激电测深法在非洲刚果(金)某铜钴矿区的勘查应用

张东风, 柳建新, 谢 维

(中南大学信息物理工程学院,长沙 410083)

激电测深法在非洲刚果(金)某铜钴矿区的勘查应用

张东风, 柳建新, 谢 维

(中南大学信息物理工程学院,长沙 410083)

非洲刚果(金)是世界上铜钴储量最多的国家之一,其中刚果(金)南部的加丹加省是铜钴矿带的重要矿区,本文介绍了激发极化法在加丹加省某地铜钴矿矿区的应用效果。在简要阐述矿区的地质和地球物理特征的基础上,介绍了物探的工作方法与技术,重点对激电测深异常进行了推断解释。通过在该区开展激电测深工作,圈定了与成矿有关的赤铁矿体的分布、大致埋藏深度,结合地质和遥感资料,推测与证实了三条断裂构造的存在,为深入开展地质找矿工作提供了有利的依据,同时也取得了方法技术的基础性成果,为今后在非洲地区开展电法工作积累了宝贵的经验。

激电测深 异常 铜钴矿勘查 刚果(金)

Zhang Dong-feng,L iu J ian-x in,XieWei.Application of the IP sound ing method to exploration of a copper-cobalt deposit in Congo(DRC),Africa[J].Geology and Exploration,2010,46(4):0664-0669.

1 前言

非洲自然资源丰富,刚果(金)铜矿储量约为6500万吨,是世界上铜储量最多的国家之一;钴的储量为400万吨,占世界钴储量的75%,独占世界鳌头。刚果(金)南部的加丹加省是铜钴矿带的重要矿区。2002年7月,刚果(金)政府颁发了第一部矿业法,从此打破了国家对矿产业的垄断格局,开始允许外资和民间资本进入刚果(金)的矿业领域。许多中国企业,尤其是中国民营企业纷纷进入刚果(金)从事矿业的勘查与开发。

2008年7月,作者在刚果(金)加丹加省中南部某铜钴矿区开展电法找矿工作,工作区位置如图1。在该区投入了自然电场法、直流激电中梯和直流激电测深等方法,本文主要介绍直流激电测深的应用效果。该方法前人也有很多成功的应用,在金属矿找矿方面成果颇多(Weller,2000)。工作的主要目的是在测区范围内,探测一定深度范围内极化体引起的异常信息,并结合区内地质、矿产特征及岩石物理特性,圈定可能属铜钴矿(化)体引起的异常,推断隐伏断裂和推覆体与围岩界线;从物探勘测角度对测区作出评价,为进一步开展地质工作提供基础资料和依据。

2 矿区地质特征

2.1 地层

矿区罗安群地层出露较少,仅在矿区中-北部成近东西向零星分布。矿区中部、南部有大面积的铁质层分布。在中部罗安群的南侧分布有库迪朗古群下部岩层,北部为大片的砂土区。

罗安群(R)下部为页岩夹黑色硅质岩和赤铁矿层。第三亚群(R3):上部为微晶白云岩,局部夹粗砂岩及少量赤铁矿;下部为砂质页岩、砂岩,碳酸盐化较强。第二亚群(R2):上部(R2.3)为含泥质滑石白云岩、细砂岩、页岩等;中部(R2.2)为白云质页岩夹砂岩、厚层状白云岩(风化后成砂糖状);下部(R2.1)为块状、层状、纹层状硅化白云岩,底部为绿泥石白云质细砂岩,其中,硅化白云岩中含较多硫化物,如辉铜矿、黄铜矿、硫铜钴矿等,是原生铜钴矿最主要的赋矿地层或氧化矿的原始含矿层位;块状硅化白云岩在地表氧化后具有较多不规则的蜂窝状孔洞,是重要的地层标志层(杨进,1999)。第一亚群(R1):地表仅零星出露,其岩性以富含白云质的页岩与粉砂岩互层,含绿泥石,以薄层状构造为特点。

图1 工作区位置示意图Fig.1 Schematic map showing location of the work area

由于推覆构造带的紧密褶皱已形成一系列的迭瓦式逆掩断裂,矿区的罗安群地层,如R3、R2、R1三个亚群,目前难以明确进行层位划分。但是,R4和R3中含有赤铁矿,其下部R4中的硅化白云岩是铜钴矿最主要的赋矿地层。

