西藏白容铜矿EH-4数据综合解译与深部找矿预测*

2013-11-24王正海姚卓森

中山大学学报(自然科学版)(中英文) 2013年4期

王正海，王娟，姚卓森，方臣

(1.中山大学地球科学系，广东广州 510275;2.中国科学院地质地球物理研究所，北京 100029）

随着地表易找、易采、易利用矿产地的大多被发现和开发，找矿难度日益加大。矿产勘查的前沿问题就是要寻找隐伏矿和难识别矿勘查的新技术、新理论、新方法。EH-4大地电磁成像系统具有探测深度大、精度较高、分辨率好、快速、轻便的优点，在金属矿勘查中取得了较好的找矿效果。

西藏白容铜矿位于西藏尼木县西北部麻江乡，为一斑岩型铜矿床，前期的地质勘探工作在白容矿区南部及西部发现了两处规模较大铜矿体和若干小型矿化点。铜矿化主要与E2xm期的二长花岗斑岩有关。在矿区北部主要出露的是E2xm花岗闪长斑岩及 (K2－E1)d典中组凝灰岩，目前未发现铜矿(化)体。此次探索利用EH-4系统进行深部找矿研究，目的是希望查明白容矿区北部深部二长花岗斑岩埋深、形态及矿 (化)体分布情况，为下一步的铜矿勘查工作提供方向和依据。

1 矿区地质概况

西藏白容铜矿区大地构造位置位于冈底斯火山－岩浆弧带东段，近东西向的帕古－热堆脆韧性剪切带与羊八井－当雄走滑断裂的交会部位，属冈底斯－喜马拉雅地区的谢通门－墨竹工卡铜、铁、铅、锌、金成矿带［1］。

矿区地层简单，白容北部和西部出露下古近系古新统典中组 (E1d)爆发－喷溢相灰色、灰绿色及紫红色玄武岩、黑云母安山岩、安山斑岩和英安质凝灰岩夹火山集块岩。白容矿区的主要断裂构造以东西向麻达—冲江断裂为主体，其次为与之相接的南北向断层，以及其派生的北西向和部分北东向断裂。勘查区岩浆岩体为复式岩体，陆缘弧中酸性岩浆岩、火山碎屑岩广泛分布，主要出露二长花岗斑岩、含巨斑角闪黑云二长花岗岩、花岗闪长斑岩、凝灰岩，次为安山玢岩、英安斑岩，及少量石英正长斑岩和闪长玢岩。与成矿有关的浅层侵入岩主要为安岗超单元之续迈单元 (E2xm)的黑云角闪二长花岗岩［2］。

白容铜矿为复式岩体成矿，分异演化充分，有利于含矿热液的集中与富集成矿，而且岩浆热液活动持续时间较长，斑岩体规模较大，蚀变与矿化明显。白容矿区主要的容矿岩石为角闪黑云二长花岗岩和花岗闪长斑岩，次为闪长玢岩，局部见正长斑岩、安山玢岩脉体、透镜体。与铜矿化有关的围岩蚀变发育，地表出露的主要蚀变有硅化、泥化、黄铁绢英岩化和青磐岩化，在钻孔深部见到钾化蚀变，蚀变具有一定的分带现象，由下到上，由岩体中心向外延，大体可以划分为钾硅化带、黄铁绢英岩化带、泥化带及青磐岩化带［3］。

图1 西藏白容铜矿地质图Fig.1 Geological map of the Bairong copper mine in Tibet

2 EH-4成像系统基本原理

美国EM I和Geometrics公司联合开发生产的EH-4大地电磁成像系统通过发射和接收地面电磁波来探测所在地质体的电阻率或电导率。连续的测深点阵组成地下二维电阻率剖面，甚至三维立体电阻率成像。该系统属于人工电磁场源与天然电磁场源相结合的一种大地电磁测深系统［4］。其观测的基本参数为:正交的电场分量 (Ex，Ey)和磁场分量 (Ex，Ey)。

假设大地为水平介质，天然电磁场为平面波垂直入射大地，则在地面可观测到相互正交的电磁场分量E和H，将其比值定义为大地电磁波阻抗，用Z表示。便可通过下式计算出卡尼亚视电阻率 (张量)ρ

式中，Z为大地电磁波阻抗，μ为磁导率，ρ为电阻率。

将电磁波在地下传播时，振幅值衰减到地面幅值1/e的深度定义为趋肤深度δ(m)，则

趋肤深度δ与频率的平方根成反比，与大地的电阻率的平方根成正比。由该式可知，当电磁波频率高时，勘探深度小，随着频率的降低，勘探深度也随着增大。

对于EH-4成像系统来说，当在10～100 kHz这个频带上从高频到低频测量采集每个频点上的电场和磁场分量时，其实就相当于从地表逐步向下确定地电介质的结构情况。这就是高频大地电磁测深法的基本原理。

