J1、J2)賦存于高阻地質(zhì)體圍巖中，推測為隱伏礦(化)體。470線顯示異常J1中心埋深約400 m，產(chǎn)狀較陡立。370線顯示異常J2埋深約300 m，從等值線的扭曲方向判斷巖性接觸面的傾向為NE向。

圖5 470線(a)、370線(b)綜合電法勘查剖面及推斷解譯Fig.5 Integrated electrical survey profiles and inferred interpretation map of 470 line(a), 370 line(b)

4 地球化學(xué)勘查

本次地球化學(xué)勘查采用1∶5萬土壤熱磁組分測量。土壤熱磁組分測量是針對運積物覆蓋區(qū)而提出的一種地球化學(xué)勘查方法[21]。土壤熱磁組分以鐵錳氧化物為主，由土壤中的非晶質(zhì)鐵錳氧化物轉(zhuǎn)化而來，其原理為利用焙燒將土壤中的非晶質(zhì)鐵錳氧化物轉(zhuǎn)換為磁性物質(zhì)，再利用電磁分選的方法將這種物質(zhì)分選出來，測定其中的礦化指示元素含量。該方法可以有效提高地球化學(xué)異常強度，發(fā)現(xiàn)微弱成礦信息。

圖6為Au、Cu等12種元素地球化學(xué)異常剖析圖，異常區(qū)范圍主體較小，面積約1 km2。異常主要集中在激電異常J2位置，Au、Ag、Sb、As等元素異常有沿著F1構(gòu)造向北延伸至異常J1的趨勢。區(qū)內(nèi)元素組合齊全，低溫成礦元素組合(Au、As、Sb等)、中溫成礦元素組合(Au、Ag、Cu、Pb、Zn等)、高溫成礦元素組合(Cu、Mo等)異常套合較好(表2)。Ag極大值為0.94×10-6，同一點As含量為31.3×10-6，Au為23.2×10-9，Sb為36.8×10-6，遠高于背景值，主要是單高值點形成的異常；異常區(qū)內(nèi)Cu極大值達到586×10-6，Pb為108×10-6，Zn異常范圍相對較小；W極大值為14.1×10-6，Sn為12×10-6，Mo為27.8×10-6；Cd單點極大值1030×10-9。此外Na2O在異常區(qū)出現(xiàn)明顯貧化，負異常反映成礦地球化學(xué)環(huán)境范圍[22]。據(jù)此，推斷調(diào)查區(qū)綜合異常區(qū)是由單點高值點形成的多元素綜合異常，多個成礦元素、成礦伴生元素形成極大值，異常很有意義。比較NAP值可確定成礦元素為Ag、Mo、Cu。地球化學(xué)異常上看，基本上是以成礦元素為中心，前緣元素(Sb、Au、As)異常和后尾元素(W、Sn)異常與之套合或重疊。除Sb異常范圍較大外，前緣元素與后尾元素在異常強度和面積上大致相當(dāng)，并且兩組元素異常同時出現(xiàn)，說明本礦床基本為中等剝蝕程度。礦(化)體J1遠離地球化學(xué)異常濃集中心，結(jié)合地球物理異常，該礦(化)體向深部延伸較淺，縱向礦化范圍約300～540 m；礦(化)體J2位于地球化學(xué)濃集中心，向深部延深較深，縱向礦化范圍約300～640 m。

圖6 地球化學(xué)異常剖析Fig.6 Analyze map of geochemical anomalies

表2 地球化學(xué)異常參數(shù)統(tǒng)計

5 探槽結(jié)果

在調(diào)查區(qū)J1、J2異常處分別開展了探槽TC05、TC02工作，其中TC05位于370線，TC02位于480線附近，另外根據(jù)化探異常在290線中部布置探槽TC06(圖1)。探槽揭露顯示，在公婆泉組鈉長陽起巖夾變質(zhì)石英砂巖和大理巖接觸處具有強烈的硅化、矽卡巖化和孔雀石化。刻槽樣分析結(jié)果(表3)顯示有7件樣品Cu含量已達到或超過邊界品位，6件達到邊界品位一半以上，另外1件樣品Ag達到邊界品位，說明已發(fā)現(xiàn)淺部礦體。

表3 調(diào)查區(qū)刻槽樣分析結(jié)果

該干旱荒漠區(qū)成礦地質(zhì)條件優(yōu)越，本次礦產(chǎn)檢查工作采用了3種物探方法，另外使用了能強化覆蓋區(qū)異常的熱磁組分測量地球化學(xué)方法。從經(jīng)濟與效果角度來看，高精度磁測、大功率激電在本區(qū)比其他方法較為經(jīng)濟，大功率激電、可控源及土壤地球化學(xué)找礦效果較好。建議組合采用土壤地球化學(xué)測量及大功率激電，最后部署CSAMT測量控制礦(化)體向下延伸，以達到既經(jīng)濟又實用的找礦效果。

石炭紀細粒二長花崗巖與大理巖接觸部位形成礦體，F(xiàn)1構(gòu)造為控礦構(gòu)造。各物化探方法在該區(qū)同時出現(xiàn)異常:①大功率激電測量在地表圈定兩處低阻高極化異常;②磁測顯示激電異常位于磁異常的強梯度帶上;③土壤測量顯示出各種元素組合異常。可控源音頻大地電磁測深結(jié)果顯示深部存在隱伏礦(化)體，圈定的激電異常和化探異常濃集區(qū)都是該區(qū)勘查銅多金屬礦的直接找礦標志，并且物化探異常的展布方向均與地層、構(gòu)造的走向一致，說明異常與地質(zhì)構(gòu)造關(guān)系密切，異常具有重要的找礦意義。

6 結(jié)論

1) 在該干旱荒漠區(qū)開展磁法、電法、化探方法，圈定了磁異常和激電異常，圈定的激電異常和化探異常濃集區(qū)都是該區(qū)勘查銅多金屬礦的直接找礦標志。激電異常位于巖體與地層的接觸部位，且位于控礦構(gòu)造F1的附近，其中激電異常J2位于兩個構(gòu)造的交匯部位，成礦非常有利。

2) 通過可控源音頻大地電磁測深探測到激電異常深部存在隱伏礦(化)體，深度為300～400 m，說明可控源在干旱荒漠區(qū)能夠取得較好的效果。

3) 在異常部位開展的探槽工程發(fā)現(xiàn)淺部礦體，多件樣品的Cu、Ag含量已達到邊界品位，說明使用的物化探方法組合有效。該區(qū)具有良好的找礦前景，可作為銅多金屬找礦靶區(qū)，值得開展下一步相關(guān)工作。

致謝：感謝蔡永文，龔晶晶，蘇磊在本文撰寫過程中提供的幫助。