干旱荒漠区综合物化探方法寻找铜多金属矿

2021-04-24龚胜平陆桂福席明杰马生明苏文利

物探与化探 2021年1期

龚胜平,陆桂福，席明杰，马生明，苏文利

(1.中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所, 河北廊坊 065000； 2.中国地质大学(北京) 地球物理与信息技术学院，北京 100083)

0 引言

随着中国东部矿产资源日益枯竭，大面积的荒漠戈壁特殊地理景观地区有望成为下一个矿产资源接替基地。前人在覆盖区找矿进行了一些理论研究与实践[1-8]，而在西北部的干旱荒漠特殊景观区进行隐伏矿床的勘查研究目前仍然显得较为薄弱，主要体现在：①荒漠戈壁覆盖层厚度大，分布不均一，地球物理异常较弱；②干旱缺水，供电困难；③覆盖层对地表地球化学异常也有较大的屏蔽和衰减作用。目前需要一些既能提高信号强度，又能加大勘探深度的物化探方法，如大极距激电方法[9-11]、深穿透地球化学方法[12]、土壤热磁组分测量等，解决该地区寻找隐伏矿的难点问题。

内蒙古黑鹰山地区是典型的干旱荒漠区，地质构造复杂，岩浆活动强烈，成矿地质条件优越，形成了铜、金、铀、铁、镍、钼等金属矿产和重晶石、白云石、石膏等非金属矿。近年来在该地区开展了多项地质勘查和科研工作[13-18]，使用了磁法、电法及水系沉积物测量等工作手段，包括三维地球物理勘查试验[19-20]，发现了一批新的矿床(点)、矿化点及物化探异常。笔者利用大功率激电、磁法、可控源音频大地电磁测深等地球物理方法及热磁组分测量地球化学勘查方法开展干旱荒漠区的铜多金属矿的勘查工作，分析综合物化探异常特征，研究本调查区作为找矿靶区的可行性，为下一步开展详查及钻探工程提供依据。

1 调查区概况

1.1 地质概况

调查区位于内蒙古黑鹰山地区额济纳旗以西250 km。根据1∶1万专项地质测量结果，区内出露地层主要为上奥陶—下志留统公婆泉组，岩石组合主要为钠长阳起岩、钠长阳起片岩夹少量大理岩、变质粉砂岩，其中钠长阳起岩、钠长阳起片岩分布于调查区中部，大理岩分布于其南北两侧(图1)。钠长阳起岩、钠长阳起片岩呈灰绿色，柱粒状变晶结构，块状构造、片状构造，岩石绿帘石化明显，呈条带状、透镜状沿裂隙或片理产出。大理岩呈灰白色，粒状变晶结构，块状构造，宏观呈薄层状，片理化明显，岩内见矽卡岩化带，主要分布于地层区南部，呈灰绿色、铁褐色，粒状变晶结构，块状构造，主要成分为石榴子石、石英。

1—中粒石英闪长岩；2—细粒角闪辉长岩；3—上奥陶统-下志留统公婆泉组一段变粒岩；4—第四系全新统砂砾石、粉砂、细砂；5—第四系全新统冲洪积物；6—白垩系赤金堡组含砾粗砂土；7—细粒二长花岗岩；8—中粒花岗闪长岩；9—青灰色闪长玢岩脉；10—肉红色细粒钾长花岗岩；11—花岗细晶岩；12—细粒二长花岗岩脉；13—细粒花岗闪长岩；14—细粒正长花岗岩；15—细粒花岗斑岩脉；16—石英脉；17—大理岩；18—变粒岩；19—钠长阳起片岩；20—矽卡岩化；21—岩相界线；22—断裂构造；23—调查区范围；24—物化探测点；25—褐铁矿化；26—铜锌矿化点；27—探槽位置及编号1—medium-grained quartz diorite; 2—fine-grained hornblende gabbro; 3—metagranite of the first member of Gongpoquan formation in upper Ordovician-lower Silurian; 4—sandy gravel, silt, fine sand of Quaternary Holocene; 5—alluvial deposits of Quaternary Holocene; 6—gravel-bearing sandy soil of Chijinbao formation of Mesozoic; 7—fine-grained monzonitic granite; 8—medium-grained granodiorite; 9—blue-gray diorite porphyrite vein;10—red meat fine-grained K-feldspar granite; 11—granite acelite; 12—fine-grained monzonite vein; 13—fine-grained granodiorite; 14—fine-grained syenogranite; 15—fine-grained granite porphyry vein; 16—quartz vein; 17—marble; 18—metagranite; 19—albite-actinolite-schist; 20—skarnization; 21—lithofacies boundary; 22—fault structure; 23—survey area; 24—geophysical and geochemical survey points; 25—limonite mineralization; 26—Cu-Zn mineralization station; 27—trough location and number图1 调查区地质图与工作布置Fig.1 Geological map and work arrangement in the survey area

