西藏甲瑪礦區(qū)巖石物性統(tǒng)計及應用

屈挺，賀日政，魚鵬亮，王素芬，陳小龍，劉建利

(1.陜西地礦物化探隊有限公司，陜西 西安 710043； 2.中國地質科學院 地球深部探測中心，北京 100037)

0 引言

巖石物性是開展地球物理工作的前提條件，準確地了解巖石物性不僅利于對物探方法觀測到的地球物理異常特征開展客觀實際的地質解釋，而且更有利于在已有的物性基礎上探討新的物性參數進而開發(fā)新的地球物理探測技術[1]，但在物探工作中，因為各種原因，巖石物性工作常被放到次要位置，忽視了巖石物性在找礦中的作用和效果。本文以位于岡底斯構造成礦帶典型礦集區(qū)——甲瑪礦區(qū)為例，在收集已有巖石物性資料的基礎上，通過采用不同物性(電阻率、極化率、密度和磁化率)測定方法對甲瑪礦區(qū)巖心庫標本進行測定和分析，系統(tǒng)總結了甲瑪礦區(qū)巖石物性特征，進而討論巖石物性數據對資料處理與解釋的應用效果，為礦區(qū)深部地球物理探測提供借鑒。

1 礦區(qū)地質概況

甲瑪多金屬礦區(qū)位于西藏自治區(qū)拉薩市墨竹工卡縣甲瑪鄉(xiāng)，是岡底斯斑巖銅礦帶內最重要的大型礦床之一，前人在此開展了大量的研究工作，其中已經發(fā)現的斑巖型、矽卡巖型、角巖型礦體構成了一套典型的斑巖成礦系統(tǒng)[2]。甲瑪礦區(qū)位于NWW向延伸的甲瑪—卡軍果推覆構造系前部帶，地層以被動陸緣碎屑—碳酸鹽巖系為主，出露地層為下白堊統(tǒng)林布宗組(K1l)與上侏羅統(tǒng)多底溝組(J3d)。上侏羅統(tǒng)多底溝組(J3d)為灰白色大理巖、結晶灰?guī)r，夾泥灰?guī)r、灰黑色礫屑灰?guī)r、礫屑泥晶灰?guī)r；下白堊統(tǒng)林布宗組(K1l)上部為巖屑砂巖、石英砂巖、巖屑石英粉砂巖與炭質板巖互層,下部為炭質板巖、炭質頁巖夾粉細砂巖，砂板巖經熱接觸蝕變?yōu)榻菐r，形成與鉬礦化相關的角巖型礦化。礦床類型為矽卡巖—斑巖型銅多金屬礦床，控礦構造為甲瑪—卡軍果推覆構造系及其伴生的滑覆構造系，區(qū)內發(fā)育中酸性、酸性侵入巖，屬鈣堿性系列，以花崗閃長斑巖為主。巖漿侵入有兩期：喜山早期(50～65 Ma)形成花崗閃長巖、花崗巖，晚期侵入發(fā)生于新特提斯期(13～20 Ma)，形成以巖脈、巖株形式產出的脈巖巖石，多分布于甲瑪銅多金屬礦區(qū)[3](圖1)。

圖1 甲瑪礦區(qū)地質圖Fig.1 Geological map of Jiama mining area

2 已有巖石物性資料特征

甲瑪礦區(qū)至今尚未開展過巖石密度測定工作,收集整理了礦區(qū)以往巖石磁性與電性資料[4-5](表1)，其中巖石磁性是采用質子磁力儀在高斯第二位置測定野外露頭采集的標本。巖石磁性資料統(tǒng)計結果表明：甲瑪礦區(qū)板巖、大理巖、灰?guī)r、角巖等磁性偏低，斑巖和矽卡巖由于含少量磁黃鐵礦等磁性相對較高，但整體磁性差異較小。巖石電阻率采用露頭小四極法和標本泥團法兩種方法，統(tǒng)計結果表明：大理巖電阻率最高，斑巖、銅礦體及矽卡巖電阻率次之，板巖、灰?guī)r、角巖電阻率偏低。

