時間域激電法在淺覆蓋區(qū)螢石礦勘查中的應(yīng)用—以河南省方城縣鐵爐螢石礦床為例

張參輝，李水平，白德勝，程 華，曹 杰，張愛玲，孫 進，趙華奇

(河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，河南鄭州 450001)

0 引言

螢石是河南省方城縣優(yōu)勢特色非金屬礦種，也是河南省重要的螢石礦產(chǎn)地(田培學(xué)，1984；龔巍崢和龔銳，2011)。目前在方城縣已發(fā)現(xiàn)土門、塔山、劉營等大、中、小型螢石礦數(shù)十處(溫同想，1997；楊永印等，2012)，這些礦床均以地表或露頭礦為最初發(fā)現(xiàn)線索。隨著地表或露頭螢石礦勘查殆盡，淺覆蓋區(qū)及厚覆蓋區(qū)成為未來螢石礦接替資源的主要找礦區(qū)域，尋找隱伏螢石礦已成為當(dāng)前主攻目標(biāo)和方向，是近年來的找礦工作重點和難點。方城螢石成礦帶呈北西-南東向，長約40 km，寬約15 km，獨樹鎮(zhèn)位于其南東段，普遍被第四系覆蓋，是典型的淺覆蓋區(qū)域(據(jù)區(qū)內(nèi)鉆孔資料顯示，覆蓋層厚度約1～67.34 m)，是隱伏-半隱伏螢石礦體的主要找礦潛力區(qū)。

淺覆蓋區(qū)或厚覆蓋區(qū)一般因為地表第四系覆蓋廣，農(nóng)林占有面積大等特點，很難運用常規(guī)的地質(zhì)方法開展找礦工作；同時，由于覆蓋層多具有遮擋、隔離和屏蔽電流作用，使得地球物理方法的有效探測面臨一定的挑戰(zhàn)(畢炳坤等，2019；柳建新等，2019；汪青松等，2021)。地球物理勘查方法尋找淺覆蓋區(qū)或厚覆蓋區(qū)隱伏螢石礦雖然一直處在不斷探索過程中，但在其中發(fā)揮的作用越來越重要。如國內(nèi)一些專家學(xué)者曾對內(nèi)蒙古大興安嶺西坡海力敏隱伏-半隱伏螢石礦床，內(nèi)蒙古東部林西地區(qū)賽波羅溝、俄力木臺、馬岱溝、水頭以及內(nèi)蒙古敖漢旗小四家等淺覆蓋區(qū)螢石礦床，應(yīng)用甚低頻電磁法(VLF-EM)、音頻大地電磁法(AMT)、地面伽瑪(γ)能譜等地球物理方法進行了方法有效性試驗和應(yīng)用研究(白大明，2002a；2002b；方乙等，2013a，2013b,2014；高峰等，2013；楊冰等，2015；夏炳衛(wèi)等，2016)，試驗認為物探異常對螢石礦體及構(gòu)造破碎蝕變帶均有著較明顯的顯示，為下一步地質(zhì)勘查工作提供了一定的科學(xué)依據(jù)。但同時也存在著一些問題，如：除音頻大地電磁法探測深度較大之外，甚低頻電磁法、地面伽瑪能譜測量探測深度較小，對第四系覆蓋較厚地區(qū)有一定的局限性，無法查明地下深部隱伏控礦構(gòu)造或地層的展布特征；音頻大地電磁法雖具有一定的探測深度，但測量參數(shù)比較單一，對斷裂構(gòu)造的含礦性或蝕變特征無法作出判析?？偟膩碚f，國內(nèi)對于螢石礦床的地質(zhì)特征、物質(zhì)來源、成因、區(qū)域成礦規(guī)律、成礦遠景區(qū)劃及區(qū)域螢石礦資源潛力評價研究較多(曹俊臣，1987；王宏海，1991；聶鳳軍等，2008；夏學(xué)惠等，2010；王吉平等，2010，2014，2015，2018；成功和邱獻引，2013；付勝云等，2017；袁要偉等，2018)，而關(guān)于覆蓋區(qū)螢石礦地球物理勘查技術(shù)方法的研究程度相對較低，應(yīng)用效果欠佳，實例較少。

