綜合電磁法在鳳太二里河鉛鋅礦深部的找礦效果分析

陳靖，郭文波，王宏宇，張建軍，顧欣，王偉，馮凡，劉敏，朱恩

（1.西北有色地質(zhì)礦業(yè)集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710054；2.西安西北有色物化探總隊有限公司，陜西 西安 710068；3.陜西有色金屬控股集團(tuán)有限責(zé)任公司，陜西 西安 710000；4.西安西北有色地質(zhì)研究院，陜西 西安 710054）

近年來，二里河地區(qū)已經(jīng)開展了豐富的物探工作，包括區(qū)域上的重磁勘探、大比例尺地面高精度磁測、自然電位法、激電中梯、可控源音頻大地電磁測深、高頻大地電磁測深等，對區(qū)域和礦區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造特征、成礦規(guī)律和隱伏地質(zhì)構(gòu)造特征已有了許多成果。然而這些方法和成果對于解釋深部地質(zhì)構(gòu)造和指導(dǎo)深部和外圍隱伏礦體找礦還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。因此需要通過多種物探手段提高對地下深部地質(zhì)構(gòu)造和地質(zhì)體分布的深層次認(rèn)識，加強大深度的物探探測技術(shù)應(yīng)用，為二里河鉛鋅礦及鳳太同類型礦床第二空間找礦突破提供有效、適用的物探方法手段。

1 地質(zhì)特征

1.1 區(qū)域地質(zhì)特征

研究區(qū)地處秦嶺造山帶鳳太礦集區(qū)中北部（周小康等，2020）。該區(qū)廣泛出露中泥盆統(tǒng)、上泥盆統(tǒng)，另有二疊系、三疊系及白堊系分別在區(qū)內(nèi)南北部局地出現(xiàn)。泥盆系主要為一套淺變質(zhì)碳酸鹽巖-泥質(zhì)碎屑巖建造（王義天等，2018；魏麗等，2021）。從老到新依次為中泥盆統(tǒng)馬槽溝組（D2m）、古道嶺組（D2g）、上泥盆統(tǒng)星紅鋪組（D3x）、九里坪組（D3j）。鉛鋅礦體主要賦存于古道嶺組灰?guī)r與星紅鋪組千枚巖間的千-灰接觸帶，富厚礦體往往產(chǎn)于該層位中（圖1）。

圖1 鳳太礦集區(qū)地質(zhì)簡圖Fig.1 Geological sketch map of Fengtai mining area

構(gòu)造分為褶皺和斷裂兩大類。區(qū)內(nèi)褶皺包括一級褶皺構(gòu)造古岔河-桑園壩復(fù)向斜，二級褶皺構(gòu)造安河寺-兩河口復(fù)背斜、絲毛嶺-荒草溝復(fù)向斜及銀母寺-大黑溝復(fù)背斜。背斜核部主要為灰?guī)r（D2g），兩翼主要為千枚巖（D3x）。斷裂構(gòu)造包括NW-NWW 向和NE 向兩類，一般NW-NWW 向斷裂規(guī)模較大，多表現(xiàn)為逆沖斷層。NE 向多發(fā)育張剪性斷裂，常有巖脈充填。NW-NWW 向褶段帶與NE 向斷裂帶的交匯部位控制著礦集區(qū)的分布，其復(fù)合部位控制著礦床或礦體的分布。

