地球物理勘查技術(shù)在銅鉬多金屬礦探查過程中的應(yīng)用分析

蔡光龍

近幾年，地質(zhì)找礦作業(yè)難度明顯提高，為保證地質(zhì)找礦質(zhì)效，技術(shù)人員指出應(yīng)充分利用物探技術(shù)，以礦石、巖石在放射性、密度和磁性等方面所存在差異為依據(jù)，借助地球物理儀器及相關(guān)探查方法，對地球物理場所發(fā)生變化進(jìn)行勘查，根據(jù)探查所獲得數(shù)據(jù)，對地球物理資料進(jìn)行分析，確定探查區(qū)域礦產(chǎn)分布特征、地質(zhì)構(gòu)造情況，為后續(xù)各項(xiàng)工作的開展奠定良好基礎(chǔ)。

1 項(xiàng)目介紹

查區(qū)以山前沖積平地、中低山殘蝕丘陵為主，該區(qū)域包括兩座山峰，分別是海拔為392.2m 的楓山、海拔為274.9m 的銅山牌，陡峻山峰殘蝕所形成丘陵的海拔在70m ～150m 之間，平地海拔約為50m。

查區(qū)內(nèi)擁有大量勞動力，所種植農(nóng)作物以水稻為主，配合種植少量大豆、小麥和玉米。經(jīng)濟(jì)作物種類較多，包括但不限于林木、油料還有麻類。具有種類相對豐富的礦產(chǎn)資源，例如，水泥灰?guī)r、銅、鉬及鉛鋅，受礦山規(guī)模影響，上述礦產(chǎn)資源儲量普遍較少。

查區(qū)地處亞熱帶，為典型的季風(fēng)氣候，年氣溫平均值為15℃，歷史最低溫度為-10.7℃，最高溫度則達(dá)到了40℃。年降水量平均值約為1500mm，大部分降雨均發(fā)生在每年的4月～8月。該區(qū)域植被長勢良好，導(dǎo)致山地通視及通行條件不佳，且山前丘陵以田地為主。

2 物探工作概述

本次開展物探的目的是尋找銅鉬礦，強(qiáng)調(diào)以電法測量、磁法掃面等技術(shù)手段為依托，結(jié)合化探成果、地質(zhì)成果給出相應(yīng)的定性解釋，確保日后地質(zhì)找礦等各項(xiàng)工作擁有堅(jiān)持的理論基礎(chǔ)，本次工作共歷時14 個月，在此期間，技術(shù)人員準(zhǔn)確運(yùn)用物探技術(shù)，對金屬礦進(jìn)行了系統(tǒng)且全面的探查，由此獲得了與實(shí)際情況相符的磁電結(jié)果。項(xiàng)目工作量、設(shè)備及人員配置情況如下：

其一，物探網(wǎng)測量需要設(shè)置60 個測深點(diǎn)，對勘查區(qū)、附近D級控制工作所取得成果進(jìn)行收集，運(yùn)用南方9600GPS 定位儀對GPS 點(diǎn)及GPS 網(wǎng)進(jìn)行布設(shè)，保證所布設(shè)點(diǎn)網(wǎng)均滿足E 級要求。中梯測量剖面的工作量為9km，高精度磁測的范圍為23km2，要求以E 級控制成果為依據(jù)，由專業(yè)人員運(yùn)用靜態(tài)GPS 及全站儀對主基線進(jìn)行敷設(shè)，通過手持GPS 的方式，對測點(diǎn)位置加以確定并標(biāo)記。保證點(diǎn)距在20m 左右，對應(yīng)線距以100m 為最佳。其二，按照1：2000 的比例尺進(jìn)行中梯剖面測量，工作量為3.23km，需要確定視電阻率以及視極化率，本項(xiàng)目實(shí)測物理點(diǎn)的數(shù)量為328個，對應(yīng)點(diǎn)距是10m。而按照1：5000 的比例尺進(jìn)行中梯剖面測量，工作量約為5km，同樣需要確定視電阻率以及視極化率，實(shí)測物理點(diǎn)的數(shù)量為253個，對應(yīng)點(diǎn)距是20m，線距為100m。其三，高精度磁測需要提前布設(shè)物理點(diǎn)，在本項(xiàng)目中，除水體覆蓋區(qū)外，實(shí)測物理點(diǎn)的數(shù)量為6486 個。其四，激電測深需布設(shè)60 個實(shí)測點(diǎn)，要求點(diǎn)距為50m，AB 最大長度不超過2000m。