時間域激發(fā)極化法是一種理論比較成熟的地球物理勘探方法(朱衛(wèi)平等，2017)，被廣泛地應(yīng)用于固體礦產(chǎn)資源勘查、工程勘察及水文探測等領(lǐng)域，并取得了較好的找礦成果和探測效果(李水平等，2016；周多等，2016；孫仁斌等，2017a，2017b；張曉東等，2017；蒙凱等，2018；呂慶田等，2019；馬曉東，2021；張愛玲等，2021)；同時在淺覆蓋區(qū)或厚覆蓋區(qū)尋找隱伏金、銀、鉛鋅等金屬礦中也發(fā)揮了獨特作用(畢炳坤等，2019；李水平等，2019；馬一行等，2019；Yuan et al.，2019；齊勇攀，2020；白德勝等，2021a)。基于獨樹鎮(zhèn)一帶螢石礦賦存地質(zhì)特征、巖石物性特征，筆者在該地區(qū)選擇了大功率時間域激發(fā)極化法(TDIP)，采用中間梯度剖面裝置(激電中梯)與對稱四極測深裝置(激電測深)相組合，同時采集視電阻率和視極化率兩個參數(shù)，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料進行定性分析，確定深部異常特征和分布規(guī)律，進行指導(dǎo)鉆探施工驗證，相繼在該地區(qū)發(fā)現(xiàn)了獨樹和鐵爐兩個隱伏螢石礦床,取得了覆蓋區(qū)找礦新突破，為該地區(qū)運用激電方法尋找隱伏螢石礦床打下了良好的開端。本文以近年來在方城縣獨樹鎮(zhèn)一帶淺覆蓋區(qū)發(fā)現(xiàn)的鐵爐隱伏螢石礦為范例，探討激發(fā)極化組合方法(激電中梯與激電測深)在該區(qū)域定位與預(yù)測隱伏螢石礦床的應(yīng)用效果，以期為今后在該區(qū)域或類似地區(qū)開展物探工作尋找隱伏螢石礦床提供方法有效性類比依據(jù)，促進該地區(qū)及其它區(qū)域找礦工作取得重大進展。

1 區(qū)域地質(zhì)背景與礦區(qū)地質(zhì)特征

方城螢石成礦帶位于華北陸塊南緣，處于北西-南東向欒川-明港區(qū)域性大斷裂與拐河-中湯斷裂之間(張志娜等，2020)。區(qū)域地層總體呈北西-南東向展布，出露地層主要有中元古界熊耳群、官道口群，新元古界欒川群、陶灣群、震旦系和新生界第四系。其中新元古界欒川群南泥湖組是區(qū)域內(nèi)的主要螢石賦礦層位。區(qū)域分布一系列與區(qū)域構(gòu)造線一致的褶皺-斷裂構(gòu)造，不同時期構(gòu)造相互疊加。區(qū)域巖漿活動強烈，主要為中元古代、新元古代及中生代，具多旋回、多期性特征。以燕山期的酸性巖侵入巖類為主，次為元古代的堿性巖類。區(qū)域礦產(chǎn)主要以螢石、鉀長石、滑石等為主的非金屬礦和部分金屬礦產(chǎn)。

鐵爐礦區(qū)中西部出露中元古界高山河組、龍家園組，新元古界欒川群三川組、南泥湖組。高山河組為一套淺變質(zhì)巖石組合，巖性主要為石英巖、變石英砂巖、絹云石英片巖。龍家園組為一套碳酸鹽巖組合，巖性主要為條紋條帶狀白云石大理巖。三川組主要巖性為白云石英片巖、二云斜長片巖、砂質(zhì)條帶大理巖等。南泥湖組巖性由絹云石英片巖、炭質(zhì)片巖、白云石大理巖、大理巖等組成。巖層走向北西，傾向北東，局部傾向南西，傾角70°。地表大部分為第四系(Q)覆蓋，主要為殘坡積碎石、黃土(圖1)。

圖1 河南省方城縣鐵爐螢石礦區(qū)地質(zhì)圖

F1斷裂為中湯-拐河區(qū)域性大斷裂的次級斷裂。斷裂由北西延伸至本區(qū)，隱伏于第四系覆蓋區(qū)，呈北西-南東(305°～125°)向展布，為壓扭性逆斷裂，斷層面傾向北東，傾角65°。區(qū)內(nèi)未出露巖漿巖。

鐵爐螢石礦賦存于新元古界欒川群南泥湖組的層間斷裂構(gòu)造(為F1次級斷裂)中，礦體頂?shù)装鍑鷰r為大理巖、白云石大理巖。礦體形態(tài)基本受層間斷裂控制，呈脈狀、透鏡狀，礦體產(chǎn)狀與礦化帶基本一致，總體走向315°～135°，傾向北東，傾角40°～55°。礦石主要為條帶狀構(gòu)造、塊狀構(gòu)造。礦石類型為石英-螢石型、螢石-石英型、方解石-螢石型。礦石礦物成分簡單，主要為螢石、方解石、石英、白云母、絹云母等，金屬礦物含量較低。圍巖蝕變強烈，與螢石礦化有關(guān)的蝕變主要有碳酸鹽化、硅化、絹云母化和和白云母化，蝕變分帶不明顯。

