瞬变电磁测深在小秦岭大湖金钼矿床深部找矿中的应用

孙保花 牛树银 王杏村 孙爱群 王社全 高 凯 丁留伟

(1.石家庄经济学院，河北 石家庄 050031；2.河南省地质矿产勘查开发局第一地质矿产调查院，河南 洛阳 471023)

1 区域地质概况

小秦岭金矿田处于华北地台南缘华熊隆起的中西部[1-2]，范围西起陕西省华山，东至河南省灵宝-朱阳盆地西北边缘，其北为由太要断裂分开的汾渭地堑，其南由铁炉子一栾川断裂与秦岭造山带相接。区内出露的地层主要为太古宙太华群的中高级变质岩，岩性主要为观音堂组的石英岩、黑云斜长片麻岩、斜长角闪岩等；焕池峪组的灰白色大理岩。杨砦峪组灰色片麻岩。四范沟组的片麻状二长花岗岩、片麻状花岗闪长岩及片麻状似斑状二长岩。部分地区区域变质、混合岩化作用强烈，可形成条带状混合岩、斜长角闪片麻岩、斜长角闪岩(见图1)。

区内岩浆活动频繁，岩浆岩发育。主要有阜平期的基性—中酸性火山喷出岩和花岗岩体；五台期的花岗伟晶岩脉；早元古宙的桂家峪花岗岩序列侵入体；中元古宙的小河花岗岩序列侵入体；加里东期的辉绿岩脉、闪长岩脉及杨砦峪二长花岗岩体；印支期的正长斑岩脉；燕山期的辉绿岩脉、文峪花岗岩体、娘娘山花岗岩体、花岗斑岩脉[3]。其中晚燕山期花岗岩浆活动与本区金矿关系密切。

小秦岭台穹总体为一近东西向展布的复背斜，西起陕西提峪，东至河南娘娘山，长约100km，宽约10～20km，自北向南由五里村背斜、七树坪向形、老鸦岔(主)背斜、庙沟向形、上杨砦背斜等次级褶皱组成。根据区域构造研究和同位素年龄资料分析，褶皱形变的主要时期为太古宙末。台穹周边及内部发育一系列韧-脆性断裂，并且具有多期次活动的特点，早期以韧性变形为主，晚期多表现出脆性变形的特点[4-5]，按走向可分为近东西向断裂、北西向断裂、北东和近南北向四组，其中近东西断裂是本区的主要控矿构造，其次为北西向断裂。

2 矿区地质概况

大湖金钼矿床位于小秦岭金矿田北矿带，矿区出露地层主要为太古宙太华群杨砦峪组灰色片麻岩和四范沟片麻状花岗岩，为单斜地层组。矿区岩浆活动频繁,主要有花岗伟晶岩、辉绿岩、辉绿扮岩、花岗斑岩、长英岩脉和含金、石英脉等基性-酸性侵入岩[3]。

矿区内褶皱构造不发育，断裂构造十分发育，自北向南依次出露F1，F8，F7，F35，F5，F6， 总体近于平行排列， 按产状可划分为近东西向、北西-北北西向、北东向和近南北向四组[1]，以近东西向最为发育，该方向的断裂也是大湖矿区金钼矿最主要的控矿断裂。沿断裂的走向和倾斜方向，有交汇复合、波状起伏、膨大收缩等复杂变化。各断裂具有多期活动的特点，早期具韧性剪切变形特征，力学性质属于压扭性，形成糜棱岩系列岩石。中期具韧-脆性变形特征，晚期为脆性变形，以正向滑移为主，略具左行平移特征，力学性质属于张扭性，形成碎裂岩并改造早期的糜棱岩。其中F5是矿区内金钼矿最主要的控矿构造,带内先后充填有辉绿岩、正长斑岩、含金石英脉等脉岩。

图1 河南小秦岭地区地质矿产略图[3]

