物探方法在西峽縣尹家溝石墨找礦中的應(yīng)用

尚凱凱，羅清威，李新超，吳園園

(河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局 第七地質(zhì)大隊，河南 鄭州 450018)

石墨是非常重要的非金屬礦產(chǎn)之一，由于具有耐高溫、導(dǎo)電優(yōu)良、硬度高等特性，其應(yīng)用的領(lǐng)域十分廣泛，特別是近些年來在戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)中具有不可替代的作用。然而隨著地表礦產(chǎn)勘查開發(fā)程度不斷加大，找礦難度也隨之增加，因此尋找深部隱伏礦產(chǎn)已經(jīng)成為地質(zhì)工作的主要方向。由于石墨的特性，與其他巖(礦)石相比具有明顯的低阻和高極化特征，且在成礦后往往具有穩(wěn)定的層位和一定的規(guī)模，這為通過電法勘查尋找石墨礦床提供了有利的先決條件[1-2]。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況及巖(礦)石標(biāo)本物性特征

1.1 研究區(qū)地質(zhì)概況

研究區(qū)位于秦嶺造山帶東段，荊紫關(guān)—師崗復(fù)式向斜北翼中段，木家埡—內(nèi)鄉(xiāng)斷裂與淅川斷裂之間；處于小陡嶺—老灌河大溝巖組石墨成礦帶的中東部。區(qū)域構(gòu)造總體呈北西向展布，構(gòu)造較發(fā)育，變質(zhì)作用較強，巖漿活動頻繁。通過在研究區(qū)開展的大功率激電工作，結(jié)合槽探及鉆探工作，研究區(qū)內(nèi)共圈出Ⅰ號、Ⅱ號兩條石墨礦帶，圈定了27條石墨礦體(見圖1)，提交石墨礦石量3 274.35萬t，礦物量183.22萬t，石墨為細鱗片晶質(zhì)石墨，礦體的固定碳平均含量為2.20%～10.54%，礦床工業(yè)礦固定碳平均含量5.59%。

區(qū)內(nèi)出露的地層主要有古元古界陡嶺群大溝巖組、少量中元古界毛堂群姚營寨組二段以及少量分布的新生界第四系。其中古元古界陡嶺群大溝巖組為主要的含礦巖系，該組可以劃分為兩個巖性段，一段主要由白云母石墨片巖、石墨斜長片麻巖、含石墨白云母片巖及角閃斜長片麻巖組成，呈互層狀產(chǎn)出，區(qū)內(nèi)石墨礦層賦存于一段的白云母石墨片巖和石墨斜長片麻巖層中。二段主要由斜長角閃片巖及少量的白云母片巖組成[3]。

區(qū)內(nèi)構(gòu)造總體以單斜形式產(chǎn)出，局部可見緊閉褶皺、無根褶皺等，斷裂構(gòu)造不發(fā)育。而區(qū)內(nèi)對石墨礦體(層)影響顯著的構(gòu)造是早期區(qū)域變質(zhì)作用過程中的同變質(zhì)構(gòu)造，造成石墨礦體(層)在其巖層中形成碎裂巖化、糜棱巖化巖石及揉皺等，石墨鱗片隨之產(chǎn)生破裂或撓曲?？臻g上造成厚度變化較大并在局部形成厚大礦體(層)。

區(qū)內(nèi)巖漿活動強烈，有大面積的巖漿巖出露，主要為古元古代中酸性侵入巖類、新元古代中—中酸性侵入巖。其中古元古代侵入巖體與大溝巖組呈熱接觸變質(zhì)作用，使研究區(qū)內(nèi)石墨礦石片度增大[4-5]。區(qū)內(nèi)巖脈十分發(fā)育，具有巖石類型齊全、多期次侵入的特點。區(qū)內(nèi)出露有超基性巖脈、角閃巖脈、輝綠輝長巖脈，其中超基性巖脈最為發(fā)育。

1.2 主要礦體地質(zhì)特征

研究區(qū)內(nèi)礦體受大溝巖組地層控制，呈層狀、似層狀平行展布，產(chǎn)狀與地層一致。其中規(guī)模較大的主礦體為Ⅰ4-1、Ⅰ5-1、Ⅰ6-1、Ⅰ7-1，石墨礦物量占區(qū)內(nèi)總資源量的75.05%。主礦體特征如下：