以往巖石物性測定的巖性種類不全，地表露頭巖石分布較少且處于嚴重風化或蝕變的不利狀態(tài)，導致統(tǒng)計的巖石電性數據離散度較大，只能粗略反映礦區(qū)的電性特征。

3 巖石物性測定方法

根據以往巖石物性測量工作存在的問題，本次在甲瑪主礦區(qū)針對性地采集并測定了ZK028、ZK036、ZK2416、ZK4707、ZK4307共5口鉆孔巖心標本，測定電性標本531件，磁性標本531件，密度標本554件，測定參數包括電阻率、極化率、磁性和密度，巖性包含灰?guī)r、炭質板巖、角巖、石英閃長玢巖、矽卡巖、二長花崗斑巖及角巖型礦體和矽卡巖型礦體。本次測量的ZK028井深1 155 m，巖性自上向下依次為角巖、石英閃長玢巖、角巖、矽卡巖、二長花崗斑巖，穿過角巖型礦體和矽卡巖型礦體，是礦區(qū)巖性較全、礦體類型較全的典型鉆孔。其余4口鉆孔在平面位置上分布均勻，與ZK028的巖石物性測量結果相結合，能夠準確反映甲瑪礦區(qū)的巖石物性特征。本次巖石標本物性參數大致按照深度10 m間隔對5口鉆孔分別進行采樣測定，采集的物性參數更能夠準確反映礦區(qū)巖石物性垂向變化特征。

表1 甲瑪礦區(qū)以往巖石物性標本磁性與電性參數統(tǒng)計Table 1 Statistics of magnetic and electrical parameters of previous rock samples of Jiama mining area

3.1 電性測定

電性標本測定使用加拿大GDD公司SCIP檢測器，采用微電流模式，供電電流5 μA，供電時間8～16 s(低極化率的巖礦石為8 s，高極化率的炭質礦石或巖礦石為16 s)，斷電延時時間160 ms。首先，使用切割機將巖心切成長度20～150 mm規(guī)則形狀，制成規(guī)則巖心標本；將巖石標本置于水中浸泡24 h以上;測定時對標本進行挑選，避免選擇裂隙發(fā)育或巖脈發(fā)育的標本，保證測量的標本具有代表性，測量并記錄電性標本的截面積和長度。其次，將蘸有飽和硫酸銅溶液的海綿墊墊在標本與標本架之間，使用標本架固定好巖心標本，保持標本穩(wěn)固、接觸良好，然后通過SCIP檢測器測量巖石標本的電位，計算獲得電阻率和極化率參數[6]。

3.2 磁性測定

磁性標本使用捷克產KT-6磁化率儀測定巖石磁化率。測量場地選擇在一處遠離鐵磁性物質、磁場穩(wěn)定、空曠的場所。測量前，測量人員要先全身去磁。測量時，標本緊貼KT-6磁化率儀的探頭，每個標本讀數4次以上，待讀數穩(wěn)定時記錄磁化率。

3.3 密度測定

密度標本使用國產MP5002J密度儀測定。首先將標本置于水中浸泡20 h以上，其次測量前對標本進行挑選，避免選擇裂隙發(fā)育或巖脈發(fā)育的標本，保證測量的標本具有代表性；在測量時勤換水，保持測量器皿中的水清澈透明(密度為103kg/m3)，隨時觀察測量裝置，防止密度儀吊臂觸碰底座，防止托盤觸碰盛水器皿，保證密度儀的讀數穩(wěn)定、準確，然后測量并記錄標本密度。

4 巖石物性統(tǒng)計與分析

4.1 巖石物性特征

本次巖石標本參數統(tǒng)計，對數量少于30件的去掉離群值后采用簡單平均方法來統(tǒng)計[7]，數量大于30件則利用直方圖法來統(tǒng)計(表2、圖2～圖5)。

