坦桑尼亞納欽圭阿石墨礦激電異常特征及三維建模驗證

陳 誠，杜菊民，景永波，周 傲，孫 晨，張 強

(江蘇省地質(zhì)工程有限公司，江蘇 南京 210018)

1 引 言

石墨具有耐高溫、抗腐蝕、良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱等物理化學(xué)性能，在國民經(jīng)濟各個領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用[1，2]。坦桑尼亞位于非洲東部，石墨礦產(chǎn)資源豐富，主要分布在莫桑比克活動帶中的元古代片麻巖—麻粒巖環(huán)境的變質(zhì)變形區(qū)[3]。區(qū)域上，坦桑尼亞石墨礦主要分布在3個地區(qū)：北東部阿魯沙—坦葛地區(qū)；中東部莫羅戈羅—多多馬地區(qū)；東南部林迪—姆特瓦拉地區(qū)[4，5]。

納欽圭阿石墨礦位于坦桑尼亞東南部林迪地區(qū)，礦區(qū)基巖出露較少，石墨礦體大部分被第四系覆蓋，因此主要采用地球物理方法進(jìn)行勘探。從地球物理特征來看，石墨礦體對周圍巖體而言一般具有低阻高極化的特征[6，7]，因此激發(fā)極化法(IP)是尋找石墨礦體的有效地球物理勘探方法[8，9]。

傳統(tǒng)的激發(fā)極化法在分析石墨礦的激電異常時一般只能進(jìn)行二維分析[10]，對激電異常與礦體的真實空間分布之間的具體關(guān)系少有詳細(xì)分析。本文通過對坦桑尼亞納欽圭阿石墨礦開展的大功率激電工作的異常特征分析，并應(yīng)用3DMine三維建模軟件建立礦體模型[11，12]，將激電異常與石墨礦體在三維空間中的形態(tài)進(jìn)行直觀的對比分析，明確激電異常與石墨礦體的對應(yīng)關(guān)系，為今后同類型石墨礦的激電勘探工作提供借鑒和依據(jù)。

2 工區(qū)地質(zhì)概況

納欽圭阿石墨礦賦存于元古代區(qū)域變質(zhì)巖層中，巖石類型主要有4種：斜長角閃片麻巖、黑云斜長片麻巖、(含石墨)黑云斜長片麻巖(石墨片巖)、(石墨)石英片巖。巖層呈單斜產(chǎn)出，片理、片麻理發(fā)育，走向基本一致，總體走向NNE、傾向SEE，產(chǎn)狀變化不大(圖1)。

1-第四紀(jì)紅褐色土壤；2-黑云斜長片麻巖；3-斜長角閃片麻巖；4-偉晶巖；5-花崗巖；6-石墨礦體；7-斷層；8-鉆孔；9-巖石產(chǎn)狀；10-探槽；11-地質(zhì)勘探線 圖1 工區(qū)地質(zhì)圖Fig.1 Geological map of the work area

納欽圭阿石墨礦含礦巖石類型以石墨斜長片麻巖、石墨黑云斜長片麻巖等為主；礦體以層狀、似層狀、少量透鏡狀順層產(chǎn)出，主礦體達(dá)到大型規(guī)模；礦石主要呈片麻狀構(gòu)造，鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)；主要成分為礦石礦物石墨，脈石礦物石英、長石、云母等；是一個大型的優(yōu)質(zhì)大鱗片晶質(zhì)石墨礦床。

3 巖(礦)石物性特征分析

巖(礦)石間的物性差異是開展地球物理工作的前提，也是物探成果解譯的重要依據(jù)[13，14]。為了了解工區(qū)內(nèi)巖(礦)石物性特征，共采集、測試巖(礦)石物性標(biāo)本210塊，物性參數(shù)統(tǒng)計結(jié)果見表1。

表1 巖(礦)石物性參數(shù)

由表1可知，石墨斜長片麻巖極化率68.63 %～96.79 %，平均值83.86 %，電阻率0.93～2.86 Ω·m，平均值1.64 Ω·m；石墨黑云斜長片麻巖極化率15.28 %～35.84 %，平均值25.76 %，電阻率59.35～331.70 Ω·m，平均值159.65 Ω·m。其余巖性的極化率均較低，僅為0.49 %～4.84 %，而電阻率平均在1 000 Ω·m以上?？梢钥闯觯煌瑤r礦石之間電性差異明顯，石墨斜長片麻巖、石墨黑云斜長片麻巖具有明顯的低阻高極化特征，與其他巖礦石差異明顯，因此運用激電方法找尋石墨礦具有較好的地球物理前提[15，16]。

