高頻大地電磁法在山東招平斷裂深部探測(cè)的應(yīng)用效果

王敬志,李進(jìn)桂,孫德華,王廣朋,曹李慧,郝占優(yōu),李文堯,廖 忠,孫 暄,王 熙，隆季原

(1.招遠(yuǎn)市曹家洼金礦，山東 招遠(yuǎn) 265400；2.昆明理工大學(xué) 國(guó)土資源工程學(xué)院,昆明 650093；3.昆明鑫地地質(zhì)勘探有限公司,昆明 650233)

膠東西北部是中國(guó)重要的產(chǎn)金基地，其黃金產(chǎn)量約占全國(guó)的1/4。招(遠(yuǎn))-平(度)斷裂帶是膠東地區(qū)金礦非常重要的導(dǎo)礦容礦構(gòu)造，區(qū)內(nèi)礦床約50%賦存在招平斷裂帶上[1]。近年來(lái)，招平斷裂北段水旺莊金礦區(qū)新發(fā)現(xiàn)的金礦體延伸至深部-2 173 m標(biāo)高[2]，金礦體受招平斷裂次級(jí)斷裂控制。因此，有必要研究探測(cè)招平斷裂深空間分布的有效物探方法。

許多學(xué)者對(duì)于招平斷裂地質(zhì)特征及其探測(cè)方法進(jìn)行了研究[1-12]。杜長(zhǎng)學(xué)等[5]探討了招平斷裂的形成機(jī)制；林文蔚等[6]研究了招遠(yuǎn)-平度斷裂活動(dòng)性質(zhì)及活動(dòng)時(shí)代。物探探測(cè)方法方面，2000—2001年，中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所[7-8]，在招平斷裂中段曹家洼礦區(qū)開展了重力、磁法、可控源音頻大地電磁法(CSAMT)、激電測(cè)深探測(cè)，指出招平斷裂表現(xiàn)為電阻率梯度帶特征。2008 年，李靜等[9]以招平斷裂帶中段的夏甸金礦為例，探討了巖(礦)石電阻率值對(duì)成礦構(gòu)造環(huán)境的判別；2012 年，韓耀宗等[10]采用可控源音頻大地電磁法對(duì)招平斷裂進(jìn)行了探測(cè)；2015年，單偉[11]采用反射地震法、可控源音頻大地電磁法(CSAMT)及頻譜激電法(SIP)研究招平斷裂；2016年，孟銀生[12]研究了重力、磁法、時(shí)間域激發(fā)極化法(IP)、CSAMT對(duì)招平斷裂探測(cè)的有效性，總結(jié)了膠東招平金礦帶厚覆蓋區(qū)深部礦床綜合地球物理勘查模型。以上探測(cè)方法主要研究重點(diǎn)是采用物探方法如何尋找金礦，順便研究招平斷裂的特征，除反射地震法方法外，其他方法探測(cè)深度都小于1 400 m，因此有必要進(jìn)一步研究探測(cè)深度更大的快速的有效方法。本文采用高頻大地電磁法(EH4)低頻探頭探測(cè)方式探討了招平斷裂深部探測(cè)的應(yīng)用效果。

1 地質(zhì)概況

研究區(qū)地質(zhì)情況如圖1所示。區(qū)內(nèi)主要出露第四系腐殖土及砂質(zhì)黏土，主要沿河流兩側(cè)低凹部位分布，厚度為3～20 m。此外局部出露殘留的荊山群祿格莊組石榴矽線黑云片巖。

1.第四系腐殖土及砂質(zhì)黏土；2.二長(zhǎng)花崗巖；3.閃長(zhǎng)巖；4.斷裂及其傾向；5.鉆孔及編號(hào)；6.EH4剖面及線點(diǎn)號(hào)圖1 山東招平斷裂中段地質(zhì)圖

研究區(qū)位于招平斷裂帶中段。招平斷裂為膠東地區(qū)最著名金成礦構(gòu)造，全長(zhǎng)130 km，寬15～600 m，最寬處900 m。走向一般為5°～50°，傾向南東，傾角為21°～58°。上盤為角閃黑云英云閃長(zhǎng)巖，下盤為二長(zhǎng)花崗巖。斷裂帶大致沿玲瓏超單元與棲霞超單元接觸帶展布，平面上形態(tài)極不規(guī)則，被北西向后期構(gòu)造錯(cuò)斷分成數(shù)段。沿走向及傾向均呈舒緩波狀展布，為壓扭性斷裂，并具多期次活動(dòng)的特征。其發(fā)育連續(xù)碎裂巖帶，以斷裂泥為標(biāo)志的主斷裂面發(fā)育。該斷裂控制了臺(tái)上、破頭青、曹家洼、大尹格莊、姜家窯、夏甸等特大及大、中型金礦床的分布，發(fā)育于其下盤的大量次級(jí)斷裂則控制了玲瓏金礦田、金嶺金礦田及原疃、金翅嶺、謝家溝等一系列金礦床(點(diǎn))的分布。

區(qū)內(nèi)巖漿巖分布廣泛，主要為棲霞、玲瓏序列、少量譚格莊序列及各種脈巖出露。棲霞序列回龍夼單元(Ar3γδο)為條帶狀細(xì)粒角閃黑云英云閃長(zhǎng)巖，分布于招平斷裂帶上盤的大部分地區(qū)，呈巖基產(chǎn)出。中生代燕山早期玲瓏序列崔召單元(J3γ)為弱片麻狀中粒二長(zhǎng)花崗巖，分布于招平斷裂帶下盤的大部分地區(qū)。脈巖在區(qū)內(nèi)多有出露，主要為閃長(zhǎng)玢巖及石英閃長(zhǎng)玢巖脈，偶見花崗斑巖與煌斑巖脈。