測定結果表明角巖為中等電阻，炭質板巖為低阻，矽卡巖為中低阻，中酸性侵入巖為中高阻，灰?guī)r為高阻。角巖、硅化角巖、矽卡巖、石英閃長玢巖、花崗閃長斑巖極化率均明顯呈“雙峰”分布，一般巖石的極化率多為9%～11%，角巖型礦(化)體極化率一般為19%～25%，矽卡巖極化率明顯高于其他巖石，一般為19.5%，矽卡巖礦化體可達42%，炭質板巖的極化率一般為15%～70%，眾值為30%；炭質板巖、灰?guī)r、角巖、矽卡巖一般為無磁性，局部受變質作用呈弱磁性，中酸性巖侵入巖為弱—中等磁性。炭質板巖、硅化角巖、二長花崗斑巖、花崗閃長斑巖為低密度，角巖、石英閃長玢巖為中等密度，矽卡巖、灰?guī)r為高密度。

從ZK028鉆孔物性垂向剖面(圖6)來看，近地表的角巖表現為高阻、高極化、低密度、中等磁化率的特征；其下的石英閃長玢巖表現為高阻、低極化、低密度、高磁化率特征，角巖表現為中等電阻、中等極化率、低密度、中等磁化率特征，矽卡巖表現為低阻、高極化、高密度、無磁性的特征；底部花崗閃長斑巖表現為中阻、低極化、低密度、高磁化率特征。從礦體來看，角巖型礦體多呈高阻、高極化、高磁化率特征，矽卡巖型礦體多呈低阻、高極化、高密度特征。

表2 甲瑪礦區(qū)巖心標本物性參數統(tǒng)計結果Table 2 Statistical results of physical parameters of core samples of Jiama mining area

圖2 甲瑪礦區(qū)巖石電阻率統(tǒng)計直方圖Fig.2 Statistical histogram of rock resistivity of Jiama mining area

圖3 甲瑪礦區(qū)巖石極化率統(tǒng)計直方圖Fig.3 Statistical histogram of rock polarizability of Jiama mining area

圖4 甲瑪礦區(qū)巖石磁化率統(tǒng)計直方圖Fig.4 Statistical histogram of rock susceptibility of Jiama mining area

圖5 甲瑪礦區(qū)巖石密度統(tǒng)計直方圖Fig.5 Statistical histogram of rock density of Jiama mining area

圖6 ZK028柱狀剖面圖及物性參數垂向剖面Fig.6 ZK028 column profile and vertical profile of physical parameters

4.2 巖石—地質地球物理模型

根據巖心標本物性測定成果及以往物性資料，綜合建立甲瑪礦區(qū)巖石—地質地球物理模型(圖7)，巖石—地質地球物理模型能夠清晰反映礦區(qū)的主要巖石電阻率、極化率、密度及磁化率特征，為礦區(qū)物探數據處理與解釋提供依據[8]。

圖7 甲瑪礦區(qū)巖石地質-地球物理模型Fig.7 Rock geological geophysical model of Jiama mining area

5 應用效果

在甲瑪礦區(qū)某大地電磁測深剖面的處理過程中，利用巖石物性參數對剖面上引起靜態(tài)效應的測點進行校正[9-10]，其方法思路是：由于礦區(qū)地形起伏、地表不均勻體等影響，大地電磁測深測點常引起嚴重的靜態(tài)效應，可通過大比例尺地質圖確定測點的露頭巖性，再以測點露頭相同巖性的巖石電阻率眾值為參考，對測點曲線進行平移處理，達到消除靜態(tài)效應的目的。圖8a為利用該方法處理后的視電阻率擬斷面圖，基本消除了靜態(tài)效應引起的“掛面條”現象，其淺部電性特征與剖面測點露頭巖石分布基本一致。

