音頻大地電磁測深在甲基卡深部找礦預(yù)測中的應(yīng)用研究

范俊波，楊榮，郝雪峰，付小芳，潘蒙，唐屹，彭宇

(1.四川省地質(zhì)調(diào)查院，稀有稀土戰(zhàn)略資源評價與利用四川省重點實驗室，成都 610081；2.四川省智慧地質(zhì)大數(shù)據(jù)有限公司，成都 610081)

0 引言

川西甲基卡地區(qū)已成為當下地質(zhì)學(xué)家們的矚目之地，前人在該地區(qū)開展了大量的基礎(chǔ)研究工作，從不同的角度(成礦背景、礦床成因、物質(zhì)來源、成礦機制等)進行了探討，形成了豐富的基礎(chǔ)地質(zhì)資料。許志琴、侯立瑋、付小芳等對松潘—甘孜造山運動帶的深入研究，為進一步探討造山熱穹隆構(gòu)造運動拓寬了思路[1-3]。付小芳等通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)了甲基卡稀有金屬礦田的含礦偉晶巖主要分帶集中分布于馬頸子花崗巖穹窿體頂部及其邊緣區(qū)域，建立并揭示了甲基卡地區(qū)花崗巖漿底辟穹隆變形變質(zhì)特征與成礦控礦作用特點[4-5]。王登紅等提出的“甲基卡式稀有金屬礦床‘五層樓+地下室’模型”對于指導(dǎo)熱穹隆構(gòu)造區(qū)偉晶巖型稀有金屬礦床的勘查工作，具有重要的指導(dǎo)意義[6]。

稀有金屬作為當前戰(zhàn)略關(guān)鍵性礦產(chǎn)資源，對解決我國的能源危機問題、環(huán)境保護問題等將會發(fā)揮至關(guān)重要的作用[7-9]。當前加快川西大型戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)礦產(chǎn)資源基地的勘查與開發(fā)已迫在眉睫，但要在勘查開發(fā)歷史較長、工作程度較高且第四系覆蓋嚴重的甲基卡地區(qū)及外圍繼續(xù)取得新的地質(zhì)找礦突破，難度日益增大[10]。在當前找礦形勢背景下，不能只考慮傳統(tǒng)地質(zhì)勘查方法，要結(jié)合實際地質(zhì)情況建立適當?shù)亩喾椒ňC合勘查模式。

音頻大地電磁法是以地下巖礦體電性差異為基礎(chǔ)的快速有效解決深部找礦預(yù)測的間接物探方法，是解決深部找礦預(yù)測的一種有效技術(shù)手段。通過物探異常與其它地質(zhì)信息綜合分析，可以較準確地確定礦體空間賦存位置，是當前尋找隱伏和深部固體礦產(chǎn)的重要間接找礦手段。目標是為了建立一批深部找礦的技術(shù)方法組合，建立成礦模式與勘查模型，綜合評價深部資源潛力，最終鉆探驗證，實現(xiàn)找礦突破，為引領(lǐng)新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供技術(shù)示范和資源保障[11]。因此，本文將闡述音頻大地電磁測深在甲基卡深部找礦預(yù)測中的應(yīng)用，以期為甲基卡礦區(qū)深部找礦工作提供參考。

圖1 甲基卡礦田主要偉晶巖脈分布圖(據(jù)文獻[13])Fig.1 Map showing distribution of pegmatite dykes in Jiajika orefield1.二云母花崗巖；2.微斜長石型偉晶巖；3.微斜長石鈉長石型偉晶巖；4.鈉長石型偉晶巖；5.鈉長石鋰輝石型偉晶巖；6.鈉長石鋰云母型偉晶巖；7.偉晶巖脈體編號；8.類型分帶線及編號；9.新發(fā)現(xiàn)偉晶巖脈體及編號；Ⅰ.微斜長石偉晶巖帶；Ⅱ.微斜長石-鈉長石偉晶巖帶；Ⅲ.鈉長石偉晶巖帶；Ⅳ.鋰輝石偉晶巖帶；Ⅴ.鋰(白)云母偉晶巖帶

1 礦區(qū)地質(zhì)特征

川西甲基卡稀有金屬礦區(qū)位于甘孜州康定、雅江、道孚三縣交界地帶，海拔4200～4600 m。地質(zhì)背景處于青藏高原東部與揚子陸塊西部的松潘—甘孜造山帶，其為特提斯-喜馬拉雅造山運動的產(chǎn)物[12-14]。在雅江—道孚—康定推覆帶中段，以甲基卡馬頸子花崗巖穹窿體最具有代表性。