2 地球物理特征

研究區(qū)位于招遠(yuǎn)市曹家洼金礦區(qū)東部。曹家洼金礦區(qū)巖礦石標(biāo)本電參數(shù)測(cè)量統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1，標(biāo)本極化率及電阻率如圖2、圖3所示，可見：

圖2 招平斷裂中段曹家洼金礦區(qū)巖礦石標(biāo)本極化率

圖3 招平斷裂中段曹家洼金礦區(qū)巖礦石標(biāo)本電阻率

1)脈狀及浸染狀金礦石極化率為37.4%～9.12%，為高極化率特征；其他巖礦石極化率小于1.5%，為低極化率特征。

2)閃長(zhǎng)玢巖、花崗巖、浸染狀金礦石、金礦化黃鐵絹英巖電阻率為2 000 Ω·m以上，為相對(duì)高電阻率特征；閃長(zhǎng)巖電阻率為568 Ω·m，為中低電阻率特征；脈狀金礦石電阻率為25 Ω·m，為低電阻率特征。

3)脈狀金礦石電阻率為12～34 Ω·m，平均25 Ω·m，極化率為29.81%～47.21%，平均37.4%，表現(xiàn)為高極化率低電阻率特征；其他巖礦石為中高電阻率、低極化率特征。

招平斷裂的上、下盤存在明顯的電阻率差異，具備開展電法探測(cè)的物性前提條件。

3 高頻大地電磁法應(yīng)用效果

3.1 方法技術(shù)

為了研究高頻大地電磁法對(duì)招平斷裂深部探測(cè)的有效性，選擇有已知鉆孔控制的招平斷裂中段曹家洼礦區(qū)進(jìn)行試驗(yàn)研究，測(cè)線布于招平斷裂向南東傾伏的勾下店村部位(圖1)。布設(shè)剖面5條，剖面方向近東西向，主體測(cè)線線距100 m，點(diǎn)距 50～100 m，剖面總長(zhǎng)5.3 km，測(cè)點(diǎn)113 個(gè)。

高頻大地電磁法(EH4)測(cè)量使用的儀器為美國(guó)Geometrics公司和EMI公司聯(lián)合研制的雙源型(天然場(chǎng)源和人工場(chǎng)源)電磁系統(tǒng)Stratagem。磁探頭采用0.1～1 000 Hz低頻探頭。開工前，進(jìn)行了平行試驗(yàn)確保儀器正常和合格。X、Y方向電極距為50 m。疊加次數(shù)經(jīng)32、64、128、160次試驗(yàn)，大于128 次效果較好，測(cè)點(diǎn)觀測(cè)的疊加次數(shù)為128 次。使用IMAGEM軟件進(jìn)行反演。

3.2 斷裂推斷

反演后的視電阻率隨深度變化的典型剖面如圖4、圖5所示，由于采用低頻磁探頭測(cè)量，反演深度達(dá)2 500 m，但無(wú)淺部信息。斷裂推斷如下：

圖4 112線視電阻率剖面圖

圖5 98線視電阻率剖面圖

根據(jù)電參數(shù)測(cè)量結(jié)果，閃長(zhǎng)巖電阻率平均為586 Ω·m，花崗巖電阻率平均為2 919 Ω·m。招平斷裂上盤為閃長(zhǎng)巖，下盤為花崗巖，因此，招平斷裂電阻率應(yīng)為上低下高的梯度帶特征。

以往開展的可控源音頻大地電磁法測(cè)量結(jié)果[7-12]表明，招平斷裂視電阻率也表現(xiàn)上低下高的梯度帶特征。

圖4為經(jīng)過(guò)已知鉆孔ZK65-1的122號(hào)線視電阻率反演剖面，剖面位于招平斷裂傾向方向約2 000～3 000 m地段(圖1)，視電阻率上低下高的梯度帶明顯，故推斷梯度帶為招平斷裂引起，推斷的招平斷裂在圖4中為粗黑線，推斷的招平斷裂視傾角為24°，與已知鉆孔ZK65-1控制的招平斷裂的視傾角一致，推斷的深度相對(duì)誤差為8.2%。

圖5為98號(hào)線視電阻率反演剖面，剖面位于招平斷裂傾向方向約1 600～3 000 m地段(圖1)，視電阻率總體表現(xiàn)為上低下高的梯度帶特征，故推斷梯度帶為招平斷裂引起，推斷的招平斷裂在圖5中為粗黑線，剖面之西有2個(gè)已知鉆孔，編號(hào)為ZK12-2、ZK12-6，這兩個(gè)鉆孔控制的招平斷裂視傾角為35°，推斷的招平斷裂視傾角為30°。

3.3 應(yīng)用效果

斷裂推斷誤差見表2，推斷的斷裂與已知鉆孔控制的斷裂對(duì)比，推斷的斷裂視傾角最大誤差為5°，斷裂深度推斷相對(duì)誤差為3.6%～8.2%。

表2 招平斷裂中段深部斷裂推斷結(jié)果

4 結(jié)論

通過(guò)5條高頻大地電磁法剖面測(cè)量，和已知10個(gè)鉆孔的對(duì)比研究，推斷的斷裂傾角及深度相對(duì)較準(zhǔn)確，說(shuō)明高頻大地電磁法是探測(cè)招平斷裂的有效方法。

采用高頻大地電磁法探測(cè)1 000～2 500 m深的斷裂，應(yīng)使用頻率為0.1～1 000 Hz的低頻磁探頭。該探測(cè)方法值得在招平斷裂深部探測(cè)中推廣應(yīng)用。