電法在菲律賓AREA礦區(qū)紅土鎳礦勘探中的應(yīng)用

行英弟 ,葉 勝

(有色金屬礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中心，北京 100012)

0 引言

紅土鎳礦資源為硫化鎳礦巖體風(fēng)化-淋濾-沉積形成的地表風(fēng)化殼性礦床(崔敏利等，2009；付偉等，2010；高俊等，2013)，世界上紅土鎳礦集中分布在環(huán)太平洋的熱帶-亞熱帶地區(qū)(劉慶成和李洪元，2006)，如印度尼西亞、菲律賓等(李艷軍等，2010；高樹起和劉青，2013；張亮等，2016；張邦勝等，2020)，菲律賓紅土鎳礦為基性、超基性巖體風(fēng)化殼中的紅土鎳礦(戴自希，2001；潘建，2019；李成偉等，2020)。

AREA勘探區(qū)位于菲律賓Zambales省，位于首都馬尼拉西北300 km處，面積3.96 km2，地理坐標(biāo)為119°59′11″～120°00′30″E，15°45′23″～15°46′30″N，工作區(qū)為中低山區(qū)，地勢(shì)平坦。本礦區(qū)資料較少，幾乎沒有進(jìn)行過地質(zhì)工作。2003～2004年，Benguet公司在該礦區(qū)進(jìn)行了淺井勘探，認(rèn)為本礦區(qū)范圍內(nèi)有大量的鎳礦資源，本次工作主要目的是圈出礦化富集區(qū)段。紅土鎳礦的勘探方法根據(jù)其生成條件，一般是通過物化探圈出礦化富集區(qū)段，再在礦化最好的區(qū)段布置工程進(jìn)行勘探(馮建忠和劉洪波，2012；王慶文，2014)。

根據(jù)礦區(qū)含礦風(fēng)化基巖與圍巖存在明顯的電阻率差異的特征，本次物探主要采用電法(電阻率法)進(jìn)行勘查。電法勘探具有效率高、成本低、適應(yīng)性廣等優(yōu)點(diǎn)，在金屬與非金屬勘查中都有著廣泛的應(yīng)用(程志平，2007)。而電阻率法是目前應(yīng)用最廣泛的方法之一，本次研究利用對(duì)稱四極法發(fā)現(xiàn)異常并圈定找礦有利地段，再選擇高密度電法進(jìn)行剖面測(cè)深(傅良魁，1983；程志平，2007；劉天佑，2007)，利用層析分析技術(shù)，通過數(shù)據(jù)處理反演出剖面在垂直方向上電阻率分布形態(tài)，對(duì)異常進(jìn)行評(píng)價(jià)和解釋，最后圈定鎳礦富集地段和部位，為鉆探等工程提供依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

1.1 地質(zhì)礦產(chǎn)特征

該區(qū)大地構(gòu)造位置處于太平洋板塊與印度板塊結(jié)合部的島弧帶，屬菲律賓-新幾內(nèi)亞火山島弧-海溝系。受板塊碰撞俯沖作用，該區(qū)構(gòu)造巖漿活動(dòng)十分強(qiáng)烈，發(fā)育大面積的基性、超基性巖漿巖，為紅土型鎳礦的形成奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。區(qū)內(nèi)地層以蛇綠巖為主，由三個(gè)地塊組成，自北向南依次為Masinloc地塊、Cabangan地塊和SanAntonio地塊。其中Masinloc地塊又可以進(jìn)一步劃分為Acoje和Coto兩個(gè)單元。Acoje單元代表了一個(gè)保留的島弧環(huán)境，該單元發(fā)現(xiàn)了大量冶金級(jí)鉻鐵礦，是Zambales主要的紅土鎳礦勘查區(qū)。

圖1 菲律賓AREA礦區(qū)區(qū)域地質(zhì)圖(劉成忠等，2009)Fig.1 Geological map of the AREA mining area in Philippine (after Liu et al.，2009)1-阿克希特羅沉積巖系;2-三苗禮士沉積巖系;3-呂宋中部陸相盆地沉積巖系;4-火山雜巖;5-超基性巖;6-區(qū)域性斷層;7-紅土型鎳礦;8-鉻鐵礦礦床1-Axitro sedimentary rock series;2-Sanmieres sedimentary rock series;3-Central Luzon continental basin sedimentary rock series；4-volcanic complex;5-ultrabasic rock;6-regional fault;7-lateritic nickel ore；8-chromite ore deposit