區(qū)內(nèi)侵入巖體與巖脈發(fā)育，侵入巖體主要分布于東部太白縣、鳳縣、留壩縣交界處，包括花紅樹坪巖體與西壩巖體?；t樹坪巖體呈較小的巖株以NWW 向侵位于泥盆系，巖石類型為中細(xì)?；◢忛W長巖。西壩巖體呈NWW 向展布于東南部，主要由花崗閃長巖、二長花崗巖和英云閃長巖組成。除侵入巖體外，NWW 向與NE 向脈巖發(fā)育：NWW 向脈巖主要為花崗斑巖脈，分布于鳳太鉛鋅-金礦集區(qū)中部；NE 向脈巖主要為閃長巖脈與閃長玢巖脈，在鉛鋅、金礦床部位集中分布。區(qū)內(nèi)鉛鋅、金、銅等礦產(chǎn)資源富集，形成4 處NWW 向鉛鋅成礦帶，已查明的鉛鋅礦床或礦點達(dá)10 處以上（文耀輝，2020）。侵入巖體與巖脈為本區(qū)鉛鋅、金成礦提供熱動力條件（王瑞廷，2023）。

1.2 礦區(qū)地質(zhì)特征

鳳縣二里河鉛鋅礦受八方山背斜控制，背斜兩翼產(chǎn)狀北側(cè)較陡，局部向南倒轉(zhuǎn)，屬較緊閉背斜。已知礦床產(chǎn)于背斜鞍部及北翼地層由緩變陡部位或倒轉(zhuǎn)翼。含礦巖石為 D2g灰?guī)r與 D3x千枚巖間的接觸帶附近的硅質(zhì)巖、硅化鐵碳酸鹽化蝕變巖（王瑞廷等，2007，2013；李永勤等，2015；代金龍，2015；張革利，2018）（圖2）。本區(qū)未見地表大塊巖漿巖出露，僅在西南可見花崗斑巖脈帶，由數(shù)條斑巖脈帶組成。閃長玢巖脈均沿橫斷層分布。已查明礦體走向延伸3 500 m，目前最大埋深950 m。

圖2 八方山-二里河鉛鋅礦床地質(zhì)簡圖Fig.2 Geological diagram of Bafangshan-Erlihe lead-zinc deposit

本區(qū)鉛鋅礦體受次級背斜構(gòu)造控制，主成礦結(jié)構(gòu)面為古道嶺組生物碎屑灰?guī)r與星紅鋪組千枚巖接觸界面（硅鈣面）。地層、圍巖及構(gòu)造等是主要的控礦要素。圍巖蝕變以硅化為主，與礦化緊密相關(guān)，主要展布空間沿賦礦層位、構(gòu)造薄弱部位及礦體分布。鉛鋅礦體主要分布在次級背斜構(gòu)造鞍部及兩翼，其次亦受層間滑動破碎帶的控制影響。

2 地球物理特征

以往在本區(qū)開展過多次激電法、充電法、CSAMT 等工作，有較為豐富物性參數(shù)資料，所收集的巖礦石電性特征如表1 所示。

表1 巖礦（石）電性參數(shù)統(tǒng)計表Tab.1 Statistical table of electrical parameters of rock and ore

可以看出，本區(qū)灰?guī)r電阻率最高，其平均值為10 kΩ·m 以上；鐵白云質(zhì)千枚巖、含綠泥石鐵白云質(zhì)千枚巖、絹云母千枚巖電阻率平均值為431～647 Ω·m，屬中低阻；含碳生物灰?guī)r和鉛鋅礦石其平均值90～1 922 Ω·m，屬低阻。巖（礦）石電阻率差異明顯，①高阻的灰?guī)r。②中低阻千枚巖。③低阻的鉛鋅礦石和碳質(zhì)灰?guī)r。高阻的灰?guī)r與中低阻千枚巖兩者差異達(dá)1～2 個數(shù)量級以上，鉛鋅礦石、碳質(zhì)灰?guī)r與千枚巖有4～5 倍的差異，與灰?guī)r有2 個數(shù)量級以上的差異。巖（礦）石極化率主要分為兩大類，一類為低極化率的千枚巖及灰?guī)r，其極化率值在1%～5%變化，平均值為1.1%～2.7%；另一類為高極化率的碳質(zhì)巖石和鉛鋅礦石，其極化率在3.9%～52.9%變化，平均值為12.7%～26.1%。巖礦石極化率差異明顯，鉛鋅礦石和碳質(zhì)巖石與其他巖性的極化率差異在1 個數(shù)量級以上。生物灰?guī)r中由于有碳質(zhì)殘留，使灰?guī)r的電阻率顯著下降，極化率顯著升高，碳質(zhì)對硫化物的吸附作用明顯。含碳千枚巖同樣如此。