3 矿床地质特征

3.1 金矿床地质特征

F5含金构造蚀变带是大湖矿区最主要的含金构造蚀变带，矿区内出露走向长度2.2km，宽数十一150余米，具东宽西窄之势。最大出露标高为1030m，最低标高648m，高差382m。此构造在2线与F6交汇复合归并为一条，大湖河西明显变窄。12线以东与F1呈复合关系。走向上膨胀狭缩相间出现。该含金构造蚀变带中目前共圈出18个矿体，其中19号最大，为矿区主矿体，也是F5中唯一出露于地表的矿体，矿体走向近东西，北倾，平均倾角32.5°。

矿体浅部以石英脉型金矿为主，向深部逐渐过渡为构造蚀变岩型金矿中间存在过渡类型。其中石英脉型金矿脉严格受含矿断裂带控制，为单脉充填型矿化，常具有块状、浸染状、稠密浸染状、团块状,细脉状等构造。矿石矿物以黄铁矿为主，方铅矿、黄铜矿少量，金属硫化物含量较高约为5%～15%，围岩蚀变主要为黄铁矿化、硅化、绢云母化、碳酸盐化；矿石化学成分富Si贫K；矿石品位较高，可达数十甚至数百g/t。构造蚀变岩型金矿也主要受构造控制，矿脉赋存在构造破碎带内的碎裂岩或糜棱岩中，矿石具有网脉状、侵染状构造，矿石矿物主要为黄铁矿，有时含有少量黄铜矿，金属硫化物的含量较少，一般低于5%，脉石矿物种类较多，主要为石英、钾长石、斜长石，次为角闪石、绢云母；矿石化学成分具有富K贫Si的特点；矿石的品位较低，多小于10g/t。

3.2 钼矿体特征

矿区目前共圈定钼矿体10个，主要赋存F5、S35构造带中，钼矿围岩蚀变有钾长石化、硅化、绢云母化、碳酸盐化[6],钾长石化使得围岩中的斜长石绝大部分被交代为具有格子双晶的钾长石，少数斜长石保留原斜长石聚片双晶。矿石中主要矿石矿物为辉钼矿、黄铁矿、黄铜矿、方铅矿，脉石矿物主要有石英、钾长石、绢云母、碳酸盐等。在矿体的中间部位辉钼矿多呈自形一半自形粒状、团块状或脉状集合体分布于乳白色石英脉中，在矿体的边缘或歼灭部位辉钼矿常呈粉末状、薄膜状分布于破碎的石英脉裂隙中。

4 矿区内岩矿石电性特征

4.1 激电特性

大湖矿区金钼矿石大体分为三种类型：①少硫化物金矿石：硫化物主要为黄铁矿，有时含有Cu、Pb、Zn或W、Mo等硫化物。这种矿石多见于复石英脉或石英脉型热液矿床，其激电效应较弱。②多硫化物金矿石：此类矿石的特点是黄铁矿很多，金呈显微包体状态赋存于硫化物中，其激电效应较强。③多金属硫化物矿石：此种矿石除金之外，有时有Cu、CuPb或PbAg，硫化物含量可达10%或10～20%。自然金除与黄铁矿关系密切外，还与Cu、Pb矿物密切共生，多为高中温热液矿床，多金属硫化物矿石的激电效应最强。小秦岭地区以往测定统计的各类岩矿石电性参数见表1。

表1中极化率(ηs)值大小表示岩、矿石激发极化特性强弱。分析表中所列露头ηs值可以看出，有开采价值的金(钼)矿带ηs值最高，随矿带含多金属硫化物的多少，在1.62%～93.16%之间变化，算术平均值高达19.82%;无矿化或弱矿化的石英脉ηs值较低，随矿化强弱在0.21%～5.00%之间变化，算术平均值 3.14%；无矿构造带(或构造岩)、混合花岗岩等各类围岩 ηs(平均)值最低，为 0.8%～4.38%。 标本(岩心)测定的个别条带状混合花岗岩、灰绿岩、斜长角闪片麻岩、斜长角闪岩ηs较高(13.75%～54.5%)的原因是多金属矿化或含铁磁性矿物较多，在天然状态下这些岩石的ηs值一般明显低于金矿石。各类岩矿石岩心标本测定的ηs值普遍大于露头上的测定值，这主要是由于地表出露岩矿石多被风化淋滤，使其硫化物氧化或含量减少所致。但二者之间总的激电效应趋势基本一致。

