新疆拉伊克勒克斑岩铜矿3D电性结构与找矿指示

邵陆森，孟贵祥，邓 震，张亚伟，耿兴涛

(1. 中国地质科学院矿产资源研究所，北京 100037；2. 河北省地矿局石家庄综合地质大队，河北石家庄 050081)



新疆拉伊克勒克斑岩铜矿3D电性结构与找矿指示

邵陆森1，孟贵祥1，邓 震1，张亚伟1，耿兴涛2

(1. 中国地质科学院矿产资源研究所，北京 100037；2. 河北省地矿局石家庄综合地质大队，河北石家庄 050081)

拉伊克勒克铜矿是最近在新疆东准噶尔地区发现的斑岩型铜多金属矿床，矿区地表为较厚的第四系覆盖，矿体主要赋存在隐伏英云闪长岩中，确定岩体的范围和三维形态是寻找矿体的关键环节。为了查明拉伊克勒克深部隐伏岩体的空间特征，为下一步勘探工作提供参考依据，在矿区进行了AMT探测，经过数据处理及反演得到了9条电阻率拟二维断面图。反演结果表明，拉伊克勒克深部隐伏岩体与上覆地层电阻率差异明显，呈现高阻特征；岩体外层的中阻层为找矿有利位置。通过对电阻率值进行3D克里金插值及可视化显示，建立了云英闪长岩体的3D电阻率模型，刻画了岩体的顶界面位置，揭示了岩体在深部的展布形态，为矿区下一步的找矿工作提供了参考依据。

AMT探测 3D电性结构 深部隐伏岩体 三维可视化

Shao Lu-sen, Meng Gui-xiang, Deng Zhen, Zhang Ya-wei, Geng Xing-tao. 3D electrical structure and prospecting indicators of the porphyry copper deposit in Layikeleke, Xinjiang [J]. Geology and Exploration, 2015, 51(5):0953-0963.

1 引言

深部隐伏矿找矿是资源勘查的重要方向。基于现代地质成矿理论，矿床的形成多与构造—岩浆活动密切相关，探索和查明成矿、控矿构造和侵入岩体的空间活动轨迹及形态对隐伏矿体定位预测评价意义重大。近二三十年来，勘查技术的进步使得发现1000m～2000m深度以内的矿产资源成为可能，国内外利用地震测深技术、电磁测深技术在许多领域，尤其在深部隐伏矿找矿领域取得了显著的效果。随着深部找矿的发展，电磁探测方法在金属矿勘探方面发挥着不可替代的作用，为寻找深部隐伏岩体、构造复杂区的矿床提供了大量的电性信息，丰富了地下地质体的信息，在深部找矿工作中发挥着重要的作用。

自上世纪八十年代中期以来，电磁测深技术在我国开始推广应用。目前，电磁测深技术作为进行深部电性—地质界面探测的新方法技术，在我国已经实践应用研究有30多年。当前，主要的电磁测深方法有大地电磁测深法(MT—主要用于岩石圈深部探测)、音频大地电磁测深法(AMT)、可控源音频大地电磁测深法(CSAMT)、双源高频大地电磁测深(EH4或HAMT—主要用于浅部电性结构探测)、复电阻率测深(SIP或CR法—浅部电性结构，可获取视电阻率及视幅频率两个主要参数)及瞬变电磁法等。

拉伊克勒克隐伏斑岩矿床位于琼河坝地区，本区研究程度还较低, 前人针对琼河坝地区先前发现的桑德乌兰斑岩铜矿成矿地质背景、矿床地质地球化学特征、成矿时代、矿床成因机理及成矿远景评价作了一些研究与讨论( 陈仁义等，1995；王晓地等， 2006)。近几年陆续发现了蒙西(屈迅等，2009，2010；梁广林等，2010；肖鸿等，2010；张永等，2010)和尔赛(程松林等，2010；杜世俊等，2010)、铜华岭(郭丽爽等，2009)等斑岩型矿床。吕博等(2014)经过Re-Os同位素年龄测定进一步确定了拉伊克勒克隐伏斑岩矿床的形成时代，丰富了本区的地质背景及成矿时代信息。但琼河坝地区第四系覆盖严重，地表露头找矿面临巨大困难，因此，在该区开展地球物理探测获取深部地质信息是极为迫切的需求。

