蘇北超高壓變質(zhì)帶雙湖石墨礦激電測(cè)量應(yīng)用效果

張洋洋， 劉 峰， 石 林， 高士銀， 康 濤， 許生武

(江蘇省地質(zhì)勘查技術(shù)院，江蘇 南京 210049)

0 引 言

石墨礦作為我國(guó)鼓勵(lì)勘查的礦種(王帥等，2017)，對(duì)石墨烯等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展尤為重要，近年來(lái)，江蘇逐步加強(qiáng)了石墨礦的勘查工作。相比圍巖，石墨礦高極化率、低電阻率特征明顯，在我國(guó)各地的晶質(zhì)石墨礦勘查中，激電方法均取得了較理想的應(yīng)用效果(王綿齡等，1987；解立發(fā)等，2011；成運(yùn)利，2014；何其芬等，2014；周曉情，2016；董和平等，2017；趙后越，2017；李海賓等，2018；馬健，2018)。

2016年，江蘇東海雙湖晶質(zhì)石墨礦預(yù)查工作首次在蘇北超高壓變質(zhì)帶雙湖地區(qū)采用大功率激電尋找石墨礦，圈定了激電異常4處，重點(diǎn)異常經(jīng)驗(yàn)證與石墨礦體吻合度高，取得了良好的找礦效果。該測(cè)量方法可在蘇北超高壓變質(zhì)帶內(nèi)加以推廣。

1 研究區(qū)概況

1.1 地質(zhì)概況

研究區(qū)大地構(gòu)造位于蘇魯造山帶蘇北超高壓變質(zhì)帶西緣，帶內(nèi)超高壓變質(zhì)巖分布廣泛。其中，二長(zhǎng)片麻巖、鉀長(zhǎng)片麻巖等花崗質(zhì)片麻巖分布面積約占70%，表殼巖呈透鏡狀或似層狀?yuàn)A于其中(張澤明等，2002，2003)。表殼巖分為5個(gè)巖組，由南向北分別為大理巖石英巖組、榴輝巖片麻巖組、片麻巖榴輝巖組、二云斜長(zhǎng)片麻巖組、斜長(zhǎng)角閃巖大理巖(張澤明等，2002，2003)，由于經(jīng)歷多期次構(gòu)造變形、變質(zhì)和巖漿作用，被強(qiáng)烈肢解、分割，其原巖層序及建造組合特征已不能識(shí)別(潘明寶等，2003)。

研究區(qū)出露地層為東海巖群表殼巖斜長(zhǎng)角閃巖大理巖組，為該區(qū)石墨礦(化)體的賦存層位，北北東、近南北走向，向西陡傾，呈似層狀?yuàn)A于鉀長(zhǎng)片麻巖中(圖1)。該巖組整體顯示為大理巖與變粒巖頻繁互層，局部夾薄層石英巖，為大理巖-(石英巖)-變粒巖巖性組合。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖

區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)晶質(zhì)石墨礦體4條，呈似層狀、透鏡狀賦存于斜長(zhǎng)角閃巖大理巖組，產(chǎn)狀受地層控制明顯，呈順層狀產(chǎn)出。礦體走向與山脊方向基本一致，近南北向，略呈“S”形，走向延長(zhǎng)300～670 m；向西陡傾，傾角55°～75°，沿傾向延深145～295 m。礦石自然類(lèi)型主要為含石墨大理巖、石墨石英巖，固定碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.50%～10.33%、平均值為4.34%。

1.2 物性特征

對(duì)研究區(qū)主要巖礦石進(jìn)行電性參數(shù)(包括電阻率、極化率)測(cè)試，結(jié)果(表1)表明，含石墨大理巖和含石墨石英巖的極化率較高，一般為10.55%～23.39%，電阻率一般為241～471 Ω·m；大理巖、片麻巖、變粒巖等圍巖極化率一般為1.87%～4.23%，電阻率一般為732～3 080 Ω·m。因此，含石墨巖石與圍巖相比，明顯具有低電阻率、高極化率特征，采用激電方法尋找石墨礦具備良好的地球物理前提。

