天然场音频电磁法在蒙古国朝格陶勒盖铜铅锌多金属矿勘查中的应用研究

杨晓弘，徐质彬，张利军，陈海龙，杨海燕

(湖南省有色地质勘查研究院，湖南 长沙 410015)

0 引言

音频大地电磁测深法(AMT)以其高效和轻便的特点在地球物理勘探中一经出现就获得广泛的应用[1]，近年来，AMT法越来越广泛地应用于中、深部矿床定位及构造探测中，并取得了很多有用成果[2-7]。在内蒙古钼矿区、云南省宁蒗县多金属矿等著名成矿区和矿床中、深部矿体的发现，表明音频大地电磁法在寻找深部有色金属矿等方面具有巨大的潜力[8]。此外，该方法也容易受到人文电磁信号的干扰，采集数据受传统方法的制约，数据密度较稀，给中深部的异常解译带来不便。

朝格陶勒盖铜铅锌多金属矿位于蒙古国苏赫巴托省西乌尔特市西10 km的一个河谷中，大地构造位置属于阿尔泰—北蒙古成矿省，南克鲁伦铜多金属成矿带的阿雷鲁尔斯克成矿带的西南部[1]。工作区地表多处发现矽卡岩化蚀变带，成矿条件良好，地理条件优越，地广人稀，人文电磁干扰小，适合开展物探工作。本文以朝格陶勒盖铜铅锌多金属矿为研究对象，采用AMT法对矿区内岩性接触带及地下构造进行探测，运用最新的数据处理软件对采集数据进行分析，研究并推测矿区中、深部矿体的空间展布特征[9-11]，能够大幅增加断面数据密度，提高数据解译的精度。研究成果不仅有利于该种方法的应用研究，也为其他矿区的找矿研究工作提供支撑与借鉴作用。

1 区域及矿区地质背景

1.1 区域地质背景

区域出露的地层主要为前泥盆纪变质岩(褶皱基底)和泥盆系火山-沉积岩夹碳酸盐岩及早白垩世的陆相沉积岩组成双盖层，白垩纪岩石类型有含煤页岩、砂岩、砾岩和粉砂岩。构造主要为NE向构造控制了早白垩世地层的分布，勘查区南部近EW向构造则控制了白垩纪盆地南缘隆起带及区域岩浆岩的产出和分布。区内岩浆岩活动强烈，分布有大面积的海西期花岗岩类及部分印支期酸性岩脉。

1.2 矿区地质特征

1.2.1 地层

矿区内出露的地层主要为下泥盆统(D1vm)和第四系(Q)，图1为朝格陶勒盖铜铅锌多金属矿区地质图。

图1 朝格陶勒盖铜铅锌多金属矿区地质图Fig.1 Geological map of Cu-Pb-Zn polymetallic mining area in Chao-ge Tolgoi1—第四系砂砾石 2—中泥盆统变质砂岩、板岩 3—下泥盆统角岩 4—下泥盆统大理岩 5—华力西晚期花岗岩 6—花岗闪长岩 7—流纹岩 8—矽卡岩 9—地质界线 10—勘探线及编号

下泥盆统(D1vm)：分布于矿区北部及中部。按岩性自上而下可分为三段：上段石英角岩(D1vmc)，中段大理岩(D1vmb)和下段绢云母板岩(D1vma)。

上段(D1vmc)：岩性为石英角岩，灰—灰绿色，变晶结构、角岩结构，块状构造。矿物成分主要为石英、堇青石，少量绿泥石及碳酸盐。与下伏地层大理岩段呈整合接触。

中段(D1vmb)：主要由矽卡岩(sk)和大理岩(D1vmb)组成。矽卡岩：位于矿区的中部，大理岩与花岗(闪长)岩接触带，走向北东，倾向北西，倾角较缓，宽0.7～7.5 m。深褐色，变晶结构，块状构造，矿物成分主要为石榴石、方解石、石英，次为磁铁矿。大理岩：分布于矿区的中部及东南部，与花岗岩呈侵入接触。呈灰白色—白色，粒状变晶结构，块状构造，细裂纹发育。矿物成分主要为方解石，极少量铁质物、石英。

