綜合地球物理勘探在夏日哈木礦區(qū)的應(yīng)用研究

王仔章，劉銘

(1.河南中核五院研究設(shè)計有限公司，鄭州 450052；2.山東省魯南地質(zhì)工程勘察院，山東 濟寧 272008；3.山東省地勘局第二地質(zhì)大隊，山東 濟寧 272008)

0 引言

青海地區(qū)是我國重要的有色金屬產(chǎn)地之一，礦產(chǎn)資源十分豐富，僅在昆侖造山帶就發(fā)現(xiàn)大量金屬礦產(chǎn)，該區(qū)有良好的找礦前景[1]。隨著地質(zhì)工作的不斷深入，昆侖造山地區(qū)的找礦有了許多發(fā)現(xiàn)，2013年首次在昆侖造山帶中發(fā)現(xiàn)超大型巖漿熔離型銅鎳礦床；2017年夏日哈木銅鎳礦床被發(fā)現(xiàn)，先后圈出10余條礦體，鎳資源量預(yù)計達到10.7×104t，伴生有鉛、鈷等，礦產(chǎn)資源潛力巨大[2]。

夏日哈木銅鎳礦床成礦條件好、規(guī)模大，備受國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注，但研究主要集中在對礦區(qū)成礦時代、礦床成因、成礦地質(zhì)特征及礦石地質(zhì)特征等方面；已有研究認為，礦床形成于早-中泥盆世板塊碰撞伸展環(huán)境，具有巖漿熔離型成礦特點，礦石類型主要有塊狀、星點狀及海綿隕鐵狀等[3-7]。

地球物理勘探在金屬礦床勘查中發(fā)揮的作用越來越重要，其主要手段包括：重、磁、電、震。不同的物探手段由于原理不同，所解譯出的物探信息各不相同，對礦體的反映可能會存在差異。由于地球物理勘探投入較大，勘查手段的誤用不僅會浪費大量的資金，甚至誤導(dǎo)找礦方向。前人對夏日哈木銅鎳礦區(qū)地球物理方面的研究相對較少，極大地制約了區(qū)域找礦工作。筆者通過對夏日哈木銅鎳礦床開展綜合地球物理勘探研究，探討不同物探手段對礦體勘查的有效性，為區(qū)內(nèi)同類型礦床及周邊礦床勘探提供借鑒。

1 成礦地質(zhì)背景

研究區(qū)位于華北地層大區(qū)，東昆侖—中秦嶺造山帶分區(qū)，柴達木南緣地層小區(qū)(圖1)。

東昆侖造山帶自古生代以來，經(jīng)歷多階段的構(gòu)造演化，形成了一系列的地質(zhì)單元(體)，如：東昆侖北帶弧后盆地、東昆侖南帶古洋盆及東昆侖中帶島弧帶，夏日哈木銅鎳礦區(qū)產(chǎn)于東昆侖中帶島弧帶[6]內(nèi)；該區(qū)地層較為簡單，但區(qū)域差異大：東昆侖北帶主要以穩(wěn)定的金水口群為基底，東昆侖南帶以活動性的苦海群為基底，東昆侖中帶為北帶與南帶的過渡區(qū)。

東昆侖地區(qū)構(gòu)造較為發(fā)育，以近EW向的構(gòu)造斷裂為主，形成一系列近于平行的深大斷裂，組成該區(qū)基本的構(gòu)造格局。東昆侖地區(qū)巖漿作用強烈，巖漿巖大面積出露，從前寒武紀至新生代期間持續(xù)侵入，且?guī)r漿巖類型較為復(fù)雜，從鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)至中性巖漿巖、酸性巖漿巖都有出露；由于受到斷裂構(gòu)造的影響，巖漿巖呈NWW-SEE向展布。

圖1 夏日哈木礦區(qū)地質(zhì)簡圖Fig.1 Geological sketch of Xiarihamu mining area

夏日哈木銅鎳礦區(qū)地處東昆侖中隆起帶的中部，大地構(gòu)造位置處于昆中基底隆起的花崗巖帶。該區(qū)地層出露較為簡單，主要由古元古代金水口群及第四系組成。金水口群為一套中深變質(zhì)大理巖和片麻巖組成，與上部第四系呈角度不整合接觸。該區(qū)構(gòu)造較為發(fā)育，以斷裂為主，具有多期次相互疊加特點；斷裂按展布方向可分為EW向、NWW向、NE向及NNE向多組，其中EW向與NEE向斷裂為研究區(qū)的主要斷裂，控制著區(qū)內(nèi)巖體及礦體的分布。區(qū)內(nèi)巖漿活動頻繁且劇烈，主要有晚志留世的鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)雜巖、晚三疊世中酸性巖體等。夏日哈木礦區(qū)構(gòu)造發(fā)育，巖漿活動頻繁，具有良好的成礦背景。

