高密度電法在內(nèi)蒙古喀喇沁旗毛林壩螢石礦找礦中的應(yīng)用

金 濤

(中化地質(zhì)礦山總局地質(zhì)研究院，北京 100101)

0 引 言

毛林壩螢石礦位于內(nèi)蒙古喀喇沁旗王爺府鎮(zhèn)西南，為一低溫?zé)嵋毫严睹}狀充填型礦床，礦體嚴(yán)格受北東東向斷裂控制，呈脈狀、透鏡狀產(chǎn)出。探測該類隱伏螢石礦床的關(guān)鍵是揭示隱伏斷裂的深部延伸展布特征。

隱伏斷裂探測是一項(xiàng)難度較大的工作，自城市活動(dòng)斷裂探測工作開展以來，有關(guān)隱伏斷裂探測的各種方法和手段日益增多(鄧起東等，2003；金東淳等，2003；時(shí)永志等，2014)。于汪等(2019)以我國東部地區(qū)典型中低溫?zé)嵋撼涮钚臀炇V床為例，通過開展地面高精度磁測工作，發(fā)現(xiàn)螢石礦控礦構(gòu)造破碎帶邊線為低磁異?；蛘?fù)異常分界處，為隱伏熱液裂隙充填型螢石礦找礦工作提供了依據(jù)。作為一種易行、低價(jià)、直觀的物探手段，淺層電法在隱伏斷裂探測工作中起著非常重要的作用，張向紅等(2000)研究認(rèn)為斷層呈相對(duì)低阻體反映，在聯(lián)合剖面上表現(xiàn)為出現(xiàn)正交點(diǎn)，但由于產(chǎn)生的原因較多，在證據(jù)不足的情況下僅根據(jù)正交點(diǎn)判定斷層較為困難。前人的研究成果(王文龍等，2002；董浩斌等，2003；李志祥等，2003；姜早峰，2004)表明，高密度電法能直觀地反映地下結(jié)構(gòu)電阻率分布的差異，為隱伏斷層探測提供了重要技術(shù)支撐。

雖然高密度電法在礦產(chǎn)勘查和工程勘察中已得到廣泛應(yīng)用，但在非金屬礦產(chǎn)勘查方面，尤其是螢石礦找礦方面的實(shí)踐相對(duì)偏少。以毛林壩螢石礦為例，結(jié)合地質(zhì)和1∶1萬高密度電法，在礦體西南隱伏部位探測至控礦構(gòu)造延伸600 m以上，發(fā)現(xiàn)1處礦化露頭，經(jīng)槽探工程揭露，礦化達(dá)工業(yè)規(guī)模，為今后鉆探工程布置提供了依據(jù)。該方法對(duì)熱液裂隙充填型螢石礦找礦工作具有一定的參考價(jià)值。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

1.1 區(qū)域地質(zhì)背景

毛林壩螢石礦位于內(nèi)蒙古東部赤峰市喀喇沁旗王爺府鎮(zhèn)西毛林壩村，大地構(gòu)造位置在中亞造山帶東段興蒙造山帶南側(cè)，華北板塊東北部，屬環(huán)太平洋成礦域和古亞洲洋成礦域復(fù)合疊加部位(曹華文等，2013)。區(qū)域上主要有高級(jí)變質(zhì)基底、晚古生—中生代侵入巖、寒武紀(jì)蓋層、二疊紀(jì)火山巖和晚侏羅—早白堊世陸相斷陷盆地(張成信等，2019)。區(qū)內(nèi)大構(gòu)造主要為北東東向展布的美林—錦山和八里罕—紅山深大斷裂，其兩側(cè)發(fā)育派生次級(jí)斷裂系統(tǒng)，為區(qū)域螢石礦的形成提供了通道和儲(chǔ)存空間。在燕山中晚期，伴隨著強(qiáng)烈的巖漿-構(gòu)造活動(dòng)，發(fā)育了一系列北東向斷陷型盆地，同時(shí)誘發(fā)產(chǎn)生了一個(gè)高溫地?zé)崃鲙В瑸槌傻V流體的形成和活動(dòng)創(chuàng)造了基本條件(翟明國等，2003)。

1.2 地質(zhì)概況

區(qū)內(nèi)出露地層有：中侏羅統(tǒng)新民組(J2x)，巖性主要為凝灰質(zhì)砂巖；上侏羅統(tǒng)滿克頭鄂博組(J3mk)，巖性主要為流紋質(zhì)火山碎屑巖；上侏羅統(tǒng)瑪尼吐組(J3mn)，巖性主要為安山質(zhì)碎屑巖；下白堊統(tǒng)義縣組(K1y)，巖性主要為安山巖；第四系全新統(tǒng)洪沖積物(Qhpal)。侵入巖廣泛出露于工作區(qū)東部，巖性為晚二疊世黑云母二長花崗巖，該巖體中黑云母含量較高，螢石成礦具有就地取材特征，成礦物質(zhì)氟主要取自被破壞的黑云母。斷裂構(gòu)造發(fā)育，主要有北東東向F1和北西向F2、F3、F4兩組斷裂，F(xiàn)1斷裂兩側(cè)發(fā)育近于平行的次小級(jí)斷裂，這些斷裂是成礦流體運(yùn)移的良好通道，毛林壩螢石礦嚴(yán)格受斷裂F1控制產(chǎn)出(圖1)。