AREA紅土鎳礦是Acoje區(qū)的組成部分，也是Zambales蛇綠巖型多金屬礦帶的一部分，大部分位于Zambales區(qū)內(nèi)，走向南北，向東延深，寬1～4 km，成礦物質(zhì)以鐵鎂-超鐵鎂質(zhì)為主。從白堊世到始新世生成于Luzon島中部西海岸邊緣盆地的阿爾卑斯混合蛇綠巖帶中。這一鉻鐵礦帶由橄欖巖組成，多數(shù)已知的工業(yè)級(jí)鉻鐵礦均賦存在此。

勘探區(qū)處在方輝橄欖巖帶上，礦石的主要成分為橄欖石和頑火輝石，頑火輝石中含有原生的尖晶石和次生的磁鐵礦顆粒。橄欖石具深變質(zhì)，通常情況下出露地表呈深綠色。礦床為典型的風(fēng)化殼型硅酸鎳礦床，是超鎂鐵巖-橄欖巖在中生代、第三紀(jì)、第四紀(jì)熱帶、亞熱帶氣候條件下,經(jīng)過風(fēng)化作用,鎳從含鎳的硅酸鹽礦物中淋濾出來,隨地表水向下滲透到風(fēng)化殼的下部,形成富含鎳的次生礦物，殘積礦床大多產(chǎn)于蛇綠巖侵入體的接觸帶上，被松散的沖積層所覆蓋(王瑞江等，2008;羅太旭，2008;付偉等，2012;潘文亮等，2013)。

從含鎳風(fēng)化殼頂部向下至基巖，具有明顯的分帶現(xiàn)象。發(fā)育完整的含鎳紅土風(fēng)化殼，按照其成分和內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同分為四個(gè)帶，自上而下分別為褐鐵礦帶、粘土帶，腐巖帶(含礦)及弱風(fēng)化基巖帶，(王志剛，2010；冉啟勝等，2010；崔銀亮等，2013)。

紅土鎳礦產(chǎn)于紅土風(fēng)化殼中，總體上受地形控制，平面形態(tài)復(fù)雜，厚度受地形和風(fēng)化殼厚度的控制，基本呈正相關(guān)關(guān)系。

1.2 地球物理特征

本礦區(qū)地層自上而下分為：表層土、風(fēng)化淋濾后形成的褐鐵礦化層、含礦風(fēng)化基巖層(粘土和腐巖帶)、弱風(fēng)化-未風(fēng)化的橄欖基巖層。表1為本區(qū)巖礦石電性參數(shù)測(cè)定結(jié)果統(tǒng)計(jì)表，各類巖性的電阻率平均值為：橄欖巖類181 Ω·m、含礦風(fēng)化基巖21 Ω·m、褐鐵礦622 Ω·m，表層土22 Ω·m，各地層均有一定的電性差異。

表1 電性參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

2007年我國(guó)西北某物探公司在此地進(jìn)行過電法勘探試驗(yàn)并做了電參數(shù)測(cè)定，統(tǒng)計(jì)的各類巖型電阻率平均值：橄欖巖138 Ω·m，風(fēng)化富礦12.5 Ω·m，褐鐵礦598 Ω·m，表層土29.2 Ω·m，測(cè)定結(jié)果與本次相似。本次物探工作的目的層，富礦化風(fēng)化基巖與上下層圍巖之間有明顯的電性差異，表現(xiàn)為低電阻特征，這是本區(qū)開展電法工作的物性前提(王松等，2017)。

2 工作方法

本區(qū)共完成對(duì)稱四極視電阻率剖面法面積測(cè)量3.96 km2，在面積工作異常上進(jìn)行了6條高密度剖面的測(cè)量。

2.1 對(duì)稱四極電法

對(duì)稱四極電法用于面積普查工作，發(fā)現(xiàn)電阻率異常，其特點(diǎn)是野外工作方法簡(jiǎn)單、速度快、成本低。

對(duì)稱四極電法，AB的選擇與多種因素有關(guān)，如覆蓋層厚度及電阻率，地電斷面的產(chǎn)狀、規(guī)模、相鄰地質(zhì)體的影響及其他干擾情況等(程志平，2007)。而MN的選擇主要是根據(jù)儀器接收的信號(hào)強(qiáng)度確定(功敘，1990 ；王興泰，1996；劉國(guó)興，2005) 。因此，根據(jù)任務(wù)目的來選擇AB和MN。本次對(duì)對(duì)稱四極法工作參數(shù)進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)選用了AB=100 m，MN=20 m；AB=50 m，MN=10 m；AB=100 m，MN=10 m，三種參數(shù)裝置進(jìn)行了試驗(yàn)，通過試驗(yàn)最后采用了AB=100 m，MN=20 m的裝置。測(cè)量參數(shù)是視電阻率ρs,單位是Ω·m。