2 方法與結(jié)果

2.1 巖(礦)石物理性質(zhì)

巖(礦)石電性參數(shù)測定標(biāo)本采集于鐵爐螢石礦區(qū)的鉆孔巖心，使用面團法對其主要巖性進行了系統(tǒng)測定，并對相同巖性測定數(shù)據(jù)進行了合并歸類，分別求取電阻率幾何平均值和極化率算術(shù)平均值，來作為該巖石的電性特征值。方城鐵爐礦區(qū)巖(礦)石電性特征見表1。

表1 巖(礦)石電性參數(shù)統(tǒng)計特征Table 1 Statistics of electrical property parameters of rocks and ores

從表1可以看出，巖石電性可分級為低阻、中阻和高阻3個級次，巖石極化特性分級為弱極化、中極化和強極化3個級次。由此歸納出，炭質(zhì)片巖和絹云片巖具有明顯的“低-中阻、中-強極化”物性特征，而螢石礦、白云石大理巖或大理巖則具有“中-高阻、弱極化”物性特征，表明炭質(zhì)片巖、絹云片巖、螢石礦、大理巖、白云石大理巖等巖石之間具有明顯的電性及激發(fā)極化特性差異，產(chǎn)生的異常彼此之間可以區(qū)分出來，有利于地下空間填圖。

螢石礦體(脈)一般規(guī)模較小，通常難以被地球物理方法直接探測到。因此，確定與螢石礦有關(guān)的巖性、構(gòu)造等，作為地球物理方法的探測目標(biāo)體顯得尤為重要。通過分析研究區(qū)域上已知劉營螢石礦區(qū)探槽、鉆孔資料發(fā)現(xiàn)：該礦區(qū)巖石組合上、下接觸關(guān)系及分組標(biāo)志清楚，地層巖性組合穩(wěn)定。炭質(zhì)片巖距大理巖0～22.08 m，炭質(zhì)片巖距螢石礦(脈)體4.16～103.43 m，平均約60 m，螢石礦體多位于大理巖層上部，且距大理巖層頂部最大距離81.67 m，上部有多層炭質(zhì)片巖。即大理巖或白云石大理巖作為賦礦巖性，是直接的含礦巖系標(biāo)志，而炭質(zhì)片巖則可作為間接找礦標(biāo)志。鐵爐礦區(qū)地層情況與劉營礦區(qū)一致，地層相對穩(wěn)定。因此，大理巖和炭質(zhì)片巖可以作為鐵爐礦區(qū)物探方法探測的主要地質(zhì)體；與螢石礦有關(guān)的大理巖表現(xiàn)為“中-高阻、弱極化”、間接找礦標(biāo)志炭質(zhì)片巖表現(xiàn)為“低阻、強極化”，二者具有明顯不同的物性特征，這為圈定炭質(zhì)片巖和大理巖位置、大理巖與片巖之間的接觸界面或斷裂帶，以及了解接觸帶內(nèi)的礦化蝕變特征提供了良好的物性基礎(chǔ)，據(jù)此開展激電中梯及激電測深工作具備一定的地球物理前提條件；通過對電性變化梯度帶和極化強度的識別來達到對含礦地質(zhì)體和螢石礦(化)體定位，從而達到間接尋找螢石礦的目的。

2.2 時間域激電法測量原理、流程及方法

時間域激發(fā)極化法以地下巖(礦)石之間電化學(xué)性質(zhì)差別為基礎(chǔ)，通過供電電極AB將電流I供入地下，利用測量電極MN對地下巖(礦)石的電位差變化(總場ΔU(T)和某一時刻的二次場ΔU2(t))進行觀測，觀測人工建立的直流激電場的分布規(guī)律，提取視極化率和視電阻率參數(shù)，根據(jù)兩個參數(shù)組合變化特征進行找礦的一個電法勘探分支(戚志鵬等，2012；李建華等，2020)。借助于金屬硫化物和石墨普遍存在著的激發(fā)極化特性，激發(fā)極化法是間接發(fā)現(xiàn)金屬硫化物礦床和石墨礦不可缺少的重要方法(白德勝等，2021b)，其有效探測深度主要與發(fā)射電極距有關(guān)，范圍為(1/3～1/2)AB/2。

