矿物富集区的物探异常特征及深部找矿预测研究

2021-08-01张赞萍狄红伟

中国金属通报 2021年3期

张赞萍，陈竞，狄红伟

（河南省地质矿产勘查开发局第四地质矿产调查院，河南郑州 450000）

矿物富集区的地质勘查一直是近年来矿产领域的重点研究内容，其中矿物富集区指的是矿产资源在某一特定区域中高度集中的地区。在以往的研究中，针对矿物富集区的勘察主要使用的是化探方式，对于物探方面的研究则重视程度相对较低[1]。因此，针对矿物富集区进行物探异常特征研究是具有现实意义的。而根据其物探异常特征进行深部找矿预测，对于矿物富集区的地质勘查研究更具有重要意义。对于矿物富集区的物探异常特征及深部找矿预测的研究，国外已经开展的较为深入，可以根据对矿物富集区的物探异常特征进行探识从而实现较为准确的深部找矿。而国内对于矿物富集的物探异常特征及深部找矿预测的研究目前也取得了突破性的研究成果，并在实际找矿中进行了应用。综合目前所获取的研究成果，对矿物富集区的物探异常特征及深部找矿预测进行深入研究。

1 矿物富集区的物探异常特征

1.1 激电异常特征

激电异常特征包括极化率特征与电阻率特征。其中极化率特征包括区域中存在多峰值异常，且幅值较高、范围较大[2]。具体表现为高重、低磁、中低阻、高极化等。区域的出露岩性则包括凝灰岩、火山角砾岩、角闪安山岩等，具备强烈的绿帘石、碳酸岩化、褐铁矿化、磁铁矿化等矿化性蚀变。电阻率特征为区域内存在高阻区或低阻区。

1.2 磁测异常特征

磁测异常特征指的是区域内存在磁场异常地区，具体表现为存在磁感应强度上的较大差异、磁场方向上的差异、磁场深度上的差异等[3]。其中磁测异常特征的具体表现类型为扭曲带、正负性异常带以及其他异常等。其中扭曲带异常的对应表现为在区域中存在地磁感应的实际强度变化参差不齐的情况，以及岩性相同的不同部位表现出正负转变的状态。正负性异常带的对应表现为区域中存在正负磁异常的明显分界线。其他异常的对应表现为区别于前两种情况，磁感应强度出现明显变化。具体包括岩体化学性质的碱性、酸性、中性、基性、超基性等表现引发磁感应强度的明显变化。其中酸性、碱性这两种表现影响磁感应强度变化的程度最强烈。酸性表现影响磁感应强度变化的情况可以分为两种：无磁性岩体，具体波动范围为150nT～350nT；中强磁性岩体，具体波动范围为350nT～550nT。碱性表现则能够引发磁感应强度在100nT～300nT 这一范围中的随机波动。

1.3 重力场异常特征

重力场异常特征指的是在区域中构成地壳的不同矿体、岩体之间存在较大密度差异所引发的地表重力加速度差异。具体表现为相比周围岩体，勘探地质体的密度值明显不同，也就是存在明显的重力异常情况。

2 深部找矿预测方法

2.1 CSAMT 法深部找矿预测

CSAMT 即大地电磁可控源音频测深方法，主要通过人工场源实施深部频率域探测，是一种地球物理探测方法。CSAMT 具有高效、工作布置整体比较简单、较大探测深度、较强压制干扰、较大供电电流等特征[4]。CSAMT 的极限探测深度目前在2km 左右。通过CSAMT 可以对矿物富集区的物探异常特征进行探测。

CSAMT 能够人工控制观测电磁场的方向、场强、频率，具备明显的极化方向与较高信噪比，便于进行观测[5]。该方法还能够探测通过地震法和直流电法无法探测的位于薄层高电阻下的地质体。其使用的探测人工场源主要包括电性源与磁性源两种。当前应用较为广泛的是电性源人工场源，主要是在1km ～3km长的接地导线内供应音频电流来产生对应频率的观测电磁场。使用电性源时主要是以接地长度有限的电偶极子AB 为人工场源，并在电偶极子AB 两侧接收测线上设置多个赤道偶极装置实施标量测量。测量时的发射源具体覆盖范围如图1 所示。

图1 测量时的发射源具体覆盖范围

在探测时，同时对正交于场源的磁场水平分量和平行于场源的电场水平分量进行观测，利用测试仪器对阻抗相位和卡尼亚视电阻率进行自动计算，通过对发射频率进行改变，获取不同地下深度对应介质电阻率的实际分布信息，实现矿物富集区的物探异常特征探测。

2.2 SIP 法深部找矿预测

SIP 即频谱激电法，其可研究观测的参数较多，通过组合解释多参数可以为矿物富集区提供更加丰富的深部找矿预测信息。通过SIP 能够解决下列矿物富集区深部找矿预测问题：

（1）通过SIP 能够对金属硫化物IP 与含碳质地层IP 进行识别，具体识别方式为按照介质内极化物质的体积含量、构造和结构上的差异进行识别。

（2）通过SIP 能够在矿化背景中对相对富集体进行识别。（3）能够对深部盲矿与隐伏矿进行寻找。

通过SIP 对矿物富集区的物探异常特征进行探测，需要对测量反演断面进行设计，主要是通过用电阻率法中的布极装置对电阻率视复频谱进行观测，并对复电阻率的对应频谱特性进行研究，以解决矿物富集区的地质问题。在地面，SIP 主要采用的是偶极-偶极排列式装置，可以对径向电场进行扫频观测，属于几何高密度探测法。这种偶极装置十分轻便，电磁耦合对其干扰较小。该装置能够深度穿透覆盖层、强力分辨极化体的产状与形状，具有较大的异常幅度和较强的抗干扰能力。

该方法测得的频谱主要包括电极化性带来的激电谱与导电性带来的近场区电磁谱[6]。在频带上这两种频谱所占据的位置不同，通过不同模型对实测视频谱实施拟合反演能够对其进行分离处理，从而实现去电磁谱响应的目的。通过对四种激电谱参数进行求取，反映矿物富集区地下地质体电极化与导电性质，从而准确判断异常物质属性。这四种激电谱参数分别为视频率相关系数、视时间常数、视充电率以及视复电阻率。

其中实测视频阻率可以用两个Cole-Cole 模型的和来表示，分别为电磁效应与激电效应所对应的Cole-Cole 模型，具体如下式所示：

式（1）中 ρ ( ω )代表实测视频阻率；ρa0表示包含激电效应的频率零时视电阻率；1m 代表激电效应的对应充电率；1τ 表示激电效应的对应时间常数；1C 代表激电效应的对应频率相关系数；2m 表示电磁效应的对应充电率；2τ 代表电磁效应的对应时间常数；C2表示电磁效应的对应频率相关系数；iω 代表视频阻率。

对于均匀大地条件，电磁效应与激电效应所对应的Cole-Cole 模型的对应参数分别遵循以下规律：的取值在0.1 到0.6 的范围内；的取值在0.9 到1.0 的范围内；激电效应的对应时间常数大于电磁效应的对应时间常数。根据以上规律，可以对激电效应与电磁效应进行区分。