覆蓋區(qū)礦產(chǎn)勘查中電法技術(shù)應(yīng)用及有效性探討

蘇文利，陸桂福*，劉福勝，段 壯，付燕剛

（1.中國地質(zhì)科學院地球物理地球化學勘查研究所，河北廊坊 065000；2.國家現(xiàn)代地質(zhì)勘查工程技術(shù)研究中心，河北廊坊 065000；3.中煤地質(zhì)集團有限公司，北京 100040）

0 引言

香林香達銅礦位于華北地臺北緣，內(nèi)蒙古錫林浩特復(fù)背斜西段北翼，區(qū)內(nèi)斷裂、褶皺較為發(fā)育，燕山期巖漿活動頻繁，該時期大規(guī)模的巖漿侵入和火山噴發(fā)為銅多金屬礦床的形成提供了豐富的物質(zhì)來源，找礦前景良好［1-2］。

礦區(qū)出露晚二疊世黑云母石英閃長巖及中二疊統(tǒng)額里圖組火山巖，其余均被新生代沉積物所覆蓋。銅礦體賦存于晚二疊世黑云母石英閃長巖中，構(gòu)造是主要的控礦因素，礦體與圍巖電性差異較大，電法技術(shù)的應(yīng)用具備較好的物性前提。為了尋找隱伏礦體，在礦權(quán)范圍開展了大比例尺激電中梯面積測量，并利用可控源音頻大地電磁測深對激電中梯異常進行剖析［3-4］，通過鉆探驗證，發(fā)現(xiàn)了厚度約15m 的銅礦體，銅品位0.30%～3.14%，平均品位1.21%。綜合電法技術(shù)應(yīng)用取得了良好的地質(zhì)找礦效果，取得了找礦突破。

1 地質(zhì)背景

1.1 礦區(qū)地質(zhì)

礦區(qū)出露地層主要為中二疊統(tǒng)額里圖組（P2e）安山質(zhì)巖屑晶屑凝灰?guī)r及安山質(zhì)熔巖，礦區(qū)斷裂構(gòu)造發(fā)育，大致為北東向和北西向兩組，其中北西向斷裂為勘查區(qū)內(nèi)主要容礦構(gòu)造，傾向南西，產(chǎn)狀較陡立，控制著礦體的分布及產(chǎn)狀［5］。

區(qū)內(nèi)巖漿活動強烈，以黑云母石英閃長巖最為發(fā)育，呈巖株和巖脈產(chǎn)出，香林香達銅礦體分布于北西向斷裂破碎帶內(nèi)。另外，礦區(qū)還產(chǎn)出閃長巖、花崗巖、閃長玢巖、花崗斑巖等各類中-酸性巖脈，脈體規(guī)模不等，穿插于黑云母石英閃長巖體或凝灰?guī)r地層中。研究表明，這些侵入巖與中二疊統(tǒng)火山-沉積巖，在巖相學、地球化學特征上具有同源性，共同構(gòu)成了香林香達中酸性火山-侵入雜巖體［6-8］。

1.2 礦體特征

礦體呈脈狀產(chǎn)出（圖1），產(chǎn)狀較穩(wěn)定，以北西向為主。礦區(qū)可見硅化、電氣石化、綠泥石化及黃鐵礦化等蝕變現(xiàn)象，其中硅化、黃鐵礦化與成礦最為密切。礦石礦物以黃銅礦、黃鐵礦為主，閃鋅礦次之，并含少量輝鉬礦、斑銅礦、方鉛礦、磁黃鐵礦、輝銀礦等。脈石礦物包括石英、綠泥石、綠簾石、絹云母、碳酸鹽等。礦石結(jié)構(gòu)主要為粒狀結(jié)構(gòu)、鑲嵌結(jié)構(gòu)，礦石構(gòu)造以致密塊狀、浸染狀為主，次為網(wǎng)脈狀、放射狀構(gòu)造［5］。

2 巖(礦)石電性特征

在工作區(qū)內(nèi)進行了系統(tǒng)標本采集，測定了極化率和電阻率參數(shù)（表1）。區(qū)內(nèi)凝灰?guī)r、閃長玢巖、石英閃長巖、花崗巖和花崗斑巖充電率平均值小于10ms；黃銅礦化石英閃長巖充電率為12.77～32.87ms，平均值為25.75ms，電阻率為104～587Ω·m，平均值為230Ω·m。從電性測定結(jié)果看，黃銅礦表現(xiàn)為高極化相對低電阻特征。

表1 香林香達銅礦區(qū)巖（礦）石電性參數(shù)統(tǒng)計Table 1 Statistics of electrical parameters of rock（ore）in Xianglinxiangda copper mining area

從礦區(qū)巖（礦）石電性測定結(jié)果看，黃銅礦化石英閃長巖表現(xiàn)為高極化相對中低電阻特征，區(qū)內(nèi)主要圍巖石英閃長巖為具高電阻、低極化特征，有明顯的電性差異，利用綜合電法尋找隱伏硫化物多金屬礦（化）體具備良好的物性前提。