鐵爐礦區(qū)大理巖與炭質(zhì)片巖的導(dǎo)電性差異，使兩者之間形成明顯的電阻率界面，其平面或斷面中的高阻和低阻之間的電性過渡帶或變化帶能夠明顯地反映炭質(zhì)片巖和大理巖之間的接觸帶及其延伸特征。大理巖與炭質(zhì)片巖的激發(fā)極化特性差異，則使兩者形成強弱不同的極化體，進而能夠判別對應(yīng)地段的含礦性或蝕變特征。

鐵爐礦區(qū)時間域激發(fā)極化法采用激電中梯與激電測深兩種裝置，其工作流程和方法為：首先在鐵爐礦區(qū)篩選的成礦有利區(qū)域內(nèi)，布設(shè)大功率時間域激電中梯剖面，之后在激電中梯圈定的異?；A(chǔ)上，確定成礦有利部位，開展大功率時間域激電測深，進行異常查證。激電中梯與激電測深剖面方向、位置與地質(zhì)勘探線重合；通過激電中梯面積測量，了解平面內(nèi)電性異常的分布特征，激電測深作為激電中梯異常的查證方法，去了解斷面下電性異常的空間展布形態(tài)。依據(jù)激電中梯與激電測深獲取的視電阻率(ρs)和視極化率(ηs)兩個參數(shù)的組合變化特征，推測確定斷裂構(gòu)造和蝕變帶在平面上的延伸方向及斷面下的空間賦存狀態(tài)，為鉆探工程驗證提供地球物理信息。

依據(jù)區(qū)域上螢石礦床內(nèi)含礦斷裂構(gòu)造走向，在其延長線上的垂直方向布設(shè)激電中梯剖面，剖面方向NE34°，測網(wǎng)400 m×20 m，每條剖面長1000 m。供電極距AB=1500 m，測量極距MN=40 m，測量范圍控制在AB中部800 m以內(nèi)，長導(dǎo)線工作方式，供電制式為雙向短脈沖，供電時間8 s，供電周期32 s，正反向供電，斷電延時選擇200 ms，采樣寬度40 ms。

在激電中梯推測的有利找礦部位、垂直含礦構(gòu)造或地層方向上，布置大功率時間域激電測深剖面6條。剖面方向、位置與激電中梯、地質(zhì)勘探線一致，采用對稱四極裝置，供電極距ABmax=900 m，ABmin=1.5 m，測量極距MN分別選擇0.5 m、3 m、15 m和50 m，雙向短脈沖供電方式，供電時間8 s，供電周期32 s，延時200 ms，每條剖面長700 m，間距400 m，點距50 m，異常部位加密至25 m。

地球物理數(shù)據(jù)采集的可靠性和準(zhǔn)確性，對地球物理異常解釋至關(guān)重要。為獲得高質(zhì)量觀測數(shù)據(jù)，時間域激電法(激電中梯及激電測深)工作前，采取過水法對供電導(dǎo)線和測量導(dǎo)線開展漏電檢查，測量不極化電極的極差和內(nèi)阻(極差小于2 mV，內(nèi)阻小于2 kΩ)；激電測深工作時，每個測深點的第一個開始極距和最后一個結(jié)束極距均進行電流穩(wěn)定性檢查；激電法工作中對出現(xiàn)的畸變點、可疑點及異常點等采取改變供電電流，進行多次重復(fù)觀測；視極化率參數(shù)主要結(jié)合二次場連續(xù)采樣窗口衰減曲線特征進行甄別，當(dāng)出現(xiàn)兩次觀測值滿足衰減規(guī)律且首塊極化率值相近時，視為合格數(shù)據(jù)(李水平等，2019)；對基本觀測質(zhì)量有疑義的測點或地段，均重新布設(shè)電極(且改變供電電流)，進行自檢觀測；最后對整個礦區(qū)的激電中梯和激電測深工作，根據(jù)異常分布特征，均勻地按比例布置檢查點，開展系統(tǒng)質(zhì)量檢查，通過上述各類檢查確保觀測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，異?？尚?。

