激電法在豫西深部找礦中的應(yīng)用

馮 亮，李 冰

(1.河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第二地質(zhì)大隊(duì)，河南 鄭州 450016；2.河南省有色金屬礦產(chǎn)探測工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450016)

0 引 言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對礦產(chǎn)資源的需求越來越大，淺部和地表礦卻越采越少，找礦工作需要向深部發(fā)展(唐杰等，2010；劉必政等，2019；李美，2019；王金亮等，2019)，因此，研究深部探測技術(shù)、開發(fā)深部勘探儀器是物探的重要課題之一。物探找礦儀器要求既能進(jìn)行深部探測，又易于攜帶，尤其是在一些地形復(fù)雜、交通條件極為不便的地區(qū)，通常選擇攜帶方便的中深度激發(fā)極化法儀器(溫培琳等，1996；孫仁斌等，2017；孫秀國等,2019；楊彥龍,2019；張洋洋等，2021)。

普查區(qū)位于豫西熊耳山西北部，地勢南高北低，海拔高度為620.4～1 347.0 m，最大高差為726.6 m，區(qū)內(nèi)地形切割劇烈，山高坡陡，雜草灌木叢生，通視條件較差，因此選用DQ-1000激電儀,該儀器輕便易攜帶，可兼顧探測深度，能滿足研究區(qū)物探工作的需要。

1 測量儀器與方法

野外工作使用DQ-1000接收機(jī)和DGN-16多功能信號發(fā)送機(jī)。該套儀器采用GPS模式，根據(jù)野外測量試驗(yàn)，儀器工作參數(shù)采用0頻點(diǎn)，頻率為1 Hz(高頻)、1/13 Hz(低頻)，抗耦寬度為16。測量的物理參量包括視幅頻率Fs、高頻電壓ΔVh、低頻電壓ΔVl、供電電流I。視電阻率包括高頻視電阻率ρsh=K·ΔVh/I，低頻視電阻率ρsl=K·ΔVl/I(何繼善，2006)。式中，K為裝置系數(shù)，由供電極距AB和測量極距MN計(jì)算求得，用高頻視電阻率ρsh及視幅頻率Fs成圖。

工作目標(biāo)：在研究區(qū)的郭坪(Ⅰ區(qū))、三盤碾子(Ⅱ區(qū))2塊區(qū)域開展激電掃面工作，根據(jù)掃面結(jié)果劃定激電異常范圍，根據(jù)激電異常所在地段的地質(zhì)、槽探、平硐及鉆探情況，設(shè)計(jì)激電測深工作，大致查明異常體的產(chǎn)狀、埋深等，為下一步找礦工程布設(shè)、勘查和開發(fā)提供依據(jù)。

測量方法：比例尺1∶5 000，網(wǎng)度50 m×20 m的激電掃面1.54 km2，測深點(diǎn)17個(gè)。由于研究區(qū)東西兩側(cè)地質(zhì)構(gòu)造走向不同，因此采用不同的測線布設(shè)方向：東側(cè)郭坪(Ⅰ區(qū))測線方位為90°，西側(cè)三盤碾子(Ⅱ區(qū))測線方位為30°。剖面測量采用頻率域激電中間梯度裝置，短導(dǎo)線工作方式。供電線按∏形布線，以避免線間的電磁耦合干擾影響。供電極距AB=1 500 m，測量極距MN=40 m；測量段最短距離為400 m，最長1 000 m,點(diǎn)距為20 m。激電測深采用對稱四極裝置，最大供電極距AB/2=1 500 m(表1)，用AB/5作為探測深度對激電測深結(jié)果進(jìn)行反演。

激電工作精度：中梯掃面ρs均方相對誤差為±2.67%，F(xiàn)s均方相對誤差為±0.11%；激電測深ρs均方相對誤差為±2.56%，F(xiàn)s均方相對誤差為±0.08%。

2 地質(zhì)與地球物理特征

2.1 成礦地質(zhì)背景

研究區(qū)地處華北地臺南部華熊臺隆熊耳山隆斷區(qū)西北部。區(qū)域出露地層：太古宇太華巖群變質(zhì)巖系、中元古界長城系熊耳群火山巖系，斷裂構(gòu)造及基性-中酸性巖脈較為發(fā)育。