工作比例尺1∶5000 即線距50 m，點(diǎn)距20 m，測(cè)線方向：考慮到地質(zhì)體為南北走向，故采用正東正西方向布置測(cè)線。

2.2 高密度電法

高密度電法可精細(xì)反映一個(gè)斷面橫向和縱向的電性變化情況，適合詳細(xì)解釋(葛如冰等，1999；梁源珠等，2018)。本次研究在156剖面上進(jìn)行了電極距試驗(yàn)，采用電極距5m；數(shù)據(jù)記錄層數(shù)為9層，每個(gè)排列為300 m(60個(gè)電極)。每個(gè)剖面根據(jù)異常情況采用4～8個(gè)排列，即剖面長(zhǎng)度為750～1350 m。剖面均為東西方向，和面積工作中測(cè)線重合，線號(hào)不變。測(cè)量參數(shù)是視電阻率ρs,單位是Ω·m。

2.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理流程，在野外工作檢查的基礎(chǔ)上，對(duì)采集記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，采用2DRES二維高密度電法反演軟件進(jìn)行二維連續(xù)剖面反演，計(jì)算斷面電阻率模型，最后結(jié)合地質(zhì)資料對(duì)反演模型進(jìn)行地質(zhì)解釋。

3 資料解釋

資料的解釋是依據(jù)含礦層的電性特征(即富礦的風(fēng)化基巖有明顯的相對(duì)低電阻率特征，與上下圍巖之間有明顯的電性差異)，采用電阻率資料-地質(zhì)資料相互印證、互為補(bǔ)充的辦法對(duì)電阻率資料進(jìn)行綜合判定解釋。

3.1 礦床電性特征

為了確定富礦化風(fēng)化基巖與圍巖的電性特征，通過在已知礦點(diǎn)(淺井控制)的電法測(cè)量結(jié)果，總結(jié)出以下找礦特征。

(1)電阻率與巖性

低電阻率異常反映了富礦化風(fēng)化基巖,即對(duì)稱四極電法中的5～40 Ω·m的異常和高密度電法剖面中的5～30 Ω·m以下的低阻層，反映了富礦化風(fēng)化基巖，即高密度電阻率平均值<30 Ω·m的異常為含礦層的反映。

對(duì)稱四極電法視電阻率值在40～60 Ω·m的中阻異常則反映礦化較弱且風(fēng)化不完全的方輝石橄欖巖。

對(duì)稱四極電法視電阻率值為60～140 Ω·m的異常和高密度電法電阻率值為30～100 Ω·m的中阻層基本對(duì)應(yīng)以方輝橄欖巖為主的基巖，而視電阻率值為140～200 Ω·m的異常則反映了不易風(fēng)化的蛇紋石化橄欖巖，褐鐵礦電阻率更高。

(2)異常與礦化的關(guān)系

紅土型鎳礦賦存在風(fēng)化橄欖巖中，因風(fēng)化淋濾而形成，鎳元素的富集程度和風(fēng)化程度有關(guān)，風(fēng)化強(qiáng)烈的風(fēng)化基巖鎳含量高(徐強(qiáng)等，2009)，同樣風(fēng)化越強(qiáng)烈電阻率也越低，用低阻異?？梢詠砣Χǜ绘嚨V的賦存空間。

風(fēng)化淋濾型紅土鎳礦是富集在風(fēng)化基巖的下部，富集的程度和規(guī)模除了與巖性和淋濾程度有關(guān)外，也與風(fēng)化基巖的厚度有關(guān)。因?yàn)轱L(fēng)化基巖厚意味著鎳元素的來源和富集空間大，因此越厚越深的反映風(fēng)化基巖的低阻異常尤其值得注意，可能是規(guī)模較大的富礦賦存空間。

從已知礦點(diǎn)看，富礦的風(fēng)化基巖厚度一般大于10 m，而風(fēng)化不完全的礦化基巖一般厚度小于10 m。

3.2 對(duì)稱四極電法異常解釋

圖2為對(duì)稱四極電法測(cè)量視電阻率等值線平面圖，由南向北從100～180線，共41條線，全區(qū)視電阻率范圍5～321 Ω·m,平均值58 Ω·m。