下段(D1vma)：深灰—灰黑色，变余粉砂状结构，块状构造。矿物成分主要为绢云母、石英，次为碳酸盐矿物，少量铁质物。

第四系残坡积、冲积物，主要分布在沟谷等低洼地段，部分覆盖了蚀变岩石及矿化体。覆盖层厚度较薄。

1.2.2 构造

矿区内褶皱不发育，主要表现为走向北东、倾向北西的单斜构造。

1.2.3 岩浆岩

喷出岩：区内出露的喷出岩主要为流纹岩，呈灰—灰紫色，斑状结构，斑晶为石英、斜长石、钾长石。

1.2.4 围岩蚀变

围岩蚀变主要有矽卡岩化。由于花岗岩的侵入作用，使砂质岩石、黏土质岩石和凝灰岩变成斑点状页岩和角岩，而在花岗岩附近，石灰质岩石重结晶为大理岩或由双交代作用形成矽卡岩。区内的矽卡岩主要是石榴石矽卡岩，含数量不等的磁铁矿。

1.2.5 矿化特征

通过对朝格陶勒盖探矿区地质调查、矿化点捡块样分析和露头观察，矿区出露有较大面积矽卡岩，钙铁石榴子石矽卡岩化强烈的地区，磁铁矿化、黄铁矿化较明显，岩石硬度在空间上呈渐变特征，与矽卡岩化、硅化程度相关。花岗岩中均分布有大理岩岩层残留体，其周围接触带及其附近一般分布角岩、矽卡岩，并向花岗岩过渡。位于接触带附近的花岗岩地表具有明显的磁铁矿化、铅锌矿化现象，大理岩层中断裂构造比较发育。地表捡块样分析显示，接触带矿化较明显。

2 物探方法原理与数据处理

2.1 物探方法原理

音频大地电磁法(AMT)场源与大地电磁测深(MT)一样是利用天然交变电磁场作为场源，观测天然变化的电磁场的时间域序列信号，并通过换算将其转变为频率域数据，提取视电阻率曲线与相位曲线特征信息。通常需要通过反演计算，得到地层的电阻率及其他的电性信息，从而达到研究地下电性分布规律、探测地层岩性分布和地质结构等目的[7]。该方法的缺点是容易受人文电磁信号的干扰，在遇到强电磁信号干扰或者高压电线时，天然场信号序列就会紊乱时效，在本矿区开展该方法具有先天优势，基本没有人文电磁信号干扰，可以取得较高质量的数据。其次，由于该技术方法设备适应性强，便于野外施工。

2.2 数据处理

本次使用仪器为EMI和Geometrics公司研制的EH4型连续电导率剖面仪，采用标量测量，点距20 m，天然场工作方式。目前广泛使用的EH4数据处理软件主要以仪器系统自带的IMAGEM处理软件为主，近年来随着计算机技术的不断进步和应用的成熟，先后开发出了适合快速资料处理的数据处理软件。EH4 Data Processing Program 是严格依据大地电磁测深数据处理理论编制的软件，具有通用性强，大幅提高数据频点的密度等特点。EH4 Data Processing Program 数据处理基本流程见图2，首先读取时间序列文件，通过 Hilbert-huang transformation (HHT)分析信号，进行基线矫正，消除随机噪声，进行功率谱分析，最后重构阻抗文件。数据储存格式方便用IMAGEM程序进行二维反演，经处理的数据频点是原始Z文件频点的5～6倍，有效提高测深断面纵向分辨率和推断解释的可靠性。

图2 EH4数据处理框架图Fig.2 Data processing framework of EH4

3 物探异常解译及工程验证

3.1 岩矿石物性特征

研究区测定和收集了多种岩(矿)石的电性参数和磁性参数(物性测定参数见表1)。作为花岗岩侵入作用与石灰质岩石重结晶而成的大理岩或由双交代作用形成矽卡岩，其电阻率值相对较高，其次，石英角岩也表现为高电阻率特征，岩浆岩则主要表现为中、高电阻率。其他砂岩、粉砂质板岩随着压力及含水性不同电阻率不稳定，但通常表现为低电阻率特征。区内矽卡岩主要为石榴石矽卡岩，含磁铁矿故表现为中高电阻率、高极化率，强磁性等物性特征。