区内侵入岩发育，主要包括晚泥盆世细粒角闪辉长岩、石英闪长岩、中粒花岗闪长岩和早石炭世细粒二长花岗岩。细粒角闪辉长岩主要分布于该区西北部，呈NW向展布，受NW向断层控制明显，侵入上奥陶—下志留统公婆泉组，并被晚泥盆世石英闪长岩侵入。泥盆纪细粒石英闪长岩分布于调查区西部，辉长岩南侧，被早石炭世细粒二长花岗岩侵入，基岩裸露，地表球状风化特征明显，岩石呈细粒结构，块状构造，局部弱定向构造，主要成分为斜长石、角闪石、黑云母、钾长石与石英，矿化蚀变特征不明显。泥盆纪中粒花岗闪长岩主要分布于调查区东北、西南部，呈较大规模岩基产出，侵入上奥陶—下志留统公婆泉组，被早石炭世细粒二长花岗岩侵入，岩石呈浅灰色，细粒结构，块状构造，局部弱定向构造，矿物粒度2～3 mm，主要成分为石英、斜长石、钾长石、暗色矿物黑云母，岩内有砖红色细粒二长花岗岩细脉侵入，矿化蚀变特征不明显。石炭纪细粒二长花岗岩主要分布于公婆泉组地层区南北两侧，侵入公婆泉组及晚泥盆世花岗闪长岩，岩石呈粉灰色—砖红色，细粒—中细粒结构，块状构造，主要由石英、斜长石、钾长石及少量黑云母组成，岩石较均匀，暗色矿物含量少，岩内局部钾化明显，与大理岩接触带附近多形成矽卡岩化带、绿帘石化、褐铁矿化，与成矿关系密切，形成了多条矿化蚀变带，成矿地质条件优越。

区内脉岩发育，主要包括闪长玢岩脉、细粒二长花岗岩脉、正长花岗岩脉、石英脉、花岗斑岩脉，多呈NW向或近SN向展布。

区内构造(F1、F2、F3)主要为NW向断层，主要沿沟谷展布，规模较大，控制着公婆泉组地层与矿化分布范围。

1.2 物性特征

根据地表采集标本，实验室测定的物性参数，区内岩矿石的极化率值普遍不高，电阻率值范围变化幅度(数百至几千)较大，其中大理岩与绿帘石化斜长角闪岩呈现相对低阻，辉长岩、石英闪长岩为高阻，其余岩石基本呈现中高阻特征。矿化斜长角闪石具备相对中高极化率特征。岩石磁性变化较大，石英闪长岩、钠长阳起片岩、辉长岩具有高磁性，大理岩、正长花岗岩基本无磁性(表1)。以上岩矿石的物性差异使物探测量具备应用前提。

表1 岩矿石物性统计

2 工作布置

调查区物探测线布置见图1所示。共布置了34条测线，每条测线30个点，长1.16 km，测线方向40°，测量网度为100 m×40 m，勘查面积3.83 km2。测点从西南至东北依次变大,最小点号为102。调查区进行了大功率激电扫面、高精度磁测及热磁组分土壤测量工作，根据异常情况，在测线P370、P470同点位布设了可控源音频大地电磁测深工作，选择异常较好部位进行了槽探工作(TC02、TC05、TC06)。

3 地球物理勘查

3.1 大功率激电测量

本次电法测量仪器为GDP32Ⅱ系统，采用中间梯度装置。该装置的特点是：敷设一次供电电极(A、B)，可在AB之间一个较大的范围内观测。荒漠覆盖区气候炎热、干旱少雨，近地表均分布有厚度不等和非常坚硬的特高阻盐碱壳层，在盐渍壳下面，由于盐碱化作用，大地电阻率呈低阻。为确保信噪比及有效勘探深度，工作中选择供电极距为1 800 m，接收极距为40 m。采用占空比50%双向方波供电。质检率3.82%，质检视电阻率、视充电率均方相对误差分别为0.68%、2.38%，符合相关规范。盐渍壳接地电阻很高，通过采取增加供电电极数量和浇灌盐水等方法，改善供电电极接地条件，改善了沙漠地区的供电难度大的问题。接收电极接地也采用浇灌盐水方法，保证较小的接地电阻。

