音频大地电磁法在贵州遵义隐伏锰矿找矿勘查中的应用

肖 林，陈云明，刘志臣，2，4，杨炳南，陈 登，2，4，肖 亮，王家俊，代 迪，杨佳鑫，苟 熠

(1.贵州省地矿局102地质大队，贵州 遵义 563003；2.中国地质大学(武汉)，湖北 武汉 430074；3.贵州省地矿局103地质大队，贵州 铜仁 554300；4.自然资源部基岩区矿产资源勘查工程技术创新中心，贵州 贵阳 550081)

1 引言

贵州遵义锰矿自上世纪40年代发现以来，一直是研究的热点，先后许多学者专家对遵义锰矿的矿床地质特征(刘巽锋 等，1989；陶平 等，2005；林贵生 等，2006；陈登 等，2019)、矿床成因(韩忠华 等，2007；刘平 等，2008；杨瑞东 等，2009，2018；刘志臣 等2013，2015，2016；Xu et al，2021)、成矿环境(杨瑞东 等，1993；刘巽锋 等，2001；崔忠强 等，2014；Deng et al，2016)、成矿模式(陈文一 等，2003；魏泽权 等，2011)、成矿时代(程玛莉 等，2011；刘志臣 等，2018)、岩相古地理和构造古地理(刘志臣 等，2019；汪洋 等，2020；Liu et al，2021)等方面开展了不同程度的研究，并取得了丰富的成果。最近研究认为，贵州遵义二叠纪锰矿属气液喷溢沉积型锰矿床(刘志臣 等，2019；汪洋 等，2018)，遵义次级裂谷盆地结构控制了遵义锰矿带的分布，锰矿在地堑盆地中沉积成矿，在地垒区无锰矿分布(刘志臣 等，2019)。

在研究黔东大塘坡锰矿时，(杜远生 等，2015)、(周琦 等，2017)和(杨炳南 等，2018)应用音频大地电磁法探寻深部地层、构造、含锰岩系及其盆地特征等，取得了较好进展。

经过对比研究贵州遵义锰矿区地层、构造和含锰盆地等特征，该区具备应用音频大地电磁法的条件，因此，首次应用了该方法，进行数据精细反演，指导找矿预测和找矿勘查工作，取得了较好效果。

2 区域地质概况

按照中国成矿区带的划分(陈毓川 等，2010)，贵州遵义锰矿属于滨太平洋成矿域扬子成矿省，III级成矿单元中属上扬子中东部(台褶带)铅、锌、 铜 、银、铁、锰、汞、锑、磷、铝土矿、硫铁矿成矿带。区内矿产极为丰富，矿产有煤、硫铁矿、锰矿、铝土矿、石灰岩等，主要矿产为锰矿，仅产于二叠系地层中。大地构造位置位于羌塘-扬子-华南板块-扬子陆块，上扬子地块-黔北隆起区的毕节弧形褶皱代与凤冈南北向隔槽式褶皱变形区交接部位，区域内构造发育，以褶皱为主，呈北东、北北东向分布；断层走向与褶皱轴线基本一致，以高角度断层为主。区域出露地层为寒武系、奥陶系、二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系地层，缺失志留系地层，均为沉积岩地层(图1)。

图1 遵义锰矿区区域地质简图(据贵州省地矿局102地质大队2019，2021改编)

研究区地层属羌塘-扬子-华南地层大区之扬子地层区，黔北地层分区，毕节-瓮安地层小区(贵州省地质矿产勘查开发局，2017)。出露地层均为沉积岩地层，自老至新为：二叠系阳新统茅口组(P2m)，二叠系乐平统龙潭组(P3l)、长兴组(P3ch)，三叠系下统夜郎组(T1y)、三叠系下-中统嘉陵江组(T1-2j)、三叠系中统关岭组(T2g)。

3 地球物理特征

采用小四极法在研究区内谢家坝地区二叠系茅口组、龙潭组、长兴组，三叠系夜郎组、嘉陵江组及第四系中采集了包括灰岩、白云岩、粘土岩、泥岩、块状锰矿石、粘土等不同岩矿石，实测了155个物性点，归纳总结了研究区的视电阻率参数物性特征(表1)。测量仪器为重庆地质仪器厂生产的DZD-6A电法仪。