库迪朗古群(Ki)为科卢韦齐复式推覆体的基底岩石,岩性为紫-红色泥质粉砂岩、细砂岩,局部含砂岩质、灰岩质、页岩质砾岩。

第四系以褐黄色、砖红色残坡积砂质粘土、粉土为主,部分地段为高铁质层。

2.2 构造

矿区位于区域紧密褶皱推覆体的后缘部位,发育总体上呈近东西-南东东向推覆逆掩断裂,罗安群第一亚群(R1)、第二亚群(R2)、第三亚群(R3)相互穿插破坏,并重新包裹,在推覆逆掩明显部位,断续分布条带状、岛屿状角砾岩带。

矿区内出露的两条近于平行大的混杂角砾岩带,呈近东西-南东东走向分布,混杂角砾岩带整体逆掩于较新的地层之上;推覆逆掩断裂构造带主要有南、北两条,南部推覆逆掩断裂构造带,大致与早期背斜构造的南翼上部空间耦合一致,局部有一定的弧状扭曲,呈长条带状、岛弧状断续出露,与出露的构造角砾岩带分布延伸空间近于一致。

本区成矿作用明显地受褶皱与逆掩断裂构造的叠加复合控制。

2.3 矿化

在Ⅴ号预测区南部,在三个较系统剖面的有利地段施工了系统的浅井和探槽(坑)。初步圈定一条长大于4000m、宽度65～260m的钴(铜)矿化带(编号为V1),已初步揭露圈定一条钴铜矿体,编号为V1-1;推测圈定一条钴矿化体,编号为V1-2。

3 岩(矿)石电性特征

区内岩(矿)石电性参数测定统计结果见表1。

表1 岩矿石电性参数特征值统计Table1 Eigenvalue statistics of electrical parameters of rocks and m inerals

从表1可见:本区有两种高极化率(或略高极化率)的岩(矿)石,即赤铁矿和孔雀石化白云岩等。赤(镜)铁矿是一个很好的标志,不仅R4.1地层分布有赤铁矿层,而且R3.2地层中亦有赤铁矿。赤(镜)铁矿层上,可形成极化率大于20%的高极化体异常。高激电异常不仅可以用来圈定赤(镜)铁矿层的分布,同时可依据赤铁矿层的分布及其在罗安群中的位置,进而推断出主要含矿层罗安群第二亚群(R2)的分布(Agunloye,1983)。本区略高极化率的孔雀石化角砾白云岩、硅化白云岩、硅化白云质砂岩等均含有一定的金属导电矿物(如黄铁矿、黄铜矿、磁赤铁矿等),而且岩(矿)石都发生了强烈的硅化等蚀变,是含矿(铜矿化)岩石的标志,此类岩(矿)石上将产生极化率大于5%的激电异常。此两类岩(矿)石的激电异常在激电测深中显示尤为突出。

对于岩(矿)石的电阻率特征,由于其受含水性影响很大,要以电测深的结果来分析(王华军, 2001)。根据几十个激电测深点的结果,表土层及上部岩层的电阻率为2kΩ·m～8kΩ·m,而产生激电异常的极化体,均显示低(或略低)电阻率,与之对应的推断是赤(镜)铁矿和孔雀石化硅化白云岩等,在破碎含水的条件下,呈现低电阻。

4 方法技术选择

本次电法工作的目的是圈定含矿的硅化白云岩,或者圈定赤铁矿体的分布,进而间接推测其下部的可能属铜钴矿(化)体。

根据上述电性特征分析,赤(镜)铁矿和孔雀石化角砾白云岩、硅化白云岩、硅化白云质砂岩都与不含矿的围岩有着明显的电性差异,含矿岩体能够引起一定强度和一定规模的高极化、低(或略低)电阻率异常,因此,在该区选择大功率激电开展找矿工作是行之有效的。

