鄂东南矿集区铜绿山矿田深部探测物探方法技术及找矿效果探究

吴 飞， 易 露， 尚世超， 徐富文， 杨 幼， 刘 敏， 闫 芳

(1.湖北省地质勘查基金管理中心，湖北 武汉 430071； 2.大冶有色金属集团控股有限公司，湖北 黄石 435005；3.湖北省地质局 第一地质大队，湖北 大冶 435100)

随着中国几十年高强度的金属矿产勘查及开发，地表矿、浅部矿大多已被发掘，在浅部找到金属矿产资源的概率正逐步减小，找矿目标已逐步向深部倾斜，深部找矿已成为未来矿产勘查的重要方向。铜绿山矿田处于鄂东南矿集区中部，是矿集区最重要的矿田之一。截至2019年底，铜绿山矿田累计查明金、铜资源量占湖北省相应累计查明资源量的近一半，在全省矿产资源供给方面具有重要地位。铜绿山矿田自2006年开展危机矿山接替资源勘查以来，在深部取得了重大找矿进展，显示区内深部找矿潜力巨大。但随着找矿深度的加大，深部矿及深部地质信息在地表的反映变弱，提取难度加大，严重制约了深部找矿工作的开展。围绕制约鄂东南矿集区深部找矿的深部探测物探方法技术问题，以鄂东南矿集区铜绿山矿田为试点，开展了广域电磁法、微动勘探等大测深、高精度物探方法的应用试验工作，初步认为这两种方法在区内深部地质结构探测及找矿方面均有较好的效果，取得了阶段性成果。

1 区域地质背景

鄂东南矿集区在大地构造位置上位于扬子板块北缘、大别造山带的西南部，是一个北东由襄樊—广济断裂、北西由麻城—团风断裂、南部由鸡笼山—高桥断裂所圈定的呈三角形分布的Ⅳ级构造—岩浆岩分布区。

区内地层发育齐全，从元古界至新生界除缺失中—下泥盆统、下石炭统外，其余均有出露。其中，三叠系大冶组和嘉陵江组的碳酸盐岩是区内矽卡岩型矿床的主要赋矿围岩，其次为二叠系栖霞组和茅口组碳酸盐岩地层。

区内构造复杂，显著特征是燕山期北北东向断裂和褶皱叠加改造印支期北西西向褶皱及断裂，形成网状构造格架，控制了区内岩体的侵入与矿体的定位。

区内燕山期中酸性岩浆岩十分发育，共发育鄂城、铁山、金山店、灵乡、殷祖、阳新六大岩体及铜绿山、铜山口、付家山、阮家湾等多个小岩体，与区内矽卡岩型矿床关系密切，是矽卡岩型矿床的成矿母岩，控制了区内矽卡岩型矿床的分布。

2 矿田地质特征

铜绿山矿田位于鄂东南矿集区的中心，大冶复式向斜南翼，阳新岩体西北端。地层以三叠系大冶组和嘉陵江组灰岩、白云质灰岩为主，其次为三叠系蒲圻组砂岩，白垩系下统马架山组角砾岩，灵乡组砂岩，大寺组流纹岩、凝灰岩地层。与成矿关系密切的是大冶组和嘉陵江组地层，分布于铜绿山岩株体周缘或呈残留体分布于铜绿山岩株体内(图1)。

图1 铜绿山矿田地质略图Fig.1 Geological map of Tonglushan ore field1.白垩系—第三系公安寨组;2.白垩系下统;3.三叠系中统蒲圻组;4.三叠系下—中统嘉陵江组;5.三叠系下统大冶组;6.石英二长闪长岩;7.斑状石英二长闪长岩;8.石英二长闪长玢岩;9.石英闪长岩;10.闪长岩;11.闪长玢岩;12.钠长斑岩;13.玄武岩;14.正断层;15.逆断层;16.性质不明断层;17.复合断层;18.矿体;19.铜铁矿床;20.铜金矿床;21.铜钼矿床;22.综合剖面位置及测点编号。

区内褶皱和断裂发育，以北西西向和北北东向为主，其次为北西向。印支期形成的北西西向构造奠定了本区构造格架的基础，燕山期的北北东向构造叠置于早期构造之上，它们彼此复合交织，构成复杂而有规律的构造格局。其中，北西西向断裂构造控制了区内岩体的侵入定位，北北东向构造则控制了区内矿体的展布。

岩浆岩主要为铜绿山岩株体，岩株体平面上东西长4 km，南北宽3.5 km，呈不规则短轴椭圆状，出露面积约11 km2。岩株体的东部与阳新主岩体的石英二长闪长岩呈港湾状接触，总体西倾，是一个向南超覆、向南东倾斜的偏心蘑菇状岩株体。铜绿山岩株体是一个多种岩性共存的复式杂岩体，以石英二长闪长玢岩为主，其次为石英闪长岩和闪长岩。岩株体内部还发育有安山玢岩、钠长斑岩、闪长玢岩岩脉。铜绿山岩株体是区内矽卡岩型矿床的成矿母岩，其中与成矿关系最密切的是石英二长闪长玢岩，据统计，90%的铁、铜、金矿床与其有关[1]。