3 野外数据采集

此次EH-4测线布置在白容矿区的最北端 (图1)，东西走向，共设计了42个测点，间距25 m，测线总长度1050 m。测区地形开阔、平坦，高差较大，尤其是测线的西段，有些相邻测点间高差高达20 m以上，测线距离南侧河流距离有700 m左右。区域内无高压输电线、电站、村庄、工厂等强干扰设备，距离公路也较远，属于较为理想的EH-4测量环境。为了获得较好的原始数据，此次采用EMAP测量方式，即电极距和点距相等，前后点电极首尾相连。

EH-4工作的X偶极方向为测线方向，Y偶极方向为垂直于测点方向。由于测区内均未地表岩石出露，磁棒布置时平放在地面上，风较大时，容易造成信号干扰。EH-4测线的数据采集过程中，由于积雪刚刚融化，地表极为湿润，整体上时间域信号强度较好，电阻率误差较小，X、Y方向相关度高。整个区域内，地电结构比较稳定，电阻值随着深度的增加而增加，横向上浅部电阻率值比较均匀，深部电阻率沿测线逐步增加。在035测点之后，无论是TE还是TM模式，电阻值普遍偏高，应该与岩浆的侵入活动有关。相位图与电阻率的变化吻合程度很高，说明基本真实反映了地下电性结构的特征。测量过程中，对测线上典型的岩石标本进行采样，随后对其进行了磨片、精确定名以及地球物理参数的测定。

图2 白容矿区EH4测线TE极化模式视电阻率和相位剖面图Fig.2 EH-4 TE polarization pattern apparent resistivity and phase profile

测线上可看到明显的矿化蚀变现象，绿泥石化非常常见，分别在BR003、BR007、BR010标本点处发现绿泥石化，属于中、低温热液蚀变。其中BR007处规模较大，广泛发育绿泥石化、绿帘石化等。

4 EH-4数据处理与综合解译

在野外测量采集连续点的时间序列数据，现场进行FFT变换，获得电场和磁场实虚分量和相位数据，并现场进行一维Bostick反演;在室内利用EH-4数据处理系统对数据进行剔除发生畸变信号及删除个别跳跃较大的频点，之后利用二维成像软件进行快速自动二维电磁成像并选取适当的圆滑系数以得到较理想的二维成图结果，最后再利用Surfer等成图软件对所得到的数据进行网格化，并采用各向异性的方法进行半径搜索，从而提高分辨率，使得到的图像能更精确地体现实际的地层情况［5－7］。

4.1 白容矿区岩 (矿)石物性特征

不同类型、不同成因的矿床均是由矿化蚀变带和围岩 (地层、侵入岩脉等)组成，二者之间具有着明显的电阻率差异，是进行EH-4地球物理勘探、矿床预测的理论依据。为此，实验室测定了测线岩石标本以及区域内典型岩石电阻率、极化率和密度 (表1)。

表1 白容矿区岩石物性参数Table 1 Physical parametersof rocks at Bairong mine

主要成矿斑岩体的黑云斜长斑状花岗岩，虽然有轻微的绿泥石化和绢云母化，但是其电阻率值超过作为成矿围岩的玢岩和砂岩的电阻率值3～6倍。地表主要出露的凝灰岩，电阻率值高达390600 Ω·m，由于测区内凝灰岩的裂隙、节理发育 (如测点BR002)，EH-4剖面布测时，测区内冰雪刚刚消融，推测实际地质环境中凝灰岩的电阻率值偏低。从极化率来看，整体表现为矿化岩石极化率是非矿化岩石的2～6倍。而在密度方面，整个测区各类岩石的密度大致相等，差异不大。

距离测线南1 km左右的Cu-Ⅰ矿体的实际物性参数研究表明区内岩石具有如下电性特征:

1)极化率:黄铁矿＞黄铜矿＞黄铜矿化、黄铁矿化＞褐铁矿 (化)＞氧化铜矿;

2)原生矿极化率为1.0%～2.7%，而氧化矿→0;氧化矿石几乎无极化效应，不引起激电异常;

3)浸染状矿石极化率大于细脉状矿石;

4)从露头测定结果看，矿化、含矿岩体的极化率可达围岩的2～3倍，而铜矿体的极化率则高达围岩的5倍，电性差异十分明显;