2 礦體地質(zhì)特征

夏日哈木礦區(qū)HS26異常區(qū)有礦體多達數(shù)百條，其中M1為區(qū)內(nèi)主要礦體。礦體多賦存在花崗片麻巖及大理巖中，以層狀、似層狀、透鏡狀產(chǎn)出，局部膨大、分枝復(fù)合現(xiàn)象明顯。礦體的頂板為片麻巖、輝石巖等，底板為大理巖、片麻巖、石英巖。含礦巖石主要為輝石巖和橄欖巖。礦石主要礦物有磁黃鐵礦、黃銅礦、鎳黃鐵礦等硫化物礦物，脈石礦物主要有透閃石、蛇紋石、輝石等。

M1主礦體長約1690 m，寬930 m，最大控制深度600 m，礦體厚度1.84～298.76 m，平均厚度為84.31 m，礦石品位w(Ni)平均0.68%、w(Cu)平均0.16%、w(Co)平均0.026%。

3 礦體地球物理勘查

3.1 高精度磁法勘探

磁法勘探是通過測試不同巖(礦)石等地質(zhì)體磁性及磁場差異所引起的磁場變化，分析異常特征、建立異常與地質(zhì)體之間的內(nèi)在聯(lián)系，得出地質(zhì)體的構(gòu)造形態(tài)或礦產(chǎn)分布規(guī)律等相關(guān)結(jié)論的一種地球物理勘探方法[8]，在金屬礦山找礦工作中得到廣泛應(yīng)用。如果磁測總誤差≤5 nT，稱為高精度磁測[9]。

高精度磁測是巖(礦)石磁性差異的綜合體現(xiàn)，包含一系列淺源與深源信息[10]。筆者通過對青海省夏日哈木銅鎳礦區(qū)第7勘探線進行高精度磁測研究，對出現(xiàn)的異常做化極、延拓、求導(dǎo)處理，用以識別礦體的展布特征，確定不同深度產(chǎn)狀變化特征等信息。

圖2 第7勘探線高精度磁測剖面圖Fig.2 High precision magnetic survey profile measurement section along line 7

圖2為夏日哈木銅鎳礦區(qū)第7勘探線高精度磁測剖面測量結(jié)果。通過對異常進行化極、延拓、求導(dǎo)處理，基本消除磁偏角對磁場的影響，能較為準確地反映礦體的實際展布。根據(jù)高磁數(shù)據(jù)處理結(jié)果，繪制了第7勘探線高精度磁測剖面圖。從圖2可以看出，磁異常剖面大致出現(xiàn)2個異常區(qū)，分別在1290和1870處，異常位置較為一致，而磁測梯度異常只出現(xiàn)在1230點處。通過磁異常與礦體實際情況對比，磁異常只在含礦巖體埋深較淺或巖性變化較大的部位有明顯反映，在礦體埋深較大的部位磁異常特征與圍巖的差異不大。這是由于磁場衰減較快，磁異常主要反映的是淺部異常的特性有很大關(guān)系。另外，磁梯度異常曲線異常顯示較弱，在出現(xiàn)磁異常區(qū)域可能有礦體的存在，但是礦體的規(guī)模與展布特征無法通過異常曲線進行解釋、反演，顯然高磁異常對該區(qū)巖(礦)體的勘探研究還需進一步討論。

綜合以往高精度磁測工作成果認為，高精度磁測在大范圍內(nèi)尋找?guī)r體是非常有效的，但由于受到地形、剩磁方向等多種因素作用的影響，地面高精度磁測所獲得的地磁場形態(tài)相當復(fù)雜，如果不對磁測成果進行深入的處理、分析和研究，僅憑ΔT磁異常結(jié)果就開展深部找礦、探礦工作，其依據(jù)較為牽強。因此，高精度磁測工作在該區(qū)僅能反映有礦與無礦的區(qū)別，對于礦體的規(guī)模與展布難以表達。

圖3 第7勘探線激電中梯剖面圖Fig.3 IP intermediate gradient profile measurement section along line 7a.極化率(ηs)與電阻率(ρs)成果；b.礦體形態(tài)