2011年以来，笔者所在团队在前人工作的基础上，通过综合地球物理方法在拉伊克勒克地区发现了呈NW向展布的带状极化率异常。经钻探验证，该异常为覆盖层之下主体为英云闪长岩的斑岩型矿体。截止2014年底，已经控制的铜(钼)资源已经达到大型，随着勘探工作的进一步深入，矿床规模有望进一步扩大。拉伊克勒克矿床属于岩浆热液型铁-铜多金属矿床，其平面范围主要通过极化率异常(隐伏斑岩型铜矿)所圈定。为了进一步圈定英云闪长岩体的空间分布，特别是三维分布特征，我们采用音频大地电磁法对矿区进行了面积性的探测。研究给出了AMT 法探测的结果及依据AMT 数据建立的岩体3D 电性结构模型，确定了隐伏岩体的空间形态，为矿区深部找矿提供参考依据。

2 区域地质背景

琼河坝地区构造上处于哈萨克斯坦-准噶尔板块、准噶尔微板块、谢米斯台-库兰卡兹干-纸房古生代复合岛弧带(董连慧等，2009,2010)，南与三塘湖-淖毛湖中新生代沉积盆地相邻。成矿带属准噶尔成矿区-谢米斯台-库兰卡孜干-琼河坝金、铜稀有金属成矿带东部-琼河坝铁、金、铜成矿带。区内地层由老到新如下：奥陶系荒草坡群、下泥盆统托让格库都克组、中泥盆统北塔山组、下石炭统黑山头组、姜巴斯套组、那林卡拉组、下二叠统卡拉岗组、中侏罗统西山窑组、新近系葡萄沟组及第四系松散堆积物。

区域内构造复杂，断裂、褶皱及火山机构均较发育。总体构造线方向为NW-SE向。区域上，研究区属于额仁山复背斜的一部分，次级构造为琼河坝断褶束和北部巴勒干廷哈尔山前断褶束。区内紧闭褶皱和走向断裂均较发育，主构造线方向为NW-NWW，均以压扭性断裂为主，多具向南逆冲推覆特征。区内岩层均变质微弱，以区域浅变质为主，韧性剪切变形变质为次。

琼河坝地区侵入岩分布较广泛，主体为加里东晚期的晚志留-早泥盆侵入岩，从基性到酸性岩均有(图1)，大多为浅成岩，中部为花岗岩岩基。中泥盆世和晚二叠世侵入岩零星发育，其中中晚志留世、早石炭世岩浆活动与区内成矿关系密切。北部侵入岩分布较为广泛，尤其在琼北铜矿化点以北区域，侵入岩面积约占30%，南部侵入岩主要分布在和尔赛铜矿以及赛北铜矿化点一带。研究区地表出露较少，主要以南部和尔赛-铜华岭花岗岩类复式岩体为代表，岩性较简单，根据岩性和相互关系分为4个侵入期次。除主岩体外，矿床内脉岩也普遍发育，从和英云闪长岩的关系看，可分成两个世代：①早于英云闪长岩的细粒斑状黑云母二长花岗岩，侵入于托让格库都克组一段安山质凝灰岩中，经受了较强的热液蚀变，表明其形成于矿化蚀变的英云闪长岩之前；②晚于英云闪长岩的脉岩，侵入于英云闪长岩之中，无英云闪长岩之中的蚀变特征，其岩石类型较复杂，有闪长玢岩、辉绿岩、花岗闪长斑岩、钾长花岗岩脉、石英脉等。

