綜合地球物理方法在某金屬礦找礦中的應(yīng)用

劉陳龍，王祖寬，羅華國

（1.中陜核工業(yè)集團二一一大隊有限公司，陜西 西安 710000；2.商洛西北有色七一三總隊有限公司，陜西 商洛 726000）

研究區(qū)處于揚子準(zhǔn)地臺與華南褶皺系兩個I級構(gòu)造單元交匯位置上，區(qū)域上斷裂構(gòu)造比較發(fā)育，主要為北東向斷裂、東西向斷裂以及北西向展布的斷裂，這些斷裂將研究區(qū)形成一個三角形的夾塊，區(qū)內(nèi)成礦條件優(yōu)越，具有良好的金屬礦找礦前景。下文以該區(qū)某金礦找礦為例，基于前期整裝勘查研究的前提下，充分考慮研究區(qū)礦石物理特征，針對重點找礦區(qū)域設(shè)置一條地球物理勘探剖面，通過V8多功能電法勘探系統(tǒng)針對研究區(qū)金屬礦運用音頻大地電磁法、可控源音頻大地電磁法以及時間域激電測深法等綜合物探方法開展研究和探索，分析以上方法在研究區(qū)找礦工作過程當(dāng)中，在深部地層以及隱伏構(gòu)造和礦化蝕變體方面的響應(yīng)特征，研究這些方法在區(qū)域上找礦工作當(dāng)中有效的探測深度，評價分析綜合探測成果[1]。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況與巖（礦）石物性特征

（1）地質(zhì)概況。茅口組（二疊系中統(tǒng)）是研究區(qū)的主要地層出露，同時還出露上統(tǒng)龍?zhí)督M以及永寧鎮(zhèn)組（三疊系下統(tǒng)）以及飛仙關(guān)組、關(guān)嶺組（三疊系中統(tǒng)）與第四系（圖1)，現(xiàn)由老至新簡述如下：

圖1 研究區(qū)地質(zhì)簡圖

茅口組主要由灰?guī)r所組成厚層狀，顏色為灰白色和灰色，超過100m的厚度。砂巖、粉砂巖以及黏土巖是龍?zhí)督M的主要組成，主要處于200～390m的厚度范圍；夾紫紅色泥巖的薄層泥質(zhì)粉砂巖是飛仙關(guān)組主要巖性特征達到五十多米的厚度。灰?guī)r、白云巖以及泥質(zhì)灰?guī)r不同厚度互層共同組成永寧鎮(zhèn)組地層，因為135m的厚度，砂質(zhì)泥巖以及泥巖白云巖是關(guān)嶺組的主要巖性特征，達到500m的厚度。

二龍搶寶背斜是研究區(qū)的重要褶皺構(gòu)造，在該區(qū)當(dāng)中起著控礦與容礦作用，展布方向為北東東向，石門坎是其西端具有傾覆特點，斷層對其東端進行切割，破壞在大壩北側(cè)區(qū)域上停止，有約5km的延伸[2]。茅口組是核部最古老的地層。龍?zhí)督M和茅口組出露于北西側(cè)翼部，具有比較陡峭的地層傾角，主要處于25°～45°范圍，倒轉(zhuǎn)出現(xiàn)在局部，永寧鎮(zhèn)主以及龍?zhí)督M和關(guān)嶺組出露于南東側(cè)的翼部，約為5°～28°的傾角，次級褶皺構(gòu)造與之相互伴生。