表1 遵义锰矿整装勘查区岩矿石电性参数测定结果统计表Table 1 Statistics of measurement results of rock and ore electrical parameters in ZunyiManganese filly equipped exploration area

第四系粘土、夜郎组三段、龙潭组泥岩及块状锰矿石电阻率值较低，其平均值低于400 Ω·m；嘉陵江组(T1-2j)白云岩电阻率平均值为1 498.65 Ω·m；夜郎组第二段(T1y2)、长兴组(P3ch)、茅口组(P2m)灰岩电阻率较高，其电阻率平均值大于4 000 Ω·m。

研究区含锰岩系位于龙潭组与茅口组之间，主要由茅口组三段的含锰粘土岩及碳酸锰矿层等组成，含锰岩系综合电性特征为低电阻率，其上覆的长兴组灰岩和下伏茅口组灰岩同为高电阻率特征，是判断含锰岩系存在的间接标志，含锰岩系与其它岩性差异明显，具备电法物探勘查条件。

4 工作原理及数据处理

4.1 方法原理

野外观测时(如图2所示)，所有的仪器盒子使用两个电极来测量一个电道的数据，电道的终端为埋置于25 cm深的盐水泥浆坑的不极化电极罐，电极线组成一个直角十字架，采集盒子位于正中。

A—辅助站；B—主测站图2 V8-AMT测量装置布置图(据杨炳南 等，2018)Fig.2 Layout of V8-AMT measuring device

野外施工时，用高精度eTrex手持GPS卫星定位仪找到测点位置，并在此位置用罗盘指挥工作人员在测网坐标系“北”“南”“东”“西”(这里的方向有测网坐标系而定，此处说的北不一定是正北)四个方向距测站20 m±(每个电道电极距40 m)埋设四个不极化电极，方位角的误差±1°；然后按对应电极方向，将四条电极线连接到对应的终端上。用万用表测量Ex和Ey两个电道的接地电阻(尽可能保证小于2 000 Ω·m)、DC电位及AC电位，并记录到班报表上；同时，分别垂直于Ex、Ey方向水平放置两根磁棒Hx、Hy。

4.2 数据处理及反演

对AMT数据处理和反演，是采用凤凰地球物理有限公司提供的SSMT-2000和成都理工大学开发的MTsoft2D数据处理反演软件。数据处理过程为：导入SSMT2000软件，输入时间序列文件、标定文件、测点参数文件，生成傅立叶变换因子，所有同时选择的采集数据必须有同样的傅立叶变换频率参数，这些参数是以二进制保存在Fourier Transform Parameters(PFT)文件中，然后从参考点的数据中用robust程序进行再处理，输出MTPlot软件可读的数据处理文件，输出文件中包含每个频点的crosspower(一个单频的叠加因子)，SSMT2000数据处理的最终过程是将离散傅立叶变换(DFT)的结果进行再处理生成crosspower数据。crosspower会保存在输出结果中，它即可图形显示，也能被用MT2D-soft这个软件进行反演。数据处理包括“编辑平滑”、“测点处理”、“曲线拟合”、“静态校正”、“空间滤波”等(Jiracek，1990)。

完成各种地形校正(韩骑 等，2015)、数据平滑(即对干扰信息的压制和有用信号识别等)、二维空间滤波等方法后，可进行起伏地形下的二维反演和成像解释。

本次物探工作数据反演参考已知地质资料，将各种反演方法逐一反演，与已知地质资料进行详细对比后，选择带地形非线性共轭梯度反演(Fletcher R et al.，1964；Siripunvaraporn W et al.，2000；Rodi W et al.，2001；韩波 等，2012；康敏 等，2017)，以一维Bostick反演结果为初始模型，反演深度为2.0 km，最大迭代次数为20次，最小拟合精度设置为0.05，平滑系数为0.05。