3 技術(shù)方法

3.1 大功率激發(fā)極化法

本區(qū)面積測量使用的方法是直流（時間域）激發(fā)極化法［8-10］。裝置選擇中間梯度測量方式，根據(jù)測量成果，圈定激電異常范圍。面積性激電中梯（短導(dǎo)線）測量比例尺為1∶10 000，網(wǎng)度100m×20m，依據(jù)地質(zhì)資料測線北東55°方向布設(shè)，垂直主要成礦構(gòu)造走向，測量面積14km2。選擇供電極距3 000m，接收極距20m，供電周期為16s，最大旁測距離300m，測量參數(shù)為視電阻率和視充電率。使用儀器為美國zonge 公司生產(chǎn)的GDP32Ⅱ型大功率多功能電法儀，發(fā)射機功率30kw。

3.2 可控源音頻大地電磁測深（簡稱CSAMT）

可控源音頻大地電磁測深具有勘探深度大，穿透能力強［11］，經(jīng)濟快速等優(yōu)點。其反演成果能夠較好地刻畫地下斷裂的寬度、延伸及斷層的結(jié)構(gòu)變化、地層的電性結(jié)構(gòu)變化，電阻率梯度陡變是判斷斷裂構(gòu)造存在的重要標志。利用反演斷面圖結(jié)合已知地質(zhì)資料，對破碎帶傾向、延伸和規(guī)模進行定性、定量解釋，對找礦前景進行預(yù)測，其是研究深部構(gòu)造，尋找覆蓋區(qū)隱伏礦的有效手段之一。

在大功率激電圈定的異常范圍內(nèi)，布置了兩條可控源音頻大地電磁測深剖面（圖2）。采用偶極測量裝置，選擇供電極距1 000m，接收極距20m，收發(fā)距7 000m，頻率1～8 192Hz。測點點位和使用儀器與激電面積測量一致。

圖2 香林香達銅礦區(qū)視充電率（Ms）等值線平面圖Figure 2 Contour plan of Ms apparent charging rate in Xianglinxiangda copper mining area

4 激電異常平面特征

礦區(qū)激電異常分布較有規(guī)律，從本區(qū)巖石測試電性資料可知，研究區(qū)黃銅礦化巖石與其他巖石相比具有明顯的高極化特征，故充電率參數(shù)能較好地指導(dǎo)區(qū)內(nèi)找礦工作。視充電率測量成果（圖2）顯示，區(qū)內(nèi)大部分測點視充電率小于10ms，視充電率值范圍1.3～19.83ms，整體屬低極化背景區(qū)。由于區(qū)內(nèi)覆蓋層較厚，且礦體主要以脈狀產(chǎn)出，地表觀測到的視充電率值相對較低。故本研究區(qū)選擇以10ms 為視充電率下限，在區(qū)內(nèi)圈定了2 處激電異常帶，依次命名為JD1 和JD2。這兩處激電異常走向基本一致，均為北西走向，面積約1km2，有效反映了異常體的規(guī)模，明顯縮小了找礦靶區(qū)。根據(jù)激電中梯掃面成果（圖2、圖3）和已知地質(zhì)資料，結(jié)合各處激電異常走向和規(guī)模，分析引起激電異常的原因。

圖3 香林香達銅礦區(qū)視電阻率（ρs）等值線平面圖Figure 3 Apparent resistivity（ρs）contour plan of Xianglinxiangda copper mining area

JD1 異常，走向北西，呈不規(guī)則條帶狀，長度約400m，寬度平均約80m，位于視電阻率平面等值線圖（圖3）推斷的F3斷裂帶一側(cè)，視充電率最大值為15.35ms，對應(yīng)視電阻率為345.34Ω·m，為中阻高極化異常。通過踏勘檢查異常發(fā)現(xiàn)，異常范圍內(nèi)可見硅化凝灰?guī)r、孔雀石化礦石碎塊和黃銅礦化石英閃長巖細脈，有熱液活動特征。綜合分析推斷該異常帶為由具一定埋深且硅化較強的含銅礦化體引起，并處構(gòu)造帶中。

JD2 異常，走向北西，呈不規(guī)則條帶狀，長度約600m，寬度平均約60m，位于視電阻率平面等值線圖（圖3）推斷的F4斷裂帶一側(cè)，視充電率最大值為13.5ms，對應(yīng)視電阻率為415.32Ω·m，為中阻高極化異常。通過踏勘檢查異常發(fā)現(xiàn)，此處地表覆蓋較JD1 異常較厚，導(dǎo)致激電異常值偏小。異常范圍內(nèi)可見硅化凝灰?guī)r、孔雀石化礦石碎塊和黃銅礦化石英閃長巖細脈，有熱液活動特征。綜合分析推斷該異常帶為由具一定埋深且硅化較強的含銅礦化體引起，并處構(gòu)造帶一側(cè)。

