苏北超高压变质带双湖石墨矿激电测量应用效果

张洋洋， 刘 峰， 石 林， 高士银， 康 涛， 许生武

(江苏省地质勘查技术院，江苏 南京 210049)

0 引 言

石墨矿作为我国鼓励勘查的矿种(王帅等，2017)，对石墨烯等高新技术产业的发展尤为重要，近年来，江苏逐步加强了石墨矿的勘查工作。相比围岩，石墨矿高极化率、低电阻率特征明显，在我国各地的晶质石墨矿勘查中，激电方法均取得了较理想的应用效果(王绵龄等，1987；解立发等，2011；成运利，2014；何其芬等，2014；周晓情，2016；董和平等，2017；赵后越，2017；李海宾等，2018；马健，2018)。

2016年，江苏东海双湖晶质石墨矿预查工作首次在苏北超高压变质带双湖地区采用大功率激电寻找石墨矿，圈定了激电异常4处，重点异常经验证与石墨矿体吻合度高，取得了良好的找矿效果。该测量方法可在苏北超高压变质带内加以推广。

1 研究区概况

1.1 地质概况

研究区大地构造位于苏鲁造山带苏北超高压变质带西缘，带内超高压变质岩分布广泛。其中，二长片麻岩、钾长片麻岩等花岗质片麻岩分布面积约占70%，表壳岩呈透镜状或似层状夹于其中(张泽明等，2002，2003)。表壳岩分为5个岩组，由南向北分别为大理岩石英岩组、榴辉岩片麻岩组、片麻岩榴辉岩组、二云斜长片麻岩组、斜长角闪岩大理岩(张泽明等，2002，2003)，由于经历多期次构造变形、变质和岩浆作用，被强烈肢解、分割，其原岩层序及建造组合特征已不能识别(潘明宝等，2003)。

研究区出露地层为东海岩群表壳岩斜长角闪岩大理岩组，为该区石墨矿(化)体的赋存层位，北北东、近南北走向，向西陡倾，呈似层状夹于钾长片麻岩中(图1)。该岩组整体显示为大理岩与变粒岩频繁互层，局部夹薄层石英岩，为大理岩-(石英岩)-变粒岩岩性组合。

图1 研究区地质简图

区内已发现晶质石墨矿体4条，呈似层状、透镜状赋存于斜长角闪岩大理岩组，产状受地层控制明显，呈顺层状产出。矿体走向与山脊方向基本一致，近南北向，略呈“S”形，走向延长300～670 m；向西陡倾，倾角55°～75°，沿倾向延深145～295 m。矿石自然类型主要为含石墨大理岩、石墨石英岩，固定碳质量分数为2.50%～10.33%、平均值为4.34%。

1.2 物性特征

对研究区主要岩矿石进行电性参数(包括电阻率、极化率)测试，结果(表1)表明，含石墨大理岩和含石墨石英岩的极化率较高，一般为10.55%～23.39%，电阻率一般为241～471 Ω·m；大理岩、片麻岩、变粒岩等围岩极化率一般为1.87%～4.23%，电阻率一般为732～3 080 Ω·m。因此，含石墨岩石与围岩相比，明显具有低电阻率、高极化率特征，采用激电方法寻找石墨矿具备良好的地球物理前提。

表1 研究区岩矿石物性参数

2 技术方法

首先在研究区开展大功率激电中梯测量扫面，以获得激电异常；然后对重点异常进行激电测深剖面评价工作，以了解深部异常特征，推断石墨矿化体的大致产状。

使用仪器包括10 kW汽油发电机1台，DJF-2发射机1台及整流源，DJS-8接收仪5台。面积性激电中梯测量为短导线即1线供电多线观测方式，旁测线距主测线最大距离为200 m，网度为100 m×20 m，研究区地层走向大致呈北北东向分布，测线方位约为105°，垂直于地层走向。通过现场试验，AB距、MN距、供电周期、断电延时、采样宽度分别为1 500 m、40 m、16 s、100 ms、20 ms，此时测量效果及效率俱佳。

激电测深剖面评价采用对称四极等比测深法，MN/AB比值为1/10，AB距最大为1 600 m，异常中心处点距为10 m，两侧点距逐渐增大。

激电中梯测量检查点占总测点数的7.2%，视充电率总均方相对误差为±3.89%，视电阻率总均方相对误差为±0.63%。激电测深质检率为6.67%，视充电率均方相对误差为±3.84%，视电阻率均方相对误差为±0.94%。

