大功率激电法在纳米比亚罗雷铜矿成矿预测中的应用

黄映聪，李小龙，陈敦理，刘 静

（1.江苏省有色金属华东地质勘查局，江苏 南京 210007；2.北京市地质矿产勘查开发局，北京 100195）

激发极化法（简称激电法），是以地壳中不同岩、矿石的激电效应差异为物质基础，通过观测与研究人工建立激电场的分布规律进行找矿和解决地质问题的一组人工场源形式的勘查方法［1］。近六十年以来的实践证明，激发极化法（简称激电法）不仅是铜、铅、锌、钼等金属矿产的重要勘查方法，而且在寻找地下水和探测石油、天然气方面也颇有成效［1－2］。随着矿产勘查和开发的力度不断加强，地表矿、浅部矿日益减少，矿产勘查工作正朝着寻找隐伏矿、深部矿、难识别矿的方向转变，大功率激电法在地质工作的“攻深找盲”中发挥了重要作用，并取得了良好的找矿效果［3－4］。

纳米比亚罗雷铜矿发现于20世纪30年代，经过二十多年的研究和勘查，于1957年建成矿山，但由于未达到采选目标，矿山运转不到一年时间随即关停。之后的四十多年里，先后有英、美等多家矿业公司或者投资人展开了对罗雷铜矿勘查和储量核实工作，但最终都因矿石品位低、储量小而放弃追加投资。经调查发现该矿山主要采选的矿石为地表氧化矿，矿石品位高但矿石量较少，因此欲打开罗雷铜矿的勘查局面必须探寻深部隐伏的原生矿。重力、磁法等其他物探方法对矿体和围岩密度、磁化率差异较小的浸染状矿体作用有限，而大功率激发极化法探测深度大，对铜多金属硫化物矿床有较好的指示作用。应用大功率激电扫面和激电测深相结合的方法获得深部原生矿的分布和埋深、产状等信息，圈定异常靶区，通过钻探工作发现了深部隐伏的铜矿体。罗雷铜矿深部隐伏铜矿体的发现，表明大功率激电在该区域找矿的有效性，同时也为矿山深部及外围找矿指明了方向。

1 工作区地质及地球物理特征

1.1 地质特征

罗雷铜矿位于非洲南部加列普造山带（图1A）的北段，隶属于南美与卡拉哈日两大板块之间的达马拉（泛非）造山带（580～500Ma）。加列普造山是一条具有复杂构造－岩浆演化的复合型大陆碰撞造山带，是在纳马科瓦造山带的基础上发展而来（1.06～1.03Ga），于泛非期经历了板块俯冲碰带撞及古生代大陆裂解等构造－热事件，形成了非洲南部重要的铅、锌、铜钼等有色金属与金刚石成矿带［5－8］。

图1 矿区大地构造简图（A）与矿区地质图（B）

罗雷铜矿区域上出露的下元古界奥兰治河群为一套中基性火山岩、火山碎屑岩和碎屑沉积岩，大部遭受了较强变质，构成变质基底；而上元古界Nama群为一套地台盖层型沉积，主要由一套浅海相的碎屑岩、碳酸盐岩沉积组成；第四系主要由冲积层、松散沉积物组成。受区域构造作用的影响，矿区古元古代奥兰治河群火山岩已强烈变质，并构成了罗雷矿区背斜构造的两翼，稍晚的花岗岩浆侵位到背斜核部。矿区出露的花岗闪长岩、似斑状花岗闪长岩、花岗岩及英安斑岩，是构成的Vioolsdrift岩套的主体，分别呈岩基状、岩枝状和脉状产出，形成时代在1850～1960Ma之间，而稍晚的纳马科瓦侵入单元主要由石英斑岩、细晶岩和浅色花岗岩组成，呈脉状、岩枝状产出，形成时代在界于1000～1600Ma［7－8］。基岩发育不同程度的绿泥石化、绿帘石化、绢云母化、钾化等。铜（钼）矿（化）体产于花岗闪长岩体与倾伏背斜两冀绢云母石英片岩接触带的内带，矿区地表普遍发育孔雀石化，偶尔可见辉钼矿化。

1.2 地球物理特征

岩（矿）石物性资料是物探工作的地球物理前提和异常解释的依据之一。此次工作对矿区分布的主要岩矿石进行了标本采集，共200块岩矿石标本，其中石英片岩、细晶岩、似斑状花岗岩的标本在30块以上，而黄铜矿石、绿片岩因少见或破碎，采集困难，数量有限。

对200标本进行了极化率、电阻率参数测定和统计，其物性参数统计结果见表1。分析表1中测定的物性资料，可得如下认识。

1）电阻率特征：该区岩（矿）石属中高阻体，大多分布在1000～4000Ωm之间。其中黄铜矿石电阻率最高，绿片岩、蚀变花岗闪长岩等围岩电阻率较低，小于1000Ωm。

2）极化率特征：绿片岩、似斑状花岗闪长岩的极化率均较低，矿化岩石较高。由富矿化矿石标本测定结果可以看成，矿化岩石具有很好的激发极化效应，故在该区开展激电找矿具备地球物理前题。