從圖3可看出，本區(qū)總體特征，西低東高，低阻層主要位于北西部，反映了北西部主要以低阻的含礦風(fēng)化基巖為主，東部和西南部以高阻的基巖為主，主要為方輝石橄欖巖和蛇紋石化橄欖巖。

依據(jù)視電阻率大致分為三個(gè)區(qū)，Ⅰ區(qū)：位于100～132線，171 ～251點(diǎn)之間，長(zhǎng)約940 m，寬度不等，最寬約470m，面積約0.38 km2,視電阻率范圍60～217 Ω·m,平均值77 Ω·m，對(duì)應(yīng)地層方輝石橄欖巖和蛇紋石化橄欖巖。

Ⅱ區(qū)：位于100～180線，169～301點(diǎn)之間，長(zhǎng)2.25 km,寬度不等，最寬約1.07 km，面積約1.73 km2，視電阻率范圍5～60 Ω·m,平均值 38 Ω·m，對(duì)應(yīng)地層以含礦風(fēng)化基巖為主，局部為方輝石橄欖巖。

Ⅲ區(qū)：位于100～180線，251～365點(diǎn)之間，長(zhǎng)2.22 km,寬度不等，面積約 1.85 km2，視電阻率范圍60～321 Ω·m,平均值89 Ω·m，對(duì)應(yīng)地層方輝石橄欖巖和蛇紋石化橄欖巖。

根據(jù)地球物理特征，結(jié)合已知資料，本區(qū)以視電阻率40 Ω·m圈定低阻異常。圈定低阻異常區(qū)(Ⅱ區(qū))，位于測(cè)區(qū)西部100～180線169～271號(hào)測(cè)點(diǎn)之間，異常幅度一般在5～40 Ω·m之間。異常沿走向和測(cè)線兩個(gè)方向上連續(xù)性好，長(zhǎng)度約1910 m，最寬處約736 m，面積約1.13 km2。異常分布靠近水系較陡的坡上、橄欖巖和紅土層交界處附近或者紅土層中，以富礦的風(fēng)化基巖為主。

圖2 AREA礦區(qū)對(duì)稱四極電法電阻率等值線平面圖Fig.2 Contours of resistivity from measurement by symmetrical quadrupole electrical method in AREA mine district1-對(duì)稱四極測(cè)線;2-高密度剖面線及編號(hào);3-紅土鎳礦有利地段;4-分區(qū)及編號(hào);5-已知礦點(diǎn)及編號(hào)1-survey line；2-high-density profile and number；3-favorable zone of lateritic nickel ore；4-area division and number；5-known ore spot and number

3.3 高密度電法解釋

高密度電法共布置了6條剖面，由北向南為170線、162線、158線、146線、126線、112線(見圖2)。以下重點(diǎn)對(duì)158線、146線、112線進(jìn)行分析解釋。

圖3為158線高密度電阻率反演斷面圖，反演模型電阻率范圍5～173 Ω·m,平均33 Ω·m。從橫向上看，低阻區(qū)主要分布在191～281點(diǎn)；中高阻區(qū)主要分布在281～321點(diǎn)，低阻區(qū)底部形態(tài)有起伏，總體左側(cè)較厚，向右逐漸變薄。從縱向上看，191～281點(diǎn)上部低阻，下部中高阻；281～321點(diǎn)上部中高阻，下部低阻。根據(jù)電性特征可推出左側(cè)以風(fēng)化基巖為主，右側(cè)以未風(fēng)化的基巖為主。

鎳礦有利地段范圍劃分一是按照電阻率小于30 Ω·m劃分，二是按照厚度大于10 m以上，因此，158線鎳礦有利地段195～249點(diǎn)，此地段電阻率5～30 Ω·m，厚度10～20 m以下，電阻率值低且均勻連續(xù)分布,符合電性測(cè)定的富礦化風(fēng)化基巖的電阻率,是礦異常的反映。圍巖從249～319點(diǎn)，電阻率范圍40～173 Ω·m，應(yīng)為方輝石橄欖巖和蛇紋石化橄欖巖。圖4為146線高密度電阻率反演斷面圖，反演模型電阻率范圍6～92 Ω·m,平均40 Ω·m。低阻區(qū)主要分布在211～251點(diǎn)；高阻區(qū)主要分布在251～291點(diǎn)，低阻區(qū)從左向右，厚度變小。從縱向上看，左側(cè)上部低阻，下部中高阻，低阻主要分布在211～251點(diǎn)；右側(cè)上部低阻，下部高阻，主要分布在251～291點(diǎn)；根據(jù)電性特征可推出左側(cè)以風(fēng)化基巖為主，右側(cè)以未風(fēng)化的基巖為主。