表1 测区岩矿石物性参数Table 1 Physical parameters of rocks and ores in the survey area

3.2 数据反演及异常解译

根据朝格陶勒盖铜铅锌多金属矿区地质图，区内岩浆活动剧烈，在与砂岩、角岩、大理岩接触部位地表，发现有北东南西向的矽卡岩化、大理岩化蚀变带，蚀变带宽度在3.8～18.5 m，倾向北西，倾角较缓，深褐色，变晶结构，块状构造，矿物成分主要为石榴石、方解石、石英，次为磁铁矿。垂直蚀变带走向，在该区布设一条长度1200 m音频大地电磁测深剖面，点距为20 m，点号从北向南，由西向东由小增大。对采集数据用EH4 Data Processing Programme 软件处理，可以大幅度提高数据量，增加解译的可靠性，图3为3号勘探线音频大地电磁测深(AMT)二维反演拟断面图。

图3中电阻率呈测线两端高，中间低的特征，中部低阻区域电阻率等值线呈垂向分布，推测为断裂破碎带的反映。测线起始段地下高阻区域电阻率值与砂岩、角岩相近，测线穿过区域亦吻合，推测地下高阻为角岩的反映。断面图中右侧高阻区域分上下两块，上部高阻区域推测为大理岩等，下部高阻区推测为上侵岩浆岩，上下高阻交接部位有中、低电阻率区域，推测为蚀变带分布区域。推测是较好的成矿部位。

图3 L3线音频大地电磁测深(AMT)二维反演拟断面图Fig. 2-D inversion pseudo-section map of Audio Magnetotelluric Sounding (AMT) of L3 line

3.3 工程验证及讨论

为了对AMT反演数据成果进行分析与验证，分别在3号实验剖面布置了钻探工程，钻孔编号分别为ZK3-4、ZK3-5、ZK3-6、ZK3-8和ZK3-10，对推测的构造与成矿部位进行验证。

钻探结果表明，共有3个孔见矿，矿体位于下泥盆统大理岩与花岗岩接触带上，呈透镜状或似层状产出，埋藏深度为134～315 m，见矿高程828～1025 m。走向北东，沿走向控制长300 m，倾向北西，倾角10°～38°(3号线钻孔地质剖面图见图4)。在图中点位200 m (ZK3-10)位置由钻孔揭露的砂岩、板岩与角岩分布的情况可知，该位置存在一条产状较陡的断裂构造。此外，本区携带含矿物质成分的岩浆岩在与大理岩之间的交代作用下形成矽卡岩是本区的主要容矿物质。

图4 朝格陶勒盖铜铅锌多金属矿区L3线地质剖面图Fig.4 Geological section map of L3 line in Cu-Pb-Zn polymetallic mining area of Chao-ge Tolgoi1—第四系坡积物 2—中泥盆统变质砂岩、板岩 3—下泥盆统石英角岩 4—下泥盆统大理岩 5—变质砂岩 6—石英角岩 7—大理岩 8—华力西晚期花岗岩 9—花岗闪长岩 10—矽卡岩 11—破碎带 12—钻孔位置 13—见矿孔及编号 14—未见矿孔及编号 15—样槽及编号 16—铅锌矿体

根据钻孔工程可知，见矿厚度在0.75～3.45 m，平均厚度为2.06 m，矿体厚度变化系数为53%。矿体单样品位Pb 0.01%～6.51%、Zn 6.13%～28.49%、Ag 14.7×10-6～91.9×10-6；平均品位Pb 1.12%、Zn 9.87%、Ag 39.6×10-6(3号勘探线样品分析结果见表2)。

表2 朝格陶勒盖铜铅锌多金属矿区3号勘探线样品分析结果Table 2 Analysis data of the samples in Chao-ge Tolgoi Cu-Pb-Zn polymetallic mining area

本区的找矿标志为接触交代作用形成的矽卡岩，其为主要的容矿岩石，铜、铅、锌等的分布基本上与矽卡岩的分布一致。根据地层及蚀变分布特征，本区存在较好的找矿潜力。

4 结论

通过在朝格陶勒盖铜铅锌多金属矿区开展AMT测深工作，结合地质资料并运用最新的数据处理软件，在探查中、深部地质体构造及划分围岩接触带位置等，具有良好的分辨能力和效果。通过钻孔验证表明，该方法在应用于成矿类型为岩浆热液交代类型矿床时，能够提供丰富数据信息，本次应用研究可为同类型矿山找矿工作提供借鉴与参考。

续表2