區(qū)域礦產(chǎn)資源豐富，金屬礦有金、銀、鉛、鐵等，其中金銀較多。成礦類型主要為破碎帶蝕變巖型，成礦與太華巖群變質(zhì)巖系及熊耳群火山巖密切相關(guān)，礦體的形成與分布多受斷裂構(gòu)造蝕變巖帶控制。研究區(qū)東側(cè)已有吉家洼、馬營等金礦分布，西側(cè)崇陽溝有多處鉛、銀礦產(chǎn)出。根據(jù)區(qū)域成礦規(guī)律、所處位置及地質(zhì)背景資料分析，該區(qū)具有良好的成礦地質(zhì)條件與找礦前景。

研究區(qū)內(nèi)出露地層主要有中元古界熊耳群和太古宇太華巖群(圖1)，處于桃園—東麻園短軸向斜構(gòu)造的西翼，地層呈傾向南東的單斜分布。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造有北東、北西和近東西向。區(qū)內(nèi)巖漿巖主要為熊耳群火山巖，以安山巖為主，次為輝綠巖脈，偶見閃長(玢)巖，局部伴有黃鐵礦化和磁鐵礦化。

2.2 地球物理特征

為了解研究區(qū)巖礦石的電性特征，在電法測量劃定的背景地段、異常地段以及探槽揭露的礦化蝕變破碎帶上采集巖石標(biāo)本(李金銘,2005；李相民等，2010)，對巖石的視幅頻率、視電阻率參數(shù)進(jìn)行測定。參數(shù)測定使用SQ-3C型雙頻激電發(fā)射機(jī)，發(fā)射雙頻波(傅良魁，1982)，雖然與掃面時(shí)發(fā)射機(jī)使用GPS同步方式的結(jié)果有一定的差異，但通過不同巖礦石的參數(shù)對比，能夠?yàn)楫惓＝忉屘峁┮罁?jù)。接收機(jī)型號為DQ-1000。礦區(qū)巖 (礦)石標(biāo)本電參數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2。

由表2可以看出，與礦區(qū)找礦有關(guān)的構(gòu)造蝕變巖、礦化石英脈、黃鐵礦化片麻巖的視幅頻率值均比較高，與圍巖片麻巖差距比較明顯。其中，蝕變巖與礦化石英脈的視幅頻率值最高，黃鐵礦化片麻巖次之。找礦目標(biāo)巖性與圍巖存在明顯的視幅頻率差異，具有開展電法找礦的前提(張立成，1983；蘇才萬，1984；余官娣，1987；王宏宇等，2016；周多等，2016)。

3 激電異常特征與分析

3.1 激電異常特征

激電測量分別在研究區(qū)的2個(gè)區(qū)域進(jìn)行，分東西2塊(圖2、圖3)，圈定激電異常7處，全區(qū)視幅頻率值整體不高。激電異常主要分布在太古界太華巖群片麻巖地層，相對于其他地層，其異常最多、幅值最高、規(guī)模較大；角閃斜長片麻巖地層的視幅頻率異常值高于黑云斜長片麻巖地層；中元古界熊耳群安山巖視幅頻率值較低，只有1個(gè)小規(guī)模的視幅頻率異常。從視電阻率來看，全區(qū)的視電阻率異常值在n×(102～103) Ω·m范圍內(nèi)變化，低視電阻率異常反映了該區(qū)溝谷底部和平緩斜坡以及地形低凹處的殘坡積物、松散沖積砂礫石、黃土、亞砂土等以及斜長片麻巖的分布；中高阻異常與硅化蝕變帶及石英脈有關(guān)。發(fā)現(xiàn)的16處含礦構(gòu)造蝕變帶多產(chǎn)出于太華群龍門店巖組及石板溝巖組斜長片麻巖中，因此中高阻高幅頻率異常具有找礦指示意義。

表2 研究區(qū)巖 (礦)石標(biāo)本電參數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果Table 2 Statistical results of electrical parameters of rock (ore) specimens in study area

圖2 視幅頻率Fs等值線平面圖Fig.2 Contour plans of apparent amplitude frequency (a) Section Ⅰ;(b) Section Ⅱ

圖3 視電阻率ρs等值線平面圖Fig.3 Contour plans of apparent resistivity (a) Section Ⅰ;(b) Section Ⅱ

深部激電測深特征：從測深斷面圖(圖4—圖7)分析，除個(gè)別點(diǎn)淺部出現(xiàn)高阻極化異常外，視幅頻率和視電阻率基本隨深度的增加而增高。在視幅頻率較高的區(qū)域，曾通過探槽或明硐發(fā)現(xiàn)了礦體或礦化構(gòu)造破碎帶，開采程度較深，導(dǎo)致淺部視幅頻率低于深部；同時(shí)，深部視電阻率等值線較陡傾且兩側(cè)差異明顯，說明深部可能存在礦化構(gòu)造破碎帶，造成深部視幅頻率和視電阻率均高于淺部。