1 第四系全新統(tǒng)砂礫石層; 2 中元古界姚營寨組二段變流紋巖等; 3 古元古界大溝巖組一段含石墨白云母片巖、白云母石墨片巖; 4 新元古代早南華世鷹爪山片麻狀閃長玢巖; 5 新元古代早南華世封子山片麻狀中?；◢忛W長巖; 6 古元古代團山寨片麻雜巖; 7 新元古代早南華世邊桿嶺片麻狀石英閃長巖; 8 古元古代靈官埡雜巖; 9 韌性剪切帶; 10 產(chǎn)狀; 11 礦體及編號; 12 礦體夾石; 13 勘探線及編號; 14 鉆孔及編號

1)Ⅰ4-1號礦體：位于研究區(qū)南西部，礦體控制長約570 m，產(chǎn)狀35(°)～75(°)∠ 43(°)～80(°)。礦體形態(tài)較規(guī)則，呈似層狀產(chǎn)出，礦體在傾向上變化較小，南東端被閃長玢巖侵入，整體連續(xù)性較好。礦石類型為白云母石墨片巖型，礦石品位5.16%～11.12%，平均品位7.20%，變化系數(shù)27%，屬穩(wěn)定型；礦體厚度3.14～36.72 m，平均厚度12.64 m，厚度變化系數(shù)105%，屬不穩(wěn)定型。

2)Ⅰ5-1號礦體：位于研究區(qū)南西部，礦體控制長約1 468 m，產(chǎn)狀20(°)～56(°)∠47(°)～80(°)。礦體形態(tài)較規(guī)則，呈似層狀產(chǎn)出，走向上呈北西窄，往南東向逐漸變寬。礦石類型為白云母石墨片巖型，礦石品位2.51%～8.73%，平均品位6.45%，變化系數(shù)34%，屬穩(wěn)定型；礦體厚度2.24～37.99 m，平均厚度13.94 m，變化系數(shù)80%，屬不穩(wěn)定型。

3)Ⅰ6-1號礦體：位于研究區(qū)南西部，礦體控制長約1 380 m，產(chǎn)狀22(°)～59(°)∠53(°)～85(°)。礦體形態(tài)較規(guī)則，呈似層狀產(chǎn)出，走向上呈北西窄，往南東向變寬。礦石類型為白云母石墨片巖型，礦石品位2.02%～6.19%，平均品位4.63%，變化系數(shù)32%，屬穩(wěn)定型；礦體厚度2.06～16.65 m，平均厚度7.05 m，變化系數(shù)64%，屬較穩(wěn)定型。

4)Ⅰ7-1號礦體：位于研究區(qū)南西部，礦體控制長約1 380 m，產(chǎn)狀47(°)～90(°)∠34(°)～80(°)。礦體形態(tài)較規(guī)則，呈似層狀產(chǎn)出，走向上總體變化較小。礦石類型為白云母石墨片巖型，礦石品位3.27%～7.21%，平均品位4.86%，變化系數(shù)29%，屬穩(wěn)定型；礦體厚度2.11～21.06 m，平均厚度8.23 m，變化系數(shù)61%，屬較穩(wěn)定型。

1.3 研究區(qū)巖(礦)石標(biāo)本物性特征

研究區(qū)內(nèi)采集的巖(礦)石標(biāo)本的電性參數(shù)統(tǒng)計見表1。測量結(jié)果表明，不同巖(礦)石的極化率和電阻率存在顯著差異。其中賦礦地層中的斜長角閃片麻巖呈現(xiàn)出明顯的高阻—低極化，而含石墨白云片巖和含石墨大理巖則表現(xiàn)出相對高阻和一定的極化率，同時，石墨礦石可形成明顯的低阻—高極化異常特征，使其與圍巖具有相對明顯的區(qū)分，這為大功率激電工作圈定成礦靶區(qū)提供了依據(jù)。

表1 研究區(qū)巖(礦)石電性參數(shù)統(tǒng)計

2 勘查方法及裝置

在石墨礦的物探勘查方法中，常用的是自然電位測量和激電中梯測量。自然電位測量常常用來在第四系覆蓋區(qū)圈出找礦靶區(qū)，自然電位異常反映的主要是地表及淺部的致密礦(化)體信息，而激電中梯測量比自然電位測量更能反映深部的礦(化)體信息，準(zhǔn)確指示礦(化)體的展布，對浸染狀礦(化)體也會有明顯反映[6-9]。由于本區(qū)通過前期開展的地質(zhì)工作，對找礦靶區(qū)已大致了解，需要進一步查清礦(化)體的展布情況，因而選擇激電中梯測量，裝置采用偶極—偶極測深，野外觀測選用儀器為法國VIP10000大功率發(fā)射系統(tǒng)和10 kW發(fā)電機，配合ELERC PRO 10通道激電接收儀。通過前期試驗確定，本次激電測深工作的AB距為1 200 m，MN 距為40 m，供電脈沖為4 s，延遲為200 s，樣寬為40 ms，疊加次數(shù)1 次。