甲基卡花崗巖體侵入于上三疊統(tǒng)侏倭組和新都橋組，在南部馬頸子和中北部的甲基甲米(308)呈巖株、巖枝狀出露。區(qū)內(nèi)動熱變質(zhì)帶以花崗巖為中心，向外依次發(fā)育十字石帶、紅柱石十字石帶、紅柱石帶以及黑云母帶，大致呈南北向展布。在花崗巖株(枝)和偉晶巖(礦)脈外接觸帶發(fā)育電氣石、堇青石熱接觸蝕變帶(圖1)。甲基卡巖漿底辟穹隆構(gòu)造花崗巖巖基與偉晶巖具有時空和成因上的聯(lián)系，巖漿-變形-變質(zhì)-成礦是控礦的基本要素[1-2,4]。巖漿侵位所形成的底辟穹窿構(gòu)造對于礦床的形成具有關(guān)鍵性的控制作用，不僅控制花崗巖巖漿分異形成含礦熔體-流體，而且在巖漿底辟侵位伸展過程中，發(fā)育一系列張性和剪張性裂隙，給含礦熔體-流體上升提供了良好的通道和聚集場所。目前區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的花崗偉晶巖(礦)脈，成群產(chǎn)布于這些穹窿體周緣的構(gòu)造裂隙中，圍繞花崗巖內(nèi)、外接觸帶派生出一系列含鋰、鈹、鈮、鉭的稀有金屬偉晶巖礦脈。

甲基卡礦田受構(gòu)造巖漿穹窿控制，穹窿體由花崗巖體、偉晶巖脈和晚三疊世西康群侏倭組、新都橋組泥質(zhì)粉砂巖以及構(gòu)造片巖組成，在礦田南部出露有印支期二云母花崗巖，出露面積達5.3 km2，呈馬頸子狀。根據(jù)產(chǎn)出特點確定為巖漿構(gòu)造變質(zhì)穹隆，控制著甲基卡地區(qū)構(gòu)造形成和侵入巖活動規(guī)律[15]。

2 地球物理特征及探測方法

2.1 地球物理特征

圖2 區(qū)域航磁ΔT化極異常(a)及剩余重力異常(b)(據(jù)文獻[16])Fig.2 Regional aeromagnetic ΔT polarization anomaly (a) and residual gravity anomaly (b)

2.1.1 區(qū)域地球物理特征

據(jù)四川省礦產(chǎn)資源潛力評價成果，區(qū)域剩余重力異常(1∶50萬)與區(qū)域航磁化極異常(1∶20萬)成果資料顯示：甲基卡、容須卡、長征、瓦多、木絨等已知花崗巖穹窿體大致分布于重磁異常過渡帶或低重低磁異常區(qū)(圖2)[16]。該區(qū)域花崗偉晶巖(礦)脈成群成帶產(chǎn)出于這些穹窿體周緣的構(gòu)造裂隙中，其中以甲基卡地區(qū)最具代表性。鑒于一定規(guī)模的低密度弱磁性的花崗巖體會引起較大范圍的低重低磁異常，根據(jù)低重低磁異常圈閉來推斷花崗巖(隱伏)穹窿體的延伸范圍，為偉晶巖型稀有金屬成礦遠景區(qū)的圈定提供依據(jù)之一。

2.1.2 礦區(qū)巖(礦)石物性特征

甲基卡礦區(qū)主要巖石為偉晶巖、花崗巖、片巖及變質(zhì)砂巖，其中主要以偉晶巖和花崗巖為目標探測巖體。片巖為主要的圍巖，變質(zhì)砂巖也是圍巖之一，但分布規(guī)模較小，角巖更為零星。已知資料顯示：重力高異常主要由片巖、變質(zhì)砂巖、砂巖等引起，重力低異常則由花崗巖、偉晶巖等酸性巖體引起；甲基卡礦區(qū)雖為弱磁性區(qū)域，各類巖石主要呈低磁化率、低剩余磁化強度特征，但巖石類型及地層間仍存在磁性差異。區(qū)內(nèi)高磁異常主要由角巖、片巖、變質(zhì)砂巖等巖體引起，低磁異常由花崗巖、偉晶巖等巖體引起[17]。

