激发极化法在湖北某铜钼多金属矿普查区的应用

张 勇, 周晓宁

(湖北省地质调查院,湖北 武汉 430034)

激发极化法在湖北某铜钼多金属矿普查区的应用

张 勇, 周晓宁

(湖北省地质调查院,湖北 武汉 430034)

为配合湖北某铜钼多金属矿普查区的地质普查钻探工作,在前期地质、激电中梯面积测量成果的基础上,开展剖面性激电测深工作,在区内控矿构造(F2)附近发现了多处高极化异常,推断为中深部铜钼多金属矿(化)体引起,验证钻孔在高极化异常部位见到多层铜钼矿化体。测深成果可为普查区后续地质找矿工作提供有利依据。

激电测深;铜钼矿化体;普查区

激发极化法(简称激电法)是近半个世纪以来勘查铜、铅、锌、钼等有色金属矿产的重要物探方法之一。近年来,在寻找中深部隐伏矿体的新一轮找矿工作中,激发极化法也发挥了重要作用,并取得了良好的找矿效果。其中激电中梯面积测量可以快速圈定金属硫化物富集地段,激电测深可以了解深部极化体的产状、形态和空间分布变化情况[1]。

涉及普查区的地质找矿工作主要集中于解放后,先后有多家地质单位在该区开展过小比例尺的地质调查、航空物探、化探等工作。2012年湖北省地质调查院进行该地区1∶5万矿产地质调查工作时发现了钼矿点,经过异常查证与矿点检查工作,圈定了多条(铜)钼矿(化)体,并对其中的主要钼矿体开展了较系统的地面槽探工程控制,对铜钼矿体的产状、矿石结构、矿石类型及矿石品位进行了初步了解,为后续普查工作的展开提供有力的依据;受限于工作程度,对已圈定的(铜)钼矿化体缺乏深部工程控制。

1960年原地质部航测大队在长江中下游进行过1∶10万比例尺的航磁工作,1974年湖北省航测队在鄂东地区进行了1∶5万比例尺航磁工作,普查区皆包括其中。2014年湖北省地质局物探队完成了涵盖普查区范围的大功率激电中梯面积测量工作(网度500 m×100 m),发现了多处高极化激电异常;但是普查区未开展过大比例尺、有针对性的地面物探勘查工作。

本文在利用前人激电中梯面积测量成果的基础上,结合普查区的地质、矿化体特征、构造控矿条件,有针对性地开展了点距20 m的大比例尺剖面性激电测深工作,根据激电测深拟断面成果,大致推断了矿(化)体的倾向、埋藏深度以及产状形态,为普查工作中的钻孔施工提供较好的物探依据。

1 方法原理介绍

人们在进行电阻率法测量时,常常发现在向地下地质体(岩、矿石)供入稳定电流的情况下,可观测到地面上两个测量电极的电位差随时间缓慢增加,经过一定时间后逐渐趋于稳定(饱和值);在断开供电电流后,会发现电极间的电位差在最初一瞬间快速衰减,之后衰减速度变慢,之后衰减至零。这种在向地下岩(矿)石供电及断电过程中,由于电化学作用引起的随时间缓慢变化的附加电场的现象称为激发极化效应。激发极化法(激电法)是利用岩、矿石的导电性、激发极化特性差异,通过观测和研究人为形成的激发极化场的变化规律,进行找矿和解决其他地质问题的方法[2]。激电法中引起激电异常的机制主要是黄铁矿化、磁黄铁矿化、黄铜矿化或其他分散的金属矿化,多金属矿一般多与金属硫化物关系密切,因此激发极化法可以有效识别可能的含矿体系,激电测深主要用于进一步查证激电中梯圈定的异常,通过逐步加大供电极距的方式来了解勘查目标地质体从浅部往深部在垂直方向上的电性变化情况,确定异常体在地下的空间分布。