3 矿床地质特征

拉伊克勒克隐伏斑岩矿床位于新疆东准东部伊吾县淖毛湖北山地区，赋矿岩体为隐伏岩体，被第四系覆盖(图2)。其分布范围目前仅通过极化率异常走向、有限的钻孔进行了初步控制，矿化体由侵入于下泥盆统托让格库都克组的蚀变英云闪长岩所组成。拉伊克勒克英云闪长岩中的矿化元素目前初步确定的有铜、钼、金、铅、锌等，在目前所实施的8个钻孔岩芯中均有不同程度显示，但能够圈定出独立矿体的主要是铜和钼，目前确定铜的矿化基本仅以黄铜矿的形式出现，钼的矿化仅以辉钼矿的形式显示。

岩石具有广泛和较强的热液蚀变作用。晚期热液对原岩的改造经历了早期钾化-绢云母化-绢英岩化-硅化的过程。铜(钼)矿化的形成和分布与英云闪长岩的蚀变作用关系非常密切，在未蚀变的岩石中没有铜(钼)矿化的任何显示，甚至见不到黄铁矿的出现。黄铜矿的出现明显伴随着上述蚀变作用的演化而发展，在早期黑云母化阶段，基本仅显示有磁铁矿的出现，随着绢云母化的发育，黄铁矿开始较多出现，而黄铜矿开始形成是在绢云母化的中-晚期，较多出现是在绢云母-铁白云母化大量发育阶段，当蚀变作用发展到绢英岩化阶段，黄铜矿伴随黄铁矿一起达到高度富集。铁白云母化-绢英岩化阶段是黄铜矿最为重要富集时期，铜矿体主要由这类蚀变岩石组合构成。晚期硅化阶段也是铜-钼重要的成矿时期，黄铜矿在一些硅化强烈发育地段大量富集形成富矿体，在其更晚形成的石英脉中，黄铜矿和辉钼矿往往以粗晶出现，黄铜矿和辉钼矿的数量有时超过黄铁矿，但由于数量较少，相对绢英岩化阶段的成矿意义要小一些。

图1 琼河坝地区地质概要图(据吕博等，2014改绘)Fig.1 Sketch geological map of the Qiongheba area (modified after Lu et al.,2014)1-第四系；2-侏罗系；3-二叠系；4-石炭系；5-泥盆-志留系；6-奥陶系；7-二叠纪侵入岩；8-石炭纪侵入岩；9-泥盆-志留纪侵入 岩；10-矿点；11-地质界线；12-断层；13-国界；14-研究区1-Quatermary; 2-Jurassic;3-Permian; 4-Carboniferous; 5-Devonian-Silurian; 6-Ordovician; 7-Permian intrusive rocks; 8-Carboniferous intru sive rocks; 9-Devonian-Silurian intrusive rocks; 10-ore deposit; 11-geological boundary; 12-fault; 13-national border; 14-research area

图2 拉伊克勒克矿区地质、激电异常及测线位置图Fig.2 Map showing geology, induce polarize anomalies and survey line location in Layikeleke district1-第四系；2-石炭系下统姜巴斯套组；3-泥盆系中统北塔山组中段；4-泥盆系下统托让格库都克组下段；5-英云闪长岩；6-细粒斑状英云闪长岩；7-化探异常区；8-ATM测线1-Quaternary; 2-Jiangbasitao Formation of Lower Carboniferous; 3-Middle segment of Beitashan Formation in Middle Devonian; 4-Middle segment of Tuoranggekuduke Formation in Lower Devonian; 5-tonalite; 6-fine-porphyritic tonalite; 7-geochemical anomaly; 8-AMT line

从赋矿岩体的岩性及结构构造特征看，拉伊克勒克英云闪长岩属于中-深成岩体，但从岩体中的蚀变及矿化特征看，和斑岩矿床又基本无异。这说明，在一定的地质环境中，斑岩型矿化也可以发生在中深成的中-酸性岩体中。