電性特征數(shù)據(jù)來源于野外標本實測結(jié)果與資料歸納總結(jié)(表1)，采取泥團法進行標本物性測量，統(tǒng)計時對極大和極小值進行了剔除。因片巖電阻率具有各向異性特征，而研究區(qū)片巖產(chǎn)狀主要為水平產(chǎn)狀，因此，對片巖主要采用平行片理面的物性數(shù)據(jù)。根據(jù)區(qū)內(nèi)電性特征可知，片巖等圍巖主要呈相對低阻特征；花崗巖、變質(zhì)砂巖、偉晶巖等為相對高阻特征。變質(zhì)砂巖與偉晶巖(花崗巖)較為接近[18]，為后期的地電結(jié)構(gòu)定性帶來一定影響，需要結(jié)合地質(zhì)成果進行分析研究。

表1 甲基卡礦區(qū)巖(礦)石電阻率特征統(tǒng)計Table 1 Statistics of resistivity characteristics of rocks and ores in Jiajika area

2.2 音頻大地電磁測深基本原理

2.2.1 基本原理

音頻大地電磁法(AMT)是以電磁波傳播理論為基礎(chǔ)的一種以天然交變電磁場為場源的地球物理測深法，工作頻率范圍為1～10000 Hz，探測深度在2000 m以內(nèi)。它以地下介質(zhì)體不同的地球物理特征差異為基礎(chǔ)，通過對電磁場正交水平分量的觀測，可計算出地下介質(zhì)視電阻率：

(1)

式(1)為音頻大地電磁法最基本的公式，式中，ρ為視電阻率，E為電場強度，H為磁場強度，f為電磁波頻率。實際工作中，探測深度較好的經(jīng)驗公式是：

(2)

式(2)表明，在AMT不同勘探系統(tǒng)的工作頻率都已確定的條件下，各頻點的探測深度只與地下介質(zhì)的平均電阻率有關(guān)，最大探測深度一般對應(yīng)最低頻點所反映的深度。很顯然，在高阻地區(qū)，探測深度大，而在低阻地區(qū)，探測深度小。

2.2.2 數(shù)據(jù)處理

音頻大地電磁測深資料處理流程大致如下：首先利用預(yù)處理軟件進行傅里葉變換，將時間域電磁數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成頻率域數(shù)據(jù)，剔除明顯的壞點，然后進行靜態(tài)校正及空間濾波等基本處理，通過不同反演方法結(jié)合已有的地質(zhì)資料，分析成果圖件，劃分出異常范圍，做出初步地質(zhì)推斷，通過地質(zhì)與物探成果的相互印證，最終給出物探成果。其主要處理流程見圖3。

圖3 AMT處理流程圖Fig.3 Flow chart of AMT procession

2.3 AMT正演模型設(shè)計與分析

AMT正演模擬是假設(shè)已知地下巖(礦)體的視電阻率、地質(zhì)構(gòu)造及相應(yīng)的圍巖參數(shù)的情況下，對電磁場分布規(guī)律和衰減快慢特點進行數(shù)值模擬。查清花崗巖或者花崗巖型偉晶巖所表現(xiàn)出的高阻異常在音頻大地電磁測深曲線上的響應(yīng)特征。采用大地電磁處理軟件(MtSoft2D)，通過有限元二維正演數(shù)值模擬方法，以基礎(chǔ)地質(zhì)背景與初步成礦模式為基礎(chǔ)，建立穹隆構(gòu)造模型—花崗巖侵入圍巖出露淺地表。這與甲基卡地區(qū)情況類似，對于研究區(qū)隱伏巖(礦)體勘查具有重要指導(dǎo)意義。

通過正演模擬分析可知，在甲基卡區(qū)域AMT找礦預(yù)測中，TE模式對淺部高阻異常構(gòu)造分辨率要優(yōu)于TM模式[19]。

3 甲基卡地區(qū)深部找礦預(yù)測

3.1 重磁異常解析

通過地面高精度重磁實測數(shù)據(jù)處理繪制得到研究區(qū)布格重力異常圖(圖4a)與磁源重力異常(圖4b)。

布格重力異常整體表現(xiàn)為四周高值環(huán)繞，中部、南部呈極低值和低值。中南部布格重力低異常呈面型分布，推測隱伏有大規(guī)模的低密度酸性巖，這與南部出露的馬頸子花崗巖巖株相對應(yīng)，且主體總體呈近南北向展布，往西延伸較小，向東部延伸較大，在花崗巖露頭附近，布格重力異常極低值，顯示其底部厚度最大。通過上延處理或?qū)⒋女惓Ｗ儞Q得到磁源重力異常(等同于低通濾波，抑制地表高頻信號，突出低頻的背景信號)，與研究區(qū)布格重力異常吻合。從異常分布來看，北部異常幅值較高，對應(yīng)于三疊系圍巖，中部過度帶，弱異常或相對低異常，中南部為低異常，異常規(guī)模較大，與地表花崗巖體出露對應(yīng)，推測深部為花崗巖穹隆體[20]。

