鋁土礦區(qū)物探找礦方法研究-以云南文山天生橋礦床為例*

王興華，顏拓疆，解 康

（云南冶金資源股份有限公司，云南 昆明 650500）

通過(guò)對(duì)地表及鉆孔巖芯的巖礦石標(biāo)本進(jìn)行物性參數(shù)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果顯示區(qū)內(nèi)鋁土礦石和炭質(zhì)泥巖視電阻率較低，從地質(zhì)剖面圖上可以看出兩者形成了一個(gè)統(tǒng)一的低阻體，雖然鋁土礦石極化率特征不突出，但與之聯(lián)系緊密的炭質(zhì)泥巖極化率較高。另外礦區(qū)內(nèi)還有黑褐色泥炭質(zhì)物、黃鐵礦化、煤系地層與礦體相互聯(lián)系，本次工作在重點(diǎn)勘查區(qū)內(nèi)選擇的已知剖面上首先開(kāi)展大功率激電中梯剖面測(cè)量工作，了解已知礦體在剖面上的激電反應(yīng)范圍及強(qiáng)度變化趨勢(shì)。由于礦體與含炭質(zhì)地層關(guān)系密切，各含炭質(zhì)地層間及礦體與圍巖間的視電阻率存在明顯差異性，測(cè)深工作采用音頻大地電磁法（以下簡(jiǎn)稱(chēng)AMT），以期探明區(qū)內(nèi)礦體深部延伸情況。經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)反演處理成圖后，將AMT測(cè)深及激電中梯測(cè)量成果與已知地質(zhì)剖面信息進(jìn)行對(duì)比研究，找出相關(guān)規(guī)律，為文山天生橋鋁土礦區(qū)物探找礦方法的選擇提供依據(jù)。

1 方法技術(shù)

AMT方法原理和傳統(tǒng)的MT法也一樣，它是利用宇宙中的太陽(yáng)風(fēng)、雷電等入射到地球上的天然電磁場(chǎng)信號(hào)作為激發(fā)場(chǎng)源，也稱(chēng)一次場(chǎng)，該一次場(chǎng)屬于平面電磁波，垂直入射至大地介質(zhì)中，從電磁場(chǎng)理論可知，大地介質(zhì)中將產(chǎn)生感應(yīng)電磁場(chǎng)，此感應(yīng)電磁場(chǎng)和一次場(chǎng)是同頻率的，引入波阻抗Z。在均勻大地及水平層狀大地的情況下，波阻抗是電場(chǎng)E與磁場(chǎng)H的水平分量的比值[1]。測(cè)量就是在與地下研究深度相對(duì)應(yīng)的頻帶上進(jìn)行的。一般情況，頻率較高的數(shù)據(jù)反映淺部電性特征，頻率較低的數(shù)據(jù)反映較深的電性特征。因此，在一個(gè)寬頻帶上觀測(cè)電場(chǎng)和磁場(chǎng)信息，并由此計(jì)算出視電阻率和相位即可確定出大地的地電特征及地下構(gòu)造[2-3]。

2 應(yīng)用實(shí)例

2.1 工作區(qū)地質(zhì)概括

天生橋鋁土礦賦存于晚石炭世古侵蝕面之上的上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M地層內(nèi)，上覆地層為下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組紫紅色、黃綠色泥巖、砂質(zhì)泥巖，與龍?zhí)督M呈假整合接觸。下伏地層為上石炭統(tǒng)威寧組厚層狀至塊狀灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r、白云巖，與含礦層呈假整合接觸。區(qū)內(nèi)整個(gè)龍?zhí)督M地層斷續(xù)延伸約25 km，巖性組合為：下段（P3l1）為鐵鋁質(zhì)建造，上段（P3l2）為硅質(zhì)、泥砂質(zhì)含煤建造。由于含礦巖系厚度受古基底溶蝕地貌的控制，基底低凹處厚度大，凸起處薄，但總體上含礦層厚度變化較小，出露厚度為（0～90） m不等。含礦巖系形成于濱?！訚森h(huán)境，其巖性組合：上段為砂泥質(zhì)含煤和硅質(zhì)巖建造，下段為鋁土礦—鐵鋁質(zhì)、泥砂質(zhì)建造。本文選取了其中一條測(cè)線WT2015進(jìn)行解釋說(shuō)明，AMT測(cè)深實(shí)際材料圖（圖1）。

圖1 AMT測(cè)深實(shí)際材料圖Fig.1 Primitive data map by AMT sounding

2.2 地球物理特征

在區(qū)內(nèi)采集標(biāo)本共167個(gè)，通過(guò)測(cè)試得到各巖性標(biāo)本物性參數(shù)（表1），測(cè)試結(jié)果表明硅質(zhì)灰?guī)r、鐵鋁巖整體呈現(xiàn)中阻低極化特征，含炭質(zhì)硅質(zhì)灰?guī)r、含炭泥質(zhì)的白云質(zhì)灰?guī)r、含炭泥質(zhì)鐵質(zhì)的灰?guī)r呈現(xiàn)高阻高極化特征，白云質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r呈現(xiàn)高阻中高極化特征，含炭質(zhì)的泥質(zhì)灰?guī)r呈現(xiàn)中阻中高極化特征，泥質(zhì)灰?guī)r呈現(xiàn)中高阻中低極化特征，鋁土礦呈現(xiàn)低阻中低極化特征。我們很明顯可以看到，當(dāng)巖礦石標(biāo)本含炭質(zhì)時(shí)，極化率普遍較高，而試驗(yàn)區(qū)內(nèi)炭質(zhì)泥巖與鋁土礦形成集合體，該集合體與圍巖具有很明顯的電性差異，為激電中梯測(cè)量和音頻大地電磁測(cè)深測(cè)量提供了物性條件[4]。