2.3 時間域激電測量結(jié)果

2.3.1 激電中梯平面異常特征

激電中梯視電阻率(ρs)測量結(jié)果顯示：由大于600 Ω·m等值線圈定的高電性體，位于測區(qū)的北部和南部，由小于150 Ω·m等值線圈定的低電性體，位于測區(qū)的中部(圖2a)。高電性體和低電性體呈北西-南東向條帶狀展布，其長軸展布方向與區(qū)域地層、斷裂方向基本一致。中部視電阻率等值線封閉圈內(nèi)具有多個低阻異常中心，呈串珠狀帶狀展布，兩端均不封閉，由向區(qū)外繼續(xù)延伸趨勢，構(gòu)成明顯的低阻異常帶，該低阻異常帶處在區(qū)域斷裂構(gòu)造F1東南延長線上。因此，根據(jù)區(qū)域地質(zhì)特征、結(jié)合該低阻異常帶規(guī)模、形態(tài)及方向特征，認為該低阻異常帶反映了斷裂構(gòu)造特征，推測是區(qū)域斷裂構(gòu)造F1由區(qū)外延伸至本區(qū)、在該礦區(qū)地段內(nèi)的隱伏表現(xiàn)。

激電中梯視極化率(ηs)測量結(jié)果顯示：由小于1.5%等值線圈定的弱極化體，位于測區(qū)的北部和南部；由大于3%等值線圈定的中高極化體，位于測區(qū)的中部(圖2b)。中高極化體和弱極化體的長軸展布方向，與視電阻率高電性體和低電性體的展布方向基本相同，呈北西-南東向。中高極化體與低電性體分布位置相對應(yīng)，弱極化體與高電性體分布位置相吻合，中梯測量范圍內(nèi)呈現(xiàn)出明顯的“中高極化、低阻”體和“弱極化、高阻”體特征。

激電中梯測區(qū)中部“低阻”異常和相對應(yīng)的“中高極化”異常反映了區(qū)域斷裂構(gòu)造F1因含水、充泥等因素引起的異常特征。測區(qū)西南角高阻與低阻之間的電性梯度變化帶和對應(yīng)的弱極化異常帶，反映了區(qū)域斷裂構(gòu)造F1旁側(cè)的次級構(gòu)造，或為大理巖與炭質(zhì)片巖接觸帶的反映。其展布方向呈北西-南東向，與區(qū)域含礦構(gòu)造方向相一致。結(jié)合區(qū)域螢石礦地質(zhì)特征和該礦區(qū)巖(礦)石物性特征，推測認為該處電性梯度變化帶是大理巖與炭質(zhì)片巖接觸帶和螢石礦體引起的，是有利的找礦部位(圖2c)，具有一定的找礦意義，其對應(yīng)的弱極化異常表明了接觸帶和螢石礦中所含金屬硫化物含量較少。

圖2 鐵爐礦區(qū)激電異常剖析圖

激電中梯異常反映了礦區(qū)內(nèi)隱伏區(qū)域斷裂構(gòu)造F1及大理巖與炭質(zhì)片巖接觸帶的延伸方向、位置等特征，表明區(qū)域斷裂構(gòu)造F1具有“低阻、高極化”異常特征，大理巖與炭質(zhì)片巖接觸帶具有“中阻、弱極化”特征和明顯的電性梯度變化特征。

2.3.2 激電測深深部異常特征

(1)覆蓋層厚度定量解釋

以鐵爐礦區(qū)激電測深視電阻率測量參數(shù)為解釋依據(jù)，正確識別每個測深點單支曲線拐點及曲線形態(tài)，結(jié)合地質(zhì)資料，定量解釋出礦區(qū)第四系大體覆蓋厚度，依據(jù)各個測深點解釋的第四系厚度，繪制了第四系厚度等值線圖(圖3)。第四系等厚圖表明，西北部第四系覆蓋較淺(10 m以下)，東南部第四系覆蓋較深(30 m以上)，即從西北往東南方向覆蓋層厚度逐漸加深。第四系厚度的圈定摸清了整個礦區(qū)的覆蓋狀況，了解了基巖的頂面埋深、界面形態(tài)及起伏變化，為后續(xù)礦區(qū)鉆探工程布置提供了基本信息。

圖3 鐵爐礦區(qū)第四系推斷厚度等值線平面圖

(2)激電深部異常特征與解釋

下面分別以鐵爐礦區(qū)內(nèi)63線和31線激電測深剖面為例，結(jié)合激電中梯剖面、地質(zhì)鉆探剖面，繪制成綜合剖析圖，進行論述激電測深推斷解釋與最終鉆探驗證情況。