斷裂構(gòu)造在研究區(qū)當(dāng)中非常發(fā)育，主要包括F1、F2、F3、F4等斷裂構(gòu)造，大致呈現(xiàn)平行的展布特點，和地層金礦化帶呈現(xiàn)一致走向，并相同于背斜走向，該區(qū)有約1km～10km的延伸長度。F1斷層性質(zhì)為逆沖斷層，在二龍搶寶北側(cè)區(qū)域上將礦區(qū)橫跨，該區(qū)達到5.5km的延伸，在走向上主要表現(xiàn)為北東向的特點，約為38°～42°的傾角，F(xiàn)2斷層特點屬于正斷層，在研究區(qū)的中部區(qū)域上分布，約有3.5km的延伸，呈現(xiàn)北東東向展布，向南南東向傾斜角度為68°～70°；F3屬于正斷層，在該區(qū)當(dāng)中有約9.1km的長度，呈現(xiàn)北東東向展布，平行F2斷層，向南南東方向傾斜角度為70°～75°，F(xiàn)4斷裂屬于逆斷層，該區(qū)達到4.70km的延伸，呈現(xiàn)北東東向展布，向南南東向傾斜角度為70°～85°，逆沖斷層為高角度特點，達到40m～100m的斷層特征。

（2）巖(礦）石物性特征。運用標(biāo)本測量法選擇鉆孔巖芯對150個炎性點進行測量，主要涉及粉砂巖，灰?guī)r以及白云巖還有礦化蝕變體以及粘土巖，等各種巖礦石具有的極化率與電阻率物性特點，其中具有較低電阻率值的為黏土巖，主要處于600n·m平均值水平，電阻率值較高的主要為灰?guī)r，達到2357·m平均值水平，相較于灰?guī)r白云巖電阻率相對次之，約為1732n·m的平均值，粉砂巖達到1263n·m的電阻率。在電阻率方面蝕變體相較于粉砂巖相對較少，達到1135·m平均值。礦化蝕變體和圍巖在電阻率與極化率方面都有相應(yīng)的差異性存在，特別是極化率存在非常明顯的差異性，主要表現(xiàn)為低阻-高極化的電信特征，為電法勘探提供了重要前提。

2 綜合物探測試方法

此次研究過程當(dāng)中主要運用AMT（音頻大地電磁法）與CSAMT（可控原音頻大地電磁法）和TDIP（時間域激電測深法）開展探測工作，研究分析以上方法在探測地層深部構(gòu)造，地質(zhì)體具體位置，規(guī)模、產(chǎn)狀等相應(yīng)關(guān)系，探討分析在礦區(qū)找礦工作當(dāng)中這些方法是否適用。

（1）音頻大地電磁法。AMT方法其應(yīng)用過程當(dāng)中的重要原理，其場源主要是以天然大地電磁場，對兩個彼此垂直方向上若干頻率電場水平Ex、Ey進行相應(yīng)的觀測，同時對磁場Hx、Hy等水平分量進行觀測，之后運用彼此垂直的電場振幅以及磁場振幅對ρs抗電阻率進行計算，位于電場Ep相位與Hp磁場進行觀測，然后對φ阻抗相位進行相應(yīng)計算，通過聯(lián)合阻抗相位與阻抗電阻率對電阻率參數(shù)反演計算，并通過電阻率的反演推斷解釋地質(zhì)情況。

（2）可控源音頻大地電磁法。CSAMT方法是在大地電磁法以及音頻大地電磁法前提下發(fā)展起來的一種重要勘探手段，電磁場傳播與空間分布均對Maxwell（麥克斯韋）方程組認(rèn)真遵循，所以這一方法是基于Max well方程組為理論基礎(chǔ)的重要探測手段，對地下巖石具有的電阻率以及地面電磁場彼此存在的關(guān)系進行研究，是開展大地電磁測深研究的重要基礎(chǔ)，此次研究過程當(dāng)中共對CSAMT一條剖面進行布設(shè)，重合AMT剖面后半段，達到2.25km剖面長度，約為50m的點距，測點達到46個。