表1 工作區(qū)巖礦石標(biāo)本物性參數(shù)統(tǒng)計(jì)表Tab.1 Statistical table for physical property parameters of rock and ore specimens in working area

國(guó)地震局地質(zhì)研究所綜合信息處理系統(tǒng)軟件（MTPioneer）對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行再處理及反演，處理過(guò)程如下：

1） 對(duì)獲得的電場(chǎng)和磁場(chǎng)虛實(shí)分量和相位數(shù)據(jù)，使用MTPioneer軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)編輯，并刪除畸異點(diǎn)，以提高數(shù)據(jù)質(zhì)量；

2）進(jìn)行靜校正，包括生成表層電阻率、編輯剖面表層電阻率和剖面處理；

3）分線對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行一維反演；

4） 根據(jù)一維反演結(jié)果進(jìn)行二維反演模型建立，包括橫向和縱向網(wǎng)格建立、地形編輯、迭代誤差及反演基地電阻率的設(shè)置等；

5）采用帶地形的TM模式和TE模式分別進(jìn)行二維連續(xù)介質(zhì)反演，得到二維反演結(jié)果；

6）根據(jù)二維反演結(jié)果再對(duì)模型、參數(shù)及數(shù)據(jù)進(jìn)行修改設(shè)置及編輯，以使反演結(jié)果更加合理；

7）最后經(jīng)過(guò)多次次疊代反演和正演，輸出二維反演結(jié)果和正演數(shù)據(jù)，如果反演結(jié)果符合已知地質(zhì)特征和其正演數(shù)據(jù)斷面圖與原始數(shù)據(jù)斷面圖基本吻合，那么正反演計(jì)算就可以終止。

大地電磁法利用的是不同地層或同一地層不同賦存結(jié)構(gòu)之間電阻率參數(shù)的差異，根據(jù)阻值高低及分布形態(tài)以劃分地層界線、巖體及地質(zhì)構(gòu)造，并結(jié)合相關(guān)的地質(zhì)資料做出初步的地質(zhì)推斷解釋[5-6]。

2.4 資料解釋及成果分析

根據(jù)WT2015線激電中梯剖面測(cè)量數(shù)據(jù)，可以得到視極化率和視電阻率曲線圖，對(duì)AMT測(cè)深數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，然后用反演軟件進(jìn)行二維反演成圖，如圖2。近地表的鋁土礦在點(diǎn)216～221點(diǎn)引起一中極化率異常，推斷引起原因?yàn)殇X土礦及其頂?shù)装迕簩?、炭質(zhì)的綜合反應(yīng)。在點(diǎn)195～212間的極化率值較高的激電異常，推斷為炭質(zhì)或鐵質(zhì)引起。

圖2 WT2015勘探線AMT測(cè)深電阻率二維反演圖Fig.2 Two-dimensional inversion diagram of AMT sounding specific resistance for WT2015 exploration lines

結(jié)合地質(zhì)剖面和本次標(biāo)本物性測(cè)量結(jié)果，將礦區(qū)的低阻體炭質(zhì)泥巖的頂板界線和鋁土礦體投影到AMT測(cè)深電阻率二維反演剖面圖上，通過(guò)對(duì)比來(lái)看，前期鉆探工程所揭露的炭質(zhì)泥巖與鋁土礦，二者組成的低阻體與AMT測(cè)深剖面上反應(yīng)的低阻體比較吻合，炭質(zhì)泥巖上覆為硅質(zhì)巖與泥巖綜合形成的中、高阻體，鋁土礦下伏地層為中石炭統(tǒng)威寧組，巖性為灰?guī)r，整體表現(xiàn)為中、高阻[7-8]。能夠得到這么好的吻合結(jié)果，主要得益于炭質(zhì)泥巖與鋁土礦的完美組合形成一定規(guī)模的低阻帶，其次測(cè)線所處的人文環(huán)境干擾較小也為測(cè)量成果的準(zhǔn)確性提供了良好的條件。

由于所測(cè)剖面表層厚度的不均勻性以及反演模型參數(shù)設(shè)置和軟件自身特性的影響，本次電阻率二維反演剖面與實(shí)際地質(zhì)剖面在深度上存在一定誤差。在結(jié)合地質(zhì)剖面進(jìn)行校正后，可以看到本次反演所得深度乘以0.85的系數(shù)后與實(shí)際深度最為接近。圖2中所給出的AMT測(cè)深剖面圖中的深度即為軟件反演深度乘以0.85的系數(shù)所得，這一系數(shù)對(duì)以后的物探工作解釋將起到重要的參考作用。

3 結(jié)語(yǔ)

本次采用激電中梯測(cè)量與音頻大地電磁測(cè)深測(cè)量的組合方法，在該地區(qū)鋁土礦勘查試驗(yàn)中取得了較好的效果，可以看到：

1）所用物探組合方法對(duì)于炭質(zhì)泥巖的高極化特征以及炭質(zhì)泥巖與鋁土礦形成的低阻體反應(yīng)明顯，能快速尋找本地區(qū)類(lèi)似條件的鋁土礦產(chǎn)資源，是一種經(jīng)濟(jì)有效的物探找礦手段，區(qū)內(nèi)具有較好的物性條件；

2）在本地區(qū)對(duì)于尋找低阻地質(zhì)體、深部地質(zhì)構(gòu)造也具有明顯的優(yōu)勢(shì)，為后期物探工作開(kāi)展打下了重要基礎(chǔ)；

3）利用該組合方法尋找鋁土礦還需要配合地質(zhì)及鉆探信息進(jìn)行綜合研究判斷，在后續(xù)工作的開(kāi)展過(guò)程中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)際情況增加其它物探方法手段。