圖4 104線激電測深二維反演斷面圖Fig.4 2D inversion cross-section of IP sounding along line 104

圖5 130線激電測深二維反演斷面圖Fig.5 2D inversion cross-section of IP sounding along line 130

圖6 122線激電測深二維反演斷面圖Fig.6 2D inversion cross-section of IP sounding along line 122

3.2 激電異常解釋

研究區(qū)礦體的形成與分布多受斷裂構(gòu)造蝕變巖帶控制，物性結(jié)果顯示蝕變巖與礦化石英脈的視幅頻率、視電阻率值均較高。為便于分析掃面圈出的視幅頻率異常特征，按視電阻率高低將Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)的7個(gè)視幅頻率異常分為中高阻、中低阻、中高—中低阻3組分別進(jìn)行討論，中高阻異常包括JD2、JD3、JD4、JD6，中低阻包括JD5、JD7，中高—中低阻異常為JD1。布置激電測深的異常為JD1、JD2、JD4、JD7，布極方向均為東西向，點(diǎn)距40 m。

3.2.1 中高—中低阻的異常JD1 位于Ⅰ區(qū)北部中間偏東位置，異常北邊封閉。該異常由2個(gè)不同走向的線性異常組成，分別為JD1-1、JD1-2。從視電阻率圖(圖3a)來看：地質(zhì)界線兩側(cè)視電阻率差別較大；處于斜長片麻巖地層的視電阻率值較高，處于黑云變粒巖地層的視電阻率值較低。從130線視幅頻率斷面(圖5a)判斷(白宜城等，2003；高亞成等，2005)，深部極化體傾向?yàn)樾√桙c(diǎn)方向(西側(cè))，產(chǎn)狀較陡，中心埋深在450 m左右；從130線視電阻率斷面(圖5b)推斷存在斷裂構(gòu)造帶。JD1異常處于化探Ag異常范圍，根據(jù)槽探工程揭示，此處有F10、F112條礦化蝕變破碎帶：F10從JD1-1異常中間穿過，走向相同；JD1-2處在F11北西走向的延伸方向上。平硐工程揭示此處為Ag異常，品位較低，推測在此處的太華巖群角閃片麻巖與黑云變粒巖的地層界線上，存在1條走向北東的構(gòu)造斷裂帶，其西側(cè)硫化物較發(fā)育，東側(cè)礦化構(gòu)造蝕變巖、石英脈較發(fā)育。

3.2.2 中高阻視幅頻率異常 (1) JD2異常。位于Ⅰ區(qū)中間稍微偏東位置，該異常由2個(gè)北東走向的平行的線性異常組成。結(jié)合視電阻率平面圖(圖3a)來看，異常剛好處在1條中高阻異常帶上，分布在斜長片麻巖地層中。在測深深度達(dá)到500 m時(shí)，異常未封閉。從122線視幅頻率和視電阻率斷面圖(圖6)推斷可能存在構(gòu)造斷裂帶，中心埋深350 m處的極化體傾向東，產(chǎn)狀較緩；中心埋深480 m處的極化體傾向不明顯，產(chǎn)狀較陡。異常處于Ag、Pb化探異常范圍內(nèi)，結(jié)合礦區(qū)已發(fā)現(xiàn)成礦帶的地層、構(gòu)造等條件，推測異常由分布在片麻巖地層中的斷裂帶兩側(cè)、不同深度的礦化構(gòu)造蝕變巖及石英脈引起。

(2) JD3異常。位于Ⅰ區(qū)中間稍偏東位置，由2個(gè)不同走向的異常組成：西側(cè)異常走向從北東扭向北西，形狀為帶狀；東側(cè)異常走向北北西，由于異常東北邊受電線干擾，形態(tài)不太規(guī)則。結(jié)合視電阻率平面圖(圖3a)，異常剛好處在3條走向分別為北西、北東、北東的中高阻異常帶上，對應(yīng)斜長片麻巖地層，異常上未布置測深點(diǎn)。異常恰好處在高阻極化帶上，視幅頻率等值線的扭曲以及3條走向不同的中高阻異常帶的出現(xiàn)說明存在多組斷裂構(gòu)造，部分異常又處于Ag化探異常范圍內(nèi)。根據(jù)已發(fā)現(xiàn)成礦帶的成礦特征，推測異常由分布在片麻巖地層中的礦化構(gòu)造蝕變巖及礦化石英脈引起。