图1 普查区激电中梯(ηs)等值线综合平面图Fig.1 Comprehensive plan of intermediate gradient contour in census division1.早元古界大别群变火山岩组; 2.早白垩纪;3.地质界线;4.实测、推测断层及编号;5.铜、钼矿体;6.铜、钼矿化体;7.铜矿化体;8.激电测深剖面位置及编号;9.钻孔位置及编号。

2 普查区地质矿产特征

普查区主要出露早元古代大别山岩群变火山岩组地层,另有少量第四系松散沉积物沿沟谷及山间洼地分布。

变火山岩组(Pt1Db2)出露岩性有黑云角闪斜长片麻岩、黑云斜长片麻岩、黑云二长片麻岩、斜长角闪岩等,岩性较为复杂,原岩为一套酸性火山岩夹中基性火山岩,变形变质强烈(图1)。

岩浆岩主要分布于普查区东北部,出露岩性以中细粒黑云二长花岗岩为主,局部可见细粒钾长花岗岩,为早白垩系燕山期侵入岩(K1ηγ)。

区内发育大量的脉岩,主要有石英脉、伟晶岩脉、花岗斑岩脉等,其中沿北东向断裂充填的石英脉是铜钼矿的主要载体。

普查区构造主要以北西向(F1)、北东向断裂构造为主(F2、F4),次为受多期构造影响形成的褶皱。其中北东向构造(F1)是区内主要控矿、储矿构造(图1)。

北东向断裂构造(F2):区内出露长度约3.5 km,走向约30°,倾向南东120°,倾角50°～85°,宽约30～50 m,带内岩石破碎节理发育,可见发育断层角砾岩、碎裂岩,具褐铁矿化、硅化、绿泥石化、高岭土化。受该断裂影响,其周缘发育一系列与断裂面平行的小裂隙。其内发育有区内主要铜、钼矿(化)体矿脉,矿体顺断裂带进行充填,在构造带内及其附近岩石节理裂隙中富集。

北东向断裂构造(F4):区内出露长度约3 km,宽约20～30 m,倾向约130°,倾角一般为55°,断裂带内发育断层角砾岩、硅化碎裂岩,角砾呈棱角状,见有硅化、绿泥石化、高岭土化,为逆断层。

北西向断裂构造(F1):区内出露长度约4.7 km,地貌上表现为一深沟,宽约50 m,走向南东130°～150°,倾向40°～60°,倾角50°～60°,带内岩石较杂,主要有钾长花岗岩、黑云二长花岗岩、斜长角闪岩、黑云斜长角闪片岩等,断裂带内岩石较为破碎。

区内的铜钼矿(化)体呈脉状或似层状沿北东向断裂(F2)展布,与断层产状基本一致,总体倾向南东102°～137°,平均122°,倾角36°～78°,平均64°,矿体局部产状反倾向北西。矿石类型以石英脉型为主,次为角砾岩型,其胶结物多为辉钼矿、黄铜矿等矿石矿物。

3 物探工作及异常解释

3.1 工作参数

激电中梯面积测量采用时间域纵向中梯装置,工作线距500 m,测量极距MN=100 m、点距100 m,供电极距AB=1 600 m,供电时基4 s,供电周期16 s,延时100 ms,采样宽度40 ms,叠加次数2次。

观测参数为视极化率ηs(%)和视电阻率ρs(Ω·m)。

根据普查工作勘探深度要求,剖面激电测深工作采用时间域对称四极等比装置,AB∶MN=10∶1,最大供电极距ABmax=1 600 m,最小供电极距ABmin=18 m,极距个数11个,测深点距20 m,极距排列见表1,供电时基2 s,供电周期8 s,延时160 ms,4个采样窗口,采样宽度:120 ms、220 ms、420 ms、800 ms,叠加次数5次。