4 AMT探测

4.1 方法原理

音频大地电磁法以天然场作为场源，观测频率范围在10-1Hz～104Hz之间。通过在时间域观测相互正交的电场分量( Ex ，Ey ) 和磁场分量( Hx ，Hy )，求得相应频率所对应深度处的电阻率值，从而达到探测地下地质体电性结构的目的。TE和TM模式下的电阻率计算公式定义如下：

其中f为频率，单位是(Hz)；ρ为电阻率，单位为(Ω·m)；E为电场强度，单位(mV/km)；H是磁场强度，单位是(nT)。

电磁波场强振幅衰减到表面处1/e的深度，称为集肤深度。公式表达为：

；

通常情况下，我们用把电磁波能量衰减到原来的50%时的传播深度定义为勘探深度。公式为：

其中，ρ为电阻率，单位是(Ω·m)；T是周期，单位是(s)；f是频率，单位是(Hz)。由上式可知，电阻率一定时，电磁波的频率高→分辨能力高，同时衰减的越快，勘探深度小；频率一定时，导电性能越好(ρ越小) →分辨能力高，衰减的越快，勘探深度小。

4.2 测线布置

根据矿区激电异常形态及范围，工区共布设AMT剖面9条(图2)，每条测线长1.6km，方位为NE30°，由西向东编号为222～242，其中两侧间距为200m，中间部分测线间距为100m。本次AMT 数据采集使用的是Geometrics 和EMI公司研制的EH4连续电导率剖面仪。受地形等条件限制，测点距40m～50m不等。采集频率为12.6Hz～96kHz 之间的40 个频点。滤波频率设为50Hz。

4.3 数据处理和反演

AMT法与大地电磁测深有着相同的数据处理和反演方法。AMT数据处理和反演采用IMAGE数据预软件和Bostick法(Bostick，1977)。首先通过傅立叶变换，将时间域采集的电磁信号变换至频率域,转换为电磁信号的实分量、虚分量功率谱,生成阻抗文件(Z_file)。在反演前对每个测点的数据进行曲线平滑去噪和静校正处理。无干扰测深曲线为连续光滑曲线，但实际采集中因噪声干扰会使频点产生跳变，因此，在处理过程中在保持曲线形态不变的前提下对曲线中的“飞点”进行手动删除和圆滑(图3)。

静态效应是由近地表的电性横向不均匀性或地形起伏引起的，测点曲线上表现为视电阻率曲线沿电阻率轴上下平移，但相位曲线不变。静态效应会在推断深度时引起较大误差，并使构造的解释复杂化。本文采用空间滤波法,通过空间域的低通滤波求得区域性的电阻率分布，然后平移各点曲线，使电阻率曲线前支和低通滤波后的电阻率一致，达到消除静态效应的目的。

数据使用Bostick方法进行反演，并对不同的圆滑因子的结果进行了对比。图4中分别选择了圆滑因子C=0.2(图4a)、C=0.5(图4b)和C=1(图4c)进行反演，结果表明圆滑因子为1时，平滑系数过大二维断面信息丢失过多；圆滑因子为0.2时，平滑系数较小二维断面单点异常信息过于丰富；而圆滑因子为0.5时，二维拟断面图既能反映地下电性信息，又能够最大程度削弱单点异常影响。因此我们选择C=0.5时的电阻率拟二维断面图反演结果进行反演解释。

5 AMT反演结果解释

5.1 岩石物性特征

岩石物性特征是地球物理反演解释的基础。表1是研究区的岩石物性数据。从表1中可以看出，地层电阻率值较低，矿化岩体(例如黄铁矿化二长花岗岩)相对岩体而言电阻率较低，闪长岩体电阻率值较高。三者电阻率差异比较明显，这为AMT探测提供了良好的基础。

图3 L222-28点测深曲线编辑前后效果图Fig.3 Comparison of sounding curves at site L222-28 before and after processing(a)-TE模式和TM模式原始测深曲线；(b)-TE模式和TM模式编辑后测深曲线 (a)-Raw sounding curves of TE-mode and TM-mode;(b)-Processed sounding curves of TE-mode and TM-mode