岩矿石物性测定结果表明，金钼矿体与围岩间有明显的激电特性差异，故在该区用激发极化法(激电测深)圈定含金硫化物矿化带和含金硫化物富集带具有良好的(激电)物性前提。

4.2 导电性

根据野外地质情况，邻近矿体的糜棱岩、碎裂岩等构造岩由于含水电阻率值较低，构造岩电阻率(ρs)算术平均值为 72～245.2Ω·m，主要赋矿围岩—混合花岗岩(条带状混合花岗岩)及辉绿岩、伟晶岩等电阻率值较高，其电阻率(ρs)算术平均值为429～2286Ω·m。 矿带中的石英脉，当厚而完整且弱矿化时，为高阻特征，当破碎强矿化时为低阻特征，其 ρs值在 9.9～9152Ω·m 之间变化。由以上可知，含矿构造带、矿体与各类赋矿围岩之间存在明显电阻率差异，在小秦岭地区具备利用电法(对称四极电测深、瞬变电磁测深等)寻找含矿构造带及矿体的地球物理前提。

表1 各类岩矿石电性参数

5 工作方法简介

5.1 测线、测点布设方法

瞬变电磁测量剖面布设工作根据野外地形情况，采用手持GPS布设测点，点距40m。野外作业时，注意明显地形地物标志，及时修正点位，遇地形较陡，应使用罗盘测量坡角，加以修正。剖面端点用GPS测定。

5.2 仪器设备及性能

本测区瞬变电磁测深测量仪器为加拿大Geonics公司研制的PROTEM67型瞬变电磁仪，该仪器由发射机和PROTEM数字接收机组成，接收机具有24位瞬时分辨率、29位系统分辨率、270Hz带宽、微秒级的30个采样门和XYZ三分量同时观测等特点，自动采集磁场垂直分量dB。供电电源采用10KW的本田发电机，发射框采用大电流专用电缆(30 根)。

5.3 野外工作装置及工作方法

野外根据以往在该区开展的工作经验和实地地质条件，瞬变电磁测深观测方法为大定源方式，发射框为900m×900m的正方形框，观测网度为100m×40m(局部异常地段点距加密至20m)。测量时发射框不动，接收机在框内沿测线、测点依次移动。观测参数为磁场变化率(dB/dT)。

6 资料分析与地质解释

已有的研究成果表明，小秦岭地区深部成矿带的瞬变电磁异常对应为深部高阻层中的低阻区域，亦即深部成矿区往往与深部高阻区段内锯齿状跳跃异常的齿间凹陷区对应。根据上述研究成果，在本次物探工作的瞬变电磁测深断面图以ηs=8%圈出了3个深部找矿靶区，编号为B3，B4，B5。将这些成矿有利地段投影到平面图上，可以看出其主要集中在瞬变电磁测区的中南部(见图2),B3靶区平面投影形态呈不规则带状，面积约0.6km2，空间标高约在-600到-200m，靶区重心标高-400m；B4靶区平面投影形态呈条状，面积约1.7km2，空间标高约在-600到-100m，靶区重心标高-340m；B5靶区平面投影形形态呈不规则带状，面积约0.8km2，空间标高约在-500到-200m，靶区重心标高-350m。

为了研究异常体在地下的展布情况，在通过B3、B4、B5常的0号线切出一条剖面，其视极化率和视电阻率断面等值线异常分布图3所示。

依据图3中视极化率异常分布图并结合视电阻率断面等值线图可知，在0剖面存在两处高视极化率异常体，分别编号为0-Ⅰ和0-Ⅱ,其中0-Ⅰ号异常体近于竖直，标高从-50～-600m，0-Ⅱ异常体向北倾，倾角约为40°，与本区的控矿构造和矿体的平均倾角32.5°相近，标高从-100～-450m。

