内蒙古维拉斯托矿区隐伏矿体大功率激电综合找矿勘查

2020-05-28占文锋刘太福

金属矿山 2020年4期

占文锋王强刘太福

（北京工业职业技术学院建筑与测绘工程学院，北京100042）

维拉斯托铜锌多金属矿为岩浆热液矿床，地表及浅部为氧化矿，氧化带深度为基岩下13.5 m，深部及隐伏矿为硫化矿[1]。矿区出露地层单一，地表基本为第四系覆盖，零星出露下元古界锡林郭勒杂岩黑云斜长片麻岩，采用地表勘查手段难以查明深部断裂构造及矿产资源空间展布情况。前人对维拉斯托矿床地质、成矿构造、成矿流体、矿石特征、成矿年代学等方面进行了卓有成效的研究[2]。然而，覆盖区深部找矿面临探测深度大、干扰噪声强、精度要求高、深部成矿规律认识难等挑战，往往导致地质信息获取存在较大困难[3]。因此，在覆盖区深部隐伏矿体定位预测中，亟需开展具有“透视”能力的综合地球物理勘查，以期提高隐伏矿床（体）勘查效率[4-7]。本研究结合区域地质资料、磁测资料和钻孔资料，对激电扫面、剖面和测深数据分别进行解译和反演，综合厘定区内深部构造及其与隐伏矿体的关系，进而选定找矿靶区，实现准确定位区内隐伏矿体。

1 区域地质背景与成矿特征

维拉斯托铜锌多金属矿床位于兴蒙造山带东缘，主要为古生界褶皱基底，其间镶嵌前寒武系结晶基底[8]。区内成矿条件优越，矿床与岩浆活动关系密切[9-10]，热液成矿活动存在多期性，高、中、低温成矿元素均可见到[11]，与成矿活动密切相关的主要是海西期中酸性岩体和燕山期花岗岩（图1）[12-13]。矿区除了广泛分布第四系外，相间出露下元古界锡林郭勒杂岩黑云斜长片麻岩、侏罗系下统中粒花岗岩、石炭系石英闪长岩和二长花岗岩。区内地层走向36°～61°，倾向NW，倾角45°～70°，受后期动力变质作用影响，区内褶曲变形强烈。其中，下元古界锡林郭勒杂岩厚度大于917 m，为矿体的主要赋存层位，是典型的隐伏矿床。

矿区褶皱和断裂构造发育，断裂以NE向为主，规模大，形成于华力西期，发展于燕山期，具有多期活动性质，构成了区内的基本构造格架；其次为NW、NNE和EW向断裂[14-15]，形成时代不一。NW向断裂属隐伏张性断裂，是含矿热液运移的通道，NEE向断裂为“S”状压扭性断裂，规模沿走向及倾向变化，是区内的主要控矿构造[16]。各断裂相互交汇构成了近网格状的构造格局[17]，控制着区内岩浆岩的分布[18-20]，也控制着矿体赋存[21]。维拉斯托脉状铜锌多金属矿沿断裂分布于片麻岩中[22-23]，矿体不连续，呈透镜状，一般厚度为1～2 m，最宽处厚约10 m，产状变化较大，总体近EW走向，矿体在NE与NW向产状变化处（尤其是NW方向上）厚度变大，品位增高[24]。

2 地球物理特征

2.1 磁性特征

本研究前期共采集了6类岩性共174件物性标本，用GSM-19T质子磁力仪在高斯第二位置测定了标本的磁化率和剩余磁化强度，测定结果见表1。由表1可知：辉长岩磁化率及剩余磁化强度较大，其余5类岩性磁化率及剩余磁化强度差异较小，无明显的磁性变化。

本研究采用GSM-19T质子磁力仪开展地面高精度磁法测量，点距20 m，线距100 m，全部数据核对无误后绘制了磁场强度等值线图（图2）。研究区磁场强度整体趋势较平缓，T值变化小（56 386～56 430 nT），但测区东西两侧仍显示两条高值圈闭，沿NE向展布，且西侧较东侧完整，局部可见NW向展布的串珠状圈闭。