大功率激电扫面工作的测量结果如图2所示。从图中可以看出，中粒花岗闪长岩所在位置地表测量结果基本显示为高阻，第四系覆盖区与白垩系赤金堡组测量结果显示为低阻，其余岩性的地表测量电阻率值呈高低变化特征。异常的展布方向均与调查区地层、构造走向基本一致。由F1、F2断裂位置可知，视电阻率值的变化转折位置为明显的断裂部位。

a—视电阻率平面图；b—视充电率平面图；构造为地质实测，地球物理色标仅应用于调查区范围内，地质背景图例见图1，图3～6同a—the plan view of apparent resistivity；b—the plan view of apparent chargeability；the fracture is measured by geological means, and the geophysical color unit is only used in the survey area，the geological legend is shown in Fig.1，and Fig.3～Fig.6 are the same图2 激电中梯测量视电阻率(a)与视充电率(b)等值线平面Fig.2 Contour maps of the apparent resistivity(a) and apparent chargeability(b) of the TDIP survey

区内视充电率背景值为5～9 ms，按13 ms视充电率圈出两个相对独立的激电异常(编号为J1、J2)，异常均由F1控制。J1异常为环状异常，面积较小，平均宽度约200 m，位于泥盆纪细粒角闪辉长岩与上奥陶—下志留统公婆泉组一段变粒岩的侵入接触部位，呈现高充电率(17～30 ms)、低阻(约200 Ω·m)特征。J2异常呈“W”形状，呈现中高极化(10～17 ms)与中阻(200～794 Ω·m)特征，既位于石炭纪细粒二长花岗岩与上奥陶—下志留统公婆泉组一段变粒岩接触部位，也处于构造F1与F2的交汇位置，成矿条件十分有利，是需要重点关注的异常。

3.2 高精度磁测

本次使用PMG-2型质子磁力仪进行高精度磁测。仪器开工前后依据规范经过噪声水平测试、一致性测试等性能试验，确保仪器工作正常。调查区人迹罕至，干扰小，质检率4.52%，质检磁异常均方相对误差为±1.32 nT，满足相关规范要求。对资料进行日变改正与数据网格化、化极处理、200 m向上延拓等，突出深层异常特征。

化极后的磁异常等值线平面如图3所示，图中圈定了5个磁异常，由图可见磁异常展布方向与矿区地层、构造走向基本一致。

图3 磁异常化极等值线平面Fig.3 Contour map of magnetic anomalies after pole reduction

磁异常M1、M3位于调查区西北部，推测为辉长岩引起。区内激电异常J1位于磁异常高低变化的负值区，推测为构造作用引起局部的磁性变化。M2异常为一较大范围的高磁异常，异常值在750 nT以上，异常宽度约300 m。结合岩矿石磁性特征(表1)及地质岩相界线范围可知，该处高磁异常与上奥陶—下志留统公婆泉组位置吻合，为钠长阳起片岩引起。磁异常等值线北侧较疏，南侧较密，说明高磁异常体为向北倾向。高磁异常南侧伴生负磁异常，异常幅度为-100～-200 nT。激电异常J2处于磁异常M2南侧梯度带上。向上延拓(图4)的结果表明，深部异常主要为调查区中部高磁异常体的反映，该异常中心随深度增加略向北移，也说明了异常体的北倾方向。南端高磁异常M4为隐伏变粒岩引起，局部磁异常M5为岩脉引起。

图4 磁异常向上延拓200 m等值线平面Fig.4 Contour map of magnetic anomalies after upward extension 200 m

3.3 可控源音频大地电磁测量

可控源音频大地电磁法采用标量测量方式，测量的频率范围为1～8 192 Hz。AB=1 km，收发距为5 km。测量过程中采用6个电道共用一个磁道的方法，共用磁道位于每个排列的中间部位。质量检查点卡尼亚电阻率与阻抗相位均方相对误差分别为2.78%、4.5 mrad，满足相关规范要求。数据处理使用圆滑模型一维反演程序SCSINV。

测量结果由图5所示，反演深度1 km。由反演结果可知地质体的断面分布及深部延伸情况。异常在断面图上显示为低阻良导体(J1、J2)赋存于高阻地质体围岩中，推测为隐伏矿(化)体。470线显示异常J1中心埋深约400 m，产状较陡立。370线显示异常J2埋深约300 m，从等值线的扭曲方向判断岩性接触面的倾向为NE向。

