瞬变电磁在可可塔勒铅锌矿床中的应用

2013-08-20申茂德郭正林王铁军

地质与勘探 2013年4期

于淼，梁锋，申茂德，郭正林，王铁军

(1.中国地质大学(北京)，北京 100083 2.中国地质科学院矿产资源研究所，北京 100037;3.新疆有色地质勘查局，新疆乌鲁木齐 830000;4.中钢集团天津地质研究院，天津 300181)

1 引言

阿尔泰造山带南部边缘位于中国新疆北部，在中亚造山带中占有重要的构造位置。由于完整出露有蛇绿岩、增生楔等有重要意义的地质块体，阿尔泰造山带已成为研究俯冲与地壳增生的重要地区。至今学者仍无法对该地区的大地构造背景有统一认识。部分学者主张该地区为被动陆缘(陈毓川等，1996;王京彬等，1998;韩宝富等，1999)，同时也有研究者认为该区属于主动边缘。而同样认为是主动边缘的学者对该造山带的成因也无统一认识，有学者认为该带是多地体多次碰撞(Coleman，1989;Mossakovsky et al.，1994;何国琦等，1995)，也有学者主张是沿单一岩浆弧的巨型俯冲-增生杂岩不断增生的弧前增生(Sengör et al.，1993)。正是在这个有着复杂地质背景的地区，在其早-中泥盆世火山-沉积盆地内陆续发现了阿舍勒、铁木尔特、阿巴宫、可可塔勒、乔夏哈拉、蒙库等大批铜、铅锌、铁等重要矿床(廖启林，2000)(图1)。由于该带富含多种金属矿床(铜、铅、锌、铁、金矿)，并且规模可观，为加速勘查开发铅锌、铜镍、金矿床，查明各矿区矿化延伸及其变化情况，评价其资源远景，为下一步钻探提供依据，因而发展高精度、大深度的物探方法来圈定深部矿体的空间展布规律具有重要意义。

近年来，电磁类探测方法已成为深部(＜2000m)找矿的主要技术手段，前人在这方面已做了大量研究(董树文等，2010)。近年来，已有一些将电磁法应用于深部隐伏矿定位及深部构造探测的实例。Grant et al.(2008)在Shea河铀矿化带部署了各种电磁类方法(TEM、AMT)，查明了砂岩中低阻异常的反映，证实了热液蚀变带的存在。Craven et al.(2000)在Cosmos镍硫化物矿床发现了隐伏矿体。薛国强等(2011)年在西藏山南泽当矿田用大回线源TEM法探测，反演结果成功地分辨出了含矿构造破碎蚀变带，经钻探验证发现了铜、钼矿化体。周平等(2007)年总结了瞬变电磁法在各类矿床深部预测的进展，总结出了在电性差异明显的矿区，尤其对低阻体可以取得很好的找矿效果。结合理论及实际应用经验，可以看出TEM对高激化低电阻的金属矿体响应敏感(虞景敏，1991;金中国等，2002;张林，2007)，能和周围的高阻体形成鲜明的对比。

图1 阿尔泰南缘区域及矿产分布图(据王京彬等修改，1998)Fig.1 Map showing regional geology and distribution of mineral deposits in the southern margin of the Altai Mountains(modified from Wang et al.，1998)

本文以可可塔勒铅锌矿床为研究对象，采用大回线源瞬变电磁法进行工作，探明矿区深部矿体的空间展布特征，为矿区的长久发展提供后备资源，扩大资源储量，同时为后续其它矿区开展深部矿体定位预测提供借鉴。在该区布置了2条TEM勘探线，经分析处理、钻探验证，取得了很好的效果。本文将分析TEM的探测结果及依据探测结果取得的找矿效果。

