瞬变电磁法在红旗岭铜镍矿3号岩体勘查中的应用与研究

李 宁，张文博，刘域田，王向丽，李 冶，张 强

吉林省勘查地球物理研究院， 吉林 长春 130012

镍金属是人类紧缺资源，应用广泛而且没有替代品。需求年增长4%～5%，而供给增长只达到2%，增长困难重重。红旗岭铜镍矿是个大型镍矿，矿区隶属磐石县红旗岭镇。该矿1号含矿岩体发现于1958年，作为一个拥有50余历史的老矿山，保持矿产资源开采的持续性可谓当务之急。

吉林省勘查地球物理研究院从2007年开始参与了全国危机矿山接替资源找矿续作项目，在红旗岭铜镍矿区开展了瞬变电磁法（TEM）、可控源音频电磁法（CSAMT）、井中瞬变电磁法（DHTEM）等一系列工作，总结了一些在矿区周边强干扰环境下工作的宝贵经验。本文主要简单阐述瞬变电磁方法在3号岩体勘查中的情况。

1 矿区地质概况

1.1 大地构造位置

红旗岭铜镍矿区地处中国北方（西伯利亚—蒙古）大陆南侧陆缘构造域，华北地台东北缘之外侧，吉南开源—河龙成矿带吉黑褶皱带的东南缘，褶皱带与华北地台以北东向的辉发河断裂为界，特定的构造位置决定了本区的构造活动强烈，岩浆活动发育，具备良好的成矿环境和条件。

矿区内地层主要为下古生界寒武—奥陶系呼兰群变质岩系。矿区南端出露有中生界侏罗系砂砾岩，呈不整合覆盖于呼兰群之上。呼兰群是一套包括有片麻岩类、角闪质岩类、云母片岩类和大理岩类的变质岩系（见图1）。

1.2 控矿因素

（1）地层及岩石∶矿区内地层主要为下古生界寒武—奥陶系呼兰群变质岩系。矿区南端出露有中生界侏罗系砂砾岩，呈不整合覆盖于呼兰群之上。呼兰群是一套包括有片麻岩类、角闪质岩类、云母片岩类和大理岩类的变质岩系。

（2）矿区岩浆岩∶矿区岩浆活动频繁，由基性—超基性至中、酸性岩均有出露，约占矿区面积1/2。其中海西期花岗岩类是区域最强烈的岩浆活动，但在矿区出露比较少，分布在东西两侧。岩性以黑云母花岗岩为主，其次为斑状花岗岩，呈岩基状产出。与硫化铜镍矿床成矿有关的基性—超基性岩体形成于加里东、海西和燕山期三个岩浆构造旋回。

（3） 矿区构造∶矿区构造以断裂为主，褶皱构造不甚发育。位于红旗岭矿区南侧的辉发河北东向壳源深大断裂是区域内最主要的断裂带，延长达数百千米。该深大断裂诱导出的北西向断裂，为矿区重要的控岩控矿构造，也是主要的导矿和容矿构造。而区内北东向断裂不很发育，局部对北西向断裂或基性-超基性岩体起破坏作用，一般错距不大。它们构成红旗岭矿区构造轮廓的基本格架。

2 3号岩体概况

3号岩体（斜方辉岩型）位于1号岩体的南西侧，侵位于近南北向的扭性断裂内1、2号岩体之间，岩体平面呈长尾巴的蝌蚪状，。岩体北东侧围岩为黑云母片麻岩及角闪片岩，南西侧为花岗片麻岩及石英片麻岩。

岩体走向北西，地表出露为两个岩体，西北侧的新3号小岩体由控制3号岩体的扭性断裂的次一级“人字形”张性裂隙控制。经钻探控制，在某些地段于230～150m标高处相连，相连处围岩捕虏体较多。剖面上呈陡直的岩墙状，东侧稍向北东倾斜，西侧倾向SW∠70°～80°。岩体长2 500m，其北部最宽达500m以上，向南变窄为40～50m左右，并倾没于围岩中。岩体分异较差，略具侧分异现象。自西向东可划分为辉长岩相、辉长-苏长岩相、含长角闪二辉岩相、古铜辉岩相。各岩相之间没有明显的界线。西部辉长岩蚀变较强，向东变弱。以次闪石化为主，绿泥石化次之。岩体内脉岩种类较多，岩体中已发现有较高品位矿化，矿体以脉状为主。见矿厚13m、延长几十米、呈不规则囊状，显示成矿作用相对较弱。

3号岩体具有良好的成矿构造环境，处于NW向和NE向二组断裂的交汇处，NW向断裂为小岭子—赵家沟断裂的北兴隆断裂区段的SW侧，NE向断裂为一条糜棱岩化的韧性剪切带，对3号岩体的侵入及演化和发展起到决定性作用，因而具有导矿和容矿的良好通道和空间。