4 激電異常圈定與分析

4.1 面積性激電中梯工作

本次面積性激電工作采用大功率激電儀，中間梯度裝置，短導(dǎo)線測量方法[17，18]。最大供電電極距AB/2=650 m。 最小接收電極距MN/2=0.5 m，最大接收電極距MN/2=50 m，測網(wǎng)密度為100 m×20 m，測線方位角為110°。激電測深處理軟件主要使用重慶奔騰儀器公司的WDA-1軟件，使用Surfer軟件成圖。

由圖2可以看出整個測區(qū)的視電阻率大多小于200 Ω·m，電阻率基本上呈條帶狀展布，兩側(cè)高，中間低。測區(qū)中部有一條走向為北北東方向的低阻異常帶，貫穿整個預(yù)測區(qū)。視極化率在測區(qū)西部小于4 %，高極化率異常主要分布在測區(qū)中部，總體上看，高極化異常表現(xiàn)走向為北北東的條帶狀異常。

1-視電阻率等值線；2-激電異常編號；3-測深剖面； 4-鉆孔圖2 視電阻率、極化率平面等值線Fig.2 Plane isopleth map of apparent resistivity and polarizability

綜合分析劃分以下4個綜合異常區(qū)：

IP1異常位于工區(qū)南側(cè)中部，異?；境蔬B續(xù)的帶狀分布，主體走向北東，極化率均值大于6 %，異常最大值15.05 %，電阻率整體在18 Ω·m以下。IP1異常表現(xiàn)為低阻高極化，推測IP1異常為石墨礦化引起，IP1呈帶狀異常展布反映了石墨含量較高。

IP2異常位于工作區(qū)中部，為斷續(xù)的面狀異常，主體走向北東，極化率均值大于5 %，異常最大值9.53 %，視電阻率表現(xiàn)為大面積低阻帶，電阻率值多小于14 Ω·m。IP2異常為低阻高極化異常。

IP3異常位于工作區(qū)北側(cè)中部，為近等軸的面狀異常，極化率均值大于7 %，異常最大值15.96 %，視電阻率主要表現(xiàn)為低阻帶，多小于14 Ω·m。IP2異常為低阻高極化異常。

IP4異常位于工作區(qū)北側(cè)東部，為連續(xù)的帶狀異常，主體走向近南北，極化率均值大于6 %，異常最大值16.93 %，視電阻率主要表現(xiàn)為次高阻帶，多大于60 Ω·m。IP4異常為高阻高極化異常，推測異?？赡苡蓭r體引起。

4.2 電測深工作

通過對激電中梯成果資料以及地質(zhì)資料的綜合研究，共布設(shè)了5條激電測深剖面，其中72線及82線布置在IP1異常附近，102線和112線布置在IP2異常附近，134線布置在IP3異常附近。本文主要研究分析布置在成礦條件較好的IP1與IP3異常附近的測深剖面。

72線位于激電中梯IP1異常的南部，通過激電測深工作，如圖3所示，該線標(biāo)高-20 m以下存在一個相對低阻體，視電阻率低于8 Ω·m，規(guī)模較大，傾向為北西方向。在相同位置，極化率也表現(xiàn)高值異常，且越往深部，極化率值越大，最大可達(dá)80 %。

圖3 72線視電阻率視、極化率剖面Fig.3 Apparent resistivity and polarization profile of line 72

IP1A異常：異常為相對低阻高極化異常，形狀為直立的板狀，視極化率極大值約為80 %，視電阻率均值小于8 Ω·m。

82線位于激電中梯IP1異常的北部，通過激電測深工作，如圖4所示，該線深部(標(biāo)高-50 m以下)，存在一個相對低阻體，視電阻率均值低于8 Ω·m，規(guī)模較大，傾向為北西方向，向深度延伸。極化率在標(biāo)高-50 m以下也出現(xiàn)板狀高極化體，極化率均值大于15 %。

圖4 82線視電阻率視、極化率剖面Fig.4 Apparent resistivity and polarization profile of line 82

IP1B異常：異常為相對低阻高極化異常，形狀為直立的板狀，視極化率極大值約為80 %，視電阻率均值小于8 Ω·m。

134線位于激電中梯IP3異常的中部，剖面在250～600 m為相對低阻異常區(qū)，0～250 m為相對高阻異常區(qū)(見圖5)。該線深部(標(biāo)高-100 m以下)，存在一個相對低阻體，視電阻率低于40 Ω·m。視極化率整條線均表現(xiàn)為相對高極化，但在深部(標(biāo)高-150 m以下)，出現(xiàn)未閉合的圓形狀相對高極化異常。

圖5 134線視電阻率視、極化率剖面Fig.5 Apparent resistivity and polarization profile of line 134