前人对区内的矿床成因及成矿规律进行了大量的研究工作，区内矿床类型主要为接触交代矽卡岩型，如铜绿山铜铁矿、鸡冠咀铜金矿等，少量的高中温热液型矿床，如猴头山钼铜矿等[2]。区内矿体主要赋存于岩体与大理岩的接触带及其附近，如铜绿山铜铁矿主要赋存于铜绿山背斜两翼大理岩残留体与铜绿山石英二长闪长玢岩的褶皱—断裂—侵入接触带上，少量赋存于接触带附近的大理岩层间及岩体裂隙中；鸡冠咀铜金矿主要赋存于铜绿山岩株体西北边缘盆地下部中—下三叠统嘉陵江组的白云质大理岩与石英二长闪长玢岩、石英闪长岩的接触带和白云质大理岩的层间雁状裂隙及不同岩性的分界面附近。区内岩浆岩与成矿关系密切，主要赋矿围岩为大理岩，主要控矿构造为侵入接触构造、断裂—侵入接触复合构造。

3 深部探测方法技术及成矿预测

深部矿体具有埋藏深、浅部指示信息弱的特点，物探一般难以直接探测定位矿体，多以寻找与成矿有关的地质体及控矿构造为主。本次深部探测工作即以解剖岩体、大理岩及断裂的分布情况为主，通过地质研究掌握区内已知岩浆岩、大理岩、断裂及侵入接触带的分布特征，利用深部探测物探技术大致圈定深部岩浆岩、大理岩及断裂分布范围，圈定主要控矿构造即侵入接触带，与控制已知矿体的接触带分布规律进行对比，圈定深部找矿靶区。

铜绿山矿田位于大冶市西南约3 km处，区内铜绿山铜铁矿、鸡冠咀铜金矿、石头咀铜铁矿等均是在产矿山，同时区内居民密布，干扰强烈。区内岩矿石视电阻率总体呈现出大理岩>岩浆岩>碎屑岩>矿石的特征，岩矿石物性差异明显，具备地球物理探测的条件。铜绿山矿区4勘查线钻孔视电阻率剖面图(图2)显示，大理岩分布区总体呈现出高阻异常特征，岩浆岩呈现出中高阻异常特征，接触带及矿体呈现出低阻异常特征；南东部接触带以东岩浆岩由于断裂破碎、矿化蚀变等影响呈现出明显低阻异常特征。本次深部探测工作选择了抗干扰能力强的广域电磁法、微动勘探测量开展应用试验工作，取得了阶段性成果，对指导深部找矿具有一定借鉴作用。

图2 铜绿山铜铁矿4勘查线钻孔视电阻率剖面图Fig.2 Profile of apparent resistivity of borehole in No.4 explorationline of Tonglushan copper and iron mine1.三叠系中下统嘉陵江组;2.三叠系下统大冶组;3.石英二长闪长玢岩;4.地质界线;5.侵入接触界线;6.矿体。

3.1 微动勘探

微动勘探方法是以平稳随机过程理论为依据，从微动信号中提取面波频散曲线，通过对频散曲线的反演得到地下介质的横波速度结构，从而进行岩性分层及构造分析的地球物理勘探方法[3]。

3.1.1剖面布设及参数选择

本次剖面布设垂直于区内主要控矿构造——北北东向构造，在3 500- 4 100号点附近与铜绿山矿区4勘查线重叠,测量点距为200 m。

本次微动勘探测量采用重庆地质仪器厂的Mob-10D宽频地震仪进行，选择四重圆形台阵方式进行数据采集，共布设13个检波器，将1个检波器布设在圆心即测点处，另外12个检波器呈等边三角形分别布设在四个同心圆的圆周上，四个同心圆半径依次为75 m、150 m、300 m、600 m(图3)。每次测量时，13个台站同时观测、记录数据。采样频率为100 Hz，单点采集时间>4 h。

图3 四重圆形台阵观测系统示意图Fig.3 Schematic digaram of observation system of quadruple circular array

3.1.2应用效果分析

本次深部探测试验未开展岩矿石横波速度测试工作，通常认为横波速度与岩矿石密度具正相关关系[4]，岩石的密度越大越致密，其横波速度越大。断裂部位由于岩石破碎等原因导致其横波速度明显减小。

微动勘探视横波速度剖面图(图4)显示，视横波速度在-1 000 m标高以浅总体表现为近水平中速背景场夹近水平分布的低速区和高速区，-1 000 m标高以下总体呈现出近垂直的高速带和低速带。-1 000 m标高以下高速区中分布的近垂直或串珠状低速异常区均位于已知断裂的延伸部位，显示微动勘探测量在识别深部断裂方面具有很好的效果。视横波速度剖面图显示北北东向的F1、F2、F3断裂向深部延伸稳定，而北西向次级断裂F4向深部延伸不大，与前人对区内构造延伸情况的认识一致。