另外，本項(xiàng)目對設(shè)備及人員進(jìn)行配置的情況如下：設(shè)備包括四臺質(zhì)子磁力儀，型號為PM-2；五臺GPS 定位儀，型號為南方9600；四臺手持定位儀；一臺5″全站儀，品牌為拓普康；一套分布式測量系統(tǒng)，型號為WGMD-5/5A；一套直流激電系統(tǒng)，型號為DJF10-2?，F(xiàn)場人員包括一名高級物探工程師，三名工程師，一名測量工程師。

3 物探區(qū)域特征

勘查區(qū)位于楓山背斜核部偏南翼，出露地層有奧陶系、志留系及白堊系地層、溝谷為第四系，斷裂和巖漿巖發(fā)育?，F(xiàn)將該區(qū)主要地質(zhì)特征簡述如下。

（1）地層。勘查區(qū)及其附近出露地層有奧陶系下統(tǒng)侖山組、紅花園組、大灣組、牯牛潭組，中統(tǒng)大田壩組、寶塔組，上統(tǒng)湯頭組、五峰組；志留系下統(tǒng)高家邊組，中統(tǒng)墳頭組；白堊系上統(tǒng)浮山組及第四系地層，各組地層特征分述如下：

（2）構(gòu)造。楓山背斜：屬楓山—鐵家沖背斜南西段，軸向73°，兩端延伸出圖，區(qū)內(nèi)出露7.5 公里，寬8.5 公里。背斜中段，北東段延伸出圖，軸向70°～35°，核部地層為寒武系黃柏嶺含炭頁巖段，兩翼地層為寒武系黃柏嶺頁巖段至志留系高家邊頁。北西翼傾向北西，傾角45°～85°，南東翼傾向南東，傾角40°～88°，局部直立，軸面產(chǎn)狀變化大。區(qū)內(nèi)出露背斜西段，核部地層為奧陶系侖山組白云巖。北西翼由于斷層影響和第四系覆蓋；出露地層為志留系高家邊組頁巖，偶見奧陶系紅花園組灰?guī)r、湯頭組瘤狀灰?guī)r、五峰組含炭、硅質(zhì)頁巖。地層傾向北西，傾角32°～88°。古塘一帶受斷層影響產(chǎn)狀倒轉(zhuǎn)，傾向南東東。南東翼出露地層為奧陶系侖山灰?guī)r至志留系高家邊組頁巖。地層傾向南東，傾角44°～65°。沿核部巖漿熱液活動強(qiáng)烈，沿背斜軸有中酸性花崗斑巖、花崗閃長斑巖脈侵入，火龍巖一帶地層破碎、硅化、黃鐵礦化強(qiáng)烈，局部富集成礦。

區(qū)內(nèi)斷層發(fā)育有北北東向、北東東向、北西向及北東向四組，其中最主要的為北北東，其次為北東向。北北東向斷裂：長度大于6 公里，走向15°，傾向南東東，傾角70°～85°，先壓扭后張的逆平移斷層。斷層左行切穿楓山背斜，南部為閉合的線狀，北部發(fā)育了一條百余米的斷層破碎帶，破碎帶內(nèi)發(fā)育斷層泥，呈破碎片理構(gòu)造，擠壓透鏡體，硅化糜棱巖，局部角礫巖，該破碎帶控制脈巖、巖枝侵入及李灣火山巖產(chǎn)出，中部被第四系覆蓋。該方向斷裂在本內(nèi)是重要的控巖、控礦構(gòu)造。