①63線激電測深剖面深部異常特征

圖4a激電中梯測量曲線中，視電阻率(ρs)參數(shù)從小號點往大號點方向，其數(shù)值逐漸降低；而視極化率(ηs)參數(shù)從小號點往大號點方向，其數(shù)值逐漸增高。結(jié)合鄰近礦區(qū)以及該礦區(qū)巖石物性特征，小號點方向顯示的“高阻弱極化”特征為大理巖或白云石大理巖的反映，大號點方向顯示的“低阻高極化”特征為炭質(zhì)片巖或絹云片巖的反映。根據(jù)曲線中視電阻率由高到低及視極化率由強到弱的突變或過渡界面，初步推測400號點左右的下方為大理巖(或白云石大理巖)與炭質(zhì)片巖(或絹云片巖)的接觸界線。

圖4b～c為63線激電測深繪制的擬斷面圖，視電阻率地電斷面等值線圖4b內(nèi)顯示，400號點處下方等值線陡立、密集，呈急劇變化態(tài)勢，為斷面下電性體明顯分界點，400號點往小號點方向(即0～400號點)下方，為視電阻率大于400 Ω·m以上等值線圈定的高電性體，400號點往大號點方向(即400～700號點)下方，為視電阻率小于140 Ω·m以下等值線圈定的低電性體，400號點附近下方為介于140 Ω·m～400 Ω·m之間視電阻率數(shù)值勾繪的等值線，是高電性體與低電性體兩者的過渡帶或變化帶，高、低電性體之間界線比較清楚。結(jié)合礦區(qū)巖石物性特征及鄰近螢石礦區(qū)地質(zhì)特征，推測0～400號點下方的中-高電性體為大理巖或白云石大理巖的反映，400～700號點下方的低電性體為炭質(zhì)片巖或絹云片巖的反映，400號點處下方的電性梯度變化帶(或過渡帶)是大理巖(或白云石大理巖)與炭質(zhì)片巖(或絹云片巖)之間接觸帶的反映。

視極化率地電斷面等值線圖4c顯示，地面下大體上存在著三個極化體，分別為小于1.4%以下的微極化體、介于1.4%～2.6%之間的弱極化體和大于2.6%以上的強極化體。微極化體、弱極化體和強極化體分別位于斷面圖的上部、中部及左右兩邊，各個極化體之間界線比較明顯。與視電阻率地電斷面圖相對比，炭質(zhì)片巖(或絹云片巖)具有“低阻、強極化”特征，大理巖(或白云石大理巖)具有“高阻、弱極化”特征，對應(yīng)于視電阻率斷面圖400號點處電性梯度變化帶(中等電性體)位置，視極化率表現(xiàn)為中阻-弱極化特征。

根據(jù)鄰近螢石礦區(qū)地質(zhì)特征以及該礦區(qū)巖(礦)石物性特征，并結(jié)合以上分析，定性推測400號點左右下方的“中-高阻、弱-中極化”地質(zhì)體為大理巖(或白云石大理巖)與螢石礦(化)體的共同反映，具有發(fā)現(xiàn)螢石礦(化)體的地質(zhì)特征，是有利的找礦空間位置。400號點處下方電性梯度變化帶的連續(xù)延伸特征反映了大理巖與炭質(zhì)片巖接觸帶以及螢石礦(化)體在深部的延伸趨勢，其向大號點方向的傾斜狀態(tài)大致反映了接觸帶和螢石礦(化)體的深部產(chǎn)狀信息。

②31線激電測深剖面深部異常特征

圖5a 31線激電中梯視電阻率(ρs)參數(shù)、視極化率(ηs)參數(shù)曲線形態(tài)特征，與圖4a 63線激電中梯ρs、ηs曲線形態(tài)特征基本相同，即從小號點往大號點方向，ρs數(shù)值逐漸降低，ηs數(shù)值逐漸增高；同樣地，結(jié)合鄰近礦區(qū)以及該礦區(qū)巖石物性特征，小號點方向顯示的“高阻弱極化”特征推斷為大理巖或白云石大理巖的反映，大號點方向顯示的“低阻高極化”特征推斷為炭質(zhì)片巖或絹云片巖的反映。根據(jù)曲線中視電阻率由高到低及視極化率由強到弱的突變或過渡位置，初步推測300號點左右的下方可能為大理巖(或白云石大理巖)與炭質(zhì)片巖(或絹云片巖)的接觸界線。