2.2 电性特征

本研究电性测试岩样采集于露头，结合以往实测资料（表2）分析可知：围岩、侵入岩、构造岩（包括蚀变的）以及氧化矿不会产生激电异常，其视极化率均低于4%；黄铁矿（化）、铅锌矿（化）、闪锌矿（化）和块状含硫化物的矿体是引起异常的主要原因，其视极化率高于4%；具有黄铁矿化、铅锌矿化、闪锌矿化的围岩，侵入岩，构造岩具有中—低阻反映，其视电阻率约1 000 Ω·m，未矿化围岩的视电阻率基本大于1 000 Ω·m（除硅化、绿帘石化、绿泥石化构造岩外），大部分甚至大于2 000 Ω·m（图3）。因此，当隐伏矿体埋深不太大，且相对埋深具有一定规模时，地表能够观测到的激电异常，主要为黄铁矿化、铅锌矿化、闪锌矿化和块状的含硫化物矿体所引起，如要寻找锡矿石，应主要研究中等极化、中阻值异常，而褐铁矿化花岗岩表现为低视极化率、高视电阻率，与围岩电性差异不大，区分困难。

根据现有钻孔揭露的区域地层情况，矿体上部地层由浅至深依次为黑云母斜长岩、中粗粒花岗岩及各类构造岩，矿体直接顶板地层为黑云斜长片麻岩，裂隙处可见星点状黄铁矿、黄铜矿化；矿体直接底板地层为硅化、绿帘石化黑云斜长片麻岩，其下为中粗粒闪长岩、花岗岩。矿体与顶底板电性差异大，具备了开展激电探测和资料解译工作的基本前提。

3 研究区实测激电资料分析

3.1 研究区视电阻率、视极化率平面分析

在现场试验的基础上，设置AB=1 500 m、MN=40 m，最大有效观测段1 000 m，最大旁测距200 m，供电周期32 s，供电时间 8 s，通断比1∶1，延时 200 ms，子样宽度40 ms。采用激电中梯装置，大功率短导线方式测量，极距40 m，点距20 m。4组视极化率采样宽度分别为40、80、160、320 ms，叠加1次。本研究绘制的视极化率ηs、视电阻率ρs平面图如图3所示。

划分激电异常时首先要确定视极化率的背景值，在划分激电异常时，大面积低而稳定的ηs值可作为正常背景值，其基本取决于离子导电岩层的极化率。异常强度划分标准取决于背景值大小和稳定性、ηs值观测精度以及异常的置信度。结合上述研究区岩（矿）样电性参数分析，并借鉴矿区以往激电工作经验，本研究确定区内视极化率异常下限为4%～5%。

研究区视极化率、视电阻率呈点状或串珠状分布，显示出两条SN向高极化率、高电阻率条带，整体呈NNE走向，局部NNW走向，平面上呈“S”形展布，具有压扭性特征，近于平行排列，构成了区内的基本格局。其间可见明显的NE向、NW向展布的高值条带相互交织，构成了近网格状构造格局，网格节点位置为视极化率、视电阻率高值点，推断为矿体富集的主要区位。

根据上述分析，研究区异常可划分为东、西两个条带，其沿南北方向可进一步划分为4个异常区。其中，1号异常南北长约600 m，东西宽约400 m，视极化率为5%～8%，峰值可达10%，视电阻率为750～1 500 Ω·m，表现为高极化、中高阻特征；2号异常南北延伸长约700 m，东西宽约600 m，视极化率一般为5%～7%，峰值可达8%，视电阻率为750～1 250 Ω·m，表现为高极化、中高阻特征；3号异常、4号异常位于研究区东侧，北侧3号异常较宽，南侧4号异常较窄，形态均较规则，视极化率一般为4%～6%，3号异常的视极化率高于4号异常，表现为中高阻特征。4处异常地表均有第四系覆盖，出露有下元古界锡林郭勒杂岩黑云斜长片麻岩，地表部分可见矿化蚀变带，是成矿的有利部位，综合推断该类异常是多金属硫化物矿致异常，与黄铁矿伴生或共生。