（3）時間域激電測深法。礦化帶以及浸染狀的硫化礦和致密塊狀金屬礦其中存在大量的金屬礦物顆粒，由于外加電場激勵作用因素影響下，會導(dǎo)致被極化，并有二次場行程在周圍空間上，通過觀測二次場，來有效圈定礦化帶和金屬硫化物礦化帶，這種方法就是激發(fā)極化法，通過對收發(fā)距進行改變可達到深度探測的目的，這是TDIP最為重要的工作原理，利用該方法能夠?qū)r石視充電率與視電阻率信息全面的提供出來，在測量激電過程當(dāng)中，對地下礦化巖石以及礦石充電率有著非常大的影響。此次研究過程當(dāng)中共對1條TDIP剖面進行布設(shè)，并重合CSAMT剖面，主要運用的裝置為D-D(偶極-偶極）裝置，50m的接收電極，以150m移動為供電電極。

3 應(yīng)用效果分析

（1）分析已知礦體響應(yīng)結(jié)果。通過研究了解到，利用三種地球物理方法在地表不整合面礦化帶上勘查工作當(dāng)中，主要表現(xiàn)為高阻異常特性，特別是CSAMT與TDIP這兩種人工場源剖面十分的清楚，視電阻率在F1斷層彈框帶部位，異常表現(xiàn)為低值，這種現(xiàn)象是由于斷層含水和較為破碎所導(dǎo)致。

（2）探測深度分析。TDIP有著更為密集的數(shù)據(jù)點，能夠更加具體的進行反應(yīng)，然而在探測深度上卻比較有限，所以為了控制深度，主要對電極收發(fā)距進行調(diào)整來實現(xiàn)，AMT與CSAMT方法主要通過控制探測頻率來達到這一目標(biāo)。

由于CSAMT應(yīng)用過程當(dāng)中是人工場源，無法保證AMT假設(shè)，所以在卡尼亞電阻率計算公式要求下，對于視電阻率的計算，對于低頻段進場效應(yīng)較為嚴(yán)重，即卡尼亞視電阻率在低頻段近場區(qū)畸變非常的明顯，所以應(yīng)當(dāng)避免近場區(qū)數(shù)據(jù)?？醽喴曤娮杪是€在近場區(qū)表現(xiàn)為45°上升的雙對數(shù)坐標(biāo)。

CSAMT應(yīng)用過程當(dāng)中，由于存在近場區(qū)，相比較AMT方法其探測深度十分有限，運用AMT方法能夠達到兩千米的探測深度。CSAMT探測深度在1km左右。

（3）剖面探測效果綜合分析。在地下構(gòu)造分布以及不整合地層界面反應(yīng)方面。AMT、CSAMT方法均較為清晰，通過反應(yīng)的F3斷裂構(gòu)造情況來看，相較于AMT法，CSAMT方法更為明顯，研究認(rèn)為是由于F7斷裂異常所導(dǎo)致。F7異常沒有出現(xiàn)在AMT剖面圖上，研究認(rèn)為這是由于過大的點距所造成。

4 結(jié)論

通過此次研究取得的成果主要如下：①AMT能夠準(zhǔn)確的反映構(gòu)造地層，達到兩千米的探測深度，是該區(qū)適宜的物探找礦方法。②TDIP方法能夠較好的反映礦體激電效應(yīng)，圍巖和礦體有著較為明顯的充電率差異。比較適用于大地電磁測深研究前提下，針對600m埋深范圍的物探異常區(qū)開展相應(yīng)的研究。③研究區(qū)當(dāng)中通過三種物探方法的應(yīng)用，對地層構(gòu)造以及礦化異常間接找礦模式有效體現(xiàn)。經(jīng)有效結(jié)合，激電測深法于大地電磁法，能夠進行多約束、多參數(shù)反演，控制和減少物探方法單一應(yīng)用帶來的多解性，有利于找礦靶區(qū)的圈定。④研究區(qū)通過聯(lián)合應(yīng)用多種地球物理方法，對研究區(qū)的隱伏構(gòu)造詳細(xì)查明，并對礦質(zhì)異常重點區(qū)域進行圈定，這是常規(guī)地質(zhì)手段很難達到的，有效解決了常規(guī)手段無法解決的問題。