图4 L222线不同圆滑系数反演结果Fig. 4 Inversion results using different smoothing coefficients on line L222(a)-C=0.2;(b)-C=0.5;(c)-C=1.0(a)-C=0.2;(b)-C=0.5;(c)-C=1.0

5.2 AMT剖面电性结构分析

对数据进行处理和反演之后得到了9条视电阻率断面图，其电性差异明显，现以230线为例对勘探区地下电性结构特征进行分析。

图5为230线综合剖面图，给出了230线重磁以及激电中梯的结果曲线，AMT数据经二维反演得到了由地表到地下1000m深度的电性结构的断面图，其中ZK230-1、ZK230-2、ZK230-3、ZK230-4、ZK230-5显示了钻孔位置及深度，TC-2为地表探槽位置。

表1 研究区岩(矿)石物性表

230线二维反演断面图中可以看出，整体上电阻率由浅到深呈现低阻-高阻的变化趋势。其中200m以浅范围电阻率不超过50Ω·m(红色区域)，200m～600m范围显示为50Ω·m～250Ω·m的中高阻区(黄绿色区域)以及600m以下电阻率超过300Ω·m的高阻区(蓝色区域)。

测线100-1700点之间低阻区厚度基本不超过100m，测线1700-1900点之间出现较厚的低阻区，而测线2050点之后出现大范围低阻区，并且深度超过200m。经钻孔揭露，研究区覆盖层较薄，一般不超过20m，但是当地层和岩体风化、断裂或充水时，会造成岩层呈现低阻特征，这可能是导致二维断面图上浅表-100m 深度范围出现低阻的原因。其中测线1700-1900点之间出现较厚的低阻区，由图5(a)、(b)中的重磁异常曲线可以看出，该位置为高重力异常区，且该位置在图5(c)、(d)中更表现出了高极化低阻的特征，由此推断该位置为斑岩矿体的有利成矿区域。经钻孔ZK230-1、ZK230-5验证，钻孔中英云闪长岩岩体中的矿化作用主要为黄铁矿化，其中钻孔ZK230-1在181.7m～216.2m处出现低品位铜矿化，在202.7m～213.2m处为高品位铜矿化，最高达4.18%，其所在位置的视电阻率值约为100Ω·m左右。

230线二维反演断面图中200m以下呈现大范围中高阻形态，电阻率大于150Ω·m，且随深度增加电阻率值变高，经钻孔验证，研究区深部为英云闪长岩体。该区英云闪长岩体与地层之间电阻率差异明显，可以利用电性差异来圈定岩体范围。其余测线电阻率断面图(图6)也表现出与230线相似的电性特征。浅层为低阻区，电阻率值不超过100Ω·

图5 230线综合地球物理剖面图Fig.5 Comprehensive geophysical profile of line 230(a)-布格重力异常曲线；(b)-化极磁异常曲线；(c)-视极化率η和视电阻率ρ曲线；(d)-视电阻率剖面图 (a)-Bouguer gravity anomaly curve; (b)-Magnetic anomaly curve; (c)-Polarizability η and apparent resistivityρ curve;(d)-Ap parent resistivity profile

m，在剖面深部为大范围的中高阻区，为英云闪长岩体的电性特征的反应。

5.3 英云闪长岩体3D电阻率模型

对于斑岩型铜矿来说，由于其品位较低，矿化成浸染状，直接寻找矿体是比较困难的，但是矿体大多赋存于岩体之中，探测岩体的空间分布范围可以起到间接找矿的作用。本区矿体位于岩体边部，英云闪长岩体与地层之间电阻率值差异明显，为岩体的范围圈定奠定了良好的基础。