3.2 研究区视极化率、视电阻率剖面分析

根据研究区激电扫面及地表发现的矿化蚀变情况，布设了L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8、L9、L10共 10 条剖面测线。其中，L8、L9、L103 条测线相互平行，方位120°，位于1号异常与4号异常之间，地表可见明显的矿化蚀变带。根据3条剖面所在位置（图3）及各剖面的视极化率、视电阻率曲线（图4）可知，西侧总体表现为高极化、中—低电阻率特性，东侧总体表现为中等极化、中电阻率特性，局部表现为高极化；L10线测深剖面图反映出中等极化、中等电阻率特征，局部出现的相对高视极化率峰值位于测线平距1 800 m处，反映地质体中心在地面的投影点处于测线平距1 800 m位置。

L1、L2、L3、L44条剖面方位为90°，剖面位置出露二长花岗岩及黑云斜长片麻岩，激电工作确定极化体的顶板埋深约 350 m。L5、L6、L73条剖面方位为80°，激电工作显示整条剖面曲线视极化率值都较高，视电阻率西侧有高阻值显示，东侧为中等阻值，总体表现为高极化、中高阻特性。

3.3 L10线视电阻率、视极化率剖面分析

在上述分析的基础上，在L10线1 700～1 900点段内采用对称四极不等比测深装置布置了6个测深点，点距40 m，即1 700、1 740、1 780、1 820、1 860、1 900点，布极方向沿测线方向。其中，MN/2为1、5、20 m，AB/2最大为1 000 m，最小为3 m，点距不等，其余测量参数与中梯装置一致。

L10线实测视极化率、视电阻率等值线拟断面如图5所示。分析该图可知：纵向上由浅到深，视极化率、视电阻率由低到高，浅部表现为低视极化率、低视电阻率特征，随着深度的增加，视极化率、视电阻率逐渐增大，两者的变化规律具有一致性。总体上，视极化率极值位于测线平距1 760～1 780 m、深度（AB/2）700～800 m的范围内，视电阻率极值位于测线平距1 780～1 800 m、深度（AB/2）800～1 000 m的范围内。

3.4 电测深曲线特征

根据L10测线6个测深点数据，绘制了各点的视电阻率电测深曲线和视极化率测深曲线，其中1 700号、1 860号点的测深曲线如图6所示。

通过综合分析各点的测深曲线及电性剖面可知：测线平距1 700～1 900 m区段内视极化率低于4%，视电阻率为100～1 500 Ω·m，属于中—低水平。AB/2＜100 m范围内，视极化率低于1.5%，视电阻率低于500 Ω·m。视极化率大于2%所对应的深度（AB/2）超过200 m，最深（AB/2=1 000 m）处视极化率为3%～4%，视电阻率约1 500 Ω·m。东西两侧测深曲线略有不同，西侧整体表现为A型，东侧表现为KH型，显示多层地电结构特征，结合区域钻孔资料，构建了区域地层地电模型（图7），以进行后续反演计算。

4 视电阻率、视极化率反演分析

为获得更加真实的地下电性空间结构特征，对L10线的电测深数据分别进行了一维和二维数据反演，并绘制了反演视极化率、视电阻率等值线剖面图。

4.1 一维反演分析

一维反演假设研究区为水平层状结构，反演结果依赖初始模型。各测深点单独反演后，通过Surfer软件插值后绘制的等值线剖面图（图8），与实测视极化率、视电阻率拟断面图（图5）具有相似性，表现为极化率、电阻率层状分布，且具有随深度增加而逐渐增大的特征。本研究反演分析采用迭代算法，抑制了体积效应，使反演的异常范围更加清晰明确。根据对图8的分析，L10测线视极化率、视电阻率中心点位于测线平距1 780 m处，深度约80 m。

4.2 二维反演分析

本研究二维反演采用有限元法，测点各单元之间通过线函数建立联系，通过建立泛函数方程求解极值，将求解结果绘制成图（图9）。因此，二维反演结果与实测结果、一维反演结果均有差别，异常区范围更加突出。根据二维反演极化率、电阻率剖面图分析，极化率中心点位于测线平距1 720、1 760、1 780 m处，最大埋深超过90 m，该两处电阻率约1 000 Ω·m，与前述分析结果基本相同。