組織專家完成2012年重點縣建設(shè)資金省級績效考評；對第三四批重點縣2013年度標(biāo)準(zhǔn)文本，第四批重點縣2014年度標(biāo)準(zhǔn)文本及第五批重點縣3年建設(shè)方案進(jìn)行合規(guī)性審查；編制了《中央財政小型農(nóng)田水利設(shè)施建設(shè)中一般中型灌區(qū)立項指南》和《一般中型灌區(qū)配套改造實施方案編寫大綱》。

本區(qū)泥盆系古道嶺組、星紅鋪組之間的千-灰接觸帶是鉛鋅礦找礦的地層標(biāo)志。成礦有利構(gòu)造為次級背斜鞍部虛脫部位、北翼地層由緩變陡部位或倒轉(zhuǎn)翼，富且厚的鉛鋅礦體常賦存在背斜傾伏部位。硅化灰?guī)r給元素富集提供了有利條件，是最直接的找礦目標(biāo)。物探綜合異常能夠在尋找深部盲礦及隱伏礦方面發(fā)揮巨大作用，是重要的找礦間接標(biāo)志（張耀斌等，2016；陳明壽等，2017；王瑞廷等，2021；李鳳廷等，2023；滕菲等，2023）。綜上所述，區(qū)內(nèi)鉛鋅礦富集區(qū)域可表現(xiàn)出低電阻、高極化特征，硅化灰?guī)r為高電阻、低極化率特征。千枚巖-灰?guī)r界面表現(xiàn)出明顯的高低阻異常分界。背斜鞍部虛脫部位富礦體常表現(xiàn)為高阻隆起中間含有局部低阻異常。此外，背斜兩翼高阻異常扭曲錯動部位也可能是有利的找礦區(qū)域。以上為開展二里河深部找礦提供了物探依據(jù)。

3 綜合電磁探測技術(shù)應(yīng)用方法及效果

3.1 綜合電磁探測技術(shù)概述

根據(jù)二里河鉛鋅礦地質(zhì)及地球物理特征，先后在研究區(qū)開展回線源瞬變電磁法、電性源短偏移距瞬變電磁法和廣域電磁法物探工作，開展綜合電磁法應(yīng)用效果研究。

回線源瞬變電磁工作觀測純二次場觀測，擅長在高阻圍巖中尋找低阻地質(zhì)體，且無地形影響。通過已知剖面試驗，針對尋找背斜鞍部礦體設(shè)計了大小為50 m×50 m、發(fā)射線框為3 匝、接收線框為5 匝，并經(jīng)過阻抗匹配修正模型的TEM 重疊回線裝置，針對尋找背斜兩翼礦體，基于其具有沿縱深和水平方向延展性大的特點，設(shè)計了大小為100 m×100 m、點距為25 m，線距為100～200 m 的單匝重疊回線裝置。

電性源短偏移距瞬變電磁（SOTEM）將測區(qū)偏移距縮短為r=0.5～2H 處觀測，發(fā)射端提供一種矩形階躍式電流，接收端布設(shè)在在發(fā)射源兩側(cè)，一次布源可以實現(xiàn)大范圍觀測，特別在山區(qū)施工，接地導(dǎo)線源的布置較為方便（薛國強等，2013，2020；陳衛(wèi)營等，2015，2017；王備戰(zhàn)等，2020）。SOTEM 繼承了TEM 的優(yōu)點，同時由于采用小偏移距，能顯著提高觀測信號的信噪比，并減小體積效應(yīng)，因此可以大幅度降低數(shù)據(jù)處理難度，提高結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確度，尤其適合在山區(qū)開展深部找礦工作。本次工作點距20 m，布設(shè)了7 條剖面，剖面總長為8.78 km。工作參數(shù)包括：發(fā)射源長度，發(fā)射電流大小、發(fā)射基頻、觀測時長、電極距MN，線圈有效接收面積等，根據(jù)測區(qū)實際工作環(huán)境確定。接收參數(shù)的設(shè)置根據(jù)測區(qū)噪聲環(huán)境，選擇不同的疊加次數(shù)，在干擾較為嚴(yán)重的地區(qū)，疊加次數(shù)增多，單點的觀測時間增長。數(shù)據(jù)處理階段所做的工作包括濾波、去噪、畸點去除、地形校正、場源校正等。