3 數(shù)據(jù)處理及資料解譯驗證[10]

根據(jù)前期的地質(zhì)及槽探揭露工作，圈出2條石墨成礦帶，為查明礦體深部的延深情況，布設(shè)了5.6 km激電中梯剖面和35個激電測深點，結(jié)合后期鉆孔驗證情況來看，選擇的物探方法對深部礦體有較好的反映，具有很好的指示意義[10]。

1)Ⅰ0剖面：剖面長度450 m，方位60(°)，其中BTⅠ03、TCI01、TCI02、TCI03揭露有多條石墨礦體，結(jié)合剖面二維反演斷面圖來看(見圖2)，在1 200～1 350點處存在一條向下延伸的高極化—低阻帶，傾角大致為70(°)～80(°)，該異常在深部未封閉，與地表槽探揭露的石墨礦層產(chǎn)狀較吻合，推斷可能為I4石墨礦體向下延伸的綜合反映。在該低阻帶南、北兩側(cè)表為相對中高阻，結(jié)合地表出露的巖性，可推斷為古元古界大溝巖組地層。而在1 450～1 500點顯示為高阻，推斷為花崗閃長玢巖。

2)Ⅰ24剖面：剖面長度450 m，方位60(°)，其中1 150號點、1 200號點、1 250號點分別為Ⅰ7、Ⅰ6、Ⅰ5石墨礦層露頭所在處，根據(jù)剖面二維反演斷面圖(圖3)，原推測Ⅰ7號石墨礦層深部產(chǎn)狀相對地表產(chǎn)狀變陡，約為70(°)左右，Ⅰ6、Ⅰ5石墨礦層深部延伸較淺。通過鉆孔ZKI2401、ZKI2402驗證結(jié)果對照，ZKI2402在49.19～78.90 m為含石墨石英片巖，其中51.12～67.86 m為Ⅰ6石墨礦體，該處的含石墨石英片巖石墨含量較少，且相對于該孔中的含石墨云母片巖明顯呈現(xiàn)黃鐵礦化發(fā)育較少，電阻率呈現(xiàn)高值特征，對處于其中間部位的石墨礦體起到了一定的屏蔽干擾。而通過鉆孔ZKI2402驗證結(jié)果來看，在1 200～1 300點之間的150 m以淺存在的相對高阻異常即為含石墨石英片巖與石墨礦體的綜合反映，結(jié)合研究區(qū)的礦體賦存特點來說，偶極偶極測深的分辨率可以很好的指示深部礦體是否存在，但不能精確劃分出礦體與其圍巖。

圖2 I0剖面偶極偶極測深充電率、電阻率二維反演斷面

圖3 I24剖面偶極偶極測深電阻率二維反演斷面及解釋推斷

4 結(jié) 論

研究區(qū)位于秦嶺造山帶東段南支，荊紫關(guān)—師崗復(fù)式向斜北翼中段，西官莊—鎮(zhèn)平斷裂以南的古元古界大溝巖組一套中深變質(zhì)的副變質(zhì)巖系中。石墨礦床成因類型為沉積變質(zhì)礦床，并具有后期熱接觸變質(zhì)疊加富集特征。石墨中的碳主要來自有機碳，少數(shù)來自無機碳。石墨礦賦存于古元古界大溝巖組中，屬河南淅川—陜西商南石墨礦帶的一部分，局部礦層裸露地表，礦化層層位相對較穩(wěn)定，走向與地層基本一致。河南淅川—陜西商南石墨成礦帶斷續(xù)延伸近50 km，由2～3個礦層組成，最多可達到7層，單層厚度約7～159 m，最大厚度525 m。礦石類型為石墨片麻巖型、石墨片巖型，石墨為晶質(zhì)鱗片狀，固定碳含量一般為5%～10%，個別可達15%以上，為細鱗片。目前，該石墨成礦帶已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了兩個特大型石墨礦床，四個大型石墨礦床，且該帶上的小陡嶺石墨礦曾經(jīng)開采過，該成礦帶資源潛力較大，具有良好的找礦前景。