3.2 广域电磁法

广域电磁法通过人工接地场源向地下发射不同频率的交变电流建立谐变电磁场，一次发送包含多个频率成分的伪随机信号电流，在不局限于传统“远区”的区域内观测一个或多个电磁场分量，采用电磁场的全域精确公式求取视电阻率，达到探测不同埋深地质目标体的一种频率域电磁测深方法。广域电磁法继承了可控源音频大地电磁法场源可控的优点，克服了大地电磁法场源随机性和信号微弱的缺点，具有探测深度大和精度高等特点[5-7]，并且在固体矿产勘查领域发挥了重要作用。

3.2.1剖面布设与参数选择

本次广域电磁法剖面布设位置与微动勘探测量一致，测量点距为50 m,目的是相互验证方法的适用性。

广域电磁法测量工作采用湖南继善高科技有限公司与中南大学联合研制的广域电磁仪器系统，采用的形式为E-Ex装置。场源位于综合剖面西南，收发距为10 km，平行综合剖面布设。发射装置供电电流>80 A。通过干扰监测工作，发现在凌晨01:00～06:00，电磁干扰较小，满足广域电磁法数据采集要求。为减少电磁干扰带来的影响，只在凌晨01:00～06:00开展数据采集工作。本次数据共采集11个频组、74个频点(3个重复频点)，频点分布范围为8 192～3/256 Hz(表1)。

表1 广域电磁法数据采集频组Table 1 Acquisition frequency group of wide areaelectromagnetic method data

3.2.2应用效果分析

为验证广域电磁法测量的适用性，将广域电磁法视电阻率剖面成果与铜绿山铜铁矿4勘查线钻孔视电阻率剖面图进行比对，发现两者趋势较一致，在重叠区总体均呈现出东南低阻、西北高阻、深部低阻异常的特征。

广域电磁法视电阻率等值线剖面图(图4)显示，铜绿山矿田北西部马架山组、灵乡组地层分布区总体显示出近水平的低阻异常特征，与区内其他地区总体呈现出近垂直的高低阻相间异常不一致，反映出马架山组、灵乡组以碎屑岩为主的特征。3 500- 4 100号点附近0～-1 000 m标高已有钻孔控制的大理岩分布区总体呈现出高阻异常特征，接触带附近呈现出低阻异常特征，与接触带附近的蚀变、破碎及产于接触带附近的矿体有关。4 700-5 300号点0～-2 000 m标高近垂直分布的高低阻异常区推测主要由岩浆岩岩性不均一及蚀变等引起。已知断裂所在部位总体表现为低阻异常或者高低阻异常梯度带，如F1断裂为低阻异常带，F2、F3断裂为高低阻异常梯度带，且低阻异常及高低阻异常梯度带向深部有延伸，反映出区内断裂向深部延伸，与微动勘探测量成果一致。

3.3 靶区圈定及验证

根据物探解译成果，结合对区内地质规律的分析，认为综合剖面2 850-3 250号点标高-900～-1 300 m区域(图4紫色方框区域)为区内成矿有利地区，将其圈定为找矿靶区。其依据如下：①该区呈现出高阻异常特征，与其右上已被证实由大理岩引起的高阻异常类似，推测该高阻异常区为大理岩；②该区大理岩与岩体接触，其周边均呈现出低阻特征，与铜绿山矿区4勘查线已知接触带及其附近矿体呈现低阻异常特征类似；③该区域位于铜绿山背斜西翼大理岩残留体与岩体接触带及产于接触带矿体的倾向延伸部位。

图4 微动勘探和广域电磁法测量成果图Fig.4 Results of microtremor exploration and wide area electromagnetic method1.白垩系下统灵乡组;2.白垩系下统马架山组;3三叠系中统蒲圻组;4.三叠系下—中统嘉陵江组;5.三叠系下统大冶组;6.石英二长闪长玢岩;7.地质界线;8.侵入接触界线;9.实测/推测断裂;10.矿体;11.钻孔;12.找矿靶区;13.4勘查线钻孔视电阻率剖面图范围(图2)。

布设ZK409孔对其进行验证。ZK409孔在铜绿山背斜西翼大理岩与岩体的上下接触带均揭露到矿体，激电测井显示大理岩与岩体的上下接触带由于矿化蚀变等均呈现出低阻异常特征，但广域电磁法测量成果只在上接触带附近具明显的低阻异常显示，在下接触带部位未见低阻异常显示，推测深部岩浆岩的电阻率较高，与上部大理岩的电阻率相近，随着探测深度的加大，广域电磁法探测的精度有所降低，下接触带附近引起的低阻异常被周围的高阻异常所遮盖。

4 结论

深部找矿是未来矿产勘查的主要方向，深部探测物探方法是深部找矿的重要技术支撑。通过本次应用试验工作，认为微动勘探和广域电磁法在铜绿山矿田均有较好的适用性。微动勘探测量在识别区内断裂方面具有很好的应用效果，广域电磁法则能够圈定区内大理岩、岩体及碎屑岩分布范围，有效支撑深部探测工作的开展。但上述两种方法也有其局限性，如广域电磁法探测精度随深度加大逐渐降低。在深部探测工作中，各种方法必须互相配合、互相验证，才能有效识别铜绿山矿田深部地质结构，支撑区内深部探测工作的开展。