观测参数为视充电率Ms(mV/V)和视电阻率ρs(Ω·m)。

为大致控制普查区内沿北东向断裂构造(F2)分布的铜钼矿化体往深部延伸情况,共完成了5条勘探剖面的激电测深工作(图1)。

3.2 岩矿石物性特征

普查区采集、测定的部分岩矿石的物性测定结果见表2。

表1 激电测深极距表Table 1 Distance table of IP sounding

表2 部分岩矿石物性测定成果表Table 2 Table of physical properties determination of some rocks and ores

由上表可知,本区各类岩、矿石极化率测定由低到高的顺序排列如下:片麻岩的极化率最低,其值一般低于3%;花岗岩在该区表现为2.78%～4.83%的中等极化率;各种矿石的极化率最高。区内铜、钼等矿石与各类岩石的极化率差异明显,在结合相关地质资料的情况下,可以通过极化率的差异区分围岩和矿(化)体。

普查区内的铜钼矿化体的矿石类型以石英脉型为主,铜钼矿化体一般呈高阻、高极化电性特征反映。

3.3 异常解释

3.3.1 激电中梯异常解释

异常下限:普查区的视极化率ηs异常下限按照下式计算确定。

η下限=η背景+(1.5～2.5)N

式中:N为工区观测的视极化率均方误差值;η背景为全工区数据剔除>3倍标准离差后的平均值;(1.5～2.5)为调节系数,决定于异常的置信度,一般取值2。

区内前人发现的激电中梯高值异常主要分布在岩浆岩(K1ηγ)区内。以视极化率ηs值>4.5%圈定的高值异常区为一大致北西—南东向展布的雁形区,视电阻率一般在2 000 Ω·m左右,属于相对高阻、高极化异常;南北方向上有两个高值中心,ηs极大值分别为5.5%和6.0%,分别位于北东向断裂构造(F2、F4)附近(图1),其中北部的高值异常中心部位地表已见铜矿化体出露。

上述激电中梯高值异常区规模较大、异常强度高,与北东向断裂构造关系密切,成矿条件有利,推断为北东向断裂构造内及其附近的铜钼矿化体引起。

3.3.2 典型剖面激电测深异常解释

各测深剖面的等值线断面图的纵坐标采用极距的平方根值进行绘制,与重点反映断面深部信息的算术纵坐标和主要反映浅部信息的对数纵坐标相比,该方法绘制的等值断面图所反映的断面异常信息兼顾深、浅部地电体形态,可以对断面信息作出较为全面的认识和分析[3]。

从3线视充电率等值线断面图可以看出(图2),在剖面测点1 200～1 280测点下方,在供电极距AB/2=9～500 m之间存在一高值激电异常区,视充电率Ms值>24 mV/V的等值线呈近直立状往北西方向倾斜延伸,其中视充电率Ms值>28 mV/V高异常主要分布于供电极距AB/2≤40 m的断面浅部;对应高激电异常区,电阻率呈高阻特征,属于高阻、高极化地质体的地球物理响应特征。该异常位于北东向断裂构造(F2)附近,推断为石英脉型铜、钼矿化体所引起。位于剖面1 280测点附近的验证钻孔ZK301在上述异常区内从浅部往深部共揭露厚度>1 m的铜钼矿化体5层,其中最大层厚达7.24 m、金属铜含量的平均品位0.38%。验证钻孔证实剖面上的高激电异常为多层铜、钼矿化体引起。

图2 3线激电测深视充电率等值线断面图Fig.2 Cross section of apparent charge rate contour of IP sounding of 3 lines

从4线视充电率等值线断面图可以看出(图3),在剖面测点1 100～1 180测点之间存在一高值激电异常区,视充电率Ms值>18 mV/V的等值线呈近直立状往北西方向倾斜延伸,其中视充电率Ms值>20 mV/V高异常主要分布于供电极距AB/2=140～240 m的断面中深部,对应高激电异常区,电阻率呈高阻特征,属于高阻、高极化地质体的地球物理响应特征(图4)。异常位于北东向断裂构造(F2)附近,推断主要为品位较高的石英脉型铜、钼矿化体所引起。在剖面测点1 220～1 400测点之间存在一弱激电异常区,视充电率Ms值>14 mV/V的等值线呈不连续带状往南东方向倾斜延伸;对应高激电异常区,电阻率呈相对高阻特征,属于高阻、高极化地质体的地球物理响应特征;推断主要为品位较低的铜、钼分散矿化体所引起。位于剖面1 280测点附近的验证钻孔ZK401在中深部仅揭露厚度为1.1 m的铜钼矿化1层,金属铜的品位仅0.08%。