3）测区不同类型岩（矿）石间电阻率差异不如极化率差异明显，矿化体标本具有高阻高极化的特征。所以，中－高阻高极化率特征是本区寻找隐伏硫化物（矿）富集地段的依据。

表1 电性参数测定统计一览表

2 大功率激电中梯和激电测深的应用与效果

2.1 工作方法

本次激电测量工作投入的仪器为重庆地质仪器厂生产的 WDJS-2接收机与 WDFZ-5大功率发射机。激电测量包括两方面的工作：首先在矿区开展1∶2000激电中梯扫面，在异常带圈定后再在激电异常部位布置激电测深剖面工作，以期对对异常进行剖析。本次激电中梯扫面工作共完成2.8km2，网度为100m×20m，供电电流波形为方波，占空比1∶1正反向供电方式；供电周期为16s，延时为250ms，积分时间为40ms。激电测深使用装置为对称四极测深装置。激电中梯采用1线供电3线观测方式，供电极距AB为1600m，测量极距MN为20m，最大旁侧距200m。激电测深装置（AB/2）max为600m。

激电中梯扫面工作中设法处理好供电A、B极，令Rab回路电阻小于200Ω·m，确保供电电流大于4A，保证激电中梯扫面时中间部位的一次电位高于10mV，以达到压制干扰信号、提高信噪比的目的。另一方面通过对电极浇水使测量电极接地良好。测量过程中确保Rmn回路电阻最大不超过2000Ω·m，从而达到使输入信号不发生畸变之目的，另一方面尽量使用短导线进行测量和减少风扰等；在信号干扰较大，重复性差时，规范取数方法，提高数据可靠度。

2.2 激电异常的推断解释

通过激电中梯扫面工作，本区共圈出J1、J2两个激电异常带（图2），极化率异常下限为2.8%。其中J1的北段呈北北东走向，J1南段呈近南北向，J2异常带为北西西走向，呈串珠状不连续分布。J1、J2两个异常带的空间位置正好为前寒武纪中酸性花岗闪长岩体与下元古界奥兰治河群Haib亚群Tsams组石英片岩与绿泥石片岩接触带的空间位置重叠，并且J1与J2异常带地表孔雀石化强烈，说明接触带范围深部铜钼的硫化物可能是引起异常的原因，应加大接触带深部的找矿力度。

J1激电异常带是罗雷铜矿面积最大且幅度最高的激电异常带。本文以该异常为例，通过激电测深工作对激电异常进一步进行评价。J1异常位于测区的西部，异常呈北北东向展布，长约800m，宽约200m，异常宽缓，有双峰值，南侧峰值3.5%，北侧峰值3.4%。对J1激电异常进行踏勘，地表要为花岗岩和云母石英片岩，这些均不能引起激电强烈异常，地表所见矿化蚀变也主要为孔雀石化，从表1中可以看出，孔雀石化并不具有高极化率的特征，同时未见矿化碳质岩类和碳化现象，推断该异常为隐伏的铜钼硫化物矿脉所引起。

为了获得引起J1激电异常的高极化体的埋深和产状特征，在J1异常中心部位布置了一条测深剖面J1s，布极方向和测线方向一致，均为100°，测深点间距为40m，一共实施4个测深点，编号并分别TC23-（1，2，3，4）。激电测深过程中使用的装置为对称四极测深装置，（AB/2）max＝600m。常规电法测深数据后期处理一般做的都是单点一维反演分层处理，并非真正的二维断面反演，局限性较大，多个点的一维反演不能全面反映二维断面的情况。本次激电测深反演工作把常规电测深的数据转换为res2dinv二维高密度数据，使用res2dinv二维高密度处理软件来进行反演处理，从而得到可靠的反演结果。测深剖面J1s的res2dinv反演结果，见图3。测深剖面J1s的反演结果为矿脉的顶部位于100m处，中心埋深70m。高极化体近乎直立，略向西倾并具有中高电阻率特征。通过以上对激电异常J1的分析解释，可以推测：引起激电异常的隐伏矿化体呈脉状，走向10°，走向长度700m，平面投影位置与异常位置对应，倾向为270°。

图2 罗雷铜矿区视极化率等值线图

图3 J1s剖面二维反演充电率拟断面图（A）与视电阻率拟断面图（B）

为验证J1异常带深部极化体是否由含铜、钼硫化物矿脉所引起，在地表TC23-4测深点西侧（685499，6895330）处布置钻孔zkc23-2，结果在该点深部200m处钻遇近30m厚的含铜、钼的硫化物矿脉。

3 结论

1）激发极化法是探测金属（铜、铅、锌等硫化物）矿体的有效方法之一，能够提供较大的供电电流大功率激电测量能克服干扰信号，从而增加勘探深度，成为更为有效的隐伏矿探矿手段。

2）通过激电中梯和激电测深两种装置的综合利用，可以推断异常体的分布范围和埋深，实现矿体的快速定位。

3）将常规电测深的数据转换为res2dinv二维高密度数据，使用res2dinv二维高密度处理软件来进行反演处理，从而得到较为可靠的矿（化）体的埋深、产状等信息。

4）激电中梯、激电测深在纳米比亚罗雷铜矿的成功应用为罗雷铜矿深部和外围找矿指明了方向，同时也为今后在非洲干旱地区开展电法找矿工作积累了宝贵的经验。

［1］李金铭.激发极化法方法技术指南［M］.北京：地质出版社，2004.

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