四川省南江县庙坪石墨矿深部找矿的综合物探方法

2018-03-15张永恒王红军侯学文

现代矿业 2018年1期

李勇张永恒王红军侯学文

(核工业二八〇研究所)

20世纪80年代以来，众多学者围绕与研究区(位于庙坪石墨矿矿区)有关的扬子准地台北缘、大巴山台缘坳陷地带、秦岭成矿带南缘、米仓山地区等区域成矿重大基础地质问题进行了一系列研究，奠定了该区地质科学研究的基础[1]。区域米仓山南缘石墨矿的产出构成了一个成矿带，断续出露于旺苍县大河坝，向NE向延伸至腊烛河，何家坝、坪河至尖山及上两一带，长达30 km，其中，南江坪河石墨矿及旺苍大河坝石墨矿位于研究区南西方向，尖山石墨矿紧邻研究区西南部。由区域已有的地质勘查资料可知，该成矿带内矿体规模较大且有一定的埋藏深度。为进一步指导研究区石墨矿找矿勘查工作，本研究综合采用自然电场法、可控源音频大地电磁测深法(CSAMT)以及自然电位测井法对该区进行勘查，通过数据综合解译，对区内深部矿体分布情况进行分析。

1 研究区地质及地球物理特征

1.1 地质特征

庙坪石墨矿位于四川省南江县上两乡，矿区面积约4.70 km2。研究区内的含矿岩系为中上元古界火地垭群麻窝子组第二段的浅变质岩系，主要岩性为灰白色—浅灰色等杂色中厚层块状白云质大理岩、大理岩及千枚岩(图1)[1]。含矿岩系地层呈NE—SW向延伸，在区内沿走向出露长度为4～5 km，宽度为0.5～1.5 km，总体呈NE走向，倾向NW，局部SE。

研究区大地构造位置位于米仓山构造带南缘之鹰咀岩—关坝构造区上两复式背斜构造带南东翼。区内断裂构造格架简单，主要发育4条断裂构造：①岳家湾—狗家子沟一带断层(F1)，在区内延伸长约4 km，总体走向为NE—SW向；②岳家湾—何家院子断层(F2)，在区内延伸长约1 km，断层宽约10 m，总体走向为NE—SW向，与F1断层近乎平行；③椒子树塘断层(F3)，在区内延伸长度不足500 m，宽约10 m；④道人湾断层(F4)，为F1断裂构造的次级构造断裂，区内延伸长约0.9 km，宽度达数米。研究区内构造对矿体的形成和分布提供了压力和动力条件。

研究区内构造岩浆岩活动频繁，导致区内脉岩十分发育，表现为类型复杂、多期次侵入的特点，主要以岩脉和小岩株的形式产出。岩浆岩类型主要为角闪辉长岩、闪长岩、花岗斑岩等。

1.2 物性特征

研究区内岩(矿)石的电性特征主要与岩(矿)石的结构、构造、物质成分相关。本研究经过野外露头四极激电测深可知：①大理岩、白云质大理岩、闪长岩，极化率一般小于2%，电阻率则较高，为442～4 728 Ω·m，为高阻、低极化的反映(表1)；②碳质大理岩、碳质千枚岩，电阻率为89.6～301 Ω·m，极化率偏高，最大值为4.3%，为中低阻、高极化的反映；③石墨矿及其矿化带，极化率为4.2%～7.8%，电阻率为1.6～24.5 Ω·m，呈现出低阻、高极化的特征。总体上，研究区石墨矿具有特殊的低阻、高极化特性，与围岩有明显差异，为进行物探勘查工作提供了条件。

2 综合物探勘查成果解译

碳质地层是地球物理勘查工作主要的干扰因素之一[2]，加之研究区矿体厚大，导致石墨矿体电阻极低，电流场完全被石墨矿吸引，区内石墨矿体对电流形成的短路作用导致低阻屏蔽，激电中梯实测一次场和二次场电位极低，极化率参数无法准确测定，其高极化率的特性未能有效体现，因此常用的大功率激电中梯扫面测量方法在区内难以应用[3-4]。为了快速、准确地定位矿体，排除碳质地层的干扰，本研究首先利用自然电场法对该区开展面积性测量工作，快速得到异常的平面分布信息；然后选择可控源音频大地电磁测深法(CSAMT)[5-7]进行深部探索，以进一步了解自然电位异常的具体埋深、规模、产状等空间分布规律；最后在钻孔结束后进行了自然电位测井，以了解井中地球物理特征。测量使用的仪器为重庆数控技术研究所研发的WDJD-2型多功能直流数字激电仪，该型仪器具有测量精度高、分辨率强的特点，能够同时自动采集多种参数，并进行显示、存储。综合测井仪器采用JGS-1系列数字测井系统， CSAMT测量仪器为加拿大凤凰公司生产的V8多功能电法数据采集系统，其发射设备为25 kW大功率发电机及TXU-30发射机。