5 激電異常深部特征

結(jié)合已知地質(zhì)資料和地表踏勘結(jié)果，認為這兩處激電異常是礦化體引起異常的可能性較大，有待進一步開展綜合研究，為此在圈定的激電異常部位再布置可控源音頻大地電磁測深工作。由于該方法勘探深度大，能夠發(fā)現(xiàn)深部斷裂構(gòu)造及侵入巖體，對找礦前景進行預(yù)測，是研究深部地質(zhì)構(gòu)造、間接尋找隱伏礦的一種有效手段［12-14］。在激電異常區(qū)共布置了2條可控源音頻大地電磁測深剖面（圖2），對異常及其深部的電性特征、含礦構(gòu)造進行了研究對比，為鉆探工作布設(shè)提供更可靠的依據(jù)。

首先對取得的測深數(shù)據(jù)經(jīng)預(yù)處理并計算卡尼亞視電阻率和相位，對地表電性結(jié)構(gòu)橫向不均勻造成的靜態(tài)效應(yīng)進行了校正，然后進行CSAMT一維圓滑反演。本反演方法采用卡尼亞電阻率和阻抗相位聯(lián)合反演，反演結(jié)果為反演電阻率-深度曲線［15-16］。圖4 為90 線和100 線大功率激電視電阻率和視充電率剖面與可控源音頻大地電磁測深反演電阻率綜合圖，視電阻率曲線起伏展布與反演電阻率等值線起伏非常吻合，清楚地展示了構(gòu)造展布和第四系覆蓋厚度的變化情況。依據(jù)電阻率等值線突變和疏密特征，結(jié)合已知地質(zhì)資料，推斷傾向南西，走向北西的F2、F3和F4斷裂，與大功率激電視電阻率平面等值線圖（圖3）推斷的斷層基本吻合。由于受構(gòu)造控制，斷層之間存在破碎、強硅化、角礫巖、含水及脈巖等，造成構(gòu)造帶內(nèi)反演電阻率表現(xiàn)為高低相間的分布。

圖4 香林香達銅礦區(qū)電法勘查綜合剖面圖Figure 4 Comprehensive profile of electric prospecting in Xianglinxiangda copper mining area

根據(jù)上述對比分析，結(jié)合巖（礦）石物性參數(shù)特征和已知地質(zhì)資料，推斷相對高視充電率異常和視電阻率異常均呈北西走向，與礦區(qū)北西向斷裂為勘查區(qū)內(nèi)主要容礦構(gòu)造走向基本一致；視充電率異常幅值在10～15 ms，背景值約為8ms，激電異常特征與視電阻率異常的組合關(guān)系密切，視電阻率呈多條高低相間的條帶異常帶，對應(yīng)構(gòu)造破碎帶中的碎裂巖、礦化和強硅化巖脈；在綜合電法剖面圖上視充電率異常表現(xiàn)為雙峰異常，對應(yīng)反演電阻率斷面推斷的構(gòu)造帶部位，應(yīng)為礦致異常。

6 鉆探驗證

鉆探揭露JD1 和JD2 激電異常均為礦致異常。構(gòu)造帶邊緣中等電阻部位和低阻區(qū)的相對中阻異常部位為礦體位置，表明礦化帶具有較強的熱液蝕變、硅化現(xiàn)象。

綜合礦區(qū)地球物理和地質(zhì)資料，圈定兩處綜合激電異常JD1 和JD2。該異常呈北西向展布，該綜合異常由于受金屬硫化物礦化影響，表現(xiàn)出較高的視充電率，同時由于巖石硅化蝕變強烈表現(xiàn)出具有相對較高的視電阻率的地球物理特征。成礦熱液帶來的成礦元素的富集形成了銅金屬礦，目前已經(jīng)在開采中。

7 結(jié)語

1）本次在香林香達覆蓋區(qū)找礦的主要目標是勘查區(qū)內(nèi)北西向斷裂，其為本區(qū)主要控礦和容礦構(gòu)造，控制著礦區(qū)銅礦體和礦化體的分布。黃銅礦化石英閃長巖表現(xiàn)為高極化相對中低電阻特征，區(qū)內(nèi)主要圍巖石英閃長巖為高電阻、低極化特征，有明顯的電性差異，因此，工作區(qū)內(nèi)具備開展綜合電法勘探的物性前提。

2）本次覆蓋區(qū)找礦工作表明在具備電性工作開展的物性前提下，通過開展大功率激電工作可以有效地縮小找礦靶區(qū)范圍，利用可控源音頻大地電磁測深工作能較好地評價靶區(qū)深部的含礦構(gòu)造特征和巖性結(jié)構(gòu)，有效指導(dǎo)鉆探工程部署和區(qū)內(nèi)找礦工作。

3）礦體富金屬硫化物會導(dǎo)致視充電率異常，強烈的硅化則導(dǎo)致視電阻率升高，故該區(qū)高視充電率異常、對應(yīng)相對中等視電阻率異常是強硅化、銅礦化體的電性特征，礦體均產(chǎn)于構(gòu)造帶部位，因此可以把此電法異常特征作為推斷礦體部位的重要依據(jù)，也是本區(qū)重要的間接找礦標志。