（3）巖漿巖。區(qū)內(nèi)巖漿巖發(fā)育，巖體受楓山背斜核部控制，出露有李灣、趙莊、楓山等巖體。侵入時代自燕山早期至燕山晚期。

一是李灣巖體，為巴山巖體南東邊緣相的一部分。巖體分布于查區(qū)中、西北部楓山背斜核部，北東走向，出露面積約0.30 平方公里。據(jù)區(qū)調(diào)資料，為燕山早期-晚期多期次形成的復(fù)式侵入巖體，巖性包括正長斑巖、花崗斑巖、花崗閃長斑巖等，其受近東西向斷層控制，該巖體及其南接觸帶（外帶）均強(qiáng)烈蝕變和銅鉬礦化。該區(qū)巖漿巖結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，石英斑巖、花崗斑巖、閃長玢巖、石英閃長玢巖等類型中見球粒結(jié)構(gòu)，交織結(jié)構(gòu)，杏仁構(gòu)造等，說明巖體為淺成相或近于“次火山巖”相?？傮w是偏基性巖體應(yīng)晚于偏酸性巖體。

二是趙莊巖體，分布于楓山背斜南東翼牌樓溝—趙莊一帶，呈現(xiàn)東西向延伸，與背斜軸向近一致。東端受北北東向斷層影響北折呈現(xiàn)巖枝狀。出露面積約0.36 平方公里。傾向南東，傾角55°，淺成相、淺剝蝕。圍巖為奧陶系白云巖、灰?guī)r、瘤狀灰?guī)r及志留系下統(tǒng)高家邊組砂頁巖。巖石灰白、灰綠色，風(fēng)化后淺黃色，褐紅色，斑狀構(gòu)造、塊狀構(gòu)造。三是楓山巖體，分布于楓山背斜核部的“楓山”山頂附近，呈現(xiàn)北東向延伸，地表出露寬70m ～350m，延伸950 米，圍巖為奧陶系侖山組白云巖。此外區(qū)內(nèi)發(fā)育有數(shù)十條大小不等的脈巖，總體沿楓山背斜軸向分布，巖石類型主要為花崗閃長斑巖、花崗斑巖，次為石英閃長玢巖和石英脈。

（4）變質(zhì)及蝕變特征?？辈閰^(qū)變質(zhì)作用強(qiáng)烈，一是動力變質(zhì)及變質(zhì)巖，主要發(fā)育在斷層，特別是北北東向斷層帶內(nèi)。在以北西—南東向?yàn)橹鞯膽?yīng)力作用下，原巖破碎、揉搓形成規(guī)模不等構(gòu)造角礫巖。二是熱變質(zhì)作用，奧陶系侖山白云巖及白云質(zhì)灰?guī)r普遍大理巖化，褪色，帶寬近百余米。形成白云石大理巖、大理巖，主要分布于牌樓溝、李灣深部。三是接觸交代作用，主要分布在李灣銅鉬礦點(diǎn)，偶見于楓山地表和婆豬形地區(qū)。巖體與奧陶系侖山白云巖、灰?guī)r接觸，發(fā)生接觸交代作用，形成透輝石矽卡巖、蛇紋石矽卡巖、硅灰石矽卡巖、柘榴子石矽卡巖、透輝石蛇紋石矽卡巖等。四是其它熱液蝕變，黃鐵礦化分布最廣，主要發(fā)育在構(gòu)造破碎帶及其附近，以及火成巖脈、圍巖中，風(fēng)化后形成孔洞或褐鐵礦，局部形成鐵帽。硅化主要沿背斜轉(zhuǎn)折端分布。絹英巖化主要分布于火成巖中。

4 地球物理特征

為準(zhǔn)確掌握礦區(qū)相關(guān)特征，相關(guān)人員決定對鄰區(qū)所開展物性工作的成果進(jìn)行收集、分析，發(fā)現(xiàn)鄰區(qū)存在近20 種巖/礦石，其中，數(shù)量最多的巖/礦石為奧陶灰?guī)r，共有185 塊，數(shù)量最少的巖/礦石為磁鐵礦，共有26 塊。

4.1 磁性特征

結(jié)合收集成果可知，趙莊地區(qū)沉積地層多為弱磁性地層、無磁性地層，偏基性原巖、中酸性原巖的磁性中等，存在較強(qiáng)蝕變的部分，其磁性普遍較周圍區(qū)域更弱。磁黃鐵礦、磁鐵礦所表現(xiàn)出磁性相對較強(qiáng)，與沉積層磁性的差異十分明顯。