图5 470线(a)、370线(b)综合电法勘查剖面及推断解译Fig.5 Integrated electrical survey profiles and inferred interpretation map of 470 line(a), 370 line(b)

4 地球化学勘查

本次地球化学勘查采用1∶5万土壤热磁组分测量。土壤热磁组分测量是针对运积物覆盖区而提出的一种地球化学勘查方法[21]。土壤热磁组分以铁锰氧化物为主，由土壤中的非晶质铁锰氧化物转化而来，其原理为利用焙烧将土壤中的非晶质铁锰氧化物转换为磁性物质，再利用电磁分选的方法将这种物质分选出来，测定其中的矿化指示元素含量。该方法可以有效提高地球化学异常强度，发现微弱成矿信息。

图6为Au、Cu等12种元素地球化学异常剖析图，异常区范围主体较小，面积约1 km2。异常主要集中在激电异常J2位置，Au、Ag、Sb、As等元素异常有沿着F1构造向北延伸至异常J1的趋势。区内元素组合齐全，低温成矿元素组合(Au、As、Sb等)、中温成矿元素组合(Au、Ag、Cu、Pb、Zn等)、高温成矿元素组合(Cu、Mo等)异常套合较好(表2)。Ag极大值为0.94×10-6，同一点As含量为31.3×10-6，Au为23.2×10-9，Sb为36.8×10-6，远高于背景值，主要是单高值点形成的异常；异常区内Cu极大值达到586×10-6，Pb为108×10-6，Zn异常范围相对较小；W极大值为14.1×10-6，Sn为12×10-6，Mo为27.8×10-6；Cd单点极大值1030×10-9。此外Na2O在异常区出现明显贫化，负异常反映成矿地球化学环境范围[22]。据此，推断调查区综合异常区是由单点高值点形成的多元素综合异常，多个成矿元素、成矿伴生元素形成极大值，异常很有意义。比较NAP值可确定成矿元素为Ag、Mo、Cu。地球化学异常上看，基本上是以成矿元素为中心，前缘元素(Sb、Au、As)异常和后尾元素(W、Sn)异常与之套合或重叠。除Sb异常范围较大外，前缘元素与后尾元素在异常强度和面积上大致相当，并且两组元素异常同时出现，说明本矿床基本为中等剥蚀程度。矿(化)体J1远离地球化学异常浓集中心，结合地球物理异常，该矿(化)体向深部延伸较浅，纵向矿化范围约300～540 m；矿(化)体J2位于地球化学浓集中心，向深部延深较深，纵向矿化范围约300～640 m。

图6 地球化学异常剖析Fig.6 Analyze map of geochemical anomalies

表2 地球化学异常参数统计

5 探槽结果

在调查区J1、J2异常处分别开展了探槽TC05、TC02工作，其中TC05位于370线，TC02位于480线附近，另外根据化探异常在290线中部布置探槽TC06(图1)。探槽揭露显示，在公婆泉组钠长阳起岩夹变质石英砂岩和大理岩接触处具有强烈的硅化、矽卡岩化和孔雀石化。刻槽样分析结果(表3)显示有7件样品Cu含量已达到或超过边界品位，6件达到边界品位一半以上，另外1件样品Ag达到边界品位，说明已发现浅部矿体。

表3 调查区刻槽样分析结果

该干旱荒漠区成矿地质条件优越，本次矿产检查工作采用了3种物探方法，另外使用了能强化覆盖区异常的热磁组分测量地球化学方法。从经济与效果角度来看，高精度磁测、大功率激电在本区比其他方法较为经济，大功率激电、可控源及土壤地球化学找矿效果较好。建议组合采用土壤地球化学测量及大功率激电，最后部署CSAMT测量控制矿(化)体向下延伸，以达到既经济又实用的找矿效果。

石炭纪细粒二长花岗岩与大理岩接触部位形成矿体，F1构造为控矿构造。各物化探方法在该区同时出现异常:①大功率激电测量在地表圈定两处低阻高极化异常;②磁测显示激电异常位于磁异常的强梯度带上;③土壤测量显示出各种元素组合异常。可控源音频大地电磁测深结果显示深部存在隐伏矿(化)体，圈定的激电异常和化探异常浓集区都是该区勘查铜多金属矿的直接找矿标志，并且物化探异常的展布方向均与地层、构造的走向一致，说明异常与地质构造关系密切，异常具有重要的找矿意义。