5 成果解释及钻探验证

5.1 异常的判别

研究区断层异常特征总体是二维板状体形态特征，向下延伸较深。相对于围岩介质的电阻率，断层可表现为低阻断层和高阻断层，决定于断层的物质成分、胶结程度、破碎带宽度、含水性等特性和围岩电阻率特性。一般来说，活动断层电阻率值较低，断层越老，胶结程度越强，电阻率值越高；断层破碎带越宽，越破碎，电阻率相对较小；地下和地表水越丰富，电阻率越小；压性断层少水，则为高阻，张性断层富水，则为低阻。因此，判断断层最直接的依据是视电阻率断面图的横向电性是否连续。也就是说，横向电性即横向的视电阻率曲线发生了较明显的下陷或上凸，使其两侧的电性差异明显，表现为一个很明显的不连续性。

在地层分层效果上表现为：位于龙潭组下伏地层茅口组第三段的含锰岩系和龙潭组以泥岩、粉砂质泥岩为主的地层呈低电阻率电性特征，其上覆的长兴组、三叠系地层和下伏的茅口组地层以灰岩为主，呈高阻电性特征。

5.2 异常解释推断

研究区内共实测了1条剖面，为100剖面。经过对AMT数据处理和反演，生成了AMT反演成果图，研究区锰矿层位于茅口组第三段含锰岩系，被上覆二叠系乐平统龙潭组平行不整合覆盖，整合覆盖于下伏二叠系阳新统茅口组第二段(P2m2)硅质灰岩之上，其分布范围严格受硅质灰岩分布范围控制(刘巽锋 等，1989)。含锰岩系底板为较厚的茅口组第二段硅质灰岩，顶板为厚度巨大的龙潭组泥岩、粉砂质泥岩及灰岩，二者间出现了较为明显的低阻区。根据含锰岩系顶底板电性差异，可圈定出含锰岩系的空间分布位置、形态和深部的延伸情况，以及深部构造分布特征，为钻探施工和找矿预测提供一定的依据。

通过对研究区地质特征和物性特征进行综合分析研究，对100剖面反演结果进行解释(图3)。

图3 100剖面地球物理综合成果解释图(据贵州省地矿局102地质大队，2019；汪洋 等，2020改编)

(1)图面电阻率垂向上及横向上变化明显。垂向上对探测区域各倾斜岩层分层效果较好，剖面北段101-160号点大体表现为两层电性结构特征，由地表往下总体表现为“低—高”的变化模式；剖面南段160-228号点大体表现为四层电性结构特征，由地表往下总体表现为“低-高-低-高”的变化模式。关岭组泥岩、泥质白云岩显示相对低阻电性，嘉陵江组灰岩、白云岩显示高阻电性，夜郎组和龙潭组泥岩、砂岩、粘土岩显示低阻电性，茅口组-奥陶系灰岩显示高阻电性。

(2)横向上根据电阻率的不连续性，推测在110、130、152、211、226号点附近存在同沉积断层，其中110、226号点处的断层为控制Ⅲ级深溪-八里地堑盆地的同沉积断层；130、152、211处的断层为控制Ⅳ地堑盆地的同沉积断层。铜锣井背斜核部位于155号点附近。162号点附近推测有1条次级断裂异常，编号为F1，推测为后期构造。

5.3 钻探验证

6 结论

(1)遵义锰矿整装勘查区不同岩矿石的电性特征差异明显，含锰岩系底板的茅口组灰岩显示高阻电性，以泥岩为主的龙潭组以及龙潭组下伏茅口组第三段的含锰岩系显示低阻电性，其上覆盖的长兴组灰岩显示高阻电性。

(2)在遵义锰矿整装勘查区采用音频大地电磁法开展工作，通过电性特征的差异，音频大地电磁法物探成果总体上能够反映该区地层、构造及含矿岩系的展布特征，效果明显，具有较好的指导意义。

(3)经施工的钻探验证，揭露的岩矿石层位和音频大地电磁法解释的吻合程度较高，找矿效果较为显著，该方法有望为后续研究区内锰矿勘查工作和区域同类型的锰矿找矿预测提供详实有效的依据。