2 矿区地质概况

可可塔勒铅锌矿床位于阿尔泰山南缘可可塔勒铅锌多金属成矿带麦兹泥盆纪火山沉积盆地内，受麦兹复式向斜控制，矿体主要位于向斜北东翼近南东转折端部位(王书来等，2005)(图2)。该矿区是新疆北部大型铅锌矿之一，其北西-南东长6km，宽1km，面积6km2(郭正林等，2006)。含矿层形成于两次火山活动间隙期，以火山机构旁侧和古沉积洼地中的含矿层含矿性最好，往往形成多层块状硫化物矿层。矿体主要富集在康布铁堡组上亚组第二岩性段中上部黑云母石英片岩和黑云变粒岩互层，及黑云母变粒岩、铁锰质大理岩、凝灰质砂岩中。矿体与地层产状一致，7号矿体为主矿体，产于黑云母变粒岩中，9号矿体产于主矿体上部的铁锰质大理岩中(张进红等，1999)。矿床具有层控特性，矿石类型有块状硫化物型、条带状、浸染硫化物型和细脉稠密浸染型等。矿石构造包括:浸染状、块状、条带状、角砾状及网脉状等，表现出低阻高级化特性。矿石结构有中细粒自形-半自形粒状结构、斑状结构等。矿石矿物主要为黄铁矿、磁黄铁矿、方铅矿和闪锌矿。不同类型矿石的矿物组成存在明显差异，块状矿石一般为磁黄铁矿发育，浸染状矿石一般为黄铁矿发育。矿床地表露头表现为硫化物铁帽，形态多为层状、似层状、透镜状展布于地表。

图2 可可塔勒矿区地质图(据王京彬等修改，1998)Fig.2 Geological sketch of the Keketale Pb － Zn ore district(modified from Wang et al.，1998)

3 方法原理

瞬变电磁法是通过测量由一次电流脉冲场激励而产生的二次涡旋场随时间的衰减规律来探测异常体空间分布的一种电磁类方法。在均匀大地表面，由单匝线圈通以脉冲电流激发，回线中部场近于均匀的部分，以接收线圈进行观测，可得磁场垂直分量的响应为:

在远区(晚期)τ0≥1时，上式可以简化为

从而可得电阻率

式中:ρτ为电阻率，单位为Ω·m;εI为感应电动势，单位为μV;I为电流，单位为A;t为时间，单位为ms;AR为接收线圈有效面积，单位为m2;b为发射线框边长，单位为m;σ为均匀半空间电导率，单位为S/m;α为发射回线半径，单位为m;μ0为空气磁导率，单位为H/m;Φ为磁通量，单位为Wb;τ0为综合参数，其值为 ρt/(μ0α2)。

4 数据采集处理

本次工作在野外布设了两条勘探线，使用MSD-1型瞬变电磁测深仪，采用大回线装置形式，经试验，确定工作参数为:发射线圈为200m×300m;分别采用8.3Hz和25Hz基频进行工作，共40道;时间范围分别为:0.0725～8.64ms，0.0725 ～8.64ms;叠加次数为100次;抑制系数为8;磁探头接收面积为:10000m2。

对TEM数据进行预处理。理论发射波形为阶跃波，实际工作中由于发射线框与大地间存在电容和线框存在电感，致使发射电流关断时，不为阶跃波，而为一个有一定后沿时间的关断波形，故必须将其校正到理想波形状态，包括关断时间toff的影响及其校正。另外，由于各类干扰的影响，往往使实测V/I曲线尾枝出现波动，为此必须对实测曲线进行圆滑。通常可采用五点圆滑公式进行，但当尾枝波动过大时，常常效果不佳。本次采用自编的人机对话程序对曲线进行圆滑。

反演中为了减少多解性，采用改进的阻尼最小二乘可行方向法，结果能够很好地反应地下电阻率分布情况。其最优化问题归结为求解下列法方程:

(ATA+aI)ΔX=ATB

式中A称为雅可比矩阵，I为单位阵，a为阻尼因子，B为已知函数，ΔX为目标函数。

5 结果解释

岩石物性参数是研究地球物理场响应的基础。本文对收集到的矿区的物性测量进行了汇总和分析(表1)。从表1的数据分析可知:围岩电阻率较高、极化率较低、密度较小、磁性微弱，表现为中高电阻率、低极化、低密度、微磁或无磁性的物性特征。铅锌矿石从浸染状到块状，极化率从18.1增至66.5，电阻率从30Ω·m到2000Ω·m;密度从3g/cm3到3.5g/cm3;磁化率6000×10-6CGSM增加到8000×10-6CGSM，表明块状硫化物型矿体具有高极化、高密度、中等磁性、低电阻率特征，这为进行TEM方法提供了很好的物性前提。

35线位于7号和9号矿体之间，其浅部异常经钻孔查证，探明了浅部矿体的空间形态，见图3内的红色圈闭。47线位于9号矿体上方，已进行了钻探工作，且本次的探测结果异常与已知矿体的空间位置对应很好(图4内的红色圈闭表示已知矿体范围)。35线和47的详细解释如下。

5.1 35线反演结果及解释

测线35位于7～9号矿体之间，呈北东东-南西西方向展布。根据剖面的反演结果(图3)，可以将地下的电性结果分为四个大的部分。在0～250点之间，地表出露岩性为互层状变钙质砂岩和流纹质晶屑凝灰岩，倾向北东东，电阻率表现为中、高阻特征，电阻率范围在350～850Ω·m之间，延伸至300m处电阻率发生了变化，表现为低阻，继续向下延伸至剖面底部，然而，在这个低阻带内，存在一个电阻率更低的闭合异常，电阻率大概在0～100Ω·m之间，符合块状铅锌矿体电阻率特征，推测其为铅锌矿体异常。沿测线在600～1000点之间，地表岩性往北北东方向，依次为矽线堇青石英片岩夹石榴黑云石英片岩和变酸性熔岩，电阻率表现为高阻异常，往下延伸至200多米处，形成了一个高阻圈闭，再往下，电阻率呈现低阻异常，一直延深到剖面底部。35线剖面引人注目的是250～600点之间的这个区间，电阻率从上到下都变现为低阻异常，而且向北北东倾，与地层的倾向方向一致，从250～600点，地表岩性主要为方解黑云变粒岩(钙质粉砂岩)、黑云变粒岩(泥质粉砂岩)、铁锰质大理岩、黑云母片岩等，是该区域主要的含矿层位，倾向北东东。从电阻率低阻异常和地层的倾向以及该区的含矿层位的特征来看，250～600点之间的这个北东东倾的低阻长条带异常最有可能是铅锌矿体异常。

表1 可可塔勒矿区岩石物性参数统计(据胡剑辉等修改，1996)Table 1 Statistics of physical property parameters for rocks from the Keketale deposit(modified from Hu et al.，1996)

图3 35线反演结果Fig.3 Inversion result of line 35

5.2 47线反演结果及解释

47线与35线的地表岩性出露特征基本相同，不同的是，在47线的360～400点之间的浅表出露铁帽矿化异常，已进行了钻探验证，证实矿体在深部仍有延伸，倾向北东东(图4)。从47线的反演结果来看，已有钻孔控制的部位在剖面上表现为一个低阻圈闭，延伸至600多米处。另外，从剖面的电阻率分布特征来看，除了已有钻孔验证的低阻异常外，在200～300点之间的300～600m之间，也存在一个低阻异常体，但是倾向与地层倾向方向不一致，所以不能肯定的推测其为矿化异常。然而沿测线往北北东方向，在600～1000点之间，可以明显看到一个呈北东东方向展布的呈低阻特征的异常带，且一直向下延伸没有尖灭，反而有变宽的趋势。综合地质和电阻率空间分布特征，推测这个低阻异常带是矿体的可能性很大。