图1 研究区区域地质特征

表1 研究区岩(矿)石样品电阻率测定结果

露头岩性样品数/件电阻率/(Ω·m)取值范围平均值石墨矿181.6～24.57.36石墨大理岩20167～467322.00碳质千枚岩1689.6～301180.00花岗斑岩14442～1596886.00闪长岩20898～18341188.00大理岩201354～37202142.00白云质大理岩152070～47282856.00

2.1 自然电位异常特征

在自然条件下，地面两点之间通常能够观测到一定大小的电位差，表明地下存在着天然电流场，这种场主要是由电子导体的天然电化学作用和地下水中电离子的过滤与扩散作用所致[3-4]。本研究在区内采用自然电位剖面测量方法沿测线逐点观测相对于基点的电位差，测线按100 m×20 m(线距100 m，点距20 m)的网度施测，测线尽可能垂直于地质体走向或构造走向，测线长度为500～1 700 m不等。

本研究在研究区内开展了1∶1万自然电位测量工作，通过总结自然电位实测数据，以区内确立的基准点为依据，使用累计频率展直法对区内2 624个自然电位数据进行了处理，其中自然电位正常场的电位强度大于-155 mV，偏高场的电位强度为-155～-264.3 mV，高场的电位强度为-264.3～-373 mV(表2)。

表2 研究区自然电位背景值及标准差

注：μ为背景值，本研究区取-45 mV；σ为标准差，本研究取-109 mV。

根据研究区的实测自然电位数据，区内可分为正常场、偏高场、高场及异常场，其中异常场与石墨矿及其矿化带具有相关性，自然电位异常的强度和规模能够有效地解释石墨矿化的富集情况及矿化分布规律。偏高场及高场的电位强度为-155～-373 mV，主要分布于研究区西南侧的大尖山北侧以及何家湾东侧至岳家湾一带，其中大尖山北侧的电位场呈扇状分布，连续性较好，面积较大，长约2 km，宽约1 km，地表主要出露的岩性为大理岩、白云质大理岩局部见闪长岩岩体，局部零星可见黄铁矿化、蛇纹石化，故其电位强度不高；何家湾东侧至岳家湾一带的偏高场及高场呈NE—SW向近长弧状展布，结合地质资料分析，与出露地表的千枚岩、碳质千枚岩有关，其异常性质有待进一步验证；庙坪一带的偏高场呈串珠状分布，出露的岩性主要为千枚岩、零星见石墨矿化露头，后期勘查需予以重视。自然电位异常场的电位强度小于-373 mV，与石墨矿及其矿化带吻合较好，本研究据此划分了3个异常区(图2)。

图2 研究区自然电位等值线平面

(1)Ⅰ#异常。该异常为研究区南西侧靠近麻窝子一带、测线6#～12#、10#～50#测点范围内形成的电位下限为-375 mV的自然电位异常场，异常峰值为-551 mV。该异常区域地表未见明显的矿体露头，但该异常区域与Ⅱ#异常相连，走向基本一致，故推测其为石墨矿及其矿化带引起的矿致异常，具有进一步工作的意义。

(3)Ⅲ#异常。该异常主要分布于新河村以南，异常面积不大，异常强度小于-375 mV，长约300 m，宽约200 m，主要出露的岩性为千枚岩、碳质千枚岩，局部见有含石墨大理岩分布，结合地质资料，推测该异常带与岩性有关，下一步可开展适当的地质工程予以揭露。

2.2 CSAMT数据解译

由于含石墨地层是形成天然电场的低阻地质体[8]，故根据低电阻率特性可以进一步了解深部矿体的延伸情况。由于Ⅱ#自然电位异常与地表石墨矿走向较为吻合，近扇状分布，为此本研究在该异常中心部位布设了1条CSAMT剖面。采用SCS2D平滑模拟反演软件对观测数据进行了反演处理，得到了测线反演电阻率断面图(图3)，并进行相关地质推断解释。

图3 研究区CSAMT综合剖面

(1)平距600～780 m处可见近直立的低阻异常带，由地表向下一直延伸至底部，结合地质资料分析，平距620 m处存在一条近SN走向、产状较陡的断裂F4，该断裂对下伏地质体的控制乃至异常形态的变化产生了一定影响；该异常往南至平距900 m、标高1 000 m处的中低阻异常未圈闭且向南延伸，经探槽揭露该断裂旁侧同时存在石墨矿，因此该异常具有一定的找矿前景。

(2)平距440～600 m处，附近标高1 200 m以上部位的视电阻率对数值小于1 Ω·m，出现团块状向北微倾斜的低阻异常体，测线与地表矿体走向近斜交，引起的异常梯度变化差异不明显，结合地质资料分析，该异常地表断续出露有电阻率较低的石墨矿，故推测该异常为矿致异常。