廣域電磁法同可控源音頻大地電磁法一樣，具有場源可控的特點（底青云等，2008；耿濤等，2023）。和大地電磁法相比，它的場源更穩(wěn)定可控，信號更強。通過提取全域視電阻率計算公式，能夠在“非遠(yuǎn)區(qū)”開展測量工作，從而極大地拓展了人工源法的觀測范圍，成倍地增加了探測深度。針對CSAMT 變頻發(fā)送的缺點，其發(fā)射信號具有多個頻率成分且振幅接近。采用偽隨機信號電流（何繼善，2010，2020），可有效提高工作效率，改善觀測精度。本次工作在二里河鉛鋅礦床東部某線進(jìn)行，試驗測線長為3.6 km，方位20°，點距40 m。設(shè)計最小收發(fā)距在10.5 km 以上，大于7倍以上有效探測深度，以達(dá)到最大探測深度（1.5 km）的要求。內(nèi)業(yè)采用GME_3DI（V4.2）軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理解釋。

3.2 應(yīng)用效果

3.2.1 回線源瞬變電磁法

2000 年前后二里河鉛鋅礦在背斜南側(cè)開展了回線源瞬變電磁剖面探測（圖3），共獲得2 處瞬變電磁異常。一處位于二里河背斜鞍部，異常沿背斜延伸方向分布。該異常由下方二里河主礦體引起，與已知地質(zhì)情況相吻合。另一處異常位于二里河背斜南翼次級褶皺上方，與前一處異常特征具有相似性，推測由二里河背斜南側(cè)的次級褶皺鞍部盲礦體引起。TEM方法在本區(qū)的找礦效果中具有可靠性（陳衛(wèi)營等，2015；王備戰(zhàn)等，2020），可探測深度可達(dá)500～700 m，并準(zhǔn)確圈出了礦體的水平投影界限。

圖3 二里河鉛鋅礦床及東延TEM 異常等值線圖（據(jù)田民民等，2004 修改）Fig.3 TEM anomaly contour map of Erlihe lead-zinc deposit and east extension

3.2.2 電性源短偏移距瞬變電磁法

2016 年在八方山-二里河南側(cè)實施了7 條SOTEM 剖面，該方法利用小偏移距實現(xiàn)大深度探測（王備戰(zhàn)等，2020）。7 條剖面中均存在兩處低阻異常且連續(xù)性較好，推測存在隱伏背斜和鉛鋅礦體（圖4）。從圖5 中可以看到，在點號262～278，視電阻率表現(xiàn)為中間低兩端高的特點，推斷此處異常為鉛鋅礦體的瞬變電磁響應(yīng)，與已知地質(zhì)成礦規(guī)律和地質(zhì)情況吻合，埋深在500 m 左右。另一處異常具有相似的電性特征，推測為主背斜旁側(cè)的次級隱伏背斜。電性源短偏移距瞬變電磁法圈定的低阻異常，與已知鉛鋅礦對應(yīng)關(guān)系較好，反映本區(qū)鉛鋅礦體為低阻特征，證明該方法在本區(qū)深部找礦具有有效性，同時，相比TEM 方法，SOTEM 的有效探測深度提高到1 000 m。