6 讨论

可可塔勒铅锌矿带自20世纪80年代中期发现以来，虽经多年工作，但其研究程度仍然较低，只有部分地段浅部达到了详查，随着地质找矿工作的不断进行，越来越多的信息显示其深部存在很大的找矿潜力(秦克章等，1998;郭正林等，2007)。本次勘探从前期设计到野外采集，再到室内的预处理以及避免多解性的改进的阻尼最小二乘可行方向反演法的使用，保证了最终勘探结果的可信度，35线的钻探验证结果可得到有力的证实。

从这两条TEM探测结果可以清晰地看出，低阻异常带倾向北东东，且向下延伸没有尖灭，这个与胡剑辉等(1994)建立的地球化学异常模型相一致，模型表明，主成矿元素Pb、Zn和伴生元素Ag以及前缘元素As、Sb等在下部的强度和规模没有降低的趋势，判断深部有富厚的盲矿体存在。另外，由于矿床整体位于复式倒转向斜北东翼，因此矿体深部存在倒转的可能性(郭正林等，2006)，且已进行了钻探验证，结果与推断相一致。尽管从这两条TEM的探测结果上没有看到明显的低阻异常翻转特征，但由于呈北东东倾的低阻异常带底部在剖面上没有封闭，因此结合元素模型异常，倒转向斜深部翻转和钻探资料，从TEM的勘探结果上可以看出(图3和4)，深部仍存在盲矿体，而且有向南西方向翻转的可能性。另外从图3和4可看出，7号和9号矿体的深部倾向一致，变化特征几乎相同，不同的是47线地表有铁帽露头，而35线则不存在，然而，通过TEM的探测结果和钻探验证效果可以推断，7号和9号矿体在深部是相互连通的，这个认识已经为钻探结果所证实。

图4 47线反演结果Fig.4 Inversion result of line 47

7 结论

本次瞬变电磁工作取得了很好的效果。在无地表铁帽找矿标志的35线深部，发现了盲矿体，表明7号与9号矿体在深部是相互连通的，这与以前推断的结果相一致。另外通过钻探验证了35线剖面中部的低阻异常，结果表明，矿体向北东东倾，与地层产状一致，且仍有向深部延伸的可能性。除了35线中部的低阻异常取得了验证外，在两条剖面的大号点位下放，低阻异常空间展布规模更大，表明矿体规模大，延伸深，应再对这两处异常进行钻探验证，以期扩大资源量。同时，结合化探和复式向斜反倾的特征，可以认为两条勘探剖面的低阻体在空间上有从倾向北东东向南西西方向转化的可能性。

另外，从瞬变电磁在可可塔勒铅锌矿床的应用效果来看，其对低阻高激化体响应敏感，能够很好的分辨出矿与非矿的界限。因此结合前人在该区进行的物探工作及该区的物性特征，可以肯定的是，TEM法对于在该区域查找低阻高激化体矿异常是可行的。鉴于此，应该以可可塔勒矿区的深部勘探经验来指导铁木尔特、阿巴宫、乔夏哈拉、蒙库等深部盲矿体的预测。然而，结合该方法原理本身及可可塔勒矿区的物性和地质特征，其勘探深度不会超过800m。另外，从方法本身来说，由于TEM采集的是断电后的二次响应，在断电与仪器开始采集之间存在微小的时间延时，会影响浅部的分辨率，即使进行了关断时间的影响及其校正处理，浅表几十米的结果还是可信度低。因此为了更好的勘查矿带内其它矿床的深部矿体展布，应该结合CSAMT和AMT等其它电磁类方法，一方面是增加勘探深度;另一方面是弥补TEM二次场接收的单一性。

致谢在工作过程中得到了中钢地质院戴立军教授和新疆有色地质勘查局706队郭旭吉工程师及李学凯工程师的大力支持和帮助，在此表示衷心的感谢!同时对专家提出的宝贵意见一并表示谢忱!

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