礦物富集區(qū)的物探異常特征及深部找礦預(yù)測研究

張贊萍，陳 競，狄紅偉

（河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第四地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，河南 鄭州 450000）

礦物富集區(qū)的地質(zhì)勘查一直是近年來礦產(chǎn)領(lǐng)域的重點研究內(nèi)容，其中礦物富集區(qū)指的是礦產(chǎn)資源在某一特定區(qū)域中高度集中的地區(qū)。在以往的研究中，針對礦物富集區(qū)的勘察主要使用的是化探方式，對于物探方面的研究則重視程度相對較低[1]。因此，針對礦物富集區(qū)進(jìn)行物探異常特征研究是具有現(xiàn)實意義的。而根據(jù)其物探異常特征進(jìn)行深部找礦預(yù)測，對于礦物富集區(qū)的地質(zhì)勘查研究更具有重要意義。對于礦物富集區(qū)的物探異常特征及深部找礦預(yù)測的研究，國外已經(jīng)開展的較為深入，可以根據(jù)對礦物富集區(qū)的物探異常特征進(jìn)行探識從而實現(xiàn)較為準(zhǔn)確的深部找礦。而國內(nèi)對于礦物富集的物探異常特征及深部找礦預(yù)測的研究目前也取得了突破性的研究成果，并在實際找礦中進(jìn)行了應(yīng)用。綜合目前所獲取的研究成果，對礦物富集區(qū)的物探異常特征及深部找礦預(yù)測進(jìn)行深入研究。

1 礦物富集區(qū)的物探異常特征

1.1 激電異常特征

激電異常特征包括極化率特征與電阻率特征。其中極化率特征包括區(qū)域中存在多峰值異常，且幅值較高、范圍較大[2]。具體表現(xiàn)為高重、低磁、中低阻、高極化等。區(qū)域的出露巖性則包括凝灰?guī)r、火山角礫巖、角閃安山巖等，具備強(qiáng)烈的綠簾石、碳酸巖化、褐鐵礦化、磁鐵礦化等礦化性蝕變。電阻率特征為區(qū)域內(nèi)存在高阻區(qū)或低阻區(qū)。

1.2 磁測異常特征

磁測異常特征指的是區(qū)域內(nèi)存在磁場異常地區(qū)，具體表現(xiàn)為存在磁感應(yīng)強(qiáng)度上的較大差異、磁場方向上的差異、磁場深度上的差異等[3]。其中磁測異常特征的具體表現(xiàn)類型為扭曲帶、正負(fù)性異常帶以及其他異常等。其中扭曲帶異常的對應(yīng)表現(xiàn)為在區(qū)域中存在地磁感應(yīng)的實際強(qiáng)度變化參差不齊的情況，以及巖性相同的不同部位表現(xiàn)出正負(fù)轉(zhuǎn)變的狀態(tài)。正負(fù)性異常帶的對應(yīng)表現(xiàn)為區(qū)域中存在正負(fù)磁異常的明顯分界線。其他異常的對應(yīng)表現(xiàn)為區(qū)別于前兩種情況，磁感應(yīng)強(qiáng)度出現(xiàn)明顯變化。具體包括巖體化學(xué)性質(zhì)的堿性、酸性、中性、基性、超基性等表現(xiàn)引發(fā)磁感應(yīng)強(qiáng)度的明顯變化。其中酸性、堿性這兩種表現(xiàn)影響磁感應(yīng)強(qiáng)度變化的程度最強(qiáng)烈。酸性表現(xiàn)影響磁感應(yīng)強(qiáng)度變化的情況可以分為兩種：無磁性巖體，具體波動范圍為150nT～350nT；中強(qiáng)磁性巖體，具體波動范圍為350nT～550nT。堿性表現(xiàn)則能夠引發(fā)磁感應(yīng)強(qiáng)度在100nT～300nT 這一范圍中的隨機(jī)波動。

1.3 重力場異常特征

重力場異常特征指的是在區(qū)域中構(gòu)成地殼的不同礦體、巖體之間存在較大密度差異所引發(fā)的地表重力加速度差異。具體表現(xiàn)為相比周圍巖體，勘探地質(zhì)體的密度值明顯不同，也就是存在明顯的重力異常情況。

2 深部找礦預(yù)測方法

2.1 CSAMT 法深部找礦預(yù)測

CSAMT 即大地電磁可控源音頻測深方法，主要通過人工場源實施深部頻率域探測，是一種地球物理探測方法。CSAMT 具有高效、工作布置整體比較簡單、較大探測深度、較強(qiáng)壓制干擾、較大供電電流等特征[4]。CSAMT 的極限探測深度目前在2km 左右。通過CSAMT 可以對礦物富集區(qū)的物探異常特征進(jìn)行探測。

CSAMT 能夠人工控制觀測電磁場的方向、場強(qiáng)、頻率，具備明顯的極化方向與較高信噪比，便于進(jìn)行觀測[5]。該方法還能夠探測通過地震法和直流電法無法探測的位于薄層高電阻下的地質(zhì)體。其使用的探測人工場源主要包括電性源與磁性源兩種。當(dāng)前應(yīng)用較為廣泛的是電性源人工場源，主要是在1km ～3km長的接地導(dǎo)線內(nèi)供應(yīng)音頻電流來產(chǎn)生對應(yīng)頻率的觀測電磁場。使用電性源時主要是以接地長度有限的電偶極子AB 為人工場源，并在電偶極子AB 兩側(cè)接收測線上設(shè)置多個赤道偶極裝置實施標(biāo)量測量。測量時的發(fā)射源具體覆蓋范圍如圖1 所示。