表1 研究區(qū)巖礦石物性參數(shù)

2 技術(shù)方法

首先在研究區(qū)開(kāi)展大功率激電中梯測(cè)量掃面，以獲得激電異常；然后對(duì)重點(diǎn)異常進(jìn)行激電測(cè)深剖面評(píng)價(jià)工作，以了解深部異常特征，推斷石墨礦化體的大致產(chǎn)狀。

使用儀器包括10 kW汽油發(fā)電機(jī)1臺(tái)，DJF-2發(fā)射機(jī)1臺(tái)及整流源，DJS-8接收儀5臺(tái)。面積性激電中梯測(cè)量為短導(dǎo)線(xiàn)即1線(xiàn)供電多線(xiàn)觀(guān)測(cè)方式，旁測(cè)線(xiàn)距主測(cè)線(xiàn)最大距離為200 m，網(wǎng)度為100 m×20 m，研究區(qū)地層走向大致呈北北東向分布，測(cè)線(xiàn)方位約為105°，垂直于地層走向。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，AB距、MN距、供電周期、斷電延時(shí)、采樣寬度分別為1 500 m、40 m、16 s、100 ms、20 ms，此時(shí)測(cè)量效果及效率俱佳。

激電測(cè)深剖面評(píng)價(jià)采用對(duì)稱(chēng)四極等比測(cè)深法，MN/AB比值為1/10，AB距最大為1 600 m，異常中心處點(diǎn)距為10 m，兩側(cè)點(diǎn)距逐漸增大。

激電中梯測(cè)量檢查點(diǎn)占總測(cè)點(diǎn)數(shù)的7.2%，視充電率總均方相對(duì)誤差為±3.89%，視電阻率總均方相對(duì)誤差為±0.63%。激電測(cè)深質(zhì)檢率為6.67%，視充電率均方相對(duì)誤差為±3.84%，視電阻率均方相對(duì)誤差為±0.94%。

3 異常特征

異常圈定的原則：根據(jù)激電測(cè)量成果，研究區(qū)視充電率一般不超過(guò)2%，且背景值較低，因此采用異常下限為2.0%；連續(xù)多條測(cè)線(xiàn)均有異常，且每條測(cè)線(xiàn)連續(xù)多點(diǎn)有異常(何其芬等，2014；馬健，2018)。根據(jù)上述原則，在區(qū)內(nèi)共圈定激電異常區(qū)5處，編號(hào)分別為JD-1、JD-2、JD-3、JD-4和JD-5(圖2)。其中，JD-5異常附近見(jiàn)垃圾場(chǎng)，屬干擾異常。

3.1 JD-1中低阻高極化異常

JD-1異常位于研究區(qū)南部，大致呈條帶狀，近南北向展布，略呈“S”形，長(zhǎng)約1 100 m，向南未圈閉。該異常由視充電率等值線(xiàn)2.2%大致圈出，極大值>7%；視電阻率表現(xiàn)為中低阻，且未圈閉，一般小于1 000 Ω·m。異?？傮w強(qiáng)度高、規(guī)模大。

為研究該異常，在異常核心部位沿93°方向布設(shè)3條測(cè)深剖面(圖1、圖2)，剖面間距為80 m。3條測(cè)深剖面均反映向西陡傾的低阻高極化異常體存在，異常向深部延伸>330 m，寬度>100 m，往深部規(guī)模明顯增大，視充電率為3%～7%(圖3)。對(duì)應(yīng)高極化率異常部位，相應(yīng)的視電阻率表現(xiàn)為中低阻特征。剖面異常位置與平面異常吻合，異常區(qū)出露地層為東海巖群斜長(zhǎng)角閃巖大理巖組，巖性主要為變粒巖、大理巖、石墨石英巖等，由此推測(cè)異常由石墨礦化體引起，傾向西，傾角50°～70°。