图2 小秦岭地区金矿深部验证物探工作推断解释图

由浅部坑探和钻探资料分析，测区内的主要控矿构造为F1和F5，二者近于平行，走向近东西，北倾，平均倾角32.5°，其中F5的空间延伸距离最大，控制区内的主矿体；F1与之近平行，控制区内部分矿体，矿体的连续性较差。前人将这种控矿特征概括为“一街五巷三层楼”的控矿模型，其中“一街”为主结构面；“五巷”为与其平行的同序次次级剪切带，可以是五条，也可以更多[1]，因此深部矿体可能为单层矿体或彼此近于平行的多层矿体。

图3 0线视极化率和视电阻率等值线剖面图

根据本次的工作成果并结合前人总结的控矿模型，初步推断为0-Ⅰ号异常反映的是多层矿体相互平行展布；0-Ⅱ号异常反映的是单层矿体。为验证该推断结论，在0线异常的相应位置分别布置钻孔ZK1 和 ZK5(图 2)。 其中 ZK1 分别于孔深-167.93～-170.43m、-341.18～-344.33m、-350.25～354.59 见到 3 层金矿， 在-280.38～-284.09m 处见一层钼矿；ZK5 分别于-370.82～-377.34m、-385.13～-389.99m、-394.98～-396.69m、-400.59～-409.2m、-436.21～-445.57m、-463.62～-465.82m、-521.23～-522.53m、-587.75～-589.18m、-607.09～-607.92m 见 到 9 层钼矿。了进一步查明矿体在ZK1和ZK5之间的延伸情况，后续施工了ZK3(见图 2、图 4)。

综合对比金、钼矿体的空间分布与瞬变电磁异常的关系，可以看出金、钼矿体主要分布在高视极化率低视电阻率异常区，多层矿体临近时形成的异常连成片，形成较宽的带状异常。从图4中还可以看出在金矿体和钼矿体的前缘尖灭部位多存在近圆状视极化率低值异常，结合浅部探采工程中矿体的矿化及围岩蚀变特征推断这种现象由于金、钼矿体往往赋存在石英脉中，当石英脉发生黄铁矿化、辉钼矿化时表现出低阻高极化率的特点，形成异常，而在矿体前缘尖灭部位的石英脉未受到矿化影响而表现出比围岩更低的视极化率。此外，在钼矿体周围往往发生强烈的钾长石化，使围岩中的斜长石蚀变为钾长石，其钾长石的含量往往达到60%以上，致使围岩矿物成分趋于均一化，表现出低极化率的特点，若受到Mo矿化影响则表现出高极化率低电阻率的特点，在未受矿化影响的矿体前缘依然表现出低极化率的特点。

图4 0线视极化率异常剖面图及矿体剖面图

7 结论

(1)在该区根据浅部的探采工程，查明矿体的空间分布分布规律、矿石组分及电性特征，并采用瞬变电磁测深圈定出矿体和矿化体异常，查明异常体的地下空间展布，并成功指导了钻探工程的布置，取得了较好的找矿效果。

(2)在金矿体和钼矿体的前缘尖灭部位多存在近圆状视极化率低值异常，这是由于金、钼矿体往往赋存在石英脉中，当石英脉发生黄铁矿化、辉钼矿化时表现出低阻高极化率的特点，形成异常，而在矿体前缘尖灭部位的石英脉未受到矿化影响而表现出比围岩更低的视极化率。在钼矿体周围往往发生强烈的钾长石化，使围岩中的斜长石蚀变为钾长石，其钾长石的含量往往达到60%以上，致使围岩矿物成分趋于均一化，表现出低极化率的特点，若受到Mo矿化影响则表现出高极化率低电阻率的特点，在未受矿化影响的矿体前缘依然表现出低极化率的特点。

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