通过对典型断面的分析可知，英云闪长岩体呈现高电阻率特征，反演电阻率值>150Ω·m。为了利用电阻率值对岩体进行圈定，本文采用块克里金3D插值方法对电阻率值在-1000m深度范围内进行插值，并对3D模型进行垂直和水平切片(图7)。从图中可以看出，本区主体为高阻区，低阻覆盖层很薄，只有在测区东北部低阻区厚度较大，经钻孔验证为火山岩地层，深部为英云闪长岩体。

图6 222～242测线视电阻率断面图Fig.6 Cross sections of apparent resistivity of lines 222-242

因此，结合钻孔资料，我们提取电阻率>150Ω·m的高阻区作为英云闪长岩体的3D电阻率体的分布形态，其顶界面以黄色显示，如图8所示。

6 结论

本文利用EH4电磁成像系统对拉伊克勒克矿床进行了AMT探测，通过对数据进行平滑去噪、静位移校正处理和Bostick反演，得到了拟二维反演断面。探测结果显示英云闪长岩岩体与下泥盆系地层相比存在明显的电性差异，说明对于拉伊克勒克铜多金属矿床，利用电阻率值进行深部岩体的圈定是可行的。所以，我们利用3D块克里金插值方法在-1000m深度范围内对英云闪长岩岩体电阻率值做了插值，并通过三维可视化平台建立了英云闪长岩岩体3D电阻率模型，很好的展视出了英云闪长岩岩体的分布状态，刻画出了岩体的上界面形态，为矿区及外围找矿提供了参考。另外，探测结果也表明AMT在隐伏岩体空间定位、揭示深部控矿构造方面能够发挥重要作用。

图7 电阻率三维切片图Fig.7 3D slices of electric resistivity(a)-平行测线方向切片；(b)-垂向等深度切片 (a)-Parallel to survey line; (b)-Vertical iso-depth

图8 英云闪长斑岩体3D空间分布图Fig.8 3D view of intruded tonalite porphyry

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3D Electrical Structure and Prospecting Indicators of the Porphyry Copper Deposit in Layikeleke, Xinjiang

SHAO Lu-sen1, MENG Gui-xiang1, DENG Zhen1, ZHANG Ya-wei1, GENG Xing-tao2

(1.InstituteofMineralResources,ChineseAcademyofGeologicalSciences,Beijing100037; 2.ComprehensiveGeologicalParty,BureauofGeologyandExploration,Shijiazhuang,Hebei050081)

The Layikeleke copper mine is a recently discovered porphyry copper deposit in east Jungger. The surface of the mining area is covered by the Quaternary System. The orebody mainly occurs in the concealed tonalite. Determination of the scope and the 3D shape of the tonalite is the critical process of finding the ore body. To investigate the characteristics of the spatial distribution of concealed tonalite and provide a reference for further exploration, an AMT survey was conducted in the mining area. Nine pseudo-2D resistivity sections were constructed through careful processing and inversion. These sections clearly show resistivity differences between the overlying strata and the concealed tonalite which has high resistance. Using the 3D block Kriging interpolation method and 3D visualization techniques, we constructed a detailed 3D resistivity model of concealed tonalite which shows the spatial distribution of deep ore bodies. This case study can serve as a good example for future ore prospecting in and around this mining area.

AMT, 3D resistivity characteristics, concealed tonalite, 3D visualization

2015-02-14；

2015-06-16；[责任编辑]陈伟军。

新疆维吾尔自治区地质勘查基金项目(A11-3-XJ4)、中国地质调查局地质矿产调查项目(1212011085024)和中央级公益性科研院所基本科研业务费项目(K1320)联合资助。

邵陆森(1985年-)，男，2010年毕业于中国地质大学(北京)，获硕士学位，在读博士生，主要研究方向为深部地球物理探测。E-mail：shaolusen2009@163.com。

孟贵祥(1968年-)，男，博士，研究员，主要从事金属矿产资源勘查和研究工作。E-mail：mgxlw@126.com。

P618

A

0495-5331(2015)05-0953-11