圖5 鐵爐礦區(qū)31線地質(zhì)-物探綜合剖面

圖5b～c為31線激電測深繪制的擬斷面圖，基本上具有與63線激電測深相同的異常特征。視電阻率地電斷面等值線圖5b內(nèi)顯示，300號點處下方等值線陡立、密集，呈急劇變化態(tài)勢，為斷面下電性體明顯分界點，300號點往小號點方向(即0～300號點)下方，為視電阻率大于400 Ω·m以上等值線圈定的高電性體，300號點往大號點方向(即300～700號點)下方，為視電阻率小于140 Ω·m以下等值線圈定的低電性體，300號點附近下方為視電阻率介于140 Ω·m～400 Ω·m之間數(shù)值勾繪的等值線，是高電性體與低電性體兩者的過渡帶或變化帶(中等電性體)，各個電性體之間界線比較清楚。結(jié)合礦區(qū)巖石物性特征及鄰近螢石礦區(qū)地質(zhì)特征，推測0～300號點下方的中-高電性體為大理巖或白云石大理巖的反映，300～700號點下方的低電性體為炭質(zhì)片巖或絹云片巖的反映，300號點處下方的電性梯度變化帶(或過渡帶)是大理巖(或白云石大理巖)與炭質(zhì)片巖(或絹云片巖)之間接觸帶的反映。

視極化率地電斷面等值線圖5c可以看出，極化體大體上可以分為小于1.2%以下的微極化體、介于1.2%～2.6%之間的弱極化體和大于2.6%以上的強極化體。微極化體、弱極化體和強極化體分別位于斷面圖的上部、中部及左右兩邊，與63線中的極化體分布基本一致，各個極化體之間界線比較明顯。與視電阻率地電斷面圖進行對比，圖5c同樣反映了炭質(zhì)片巖(或絹云片巖)具有“低阻、強極化”特征，大理巖(或白云石大理巖)具有“高阻、弱極化”特征，對應(yīng)于視電阻率斷面圖300號點處電性梯度變化帶(中等電性體)位置，視極化率表現(xiàn)為中阻-弱極化特征。

根據(jù)鄰近螢石礦區(qū)地質(zhì)特征以及該礦區(qū)巖(礦)石物性特征，并結(jié)合以上分析，定性推測300號點左右下方的“中-高阻、弱-中極化”地質(zhì)體為大理巖(或白云石大理巖)與螢石礦(化)體的共同反映，該部位具有發(fā)現(xiàn)螢石礦(化)體的地質(zhì)特征，是比較有利的找礦地段。

將推測的離炭質(zhì)片巖較近的大理巖和兩者接觸帶位置作為找礦有利地段，這是本次進行布設(shè)鉆孔的基本依據(jù)。據(jù)此在推斷成礦有利部位(第63線激電測深剖面400號點附近、第31線激電測深剖面300號點附近)布設(shè)鉆孔對其激電異常進行鉆探驗證。

從第63、31地質(zhì)勘探線ZK6301、ZK3101鉆探結(jié)果來看(圖4d、圖5d)，見礦情況較好，分別見兩層礦，第一層礦平均厚度1.50 m，礦體平均品位38.18%，第二層礦平均厚度0.57 m，礦體平均品位42.01%，礦體厚度較穩(wěn)定，品位較均勻，礦體位于大理巖與炭質(zhì)片巖或絹云片巖接觸處且偏向大理巖一側(cè)。

63線、31線激電中梯和激電測深異常解釋推斷與最終鉆探成果(圖4d、圖5d)進行對比，吻合性較好，表明大功率時間域激發(fā)極化法視電阻率和視極化率兩個參數(shù)變化的組合特征可以反映大理巖與炭質(zhì)片巖接觸帶、螢石礦(化)體地下賦存位置，激電中梯平面異常圈定了接觸帶位置及礦化較好地段，激電測深進一步查證了激電中梯初步推測的接觸帶位置，其斷面異常較好地反映了深部接觸帶的延伸性、含礦性和礦體空間分布特征，達到了為鉆孔布設(shè)提供依據(jù)的目的。

3 討論與分析

螢石礦作為一種非金屬礦，不具有導(dǎo)電性、激發(fā)極化特性、重力特性和磁力特性，相對于金屬礦、能源礦產(chǎn)而言比較特殊；受其本身特點限制，地球物理勘查方法對螢石礦的勘查技術(shù)研究程度較低，應(yīng)用較少。根據(jù)鐵爐螢石礦地質(zhì)產(chǎn)出特征，將與成礦作用密切相關(guān)的地質(zhì)要素(如：賦礦巖性、構(gòu)造、蝕變帶和標(biāo)志層)作為探測目標(biāo)體，對地球物理勘查螢石礦至關(guān)重要。