圖1 毛林壩螢石礦工程布置及地質(zhì)略圖1-第四系全新統(tǒng)洪沖積物；2-下白堊統(tǒng)義縣組；3-上侏羅統(tǒng)瑪尼吐組；4-上侏羅統(tǒng)滿克頭鄂博組；5-中侏羅統(tǒng)新民組；6-晚二疊世黑云母二長花崗巖；7-螢石礦化帶；8-螢石礦體；9-石英正長斑巖脈；10-流紋巖、花崗巖、花崗斑巖(脈)；11-石英脈；12-三級(jí)氟異常及編號(hào)；13-斷裂構(gòu)造；14-槽探工程及編號(hào)；15-高密度電法剖面及編號(hào)；16-靶區(qū)范圍；17-已有礦權(quán)范圍Fig. 1 Engineering layout and geological sketch of Maolinba fluorite mine in Karaqin Banner

1.3 地球物理特征

在研究區(qū)采集了45塊典型巖石、礦石標(biāo)本進(jìn)行分析測試。統(tǒng)計(jì)結(jié)果(表1)表明：① 安山質(zhì)碎屑巖、流紋質(zhì)碎屑巖及花崗巖電阻率多在1 500～1 800 Ω·m之間，相對(duì)較高，呈中高阻特征；② 完整的螢石礦石電阻率多在2 000 Ω·m左右，與圍巖相比呈高阻特征，但螢石礦體受構(gòu)造控制產(chǎn)出，賦存于斷裂構(gòu)造破碎帶中，整體破碎嚴(yán)重，導(dǎo)致電阻率降低，電阻率值多在1 000 Ω·m左右，表現(xiàn)為低阻特征。上述物性指標(biāo)為采用高密度電法識(shí)別賦存于斷裂構(gòu)造破碎帶中的螢石礦體提供了物性基礎(chǔ)，以圈定低阻異常為主。

表1 研究區(qū)巖礦石電性參數(shù)測量統(tǒng)計(jì)結(jié)果Table 1 Statistics of determination of electrical parameters of rocks and ores in the study area

2 測量方法及質(zhì)量評(píng)述

2.1 測線布置

按照物探測線垂直于已知礦體走向的原則，同時(shí)考慮到工作區(qū)地形、輸電線路電磁干擾等因素的影響(林金波，2011)，垂直于控礦斷裂 F1布置了高密度電法剖面線3條，方位 153°，自南西向北東編號(hào)分別為 ZP10、ZP24和ZP36(圖1)。

2.2 測量方法

開展高密度電法工作的前提是巖石與礦石之間存在電性差異。使用多道電極和多芯電纜人工建立地下穩(wěn)定直流電場，通過程控式多路電極轉(zhuǎn)換器選擇不同的極距間隔和電極組合方式，實(shí)現(xiàn)測量電極和自動(dòng)供電、觀測、跑極、記錄、計(jì)算和存儲(chǔ)，從而獲取地下一定深度內(nèi)地質(zhì)體的視電阻率分布規(guī)律，推斷其結(jié)構(gòu)構(gòu)造。高密度電法剖面線能夠了解地下斷面的信息，通過合理布置測線來勾畫三維地質(zhì)體，達(dá)到立體勘探效果，對(duì)解決斷層破碎帶的追索關(guān)鍵問題非常有效。

使用WDMG-4高密度電法測量儀，每條測線最多可以布設(shè)電極90個(gè)，根據(jù)地形確定點(diǎn)距，一般為8.5、9.0、9.5 m；采用溫納裝置采集15層。

高密度電法剖面測點(diǎn)施放采用GPS、羅盤，結(jié)合測繩布點(diǎn)。電纜布設(shè)沿剖面方向，電極盡量埋設(shè)在測點(diǎn)附近有泥土的地方，并澆灌鹽水，以降低接地電阻。在測量過程中時(shí)刻關(guān)注儀器數(shù)據(jù)，每種方法測量完畢后從儀器中調(diào)出測量成果曲線，進(jìn)行野外初步檢查，若發(fā)現(xiàn)曲線有明顯變化則重復(fù)測量。工作結(jié)束后將接收機(jī)中的數(shù)據(jù)回放至電腦，通過2DRES二維高密度電法反演軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和反演，形成最終圖件。

2.3 質(zhì)量評(píng)述

共完成3條剖面線1 845個(gè)物理點(diǎn)的測量，質(zhì)量檢查采用“兩同兩不同”(同點(diǎn)位、同儀器，不同操作員、不同時(shí)間)的方法，共檢查物理點(diǎn)335個(gè)，占總工作量的18.16%，視電阻率均方相對(duì)誤差為±0.10%，滿足相關(guān)規(guī)范要求。

視電阻率均方相對(duì)誤差計(jì)算公式：

(1)