3号岩体位于矿区Ⅰ岩带的中部，1号岩体西侧，侵位于寒武—奥陶系黄莺屯组黑云母片麻岩夹角闪片麻岩、花岗质片麻岩（局部大理岩）中，岩体走向350°，东侧向东倾，西侧向西倾，倾角70°～80°。出露地表的岩体有两部分，为老3和新3号岩体，在150m标高合成一个岩体。岩体平面呈长尾巴的蝌蚪状，总长2 500m。其头部主轴向近于南北，自3线往南逐渐变窄，形成40～50m宽的狭长脉状岩墙，岩体长∶深∶宽约为9∶4∶1。近地表与镍矿体化有关岩石为橄榄二辉岩和苏长岩脉岩相，深部与镍矿化有关的岩石为蚀变角闪辉岩。

3 瞬变电磁工作

红旗岭铜镍硫化物矿床基本特征及其赋存规律可以推论∶上地幔的拉斑玄武岩浆在构造动力驱动下,沿深(大)断裂侵入地壳深部的某一部位(包括深部岩浆房及岩浆室),伴随压力下降、温度降低及物理化学条件变化,首先晶出橄榄石、磁铁矿,使熔浆中MgO、FeO含量降低,Al2O3、CaO、SiO2相对增加(可能因同化围岩而增加其它物质),从而降低了金属硫化物的溶解度;当熔体中硫离子和金属离子的浓度乘积大于硫化物的溶解度时产生熔离作用,金属硫化物呈不混溶状态从熔体中熔离出来。最初熔离出来的金属硫化物熔体呈“珠球”状,并逐渐沉降至岩浆房或岩浆室底部或中下部。岩浆深部熔离作用比岩浆就地熔离作用显得更为重要。而深部深部熔离型矿床是TEM找矿主要目标。

3.1 3号岩体地球物理特征

从红旗岭地区主要岩矿石电参数测定结果可以看出，含矿岩体一般在n×10～300 Ω.m，岩体与围岩电阻率无太大的差异，围岩和矿石之间电阻率区别明显，差别在2个数量级以上，用电磁法可以分别出来。而在岩矿石中影响物性电参数的主要矿物为金属硫化物（矿体）、磁黄铁矿和镍黄铁矿以及断层和破碎带都是呈现低阻。但是金属硫化物的极化效应对瞬变电磁（TEM）的低阻体响应有一定负面影响。

3.2 测量装置及工作参数

地面瞬变电磁（TEM）采用定源大回线装置，供电回线为1 000m×1 000m，网度100m×50m，使用加拿大PROTEM-67仪器，采集数据为X、Y、Z三个分量的电磁响应值、频率6.25 Hz、供电电流16 A、采集时窗为30个门、延迟时间为0 μs（见图2）。

3.3 异常解释推断

瞬变电磁数据质量总体较好，但浅部和部分最后段干扰较强，这是在老矿山周边工作难以克服的，但可以作人工手动平滑等改正。晚期道低频（可能是50 Hz高次谐波）干扰明显，由于无后段约束,改正有点难，随意性大。采用多线平均数据来消除干扰效果比较明显。

2007年在3#岩体工区开展了地面瞬变电磁（TEM）大回线工作成果（图3），其中四号异常在深度-900m以下 在Ⅳ～Ⅶ线1200～1400点处分布有ρτ低阻异常（图4）。

图1 瞬变电磁（TEM）定源大回线工作装置示意图Fig.1 Schematic diagram of working device of TEM fi xed power large loop

图2 红旗岭镍矿3#岩体工区ρτ异常平面示意图Fig.2 Schematic diagram of ρτ anomaly plane of 3# rockmass work area in Hongqiling nickelmine

低阻异常两端略窄，中间较宽，呈枣核状分布。在断面图上异常呈条带状分布，异常中段有膨缩现象，埋深在-650～-1 300m之间，视电阻率极值＜10 Ω.m，经过综合研究认为异常是由矿化岩体引起的。在2007年9月14日提交的《四号异常钻探验证建议》中，设计钻孔位于Ⅵ线1400点，坐标X∶4 750 970.76，Y∶42 533 893.41，方位角230°，顶角6.37°。

图4内所示ZK08设计为依据地面瞬变电磁（TEM）工作阶段性成果布置的钻孔，ZK0802为实际见矿孔位(勘探线和TEM测线不一致)。

图3 红旗岭镍矿3#岩体工区Ⅵ剖面ZK08设计孔、ZK0802见矿孔及ρτ断面图Fig.3 Pro fi le VI ZK08 design hole, ZK0802 ore hole and ρτ section of 3# rockmass work area in Hongqiling nickelmine

4 结语

2007年瞬变电磁法（TEM）工作的主要成果是在高阻体下发现低阻异常体。从方法上讲瞬变电磁法（TEM）应属于间接找矿的地球物理方法，事实上在该区起到了直接找矿的作用。

基于危机矿山项目的特性，我们的主要目标是500m以下的深层矿体，探测深度较大的瞬变电磁法（TEM）以及可控源音频大地电磁法（TEM）等新兴电磁法便成了实现深部突破的行之有效的办法。然而矿区处于正常开采状态，源源不断产生经济效益，强电磁干扰几乎无法避免，无疑会大大影响数据采集质量。如何能规避干扰，更好的在危机矿山地区开展勘探工作仍然是需要深入探讨和总结的课题。

[1] 吉林省地质矿产开发局.吉林省区域地质志[M].北京：地质出版社，1988.