圖1 測量時的發(fā)射源具體覆蓋范圍

在探測時，同時對正交于場源的磁場水平分量和平行于場源的電場水平分量進(jìn)行觀測，利用測試儀器對阻抗相位和卡尼亞視電阻率進(jìn)行自動計算，通過對發(fā)射頻率進(jìn)行改變，獲取不同地下深度對應(yīng)介質(zhì)電阻率的實際分布信息，實現(xiàn)礦物富集區(qū)的物探異常特征探測。

2.2 SIP 法深部找礦預(yù)測

SIP 即頻譜激電法，其可研究觀測的參數(shù)較多，通過組合解釋多參數(shù)可以為礦物富集區(qū)提供更加豐富的深部找礦預(yù)測信息。通過SIP 能夠解決下列礦物富集區(qū)深部找礦預(yù)測問題：

（1）通過SIP 能夠?qū)饘倭蚧颕P 與含碳質(zhì)地層IP 進(jìn)行識別，具體識別方式為按照介質(zhì)內(nèi)極化物質(zhì)的體積含量、構(gòu)造和結(jié)構(gòu)上的差異進(jìn)行識別。

（2）通過SIP 能夠在礦化背景中對相對富集體進(jìn)行識別。（3）能夠?qū)ι畈棵さV與隱伏礦進(jìn)行尋找。

通過SIP 對礦物富集區(qū)的物探異常特征進(jìn)行探測，需要對測量反演斷面進(jìn)行設(shè)計，主要是通過用電阻率法中的布極裝置對電阻率視復(fù)頻譜進(jìn)行觀測，并對復(fù)電阻率的對應(yīng)頻譜特性進(jìn)行研究，以解決礦物富集區(qū)的地質(zhì)問題。在地面，SIP 主要采用的是偶極-偶極排列式裝置，可以對徑向電場進(jìn)行掃頻觀測，屬于幾何高密度探測法。這種偶極裝置十分輕便，電磁耦合對其干擾較小。該裝置能夠深度穿透覆蓋層、強(qiáng)力分辨極化體的產(chǎn)狀與形狀，具有較大的異常幅度和較強(qiáng)的抗干擾能力。

該方法測得的頻譜主要包括電極化性帶來的激電譜與導(dǎo)電性帶來的近場區(qū)電磁譜[6]。在頻帶上這兩種頻譜所占據(jù)的位置不同，通過不同模型對實測視頻譜實施擬合反演能夠?qū)ζ溥M(jìn)行分離處理，從而實現(xiàn)去電磁譜響應(yīng)的目的。通過對四種激電譜參數(shù)進(jìn)行求取，反映礦物富集區(qū)地下地質(zhì)體電極化與導(dǎo)電性質(zhì)，從而準(zhǔn)確判斷異常物質(zhì)屬性。這四種激電譜參數(shù)分別為視頻率相關(guān)系數(shù)、視時間常數(shù)、視充電率以及視復(fù)電阻率。

其中實測視頻阻率可以用兩個Cole-Cole 模型的和來表示，分別為電磁效應(yīng)與激電效應(yīng)所對應(yīng)的Cole-Cole 模型，具體如下式所示：

式（1）中 ρ ( ω )代表實測視頻阻率；ρa(bǔ)0表示包含激電效應(yīng)的頻率零時視電阻率；1m 代表激電效應(yīng)的對應(yīng)充電率；1τ 表示激電效應(yīng)的對應(yīng)時間常數(shù)；1C 代表激電效應(yīng)的對應(yīng)頻率相關(guān)系數(shù)；2m 表示電磁效應(yīng)的對應(yīng)充電率；2τ 代表電磁效應(yīng)的對應(yīng)時間常數(shù)；C2表示電磁效應(yīng)的對應(yīng)頻率相關(guān)系數(shù)；iω 代表視頻阻率。

對于均勻大地條件，電磁效應(yīng)與激電效應(yīng)所對應(yīng)的Cole-Cole 模型的對應(yīng)參數(shù)分別遵循以下規(guī)律：的取值在0.1 到0.6 的范圍內(nèi)；的取值在0.9 到1.0 的范圍內(nèi)；激電效應(yīng)的對應(yīng)時間常數(shù)大于電磁效應(yīng)的對應(yīng)時間常數(shù)。根據(jù)以上規(guī)律，可以對激電效應(yīng)與電磁效應(yīng)進(jìn)行區(qū)分。

3 結(jié)束語

對礦物富集區(qū)的物探異常特征及深部找礦預(yù)測問題進(jìn)行深入研究，獲得了以下研究成果：

（1）發(fā)現(xiàn)礦物富集區(qū)中存在激電、磁測、重力場這三種異常特征，并深入發(fā)掘了這幾種異常特征的對應(yīng)表現(xiàn)，為通過物探手段對礦物富集區(qū)進(jìn)行探測提供了堅實的理論依據(jù)。

（2）對于礦物富集區(qū)的深部找礦預(yù)測問題，分別采用兩種方法進(jìn)行研究，一種是CSAMT 法，一種是SIP 法，這兩種方法各有優(yōu)勢，可以根據(jù)實際情況對方法進(jìn)行選擇。