(3) JD4異常。位于Ⅰ區(qū)南部偏西位置，對應(yīng)熊耳群安山巖地層，單從坑道揭露情況來看，淺部地層為太華巖群片麻巖。此處礦體已開采較多，可能是導(dǎo)致異常范圍較小、異常值不大的主要原因。激電測深視電阻率反演結(jié)果顯示，深度>500 m之后(圖4)的視電阻率值突然增大，不符合礦區(qū)巖性物性特征，故視幅頻率和視電阻率反演深度只取深度500 m，推測原因是此處深部廢棄礦洞較多引起了高阻。在深度500 m以內(nèi)，結(jié)合測深斷面圖上的視幅頻率和視電阻率等值線判斷，極化體傾向大致為小號點(diǎn)方向(西側(cè))。104線視幅頻率和視電阻率測深斷面圖(圖4)清晰顯示，異常與周圍區(qū)域分界明顯，與掃面結(jié)果較為吻合，根據(jù)鉆探情況推測異常為開采后的剩余礦物引起。

(4) JD6異常。位于Ⅱ區(qū)西部中間位置，西北邊未封閉，呈條帶狀，走向北東。結(jié)合視電阻率平面圖(圖3b)，視幅頻率異常區(qū)域的視電阻率為中高阻。異常對應(yīng)黑云變粒巖地層，未發(fā)現(xiàn)與礦體形成有關(guān)的斷裂構(gòu)造蝕變巖帶，推測該異常為硫化物富集引起，可能為黃鐵礦化黃銅礦化黑云變粒巖所致。

3.2.3 中低阻視幅頻率異常 (1)JD5異常。位于Ⅱ區(qū)西北角，西北邊未封閉，形狀為串珠狀，走向北西。結(jié)合視電阻率平面圖(圖3b)，視幅頻率異常對應(yīng)的視電阻率為中低阻，視幅頻率異常東南側(cè)80 m有1條北東向礦化構(gòu)造蝕變帶垂直穿過高阻異常帶,異常分布在黑云變粒巖地層中。由于異常規(guī)模較小，未布置測深點(diǎn)。異常激電特征為中低阻中極化，推測該異常由黃鐵礦化黑云變粒巖引起。異常南側(cè)有1條北西向硅化蝕變帶或石英脈，未出現(xiàn)視幅頻率異常，可能無礦化或礦化程度較低。

(2) JD7異常。位于Ⅱ區(qū)中間，形狀不規(guī)則，等值線中間有扭曲，中心走向北東，對應(yīng)黑云變粒巖地層。從208線視幅頻率斷面圖(圖7a)分析，中心埋深95 m左右的極化體產(chǎn)狀較陡，350 m左右的極化體傾向北東。從視電阻率斷面圖(圖7b)分析，推測存在斷裂構(gòu)造帶，深部為主斷裂帶，淺部為次級斷裂帶。該異常為2層極化體引起，淺部地表的黑云變粒巖引起低阻，深部受斷裂構(gòu)造控制的礦化構(gòu)造蝕變巖及石英脈引起視幅頻率異常。

4 結(jié) 論

(1)中高—中低阻異常JD1、中高阻視幅頻率異常JD2和JD3異常強(qiáng)度高，規(guī)模較大，處于化探Ag異常范圍，附近有已發(fā)現(xiàn)或推測可能存在的礦化蝕變破碎帶，推測為礦化異常。根據(jù)鉆探結(jié)果，JD4異常為開采后的剩余礦物引起；JD5、JD6異常所處地層未發(fā)現(xiàn)與成礦有關(guān)的構(gòu)造蝕變巖帶，可能為黃鐵礦化及黃銅礦化黑云變粒巖引起；JD7異常雖然為中低阻異常，但根據(jù)測深結(jié)果，異常主要為受斷裂構(gòu)造控制的礦化構(gòu)造蝕變巖引起，具有一定的研究價(jià)值。

(2)結(jié)合激電掃面與測深結(jié)果分析，采用激電儀DQ-1000配合發(fā)射機(jī)DGN-16探測深度較大、效果較好，測量數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性得到提高。DQ-1000激電儀的工作頻點(diǎn)在測量開始前需通過試驗(yàn)選擇，參數(shù)要凸顯激電異常。