對大地電磁測深剖面深部地質體解釋，首先是參考建立巖石地質—地球物理模型，根據不同電性特征劃分巖性界面，其次是根據礦區(qū)的地質及成礦模型，劃分不同成礦地質體界面[11-13]。圖8b為大地電磁測深剖面反演電阻率及地質解釋推斷結果，圖中剖面電性結構縱向上在140點以西為上低下高兩個電性層，140點以東可劃分為低—中—低3個電性層；橫向上呈西高東低，整體東傾，100～180點、高程約4 200～5 200 m之間整體呈中低阻，地表出露林布宗組角巖，根據該角巖電性測定結果和地表露頭解釋為林布宗組角巖；180～210點、高程約4 100～4 600 m之間呈中高阻異常，地表露頭為林布宗組炭質板巖，該處反映的中高阻與炭質板巖的電性特征不符，而其電阻率更接近二長花崗巖斑巖或花崗閃長斑巖；結合地質資料推測該異常為剖面東南部莫古朗巖體向NE延伸出的巖枝或巖株，因此推斷其為隱伏的中酸性侵入巖。100～150點、高程約4 200～2 500 m之間呈高阻異常，推斷解釋為中酸性侵入巖；110～220點、高程約3500 m以下整體呈中高阻，推斷解釋為多底溝組灰?guī)r；根據巖石物性特征及成礦地質模型分析，依據甲瑪礦區(qū)巖石物性與地質特征，將淺部低阻層與深部高阻層的梯度變化部位推斷解釋為矽卡巖，該層發(fā)育有厚度超過200 m的矽卡巖，二者接觸帶是矽卡巖型礦體主要賦礦層位，中酸性侵入巖體為矽卡巖型礦體提供了豐富的物質來源。

圖8 大地電磁測深電阻率斷面及推斷結果Fig.8 Magnetotelluric sounding resistivity section and interpretation inference diagram

為了更好揭示巖石測定成果與大地電磁測深剖面局部二維反演斷面之間的對應關系，將ZK028地質剖面投影至鄰近大電磁測深剖面上(ZK028距測深剖面347 m)并進行對比(圖9)。結果表明：大地電磁測深剖面反映的電阻率變化在150 m以淺與ZK028巖心電阻率測定結果差異較大，原因是大地電磁測深法主要探測中深部地質體分布特征，而對較淺的地質體分辨率較低，無法準確反映淺部巖石真實的電性信息。但從整體對比結果看，ZK028巖心電阻率測定曲線能夠大致反映大地電磁測深剖面不同深度不同巖性的電性結構，與剖面電阻率異常特征基本一致。大地電磁測深剖面二維反演電阻率斷面在ZK028投影位置由淺至深呈現出低—次高—低—高的變化特征，近地表角巖表現為中低阻，電阻率一般在310～2 000 Ω·m， 石英閃長玢巖表現為中高阻，電阻率一般在2 500～3 100 Ω·m，下部角巖為中低阻異常，電阻率一般在630～2 500 Ω·m，矽卡巖為低阻，電阻率一般在240～1 500 Ω·m，花崗閃長斑巖表現為高阻，向深部電阻率逐漸變大，電阻率一般在3 900 Ω·m以上。通過巖石物性標定后的大地電磁測深剖面反演結果能較準確地反映礦區(qū)主要巖性界面，為后續(xù)構建礦區(qū)地質模型及圈定找礦靶區(qū)提供依據。

圖9 井旁MT二維反演電阻率斷面與鉆孔巖心測定結果對比Fig.9 Comparison of resistivity cross section measuredby borehole side MT 2D inversion and borehole core

6 結論

甲瑪礦區(qū)主要巖石物性進行測定和分析結果表明：角巖表現為中高電阻、高極化、低密度、中等磁化率的特征，其電阻率和極化率隨深度增加而降低；石英閃長玢巖表現為高阻、低極化、低密度、高磁化率特征；矽卡巖表現為低阻、高極化、高密度、無磁性的特征；二長花崗斑巖表現為中等電阻、低極化、低密度、高磁化率特征。從礦體來看，角巖型礦體多呈高阻、高極化、高磁化率特征，矽卡巖型礦體多呈低阻、高極化、高密度特征。據此總結出甲瑪礦區(qū)巖石—地質地球物理模型，為礦區(qū)利用物探方法進行合理的解釋提供依據。

以鉆孔巖心垂向電性測定結果為依據，能夠有效提高大地電磁測深剖面深部地質體解釋精度，為地質工作者提供可靠的地質模型。