眾所周知，在地球物理勘查中，炭質(zhì)片巖由于石墨化而具有與其他巖石明顯差異的低阻導(dǎo)電性和高極化激發(fā)極化物理特性，能形成比較強烈的“低阻高極化”異常，但引起的異常通常被認為是一種干擾異常；但在鐵爐礦區(qū)中，炭質(zhì)片巖其異常特征對找礦是一種指示因素。通過對鐵爐礦區(qū)內(nèi)已完成鉆孔(斜孔80°)數(shù)據(jù)進行分析，顯示出螢石礦體多位于大理巖層上部，距大理巖層頂部23.54～76.38 m，鉆孔見大理巖后即進入含礦地層，炭質(zhì)片巖位于大理巖地層上部。因而可通過揭露炭質(zhì)片巖，作為本區(qū)找礦的重要間接指示標(biāo)志。將炭質(zhì)片巖作為“參照物”及探測目標(biāo)體，其明顯的“低阻、強極化”物性特征，有利于激電中梯和激電測深探測，比較容易去判析含礦部位，指導(dǎo)下一步找礦工作。

通過對鐵爐礦區(qū)內(nèi)激電中梯和激電測深數(shù)據(jù)進行解譯和分析，圈定了與成礦作用密切相關(guān)的地質(zhì)要素(賦礦巖性、礦化蝕變帶和標(biāo)志層)所引起的激電異常，結(jié)合區(qū)域上鄰近螢石礦區(qū)地質(zhì)特征和方城鐵爐礦區(qū)實地地質(zhì)調(diào)查，對鐵爐覆蓋區(qū)螢石礦的含礦巖系進行了有效判析，推測了其地面分布范圍，確定了鉆孔驗證位置。通過實施鉆探工程驗證，見礦情況良好，表明激電中梯剖面測量和激電測深測量工作方法探測與螢石礦有關(guān)的隱伏賦礦大理巖是可行的，能夠反映賦礦大理巖和間接找礦標(biāo)志炭質(zhì)片巖引起的激電異常特征，確定賦礦大理巖及螢石礦(化)體空間分布位置，為探礦工程的布設(shè)提供了一定的依據(jù)，從而達到間接尋找隱伏螢石礦的目的。

激電中梯和激電測深組合找礦方法和工作流程，在河南省方城縣鐵爐螢石礦的發(fā)現(xiàn)中起到了非常重要的作用。激電中梯和激電測深的視電阻率參數(shù)反映了斷裂構(gòu)造、接觸帶的分布特征，視極化率參數(shù)反映了探測極化目標(biāo)體(蝕變帶、礦化體)等信息特征，故本次激電法測量的視電阻率和視極化率參數(shù)都具有更好的找礦意義。激電中梯確定了礦區(qū)主斷裂、大理巖與炭質(zhì)片巖接觸帶，縮小了找礦靶區(qū)，圈出了礦化富集部位，為下一步開展激電測深驗證中梯異常提供了重要依據(jù)。激電測深驗證了中梯異常，查明了構(gòu)造蝕變帶和螢石礦體深部延伸特征，起到了空間定位作用，為鉆探工程布設(shè)提供了良好的地球物理信息。鐵爐螢石礦勘查表明,對于此類低硫化物螢石礦,激發(fā)極化法仍是經(jīng)濟、快速、有效的找礦手段,值得推廣應(yīng)用。

4 結(jié)論

(1)鐵爐螢石礦勘查表明，螢石礦體位于大理巖與炭質(zhì)片巖接觸帶附近(偏向大理巖一側(cè))，炭質(zhì)片巖是礦區(qū)典型特征巖石，是勘查尋找螢石礦的“參照物”及激電法探測目標(biāo)體，其明顯的“低阻、強極化”異常特征對該區(qū)找礦是一種指示因素，可作為礦區(qū)外圍或相似成礦條件地區(qū)進行類比尋找同類型螢石礦床的間接找礦標(biāo)志。

(2)方城獨樹鎮(zhèn)一帶淺覆蓋空白區(qū)較廣，具有良好的成礦作用和較大的找礦空間，傳統(tǒng)的時間域激電法在鐵爐隱伏螢石礦區(qū)的成功實踐應(yīng)用，為方城縣獨樹鎮(zhèn)一帶淺覆蓋區(qū)地質(zhì)找礦指明了方向，提供了勘查方法，其經(jīng)濟、快速、方便的找礦手段，對礦區(qū)外圍或類似成礦條件地區(qū)的找礦工作具有重要的示范意義和推廣價值。

致謝:感謝匿名審稿專家對本文提出的寶貴修改意見!