3 异常特征

异常圈定的原则：根据激电测量成果，研究区视充电率一般不超过2%，且背景值较低，因此采用异常下限为2.0%；连续多条测线均有异常，且每条测线连续多点有异常(何其芬等，2014；马健，2018)。根据上述原则，在区内共圈定激电异常区5处，编号分别为JD-1、JD-2、JD-3、JD-4和JD-5(图2)。其中，JD-5异常附近见垃圾场，属干扰异常。

3.1 JD-1中低阻高极化异常

JD-1异常位于研究区南部，大致呈条带状，近南北向展布，略呈“S”形，长约1 100 m，向南未圈闭。该异常由视充电率等值线2.2%大致圈出，极大值>7%；视电阻率表现为中低阻，且未圈闭，一般小于1 000 Ω·m。异常总体强度高、规模大。

为研究该异常，在异常核心部位沿93°方向布设3条测深剖面(图1、图2)，剖面间距为80 m。3条测深剖面均反映向西陡倾的低阻高极化异常体存在，异常向深部延伸>330 m，宽度>100 m，往深部规模明显增大，视充电率为3%～7%(图3)。对应高极化率异常部位，相应的视电阻率表现为中低阻特征。剖面异常位置与平面异常吻合，异常区出露地层为东海岩群斜长角闪岩大理岩组，岩性主要为变粒岩、大理岩、石墨石英岩等，由此推测异常由石墨矿化体引起，倾向西，倾角50°～70°。

3.2 JD-2中低阻高极化异常

JD-2异常位于研究区西部，呈北北东向条带状展布，走向约15°，长约580 m，宽约160 m，由视充电率等值线2.0%大致圈出，极大值>3%；视电阻率一般为600～800 Ω·m，表现为中低阻特征。

该异常强度总体相对较弱，异常区地势相对较低，水系发育，第四系覆盖较厚，其附近可见东海岩群斜长角闪岩大理岩组变粒岩。推测该异常为隐伏石墨矿(化)体引起。

3.3 JD-3中低阻高极化异常

JD-3异常位于研究区西北部，呈北东向条带状展布，走向约30°，长约510 m，宽约140 m，由视充电率等值线2.0%大致圈出，极大值为2.95%；视电阻率一般为400～1 000 Ω·m，表现为中低阻特征。

图2 研究区视充电率(a)、视电阻率(b)等值线平面图

图3 激电测深Ⅰ线视充电率(a)、视电阻率(b)反演等值线断面图

异常区为第四系覆盖，其附近可见东海岩群斜长角闪岩大理岩组变粒岩出露。推测该异常为隐伏石墨矿(化)体引起。

3.4 JD-4高阻高极化异常

JD-4异常位于研究区东部，呈北北东向条带状展布，走向约15°，长约780 m，宽约110 m，由视充电率等值线2.0%大致圈出，极大值为4.16%，视电阻率表现为高阻特征，普遍>2 000 Ω·m。

该异常强度总体相对较弱，异常区出露岩性为钾长片麻岩，局部可见黄铁矿化、硅化、褐铁矿。推测该异常为金属矿化引起。

4 应用效果

为验证激电工作圈定的异常的地质属性，在JD-1异常区测深Ⅰ线施工ZK01钻孔(图1、图2、图3)进行验证，钻孔方位角为93°，倾角为75°，孔深309.9 m。孔内见7层晶质石墨矿(化)体(以固定碳质量分数2.5%圈出)，分别位于71.95～74.83、100.98～104.98、134.02～138.10、139.48～140.40、144.20～145.67、171.79～180.79、230.55～231.55 m段，与激电测深剖面异常位置基本吻合。

槽探结果表明，JD-1异常区内发现多处石墨矿体，固定碳质量分数为2.5%～14.0%，矿体走向近南北，向西陡倾，倾角约为60°，与激电中梯和激电测深成果吻合度高。

5 结 论

(1)通过岩矿石电性参数测定，获取了苏北地区石墨矿石的电性参数，为进行激电测量提供了物性前提。

(2)通过对双湖矿区进行激电测量，圈定了4处激电异常。重点异常经激电测深评价、槽探和钻探验证，见矿情况良好。

(3)石墨矿化体与激电异常的吻合度高，说明激电方法在苏北超高压变质带寻找石墨矿较为有效。苏北地区尚有10余处石墨矿(化)点，成矿前景不明，应用该方法可初步了解苏北地区石墨矿找矿潜力。