3.2 激電中梯法勘探

激電中梯法作為電法勘探的一種，由于操作簡單且成本低，被廣泛應(yīng)用于金屬礦床勘查。激電中梯法以巖(礦)石或水等物質(zhì)的激發(fā)極化效應(yīng)存在差異為前提，以人工地下直流電為激發(fā)條件，研究地質(zhì)體的激發(fā)極化效應(yīng)，最終識別地下巖(礦)石的分布特征[11-12]。多用于金屬硫化物礦床及構(gòu)造蝕變帶型金屬礦床的找尋工作[13]。

在向地下供應(yīng)持續(xù)均衡的直流電時，地面2個接收(測量)電極間的電位差隨時間發(fā)生變化，在較短時間內(nèi)逐步衰減為零。在不斷充電與放電過程中，產(chǎn)生一個隨時間發(fā)生變化的電場稱為“激發(fā)激化電場”，該效應(yīng)稱為“激發(fā)激化效應(yīng)”。在發(fā)射電流的瞬間，由于巖石的電阻率、供電電流等的差異，在2個接收電極間會出現(xiàn)電位差，這種由外界產(chǎn)生的人工電位差稱為“一次場電位差”。隨著電流的持續(xù)發(fā)射，除一次場電位差外，出現(xiàn)二次電位差，統(tǒng)稱為“激化場電位差”。極化率則是二次場電位差/一次場電位差[14-15]。

圖3為夏日哈木銅鎳礦區(qū)第7勘探線激電中梯剖面測量結(jié)果。激電中梯工作使用儀器為V8網(wǎng)絡(luò)化多功能電法儀，發(fā)射機為TXU-30，接收系統(tǒng)為DJS-8A型接收機，點距10 m，電極距AB=1800 m，接收極距MN=40 m，供電周期為32 s，斷電延時為200 ms；經(jīng)數(shù)據(jù)處理、繪制得到第7勘探線激電中梯剖面圖(圖3)。從圖3可以看出，電阻率(ρs)出現(xiàn)2個峰值，呈谷狀；在1400點至1900點的主礦體部位之間，表現(xiàn)出較為平緩的低電阻率曲線，極化率(ηs)出現(xiàn)2個峰值；在1400點至1900點主礦體部位之間，極化率較高。從1470點至1200點，極化率逐漸減小，暗示礦體的埋深逐漸增大，同時也能反映礦體的傾向等展布特征等。極化率高的部位，電阻率明顯降低，成明顯的反比關(guān)系。同時極化率和電阻率的變化與含礦巖體部位吻合較好，含礦部位表現(xiàn)出低阻高極化的特征。

綜上，激電中梯工作能準確定位礦體、顯示礦體規(guī)模、反映礦體的展布特征。因此，激電中梯方法在礦區(qū)勘查中具有良好的適用性，同時低阻高極化特征可作為勘查工作中一個有效的找礦標志。

圖4 第7勘探線高精度重力異常剖圖Fig.4 High precision gravity profile measurement section along line 7

3.3 高精度重力勘探

重力勘探是以地質(zhì)體或地質(zhì)構(gòu)造與圍巖存在著密度上的差異為前提，觀測由礦產(chǎn)或構(gòu)造等密度差異所產(chǎn)生的重力異常，以確定該地質(zhì)體的空間位置、展布特征及構(gòu)造形態(tài)等信息，從而達到地質(zhì)勘探的一種地球物理勘探方法。該方法應(yīng)用范圍較廣，如礦體勘查、油氣勘查以及構(gòu)造分區(qū)、采空區(qū)的研究等[16-17]。當目標地質(zhì)體的密度高于圍巖密度時，重力異常通常表現(xiàn)為高重力異常，在剩余異常中多表現(xiàn)為重力的相對正異常[18]。

圖4為夏日哈木銅鎳礦區(qū)第7勘探線高精度重力剖面測量結(jié)果。根據(jù)礦區(qū)內(nèi)巖(礦)石的物性特征，銅鎳礦石的密度遠高于圍巖大理巖及片麻巖的密度，當一定規(guī)模的礦體埋深較淺時，礦體的重力異常曲線可表現(xiàn)為局部重力高異常，剩余異常曲線也應(yīng)表現(xiàn)為相對重力正異常；通過重力測試工作，得出了第7勘探線重力異常剖面圖(圖4)。從圖4可以看出，布格重力異常曲線與剩余異常曲線較為一致，均能反映礦體的大致部位，但前者能夠反映出礦體規(guī)模等信息。