5)从电阻率、极化率与岩矿石的性质看，氧化矿与围岩 (凝灰岩等)，ρ＜1500 Ω·m，η≤0.2%，呈低阻低极化特性;黄铜矿、黄铜矿化，ρ在2000～3000 Ω·m之间，η在0.8% ～1.7%之间，呈低阻高极化特征;黄铁矿、褐铁矿化、硅化岩类，ρ＞3000 Ω·m，η介于0.6% ～2.9%之间，呈高阻高极化特征。

白容矿区岩矿石物性差异明显，因此，利用EH-4大地电磁测深来定位岩体和矿体是合理、可行的。

4.2 二维定性分析与地下电性结构特征

利用EH-4数据处理过程中得到了张量阻抗，采用Swift的判别参数，就可以通过二维偏离度来评价地下电性结构近似二维的程度［8］:

其中，对于一维和二维理想构造来说，S=0，而三维介质中S＞0。一般而言，S越小，介质构造越接近二维特征，当S≤0.2～0.5时，地下介质就可以近似地看做是二维介质。

从测线剖面的二维偏离度等值线图 (图3)和三维图 (图4)显示出剖面电性结构特征:

图3 白容矿区EH-4测深剖面二维偏离度等值线图Fig.3 EH-4 two dimensional deviation contour map

1)整个区域内对应高频信息段的地下浅部构造，电性特征较为复杂。在005－007号测点，020－023号测点，013、032、036、040号测点出体现出明显的二维特性。但其余测点处，三维性较强;

图4 白容矿区EH-4测深剖面二维偏离度三维图Fig.4 Three-dimensional map of EH-4 two dimensional deviation

2)低频段数据部分测点的S＞1，显示出明显的三维特征，如测点028、013、008－010等，说明区域在深部可能存在复杂的构造地质体，相对二维构造来说偏离程度较大。

总体而言，整个区域内的二维偏离度绝大多数处于0.2～0.5的范围之内，可以看做二维构造来看待，进行二维反演解释。但是，在低频部分出现了较多的高二维偏离度的情况，说明区域内较深部位的地质结构复杂多变，初步推测与相应的岩脉分布有关。

4.3 拟二维视电阻率等值线图综合解译

EH-4大地电磁测深仪器测量所得的拟二维视电阻率等值线图能够较为快速、简单地反映地下不同地质体的电阻率分布，能够直观地提供矿化异常的形态、规模、延伸等重要信息。

通过对EH-4大地电磁测深仪器测量拟二维等值线图的分析，反映了地下存在5种截然不同的电性体 (图5a)Ⅰ－Ⅴ:Ⅰ层低电阻体 (＜50 Ω·m，平行地面分布在剖面顶部，厚约20 m;Ⅱ层低电阻体 (50～100 Ω·m)出现在剖面的东段中浅部高程4000 m以上地区以及地表浅层;Ⅲ层中等阻值体(200～600 Ω·m)，为等值线的主体部分，分布在测线的中下部;Ⅳ高电阻体 (700～1000 Ω·m)，位于测线右下角。Ⅴ物性层 (100～200 Ω·m)为分布在Ⅲ层中等阻值体中间及接触带的低阻体。根据拟二维等值线图中所显示的电阻率大小，结合区域内岩石物性参数的测定以及相邻矿体的岩石电阻率研究，综合斑岩铜矿的蚀变和矿化特征和研究区地质资料和地质剖面综合研究，对拟二维等值线图进行综合解译，绘制综合解译图 (图5b)。

1)推测Ⅳ高阻体可能是隐伏二长花岗斑岩，Ⅲ层中等电阻体为石英二长斑岩体。Ⅱ层低电阻体为 (K2－E1)d典中组凝灰岩;Ⅰ层低电阻体为坡积物和冰蹟层。石英二长斑岩体、凝灰岩地表均有出露，已证实;隐伏二长花岗斑岩体是否存在，需要进一步验证。

2)Ⅴ层低阻体共有三处，在Ⅲ层中等电阻值体石英二长斑岩体顶部，两处低电阻率异常呈漏斗状，具有向上发散、向下收敛的特点，推测为与火山热液有关的Cu、Mo矿 (体)化;在Ⅲ层中等阻值体石英二长斑岩体中部，中－低电阻率异常呈等轴状，具有面积型分布的特点，推测为斑岩型Cu、Mo矿 (体)化，需进一步钻探验证。(3)参照测线上所采集的标本，在BR003(测线300 m处)、BR007(测线 900 m 处)，BR010(测线1050 m处)处野外均看到了大量的绿泥石化、绿帘石化，而通过薄片的镜下观察，也都发现有大量的绢云母化蚀变，这与我们所圈定的矿化异常体位置正好吻合，而且绿泥石化最强烈的BR007处正好与所圈定的最大矿化异常对应，故可以合理推测地下存在着未出露的钾硅酸盐化带，以及铜钼矿化。