(3)平距200～400 m处存在一条向深部延伸的中低阻带，视电阻率对数值小于2 Ω·m，结合地质资料分析可知，该处有断层F1通过，低阻效应可能由断层破碎带内的充填物引起；该异常标高1 040 m 以上出现了一条呈向下弯曲状的异常带，视电阻率对数值小于1 Ω·m，经工程验证为石墨矿引起的异常，其深度及形态与已知矿体较为吻合；沿该异常标高720 m以下出现反“V”形低阻异常体且向下延伸未圈闭，视电阻率对数值小于1 Ω·m，异常性质有待于进一步验证。

(4)在CSAMT剖面上于平距240 m处施工了ZK301钻孔，开孔倾角80°，方位130°，孔深405 m，0～159.43 m深度岩性为花岗斑岩、角闪辉长岩、大理岩局部岩层较破碎，电阻率呈现中高阻特征；159.43～401 m深度均见有石墨矿，矿体厚度大于200 m，与本研究圈定的自然电位异常对应较好，验证了该异常为矿致异常，同时佐证了CSAMT在研究区进行深部找矿勘探的有效性。

2.3 自然电位测井数据解译

根据研究区的地球物理条件，选择自然电位测井来测量钻孔中的物性参数，在进行测井时，将M电极置于井内，N电极固定于地表，随电极系移动，测量出可动电极M相对于地面参考电极N之间的电位差，各参数采样间隔为0.10 m，提升速度小于6.0 m/min。测量过程中岩芯采取率较高，则按岩芯地质编录数据确定矿体顶、底边界及分布特征，否则，按自然电位曲线形态确定[9-12]。石墨矿层的定性基本遵循“一低一高”的原则，大理岩、花岗岩、闪长岩、白云质大理岩的自然电位强度较低，石墨大理岩、石墨矿、碳质千枚岩的自然电位强度较高。

ZK301钻孔测井深度达403.9 m(图4)，其中0～92.28 m 深度的主要岩性为花岗斑岩、闪长岩，自然电位为0.74～93.58 mV，平均为38 mV，自然电位幅值上低下高，局部有小的锯齿状起伏，为岩性不均一的表现；93.58～117.29 m深度的岩性主要为碳质大理岩，自然电位为20.19～99.26 mV，平均为73.7 mV，岩性分布呈现的锯齿状、指状特征反映岩性单一，厚度较薄；117.29～159.75 m深度的主要岩性为花岗斑岩、闪长岩局部夹大理岩，自然电位为14.249～110.97 mV，平均为41.62 mV，侵入岩分布总体表现为锯齿状，大理岩夹层表现为笋状曲线界线突变，顶部呈尖状；159.75～403.9 m深度的主要岩性为石墨大理岩，石墨矿化层的自然电位为22.62～131.31 mV，平均为82 mV，自然电位幅值正向偏移，幅值较高，曲线总体表现为箱形—漏斗形。通过对自然电位测井曲线的幅度、形态、顶底接触关系、光滑程度等要素的分析，可有效划出钻孔中矿体及围岩的界线，尤其是自然电位参数反映明显，能够较好地反映矿体展布特征。

3 结语

庙坪石墨矿矿区具有自然电位异常强度较高、视电阻率低的异常特征，据此通过自然电场法圈定了异常区，并采用可控源音频大地电磁测深法(CSAMT)对自然电位异常进行了勘查解译，经钻探验证发现了石墨矿体。通过进一步开展自然电位测井工作，进一步了解了区内深部石墨矿体延伸及展布情况。研究表明，区内有效的深部勘查物探组合为自然电场法、可控源音频大地电磁测深法(CSAMT)以及自然电位测井法。

[1] 王红军，侯学文，岑海涛，等.四川省南江县庙坪石墨矿成矿地质特征及成因探讨[J].科技创新导报，2017(6)：45-46.

[2] 谢志峰，张翔.炭质地层覆盖区综合物探方法寻找隐伏矿床[J].物探与化探，2010，34(4)：448-453.

[3] 黎广.物探方法在南江尖山石墨矿种的选择及应用效果[J].中国非金属矿工业导刊，2015(5)：27-28.

[4] 焦鹏程，刘成林，白大明，等.应用自然电场法寻找地下富钾卤水的探讨[J].地球学报，2005，26(4)；381-385.

[5] 刁理品，黎树明.贵州独山半坡锑矿CSAMT法深部找矿预测[J].金属矿山，2017(2)：81-88.

[6] 林晓晖，张国鸿.张量CSAMT法二维建模正演的应用实践[J].现代矿业，2017(3)：102-106.

[7] 孟银生，张瑞忠，刘瑞德，等.内蒙古某斑岩型矿床深部矿体预测：地质-地球物理综合约束[J].现代矿业，2017(1)：1-8.

[8] 齐新国，甄贵月，吴正伟.物探电法测量在龙关一带石墨资源调查评价中的应用[J].中国非金属矿工业导刊，2008(2)：63-64.

[9] 王志宏，全旭东，王利民，等.综合物探方法在桃山地区铀矿勘查的应用[J].物探与化探，2014，38(1)：35-40.

[10] 李立亮，阮传侠.自然电位测井的应用与探讨[J].中国煤炭地质，2010(S)：100-102.