IP3A異常：異常為相對低阻高極化異常，異常南部未閉合，形狀為圓形狀，視極化率極大值約為44 %，視電阻率均值小于30 Ω·m。

4.3 測深剖面異常驗證

分析表明三條測深剖面的異常與面積性激電異常基本對應(yīng)。72線，82線，134線分別布置了鉆孔ZK601、ZK1、ZK001和ZK3對異常進(jìn)行驗證(圖2)。

鉆孔ZK001揭示26.4～71.4 m為石墨礦體與黑云斜長片麻互層，石墨礦體共3層總厚度約30 m；158.9～193.7 m為石墨礦體夾少量黑云斜長片麻巖。石墨礦體與72線低阻高極化異常位置基本一致。

鉆孔ZK1揭示5.3～96.3 m為石墨礦體與含石墨黑云斜長片麻互層，石墨礦體共2層總厚度約63 m；179.3～197.3 m為石墨礦體夾含石墨黑云斜長片麻。石墨礦體與82線低阻高極化異常位置基本一致。

鉆孔ZK001揭示158.7～162.85 m為石墨礦體；鉆孔ZK3揭示119.5～228.5 m和35.77～64.1 m均為含石墨黑云斜長片麻，石墨礦化明顯。礦化體與134線的異常位置基本吻合。

由此看出石墨礦(化)體(與低阻高極化異常位置基本對應(yīng)，尤其剖面高極化異常深度與礦體的位置高度吻合。

5 礦體模型的建立

礦體模型的建立，需要根據(jù)礦區(qū)的地質(zhì)填圖，地質(zhì)剖面，鉆孔，探槽等地質(zhì)資料，對礦體進(jìn)行解譯，并圈定礦體。應(yīng)用3DMine三維建模軟件將地質(zhì)剖面三維可視化，根據(jù)相鄰剖面的礦體對應(yīng)關(guān)系，通過連接三角網(wǎng)建立礦體模型[19]。納欽圭阿石墨礦礦體分南北2個礦段，分別與激電剖面的72線，82線及134線對應(yīng)。為了分析剖面異常與圈定礦體的空間展布，還需要應(yīng)用3DMine三維建模軟件將激電剖面圖立體顯示[20]，并在同一空間內(nèi)實現(xiàn)與石墨礦體模型的精確擬合。

通過72線、82線剖面圖的立體顯示(圖6和圖7)，可以看到激電剖面異常在空間上有很好的延續(xù)性，異常形態(tài)與走向基本一致。多條石墨礦體呈層狀，石墨礦體與低阻高極化異常位置基本吻合，且礦體的走向也基本與剖面異常的走向一致，礦體傾向西北這也與異常的傾向相同。但受地質(zhì)工程的深度影響，圈定石墨礦體的深度小于400 m，根據(jù)激電剖面顯示，異常有向深部延伸的趨勢，推測該礦區(qū)具有深部找礦的潛力。

圖6 72、82線電阻率剖面與南部礦體模型空間分布Fig.6 Resistivity profile and spatial distribution map of southern ore body model of line 72 and line 82

圖7 72、82線極化率剖面與南部礦體模型空間分布Fig.7 Polarization profile and spatial distribution map of southern ore body model of line 72 and line 82

通過134線剖面圖的立體顯示(圖8和圖9)，激電剖面的低阻高極化異常與石墨礦體在空間位置上基本吻合，傾向均為西北。礦體與異常體均有向深部延伸的趨勢。剖面淺部的單獨礦體可能由于巖礦石受地表風(fēng)化影響，巖石破碎風(fēng)化嚴(yán)重，巖石的地球物理性質(zhì)發(fā)生變化，因此激電的異常不明顯。

圖8 134線電阻率剖面與北部礦體模型空間分布Fig.8 Resistivity profile and spatial distribution map of northern ore body model of line 134

圖9 134線電極化率剖面與北部礦體模型空間分布Fig.9 Polarization profile and spatial distribution map of northern ore body model of line 134

5 結(jié) 論

1)通過在納欽圭阿石墨礦區(qū)開展激電測量工作，圈定的激電異常與經(jīng)地質(zhì)工作圈定的石墨礦體在無論在平面還是空間位置都基本吻合，說明激發(fā)極化法在石墨礦勘探方面效果明顯。

2)研究結(jié)果表明,借助3DMine軟件可以更加直觀地展示地質(zhì)與物探成果,對異常的綜合分析有一定的指導(dǎo)作用,同時也會提高地質(zhì)勘查研究精度和勘查成果的綜合利用效率。

3)與地層方向一致的條帶狀低阻高極化異常帶是該地區(qū)采用大功率激電方法勘探石墨礦的重要物探找礦標(biāo)志。