3 成果解釋與驗(yàn)證

3.1 成果解釋

研究區(qū)共布置高密度電法剖面線3條，根據(jù)區(qū)內(nèi)巖礦石電性特征并結(jié)合地質(zhì)資料進(jìn)行地質(zhì)推斷解釋。以往工作在剖面ZP24地表發(fā)現(xiàn)有螢石礦化蝕變破碎帶露頭，因此選擇該剖面進(jìn)行測量，ZP24剖面巖性主要為流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r。圖2顯示：300～350 m位置視電阻率為0～400 Ω·m，呈低阻特征，推測為毛林壩螢石礦F1控礦斷裂的延伸，斷裂產(chǎn)狀158°∠68°。

圖2 毛林壩螢石礦ZP24地球物理綜合剖面簡圖1-上侏羅統(tǒng)滿克頭鄂博組；2-螢石礦脈；3-流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r；4-產(chǎn)狀Fig. 2 Comprehensive geophysical profile of ZP24 of Maolinba fluorite mine

ZP10剖面位于ZP24剖面東側(cè)約300 m處，巖性主要為流紋質(zhì)凝灰?guī)r，少量安山巖。圖3顯示，剖面200～300 m處ρs<100 Ω·m，為一明顯的縱向低阻異常。該異常呈條帶狀從地表延伸至地下，視電阻率等值線呈陡立傾斜狀，為一典型的斷裂破碎帶低阻異常。經(jīng)查證，對(duì)應(yīng)地表見斷裂構(gòu)造破碎帶，且見有螢石礦化，推測該異常為控礦斷裂構(gòu)造破碎帶所致。

圖3 毛林壩螢石礦ZP10地球物理綜合剖面簡圖1-滿克頭鄂博組；2-安山巖；3-流紋質(zhì)含角礫巖屑玻屑凝灰?guī)r；4-流紋質(zhì)含集塊角礫巖；5-硅化蝕變破碎帶；6-產(chǎn)狀Fig. 3 Comprehensive geophysical profile of ZP10 of Maolinba fluorite mine

ZP36剖面位于ZP24剖面東側(cè)約600 m處，巖性主要為流紋巖和流紋質(zhì)碎屑巖，圖4顯示300 m附近視電阻率呈現(xiàn)低阻特征，與兩側(cè)高阻區(qū)界線明顯，產(chǎn)狀較陡，略顯南傾，在300 m以西見向南西延伸的陡立的斷層陡坎，沿陡坎巖石破碎嚴(yán)重，碎裂巖化，見硅化蝕變，偶見螢石細(xì)脈。推測該處存在斷層，其傾向南東，為毛林壩控礦斷裂F1的延伸。

圖4 毛林壩螢石礦ZP36地球物理綜合剖面簡圖1-滿克頭鄂博組；2-流紋質(zhì)含角礫巖屑玻屑凝灰?guī)r；3-流紋巖；4-硅化蝕變破碎帶；5-物探推斷斷裂；6-產(chǎn)狀Fig. 4 Comprehensive geophysical profile of ZP36 of Maolinba fluorite mine

3.2 地質(zhì)查證

針對(duì)高密度電法發(fā)現(xiàn)的螢石礦化線索(俞勝等，2016)，在綜合分析視電阻率異常的基礎(chǔ)上，進(jìn)行1∶1萬地質(zhì)填圖，主要對(duì)礦體延伸南西方向進(jìn)行追索，又發(fā)現(xiàn)硅化蝕變等礦化線索。在ZP10探測的異常處施工探槽TC11進(jìn)行揭露查證(圖1、圖5，采樣分析結(jié)果見表2)，在TC11處揭露礦體真厚度為0.90 m，CaF2品位為45.56%，與毛林壩螢石礦礦體產(chǎn)狀一致，傾向南東，中間部位大部覆蓋較厚，為隱伏區(qū)域，3條高密度電法剖面均探測到相對(duì)低阻異常，推測毛林壩螢石礦礦體向南西延伸至TC11以西，為深部鉆探工程布設(shè)提供了依據(jù)。

圖5 毛林壩螢石礦TC11探槽素描草圖1-殘坡積；2-流紋質(zhì)含角礫巖屑玻屑凝灰?guī)r；3-高嶺土化；4-螢石礦體；5-產(chǎn)狀；6-采樣位置及編號(hào)Fig. 5 Sketch of TC11 trench in Maolinba fluorite mine

表2 探槽TC11刻槽樣分析結(jié)果Table 2 Analysis results of samples from test groove TC11

4 結(jié) 論

(1)利用高密度電法探測隱伏螢石礦控礦構(gòu)造，對(duì)尋找螢石礦具有較好的效果，可將視電阻率低阻異常帶等典型特征作為熱液裂隙充填型螢石礦的地球物理找礦標(biāo)志。

(2)低阻異常在礦體延伸隱伏部位具有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，建議下一步將毛林壩螢石礦南西延伸部位作為重點(diǎn)找礦地段，布設(shè)鉆探工程進(jìn)行深部驗(yàn)證控制，有望探獲中型以上螢石礦體。