圖5 可控源音頻大地電磁測深成果圖Fig.5 Map showing results of controllable source audio magneto telluric sounding survey along line 7a.電阻率反演成果圖；b.反射系數(shù)反演成果圖；c.礦體形態(tài)

布格重力表現(xiàn)出3個層次的異常，一是平直的異常曲線，表現(xiàn)為ZK709至ZK713之間的無礦空白區(qū)；二是高異常區(qū)，表現(xiàn)為ZK704至ZK709之間的主成礦區(qū)；三是異常的下降區(qū)，表現(xiàn)為ZK708至ZK704之間的隱伏礦體或礦體的尖滅部位。剩余異常曲線較為簡單，表現(xiàn)為“山峰型”特征，異常的頂峰出現(xiàn)在ZK702至ZK701之間，該處礦體厚度中等、品位高，局部出現(xiàn)異常的高品位礦石。

綜上認為，布格重力曲線與剩余異常曲線都表現(xiàn)出較為一致的高異常，表明在該區(qū)礦體的存在能引起明顯的重力高異常。從異常曲線可以看出，高精度重力勘探在該區(qū)較為適用，異常曲線在一定程度上反映了礦體的成礦部位及規(guī)模等信息。

3.4 可控源音頻大地電磁測深勘探

可控源音頻大地電磁測深(CSAMT)是一種向地下深部發(fā)射電磁波，電磁波在穿過不同地質(zhì)體時會產(chǎn)生點位與磁場強度的變化，通過接收器接收這種差異的信息，以此獲取不同地質(zhì)體的賦存特征[19]?？煽卦匆纛l大地電磁法勘探具有深度大、精度高、分辨率強等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于深部礦體的勘查、深部構(gòu)造位置及產(chǎn)狀的推斷等，并取得良好的效果[20-21]。

圖5為夏日哈木銅鎳礦區(qū)可控源音頻大地電磁測深剖面測量結(jié)果。此次可控源音頻大地電磁測深工作布置在礦區(qū)第7勘探線上，根據(jù)地質(zhì)特征對其進行解譯，得出第7勘探線電阻率反演成果圖及反射系數(shù)反演成果圖。從圖5可以看出，可控源音頻大地電磁測深的電阻率及反射系數(shù)與含礦巖體有明顯的對應(yīng)關(guān)系。電阻率及反射系數(shù)在地表都出現(xiàn)低值，反映上部覆蓋層的特征，在1.64點位至1.88點位之間的深處出現(xiàn)電阻率及反射系數(shù)低值區(qū)，反映礦體出現(xiàn)了無礦天窗。相較于電阻率反演成果圖，反射系數(shù)反演成果圖更能準確地表達出礦體的基本特征，在反射系數(shù)反演成果圖中的點位1.24至1.96之間，礦體形態(tài)與反射系數(shù)形態(tài)套合較好。值得注意的是，在反射系數(shù)反演成果圖中點位1.16至1.24之間出現(xiàn)一個相對高值區(qū)域，較為準確地反映了ZK704深部盲礦體的存在。

綜上認為，在該區(qū)開展可控源音頻大地電磁測深工作，所解譯出的電阻率反演成果圖及反射系數(shù)反演成果圖能較為準確地反映深部礦體的基本特征，尤其是反射系數(shù)反演成果圖，對于找尋深部盲礦體效果明顯。因此，可控源音頻大地電磁測深，是一種可供選擇的勘探方法。

4 結(jié)論

(1)高精度磁測方法在大范圍尋找礦體較為有效，但難以表達礦體的形態(tài)特征，僅能反映有礦與無礦的區(qū)別。

(2)激電中梯方法對銅鎳礦床進行勘查時，極化率曲線能準確地定位礦體位置、顯示礦體規(guī)模，在一定程度上反映礦體的展布特征。此方法對該類型礦床勘查效果明顯。

(3)高精度重力方法對銅鎳礦床進行勘查時，布格重力曲線與剩余異常曲線均能表現(xiàn)出相對高異常，異常曲線在一定程度上反映礦體的位置及大致規(guī)模。

(4)可控源音頻大地電磁測深方法對銅鎳礦床進行勘查時，能較為準確地反映礦體的深部特征，尤其是反射系數(shù)圖，能準確對深部盲礦體進行表達。