3.2 JD-2中低阻高極化異常

JD-2異常位于研究區(qū)西部，呈北北東向條帶狀展布，走向約15°，長(zhǎng)約580 m，寬約160 m，由視充電率等值線(xiàn)2.0%大致圈出，極大值>3%；視電阻率一般為600～800 Ω·m，表現(xiàn)為中低阻特征。

該異常強(qiáng)度總體相對(duì)較弱，異常區(qū)地勢(shì)相對(duì)較低，水系發(fā)育，第四系覆蓋較厚，其附近可見(jiàn)東海巖群斜長(zhǎng)角閃巖大理巖組變粒巖。推測(cè)該異常為隱伏石墨礦(化)體引起。

3.3 JD-3中低阻高極化異常

JD-3異常位于研究區(qū)西北部，呈北東向條帶狀展布，走向約30°，長(zhǎng)約510 m，寬約140 m，由視充電率等值線(xiàn)2.0%大致圈出，極大值為2.95%；視電阻率一般為400～1 000 Ω·m，表現(xiàn)為中低阻特征。

圖2 研究區(qū)視充電率(a)、視電阻率(b)等值線(xiàn)平面圖

圖3 激電測(cè)深Ⅰ線(xiàn)視充電率(a)、視電阻率(b)反演等值線(xiàn)斷面圖

異常區(qū)為第四系覆蓋，其附近可見(jiàn)東海巖群斜長(zhǎng)角閃巖大理巖組變粒巖出露。推測(cè)該異常為隱伏石墨礦(化)體引起。

3.4 JD-4高阻高極化異常

JD-4異常位于研究區(qū)東部，呈北北東向條帶狀展布，走向約15°，長(zhǎng)約780 m，寬約110 m，由視充電率等值線(xiàn)2.0%大致圈出，極大值為4.16%，視電阻率表現(xiàn)為高阻特征，普遍>2 000 Ω·m。

該異常強(qiáng)度總體相對(duì)較弱，異常區(qū)出露巖性為鉀長(zhǎng)片麻巖，局部可見(jiàn)黃鐵礦化、硅化、褐鐵礦。推測(cè)該異常為金屬礦化引起。

4 應(yīng)用效果

為驗(yàn)證激電工作圈定的異常的地質(zhì)屬性，在JD-1異常區(qū)測(cè)深Ⅰ線(xiàn)施工ZK01鉆孔(圖1、圖2、圖3)進(jìn)行驗(yàn)證，鉆孔方位角為93°，傾角為75°，孔深309.9 m?？變?nèi)見(jiàn)7層晶質(zhì)石墨礦(化)體(以固定碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.5%圈出)，分別位于71.95～74.83、100.98～104.98、134.02～138.10、139.48～140.40、144.20～145.67、171.79～180.79、230.55～231.55 m段，與激電測(cè)深剖面異常位置基本吻合。

槽探結(jié)果表明，JD-1異常區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)多處石墨礦體，固定碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5%～14.0%，礦體走向近南北，向西陡傾，傾角約為60°，與激電中梯和激電測(cè)深成果吻合度高。

5 結(jié) 論

(1)通過(guò)巖礦石電性參數(shù)測(cè)定，獲取了蘇北地區(qū)石墨礦石的電性參數(shù)，為進(jìn)行激電測(cè)量提供了物性前提。

(2)通過(guò)對(duì)雙湖礦區(qū)進(jìn)行激電測(cè)量，圈定了4處激電異常。重點(diǎn)異常經(jīng)激電測(cè)深評(píng)價(jià)、槽探和鉆探驗(yàn)證，見(jiàn)礦情況良好。

(3)石墨礦化體與激電異常的吻合度高，說(shuō)明激電方法在蘇北超高壓變質(zhì)帶尋找石墨礦較為有效。蘇北地區(qū)尚有10余處石墨礦(化)點(diǎn)，成礦前景不明，應(yīng)用該方法可初步了解蘇北地區(qū)石墨礦找礦潛力。