圖4 TP1-TP7 線物探地質(zhì)綜合推斷圖Fig.4 Geophysical and geological comprehensive inference map of TP1-TP7 line

圖5 TP1 線物探地質(zhì)綜合剖面圖Fig.5 Geophysical and geological profile on TP1 line

3.2.3 廣域電磁法

2020 年在二里河?xùn)|延某線進(jìn)行廣域電磁法方法試驗，從剖面結(jié)果圖上看（圖6），整個剖面可以分成兩大電性層：剖面中上部呈現(xiàn)出中低阻的特征，局部夾有高阻，主要是中低阻千枚巖的反映，局部高阻可能為石英脈、閃長玢巖脈等的反映；剖面中下部呈現(xiàn)出中高阻的特征，推測由生物結(jié)晶灰?guī)r引起。電阻率等值線形態(tài)較為陡立，反映了剖面上對應(yīng)地層的產(chǎn)狀較陡；剖面中下部等值線波浪起伏較大，反映出褶皺較為發(fā)育。結(jié)合相關(guān)地質(zhì)資料，在剖面1 200～1 300 m標(biāo)高段，點號147～155 附近，有一處相對高阻隆起異常，認(rèn)定為背斜核部結(jié)晶灰?guī)r的反映，界面上部及兩翼電性表現(xiàn)相對較低，且兩翼電阻率等值線明顯向下凹陷，使得褶皺核部及兩翼形成了一個較大的低阻凹陷區(qū)，結(jié)合該測區(qū)成礦機理，推測該處為背斜核部虛脫部位，是較好的含礦空間。此推測和電性源短偏移距瞬變電磁法TP1 剖面情況吻合，并與地質(zhì)情況做了對應(yīng)，驗證了方法的有效性。同時，在標(biāo)高900～1 000 m，點號140～146 處，有一深部高阻隆起異常，且頂部等值線密集，推測為一隱伏次級背斜，這也和SOTEM 剖面上兩處低阻異常體對應(yīng)較好，此推測也和電性源短偏移距瞬變電磁法TP1 剖面情況吻合；在標(biāo)高600～800 m，點號158～162 處，有一處明顯的高阻隆起異常，異常頂部及兩翼等值線明顯凹陷，電阻率異常呈局部隆起特征、電阻率等值線膨大，和點號147～155 處的情況相似，推測有賦礦的可能；在標(biāo)高200～300 m，點號165～167 處，還有一處清晰明顯的深部高阻隆起異常，推測為控礦背斜北翼深部穩(wěn)定延伸引起的電性異常，值得進(jìn)一步研究。本次使用廣域電磁法，在保證探測精度的前提下，大大拓展了地下探測的深度，可以達(dá)到地表下2 500 m。

圖6 廣域電磁法物探地質(zhì)綜合剖面圖Fig.6 Geophysical and geological profile of wide area electromagnetic method

通過后期地質(zhì)工程（圖7），標(biāo)高1 200～1 300 m處背斜頂部的見礦部位驗證了廣域電磁法異常推斷。在標(biāo)高800～900 m，點號135～146 處打鉆也見到礦體賦存，對應(yīng)SOTEM 系列剖面上反映礦體的低阻異常，在廣域電磁法綜合剖面圖上也有反映背斜灰?guī)r的高阻異常與之對應(yīng)。后續(xù)實施坑內(nèi)鉆，在標(biāo)高600～800 m 處發(fā)現(xiàn)背斜延伸界面的局部扭轉(zhuǎn)部位見礦，對應(yīng)廣域電磁法在158～162 處產(chǎn)生的明顯高阻隆起異常。3 處見礦部位見礦厚度介于0.68～15.96 m，平均厚度為10.39 m，Pb 品位為0.07%～2.65%，平均為1.58%，Zn 品位為2.21%～20.52%，平均為6.27%。