在已知矿化带上,开展了自然电场法、激电中梯法和激电对称四极测深剖面试验。四条剖面的自然电场法电位测量,未发现明显负电位异常,仅显示幅值不大的正负电位过渡,尚未查明负异常的直接(或间接)找矿意义(吕其伟,2007);激电中梯法在矿化带显示高阻略高极化率,但异常不清晰,在高极化体上(如赤铁矿层),激电异常亦不十分清晰。且因旱季受地表十几米厚的高阻层影响,供电电流低(0.4～0.9A),读数不稳定;激电测深试验虽然也遇到干旱、接地电阻大的影响,但由于加大供电电极距、测量电极距亦加大,可穿透地表高阻层的影响,对较深的地质体(矿化体)皆有异常显示,对于赤铁矿层以及孔雀石化硅化白云岩等,都有很好的反映(何继善,2006)。因此,选择垂向激电测深法开展剖面工作。

根据赋矿地层的总体走向,布置了5条激电测深剖面(见图2),剖面编号同勘探线号,从西至东依次为W-02、0、E-02、E-04和E-06线。剖面方向为10°～190°,与矿(化)体走向基本垂直,线距240m,点距50m,每条剖面长500m,共55个激电测深点。各测深点的供电、测量电极排列方向均是垂直剖面走向,即方位为100°～280°,各极点位置采用GPS进行定点布设(Xiong,1986)。

采用的仪器为DZD-6A多功能直流电法(激电)仪,供电电极为50cm长钢电极,测量电极为瓷罐式不极化电极(傅良魁,1982)。

图2 激电测深剖面布置及矿区地质图Fig.2 Deployment of the IP sounding profiles and geologicalmap of the deposit area

采用对称四极垂向电测深法,AB/2最大为500m。供电电压700V,供电时间5s,延时200ms,观测参数为供电电流Ip、一次电位Up、视电阻率ρs和视极化率ηs。执行技术标准为《时间域激发极化法技术规定》(DZ/T0070-1993)(陈蜀雁,2006)。

因4～11月份正处非洲旱季,地表干燥,土壤密实,透水性差。为了减小供电回路电阻、提高供电电流,采取了如下措施:(1)移动接地点位。在垂直布极方向,将供电电极移至接地条件较好的地点。移动距离控制K值改变在±2%以内,可不改算K值。(2)增加电极根数。电极的根数应满足供电电流不随时间变化的需要,每根通过的电流以不超过0.2A为宜。一般在供电点处打成垂直于布极方向的2～3排8～12根钢电极并联组成,单根电极间的距离应大于两倍的电极入土深度。(3)挖深坑并浇水(或盐水),以增加土壤的导电性。(4)挖坑埋锡箔,以增加电极与土壤的接触面积。(5)电线接头除锈。

5 激电测深异常特征与分析推断

视极化率10%为本区的背景区,ηs值大于20%的高极化率异常,在W-02线～E-06线皆有分布,呈带状,在每个剖面的16号点南异常更为集中(见图3)。结合地质情况,根据岩、矿石激电参数结果,推断该异常为赤(磁、镜)铁矿体引起(陈长敬,2007)。根据视极化率大于20%异常大小及分布,推断在0线(含0线)以西,赤铁矿体零星且较小。E-02线以东,高视极化率的异常规模大且连续,反映了此段赤铁矿规模大且较完整。

图3 视极化率断面等值线图Fig.3 Contours of apparent IP on cross section

图4 视电阻率断面等值线图Fig.4 Contours of apparent resistivity on cross section

赤铁矿体在各剖面上显示的低电阻特征(见图4),与所测赤铁矿标本呈高电阻率差异很大,推测埋藏在地下的赤铁矿亦受到推覆构造影响,产生破碎并含水。

赤铁矿体虽然不是本次物化探工作的目标物,但根据区域罗安群的岩性组合特征,罗安第四亚群有赤铁矿层夹层,故可以依据赤铁矿层的分布,推测罗安一、二、三、四亚群的分布,进而指导铜钴矿的找矿工作。同时,在需要时亦可进行铁矿勘查工作(阮百尧,1999)。