4.2 極化率特征

不存在礦化蝕變情況的巖體、沉積巖，其極化率相對較低，通常處于0.26%～3.01%這一范圍，最大值不會超過4%。而蝕變巖石和礦化圍巖的極化率較大，取值范圍為6.21%～37.8%，導(dǎo)致其極化率提高的原因，主要是蝕變巖石、礦化圍巖均含有磁鐵礦、黃鐵礦等金屬硫化物。

4.3 磁電特征

對磁電相關(guān)參數(shù)進(jìn)行對比分析，可得出以下結(jié)論：其一，正常巖區(qū)極化率較低，對應(yīng)電阻率在N×1000Ω·m 以上。其二，磁鐵礦化、黃鐵礦化等礦化體，受目的礦體影響，其電性往往會表現(xiàn)出較為明顯的差異，極化率也會隨著礦化、蝕變程度的增加而逐漸提高。其三，磁鐵礦、巖體磁性和無礦化地層間的差異較大。其四，考慮到巖石極易被含水性所影響，對其電阻率進(jìn)行分析時，應(yīng)綜合考慮激電測深、激電中梯測量所得出數(shù)據(jù)，確保最終結(jié)論具有實(shí)際意義。

綜上，該區(qū)礦化地質(zhì)所表現(xiàn)出特征如下：一是極化率高、電阻率低，二是磁性中等。由此可見，該區(qū)地質(zhì)體物性和無礦化巖石間存在顯著差異，在該區(qū)開展物探工作很有必要。

4.4 電阻率特征

本項(xiàng)目查區(qū)無礦化巖體和一般沉積巖的電阻率相對較高，與其他巖體間的差距能夠達(dá)到1 個級次～2 個級次，對應(yīng)數(shù)值為2000Ω·m ～14300Ω·m。礦化體、礦體巖石對應(yīng)電阻率普遍偏低，取值范圍為N×100Ω·m ～3000Ω·m。

5 物探技術(shù)的應(yīng)用

以地質(zhì)普查所提出要求為依據(jù)，將本次探查工作的要點(diǎn)歸納如下：其一是有序開展中梯剖面測量、電測深還有高精度磁測的工作，明確視電阻率、視極化率以及△T 的數(shù)值。其二是視情況對比例尺進(jìn)行確定，中梯剖面測量的比例尺有兩個，分別是1：2000 和1：5000，測深剖面的比例尺為1：5000，而高精度磁測的比例尺為1：10000。

5.1 敷設(shè)物探網(wǎng)

（1）控制測量。在本項(xiàng)目中，相關(guān)人員決定以D 級測量成果為基礎(chǔ)，借助南方9600 定位儀對控制網(wǎng)進(jìn)行布設(shè)，保證所布設(shè)控制網(wǎng)密度和精度均滿足E 級網(wǎng)要求。結(jié)合控制網(wǎng)所取得成果，整理出相應(yīng)的文字資料，為日后檢校GPS 精度、對物探網(wǎng)進(jìn)行敷設(shè)等工作的開展提供便利。一般情況下，所敷設(shè)控制網(wǎng)各點(diǎn)所處高度的擬合殘差均不得超過5cm，對應(yīng)平面點(diǎn)位所存在偏差則應(yīng)被控制在3cm 以內(nèi)。