圖3 158線高密度電阻率反演斷面圖Fig.3 High-density resistivity section from inversion along line No.158

圖4 146線高密度電阻率反演斷面圖Fig.4 High-density resistivity section from inversion along line No.146

146線鎳礦有利地段范圍215 ～239點(diǎn)，電阻率從5～30 Ω·m，厚度10～14 m；圍巖從249～291點(diǎn)，電阻率范圍40～92 Ω·m，應(yīng)以方輝石橄欖巖為主。

圖5 112線高密度電阻率反演斷面圖Fig.5 High-density resistivity section from inversion along line 112

圖5為112線高密度電阻率反演斷面圖，反演模型電阻率范圍6～460 Ω·m,平均60 Ω·m。低阻區(qū)主要分布在221～261點(diǎn)，低阻區(qū)中部和左側(cè)較厚，向右厚度減??；高阻區(qū)主要分布在261～311點(diǎn)，高阻區(qū)從左至右，埋深減小，厚度增大。從縱向上看，左側(cè)上部低阻，下部中高阻，主要分布在221～261點(diǎn)；右側(cè)上部薄層低阻，下部中高阻，主要分布在261～311點(diǎn)；從電性特征推斷左側(cè)上部以風(fēng)化基巖為主，下部為未風(fēng)化基巖，右側(cè)以未風(fēng)化的基巖為主。

112線鎳礦有利地段范圍241～255點(diǎn)，電阻率從5～30 Ω·m，厚度從10～14 m；圍巖從211～319點(diǎn)，電阻率范圍40～460 Ω·m，應(yīng)為方輝石橄欖巖和蛇紋石化橄欖巖。

3.4 紅土鎳礦富礦地段圈定

根據(jù)對(duì)稱四極電法面積性測(cè)量，確定相對(duì)低阻區(qū)Ⅱ區(qū)為找礦有利地段，結(jié)合高密度電法剖面測(cè)量確定的鎳礦富礦地段都位于Ⅱ區(qū)的低阻異常區(qū)(見圖2)。

(1)礦異常分布在AREA勘探區(qū)的西北部，這些低阻異常所反應(yīng)的含礦風(fēng)化基巖基本上連成一片，由于剝蝕程度不同，有的沒有蓋層，含礦風(fēng)化基巖露出地表；有的還留有褐鐵礦蓋層，同樣的含礦風(fēng)化基巖，由于蓋層的變化造成了不同類型的異常。

(2)含礦風(fēng)化基巖較厚，一般在10～20 m之間，但出露地表的風(fēng)化層，因剝蝕關(guān)系也有部分厚度<10 m。厚層風(fēng)化基巖雖上部礦化較弱，但下部可能有規(guī)模較大的富鎳礦，這應(yīng)是下步的找礦重點(diǎn)。

在所圈定的紅土鎳礦有利地段中，通過調(diào)查以前的礦點(diǎn)及淺井，證實(shí)紅土鎳礦分布情況與高密度電法所推出結(jié)果相符。

4 結(jié)論

(1)紅土鎳礦為硫化鎳礦巖體風(fēng)化-淋濾-沉積形成的地表風(fēng)化殼性礦床，是熱帶-亞熱帶地區(qū)一種特有的礦床類型。

(2)鎳元素的富集程度和風(fēng)化程度有關(guān)，風(fēng)化強(qiáng)烈的風(fēng)化基巖鎳含量高，同樣風(fēng)化越強(qiáng)烈其電阻率也越低，用低阻異?？梢詠砣Χǜ绘嚨V的賦存空間。

(3)本次電法勘探效果較好，尤其高密度電法較為直觀地顯示低阻區(qū)在橫向和縱向分布情況，為圈定紅土鎳礦提供了真實(shí)可靠的資料，縮小了勘探范圍、節(jié)約了勘探成本。

(4)通過電法勘探和對(duì)其異常的解釋，認(rèn)為本區(qū)圈定的礦體范圍大、礦層較厚，規(guī)模較大，找礦前景較好。

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