经过对比发现，极化率极大值实测深度（AB/2）为700～800 m，若按照AB/8～AB/6换算，其实际埋深为175～267 m，与钻孔ZK0003揭露情况基本吻合。而一维反演极值深度约80 m，二维反演深度约90 m，深度偏浅。究其原因可能是矿体上部高阻地层的屏蔽作用；反演软件默认的最大反演深度一般为AB/8～AB/6，虽然结合钻孔资料多次调整层厚度，但效果不明显。

虽然三者深度不同，但异常体在平面上所处位置基本吻合，为测线平距1 760～1 780 m，这对于选定找矿靶区及指导钻孔布设具有重要意义，但见矿的准确深度需结合地质资料、钻孔资料、实测电测深资料和一维、二维反演结果进行综合厘定。

5 成矿有利区位分析

通过分析研究区地面高精度磁异常、视极化率及视电阻率异常的范围和形态，并对找矿潜力较大的矿化蚀变带或找矿潜力较大的物探异常区进行激电剖面、激电测深工作，共圈定了4个异常靶区（图10）。本研究靶区钻孔布设时考虑了以下几个方面因素：①根据研究区地质特征分析，区内重复、相间分布有下元古界锡林郭勒杂岩群、石炭系地层、下侏罗统地层，根据地层间的新老关系及分布特征可以判断，研究区为一复式褶皱，轴向NE向，褶皱向斜核部残留有石炭系或下侏罗统地层，背斜轴部遭受剥蚀出露下元古界锡林郭勒杂岩群，由于矿体主要赋存于杂岩群内，且考虑到矿体赋存深度，将钻孔布设于褶皱构造的背斜轴部杂岩群内，两钻孔连线方位为NW向，基本垂直于褶皱轴向；②考虑到1号、2号靶区内的4处明显的蚀变带，钻孔布设位置靠近蚀变带或蚀变带延伸方向上；③布设在电阻率约1 000 Ω·m、视极化率约4%的叠加范围内，并结合各测线视极化率、视电阻率特征点所在地面的投影点及附近位置布设钻孔；④尽量布设在已有的激电测线上，以便于后期勘查剖面验证。

根据上述钻孔布设要点，在区内施工了两处钻孔ZK0002、ZK0003（图11），ZK0002钻孔位于1号靶区内，于225.24 m深处见到0.1 m厚铅锌矿化体，矿体与上部3.1 m厚构造破碎带直接接触，底板为6 m厚含黄铁矿化黑云斜长片麻岩，推断此处异常并非由矿化体引起，而是由矿体顶板破碎带与底板黑云斜长片麻岩之间存在的物性差异引起的。ZK0003钻孔位于4号靶区内，于158.9 m深处始见铅锌矿体，矿体厚度为2.9 m，与上部黑云斜长片麻岩直接接触；于163.94 m深处见第二层铅锌矿体，矿体厚度为6.1 m，与分析结果较为吻合，对各靶区下一步钻孔布设具有重要的指导意义。

6 结论

（1）内蒙古维拉斯托矿区围岩、侵入岩、构造岩（包括蚀变的）以及氧化矿不会产生激电异常，其视极化率均低于4%，视电阻率基本大于1 000 Ω·m（除了硅化、绿帘石化、绿泥石化构造岩外），甚至大于2 000 Ω·m；黄铁矿（化）、铅锌矿（化）、闪锌矿（化）和块状的含硫化物的矿体是引起异常的主要原因，其视极化率高于4%，其视电阻率约1 000 Ω·m，呈高极化、中—低阻反映，可作为研究区激电异常划分的依据。

（2）研究区视极化率、视电阻率呈点状或串珠状分布，显示出两条南北向高极化率、高电阻率条带，整体呈NNE走向，局部NNW走向，平面上呈“S”形展布，显示压扭性特征，近平行排列，构成了区内的基本格局。其间可见明显的NE向、NW向展布的高值条带，相互交织，构成了近网格状构造格局，网格节点位置为视极化率、视电阻率高值点，推断为矿体富集的主要区位。基于以上特征，测区异常可划分东西两个条带，沿南北方向可进一步划分为4个异常区。