（2）精度評述。本區(qū)的特點(diǎn)為山體植被較為密集，沿測線山地的通視和通行條件不理想。相關(guān)人員到達(dá)工區(qū)后，根據(jù)出露地質(zhì)體的走向?qū)y線進(jìn)行布設(shè)，保證二者的位置關(guān)系為相互垂直，對應(yīng)測量剖面方位取值為330°?？紤]到規(guī)定比例尺是1：10000，最終決定同時運(yùn)用兩種不同的網(wǎng)度開展測量工作，第一種網(wǎng)度的點(diǎn)距為20m、線距是100m，第二種網(wǎng)度的點(diǎn)距為40m、對應(yīng)線距為100m。以測量所得數(shù)據(jù)為依據(jù)，在通視、通行條件相對理想的區(qū)域，運(yùn)用拓普康所生產(chǎn)5″全站儀對物探網(wǎng)進(jìn)行敷設(shè)。通視效果不符合條件的野外測點(diǎn)和測線，同樣需要運(yùn)用全站儀完成布點(diǎn)工作，剩余地段則需要相關(guān)人員手持先進(jìn)GPS 定位儀進(jìn)行準(zhǔn)確定位，若現(xiàn)場信號條件不理想，可酌情引入測繩和羅盤等工具，由測繩負(fù)責(zé)測量距離、羅盤負(fù)責(zé)定向，保證所敷設(shè)物探網(wǎng)位置符合要求，磁測主機(jī)線和設(shè)計(jì)方案的偏差不超過5″。比例尺為1：2000 時，相關(guān)人員應(yīng)根據(jù)要求完成布設(shè)中梯剖面測量所需物探網(wǎng)的工作，保證布設(shè)成果與本項(xiàng)目所提出精度要求相符，比例尺改為1：5000 后，則需要以磁測成果為依據(jù)，在查區(qū)的南部完成布網(wǎng)工作，保證剖面長度在5000m 左右，對應(yīng)點(diǎn)距以20m 為最佳。

5.2 物探技術(shù)說明

（1）電測深法。除特殊情況外，相關(guān)人員均應(yīng)保證電測深、精測剖面處于同線施工的狀態(tài)，以對稱四級為原則，有序開展布極、施測等工作。運(yùn)用全站儀對測深點(diǎn)進(jìn)行放樣并定位，保證測點(diǎn)距在50m 左右。在野外開展此項(xiàng)工作時，則需要視情況對工具加以運(yùn)用，一般情況出，小極距電極可通過皮尺進(jìn)行量距，而大極距電極需要專業(yè)人員手持相關(guān)工具進(jìn)行定位。在野外環(huán)境下進(jìn)行施工，應(yīng)嚴(yán)格遵守行業(yè)要求，保證電極平面所存在點(diǎn)位偏差不超過4m，通過同側(cè)且同時位移的方式，對位移給點(diǎn)位偏差帶來的影響加以控制。此外，剖面方位、電極排列方位間所存在偏差應(yīng)被控制在5°以內(nèi)。

（2）高精度磁測法。在探查金屬礦期間，需要用到四臺質(zhì)子磁力儀，本項(xiàng)目所購入質(zhì)子磁力儀的型號為PM-2，其中，一臺磁力儀負(fù)責(zé)日變觀測工作，剩余磁力儀負(fù)責(zé)對現(xiàn)場情況、相關(guān)參數(shù)進(jìn)行測量。在前期準(zhǔn)備階段，由專業(yè)人員分別測量各臺磁力儀的探頭、主機(jī)，測量結(jié)果如下：各臺磁力儀均有良好的一致性，對同點(diǎn)進(jìn)行觀測所得數(shù)值差不超過4.72nT。一探頭和四探頭的一致性可達(dá)到項(xiàng)目要求，探查期間可交替使用，保證探查工作如期完成。將日變觀測點(diǎn)設(shè)在工區(qū)東北側(cè)解放南河邊，該區(qū)域無明顯干擾因素，地層礦化程度較低。在日常工作中，相關(guān)人員應(yīng)保證觀測時間包含野外測量時間。在日邊觀測點(diǎn)周圍恰當(dāng)區(qū)域設(shè)置磁測基點(diǎn)，將連續(xù)測量時長控制在2h 及以上，測量所得地磁場數(shù)值約為48900nT。相關(guān)人員對比查區(qū)所得數(shù)值范圍，得出“48900nT 為正常場值”的結(jié)論。