圖7 二里河礦床剖面圖Fig.7 Profiles of Erlihe Deposit

3.3 討論

通過在二里河礦區(qū)開展綜合電磁法探測，研究各方法在該地區(qū)找礦的效果，分析認(rèn)為：在二里河鉛鋅礦各探測階段，回線源瞬變電磁法對圈定礦體水平位置具有較好的效果，在早期圈定了中淺部的重點異常，為后續(xù)的勘探奠定了基礎(chǔ)。電性源短偏移距瞬變電磁法對低阻異常具有更高的敏感度，且和回線源瞬變電磁法相比，具有更高的探測深度和探測精度。首次在該區(qū)域應(yīng)用廣域電磁法，認(rèn)為該方法對于反映深部高阻-低阻異常分界及背斜隆起形態(tài)有一定效果，探測深度可達(dá)到2 500 m。

鳳太地區(qū)的鉛鋅礦大多具有相似的成礦類型及控礦因素。多年來在對該地區(qū)開展瞬變電磁法、廣域電磁法找礦，取得了較好的效果。如在楊家灣開展瞬變電磁法測量，在埋深700 m 處發(fā)現(xiàn)一低阻異常，經(jīng)地質(zhì)驗證，該異常與二里河千-灰接觸帶出露位置相對應(yīng)。在銀母寺開展廣域電磁法測量，物探異常經(jīng)鉆孔驗證，發(fā)現(xiàn)一處400 m 厚的無礦帶及一處位于750～1 400 m 埋深處的有利地段（祝新友，2011；王瑞廷，2012）。各礦山的地質(zhì)地球物理條件不盡相同，但總體結(jié)果仍反映出方法的有效性。

綜上所述，回線源瞬變電磁法、電性源短偏移距瞬變電磁法及廣域電磁法在鳳太鉛鋅礦深部找礦具有可行性，并建議工作方式以廣域電磁法和電性源短偏移距瞬變電磁法為首選，開展綜合物探找礦實踐。

4 結(jié)論

（1）通過在鳳太礦集區(qū)二里河鉛鋅礦開展回線源瞬變電磁法、SOTEM 法及廣域電磁法，分析總結(jié)各方法的成效：瞬變電磁法通過面積性工作發(fā)現(xiàn)兩處異常體，結(jié)合地質(zhì)情況，一處為已知礦體，一處為隱伏含礦次級背斜；SOTEM 通過7 條剖面，發(fā)現(xiàn)了連續(xù)性的兩處異常，推測為主背斜旁側(cè)的次級隱伏背斜，并在TP1 剖面上圈定了一處低阻異常，證實與已知礦吻合；廣域電磁法試驗剖面上顯示的幾處異常和SOTEM 方法TP1 剖面的已知礦體及TP1～TP7 推斷的隱伏背斜和鉛鋅礦體對應(yīng)良好，對于反映深部高阻-低阻異常分界及背斜隆起形態(tài)有一定效果。同時在其北側(cè)深部又有新的發(fā)現(xiàn)，待進(jìn)一步證實。以上成果表明電磁法在本區(qū)深部找礦中具有可行性和有效性。

（2）根據(jù)各方法的特點分析總結(jié)得出，TEM 方法在本區(qū)找礦探測深度可達(dá)500～700 m，能準(zhǔn)確圈出了礦體的水平投影界限；SOTEM 對低阻異常的探測較好，探測深度可達(dá)1 000 m。廣域電磁法在保障了探測精度的前提下，可將探測深度拓展到2 500 m 以下。

（3）針對二里河鉛鋅礦復(fù)雜的成礦背景以及多年勘探經(jīng)驗，總結(jié)認(rèn)為開展單一方法的勘探工作效果不佳，在當(dāng)前深部找礦1 000 m 以深的要求下，開展以廣域電磁法和電性源短偏移距瞬變電磁法為首選的可實現(xiàn)探測深度大、抗干擾能力強、分辨率高的綜合電磁探測方法，同時建議采用長剖面和面積性物探工作，實現(xiàn)復(fù)雜地形地貌和地質(zhì)成礦條件下高分辨率探測。