图3 4线激电测深视充电率等值线断面图Fig.3 Cross section of apparent charge rate contour of IP sounding of 4 lines

4 效果分析

本次物探工作所做的5条测深剖面均以控矿的断裂构造(F2)为重点评价对象,通过激电测深剖面测量,大致控制了沿构造分布的铜钼矿化体在中深部的分布情况;从激电测深拟断面图上可以看出,构造位置的视充电率值普遍较高,且视电阻率值相对较高(图4),总体表现为高极化、高阻特征,为呈高阻、高极化电性特征的石英脉型铜、钼矿化体所引起;激电法在该区找矿效果明显。

从3、4线上已验证施工的钻探结果可知,该区视充电率Ms值≤14 mV/V的相对高值异常为分散的铜、钼矿化所引起;视充电率Ms值≥24 mV/V高值异常为铜、钼矿化体所引起,测深成果为地质普查下一步钻探施工提供有利依据。

图4 4线激电测深视电阻率等值线断面图Fig.4 Cross section of apparent resistivity contour of IP sounding of 4 lines

5 结论

(1) 通过本次物探工作,在普查区的北东向断裂构造(F2)附近普遍存在高激电异常,经过对部分剖面的激电异常进行验证,异常为赋存于构造中深部的隐伏铜钼矿化体所引起。

(2) 综合对比、分析普查区的各剖面激电测深成果,位于北东向断裂构造(F2)附近的高激电异常从北往南呈较连续分布,说明该矿致异常沿构造走向规模较大,具有较大的找矿潜力。

(3) 前人的激电中梯面积测量成果和本次0线剖面激电测深成果显示在北东向断裂构造(F4)附近均发育有高激电异常,该异常可能为赋存于断裂构造附近、隐伏的铜钼矿化体引起,建议开展进一步地质工作,以其扩大本区的矿产储量规模。

(4) 由于前期激电中梯面积测量中剖面的点距较大,对赋存与北东向断裂构造内的铜钼矿化体异常反映能力较弱。

[1] 柳建新,曹创华,童孝忠,等.综合物探方法在青藏高原某钼多金属矿的勘查效果[J].地质与勘探,2012,48(6):1188-1198.

[2] 张盛业,潘玉玲.应用地球物理学原理[M].武汉:中国地质大学出版社,2009.

[3] 葛为中.绘制电测深等值断面图的新方法[J].勘察科学技术,1997(3):58-61.

Application of Induced Polarization Method in a Survey Areaof a Copper Molybdenum Polymetallic Deposit in Hubei

ZHANG Yong, ZHOU Xiaoning

(HubeiGeologicalSurvey,Wuhan,Hubei430034)

With the geological survey,geological drilling in the early stage of IP in area measurement was carried out on the basis of the results of section of IP sounding work.In the area of ore control structure(F2)was found near multiple high polarization anomaly.It is verified that the drill hole can be found in the high polarization anomaly area.The results provide a favorable basis for the subsequent geological prospecting work in the general survey area.

IP sounding; Cu-Mo mineralized body; survey area

P631.3+24

A

1671-1211(2017)06-0795-04

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2017.06.025

2017-06-26;改回日期2017-07-27

张勇(1968-),男,高级工程师,勘查地球物理专业,从事地球物理勘查工作。E-mail:zhang68yong@126.com

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.P.20171110.1446.008.html数字出版日期2017-11-10 14:46

费雯丽)