在W-02线～E-04线各剖面上的ηs值为4～10%的梯度带,推测不仅是断裂带的反映,也是矿化比较集中的地段。

各测深点视电阻率曲线类型总体上以尾枝上升为主,为QH(ρ1>ρ2>ρ3<ρ4)型和H型(ρ1>ρ2< ρ3)。ρs有自西向东低阻体逐渐变深,至E-04和E -06线低阻体深度明显加大。视电阻率ρs断面图(图4)显示,表层为高阻层(>1kΩ·m)是本区的共同特点;中间层为过渡层(6.4kΩ·m～35Ω· m),大多在几十至几百Ω·m;第三层(少数为第四层或第二层)是低阻层,也是本区的标志层,其视电阻率较低,一般为几十Ω·m,变化范围为6～163Ω ·m,显示出明显的低电阻(强建科,2005)。

各视电阻率剖面图也显示了东西及南北方向视电阻率显著差异,据此推断断裂带的存在。在0线和E-02线间,两侧近东西走向的低电阻带,发生了明显的错动,推断此间存在一条近南北的断裂带,此推断与化探推断的南北向断裂带基本吻合;在近东西方向,E-02线～E-06线,16～18点间存在明显的视电阻率梯度带,且梯度等值线近于直立,推断在此梯度带存在一条产状较陡、宽约几十m的断裂带;激电异常显示低视极化率串珠状与视极化率梯度带,与视电阻率梯度带基本吻合(蔡军涛,2004)。

对于氧化铜钴矿(化)体,虽然在电参数测定时,极化率在4～7%,但由于受到赤铁矿体及铁矿化的影响,异常不清晰,难以从高极化体中区分出来。

6 结论

(1)取得以下基础性成果:

①通过系统电参数测定,掌握了矿区各主要岩(矿)石极化率与电阻率,尤其是赤铁矿和孔雀石化硅质岩等电参数,为解释评价激电异常和电阻率异常提供了依据。

②通过较系统的激电测深工作,基本掌握了矿区地下岩(层)石的电性(导电性)分层,主要为QH和H型,大多数地段在干旱季节,呈现几kΩ·m的高电阻率,为今后开展电法工作提供了思路。③矿区在旱季地表土壤干燥、板结,激电工作时供电特别困难,通过采取各种有效措施改善供电条件,取得了较好的激电工作效果,为今后在非洲干旱地区开展电法工作积累了宝贵的经验。

(2)确定了赤铁矿体的分布,大致埋藏深度,为寻找铜钴矿提供了思路。同时确定了与成矿有关的断裂构造的分布,为研究矿(化)体的分布提供了依据。

(3)通过激电测深工作,结合地质资料和遥感资料,推测与证实了本区存在着三条断裂构造,为深入开展地质找矿工作提供了依据。

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Exploration Application of IP SoundingM ethod in Africa and Congo(DRC)of a Copper-CobaltM in ing

ZHANGDong-feng, L IU Jian-xin, XIEWei

(School of Info-physics and Geom atics Engineering,Central South University,Changsha 410083)

Congo(DRC)in Africa is one of the countrieswith largest reserves of copper-cobalt ore in the world.The Katanga Province in southern Congo(DRC),is an important area of the copper-cobalt ore belt.This article presents the application effects of the induced polarization(IP)sounding method to a copper-cobalt deposit in Katanga.Based on a brief description of geology and geophysical features of the deposit area,this paper introduces the workingmethod and technology of geophysical prospecting,especially the interpretation of anomalies from IP sounding.Through IP soundingwork,the hematite ore body distribution and rough buried depth are delineated.Combined with geological and remote sensing data,the presence of three faults is inferred and confirmed.These results provide evidence for further geological prospecting.At the same time,basic methods and techniques have been tested which offer valuable experiences for electrical surveys in African regions in the future.

IP sounding,anomaly,exploration of copper-cobalt ore,the Congo(DRC)

book=7,ebook=427

P631.3+4

A

0495-5331(2010)04-0664-06

2010-02-03;

2010-06-27;[责任编辑]郑 杰。

国家自然科学基金项目(编号:60672042)资助。

张东风(1964年-),男,中南大学在读博士,地球探测与信息技术专业,主要研究方向为电磁场理论,正反演计算及其关应用,Email:zhangdongfeng220@126.com。