在野外開展測量工作時，相關(guān)人員應(yīng)做到嚴(yán)格去磁，若現(xiàn)場存在磁鐵性物質(zhì)，則需要在距該物質(zhì)4m以外的區(qū)域進(jìn)行測量，同時保證測量區(qū)域內(nèi)GPS 設(shè)備已被盡數(shù)轉(zhuǎn)移。對于測量期間所發(fā)現(xiàn)的突變點(diǎn)、異常點(diǎn)，相關(guān)人員應(yīng)做到反復(fù)測量，如實(shí)記錄測量所得出點(diǎn)位數(shù)據(jù)，為日后處理、分析資料等工作的開展提供便利。

如果現(xiàn)場有高壓線或其他可能給測量準(zhǔn)確性造成干擾的物質(zhì)存在，相關(guān)人員應(yīng)盡量避開該物質(zhì)，同時對該物質(zhì)所處位置進(jìn)行記錄，這樣做能夠確保測量所得出數(shù)據(jù)真實(shí)且有效。每日的工作告一段落后，相關(guān)人員應(yīng)根據(jù)所獲得數(shù)據(jù)，對系統(tǒng)所保存數(shù)據(jù)進(jìn)行更新。

（3）大功率中梯激電法。在本項(xiàng)目中，對中梯進(jìn)行測量所用系統(tǒng)為直流激電系統(tǒng)，系統(tǒng)型號為DJF10-2，屬于典型的大功率系統(tǒng)。相關(guān)人員以規(guī)范要求為依據(jù)，在野外開展測量工作，測量剖面為供電極距離中段1/3AB ～1/2AB 這一范圍，其中，AB 的長度為2000m，中梯1 線～中梯5 線的比例尺為1：5000。要求以主剖面為圓心，以AB/5 為半徑，在該范圍內(nèi)的恰當(dāng)位置對旁測剖面進(jìn)行布置，相關(guān)人員以現(xiàn)場情況為依據(jù)，分別在主剖面的兩側(cè)對旁測剖面進(jìn)行布置，旁測剖面的數(shù)量為2 條，測點(diǎn)距離為20m，線距在100m 左右。中梯7 線～中梯11 線對應(yīng)AB 的長度為1500m，以地質(zhì)剖面為參照物進(jìn)行測量，其比例尺為1：2000，測點(diǎn)距離約為10m。經(jīng)專業(yè)人員測量，電極平面點(diǎn)位所存在偏差未達(dá)到3m，考慮到工區(qū)內(nèi)存在水塘，在躲避該水塘期間，需要相關(guān)人員對電機(jī)組進(jìn)行同向且同時的位移。

5.3 測量成果評述

在本項(xiàng)目中，考慮到設(shè)備數(shù)量、人員數(shù)量有限，為保證探查工作可按照計(jì)劃有序開展，相關(guān)人員決定以保證工期為前提，以一同三不同為指導(dǎo)原則，分別針對磁測、電法所提出需求，對切實(shí)可行的測量方案進(jìn)行制定。其中，磁測方案為不同儀器、不同時間、不同人員與相同點(diǎn)進(jìn)行互檢，而電法質(zhì)檢的關(guān)鍵是對不同時間、不同人員與相同儀器、相同點(diǎn)進(jìn)行測量。要求剖面測量的質(zhì)檢率在10%及以上，面積性測量的質(zhì)檢率在3%及以上，同時用均方相對誤差對精度進(jìn)行衡量。結(jié)果表明，本次物探工作所得到數(shù)據(jù)及資料真實(shí)、可靠，對應(yīng)精度均能夠達(dá)到行業(yè)要求。

6 結(jié)論

綜上，通過物探工作獲得了完整且詳細(xì)的資料，相關(guān)人員對物探成果進(jìn)行分析，結(jié)果表明，該查區(qū)擁有相對理想的成礦條件，東南部存在△T 異常的情況，雖然經(jīng)專業(yè)人員分析，導(dǎo)致異常出現(xiàn)的原因主要是受中酸性巖體影響，但中酸性巖體和金屬礦化間存在著極為密切的關(guān)系。另外，探測結(jié)果還表明，查區(qū)地質(zhì)體普遍具有高阻高級化還有低阻高級化的情況，日后，相關(guān)人員可根據(jù)電磁異常情況完成找礦工作，確保該查區(qū)價值可得到最大程度的實(shí)現(xiàn)。