從重磁異常大致可推斷深部花崗巖穹隆體的大體形態(tài)，可指示有多個隱伏巖體的隆起，為偉晶巖發(fā)育占位空間提供線索，在花崗巖頂部和邊緣，應(yīng)為有利于稀有金屬偉晶巖脈產(chǎn)出部位。

3.2 音頻大地電磁測深異常解析

通過對研究區(qū)4條AMT測深剖面(PM01、PM02、PM03、PM04)進行綜合反演，得出了該區(qū)域三維構(gòu)架圖(圖5)。

圖5反映出該地區(qū)的基本地質(zhì)構(gòu)架，馬頸子花崗巖為花崗巖漿的主要通道，花崗巖主體巖體有較大延深(延伸2000 m以下)，花崗巖巖體向北和向東也延伸較長，可能存在有多個隱伏巖體的隆起，為偉晶巖發(fā)育占位空間提供線索。

已知含礦偉晶巖脈體位于馬頸子花崗巖北部的308號脈、X03號脈與位于馬頸子花崗巖北東部的134號脈在淺地表均表現(xiàn)為高電阻率、次電阻率分布與深部高阻緊密相連。結(jié)合地質(zhì)鉆探等資料綜合分析，偉晶巖(礦)脈的產(chǎn)布、規(guī)模與花崗巖巖體是有密切聯(lián)系的，花崗巖巖漿為偉晶巖(礦)脈提供物質(zhì)來源。這一點與甲基卡地區(qū)成礦認識基本一致，即含礦脈體為大型花崗巖巖體分異出來的輕物質(zhì)經(jīng)長時間、多期次逐步形成的支脈。根據(jù)從已知到未知的推斷思想，區(qū)域內(nèi)還有類似的次級高阻異常體(與深部高阻體有聯(lián)系)，推測可能存在偉晶巖脈體，也預(yù)示著甲基卡區(qū)域深部找礦潛力很大。

圖4 甲基卡地區(qū)布格重力異常(a)及磁源重力異常(b)Fig.4 Diagrams of Bougguar gravity anomaly (a) and magnetic source gravity anomaly (b) of Jiajika area1.馬頸子花崗巖；2.偉晶巖脈；3.AMT測點

圖5 AMT測深剖面綜合成果圖Fig.5 Map showing results of integrated AMT sounding profile

4 結(jié)語

采用綜合地球物理方法測量和多參數(shù)評估體系總結(jié)物性規(guī)律，可為地球物理勘探提供依據(jù)。以基本查明控礦構(gòu)造和圈定找礦靶區(qū)為目標，通過與地質(zhì)、化探、鉆探等多元信息綜合對比分析，基于偉晶巖脈體隱伏或深埋的地質(zhì)特征，優(yōu)化地球物理方法組合，可以獲得區(qū)域和剖面不同維度的地球物理信息，建立地質(zhì)-地球物理勘查模型。

在方法選擇上，針對稀有金屬成礦背景的復(fù)雜多樣性，應(yīng)采用多方法、多尺度的勘探模式。小尺度區(qū)域重磁異?？梢苑从秤欣拇蟮貥?gòu)造-巖漿巖部位，圈定隱伏花崗巖基或熱液流體；大比例重磁資料反映了隱伏花崗巖體和偉晶巖的就位空間，間接了解礦區(qū)深部的穹窿構(gòu)造、巖體分布等特征(花崗巖通常為低磁低重異常、三疊系地層為高磁高重異常)，對礦區(qū)的成礦潛力評估提供依據(jù)。通過音頻大地電磁剖面測深以及地表地質(zhì)調(diào)查驗證，初步了解該區(qū)中深部地質(zhì)構(gòu)造特征，圈定花崗巖空間分布范圍，勾繪出研究區(qū)內(nèi)的主要地質(zhì)構(gòu)造格架。

在條件允許的情況下，開展綜合地球物理勘探，可以有效利用多參數(shù)多尺度減小物探解釋的多解性，為準確預(yù)測提供更充分的物探依據(jù)。通過多元找礦信息綜合分析，從已知推測未知，優(yōu)選地質(zhì)-地球物理方法組合應(yīng)用，是稀有金屬深部找礦突破或直接影響找礦周期的重要因素。

致謝：感謝在研究工作中給予幫助的領(lǐng)導(dǎo)和同事們。