综合物探方法在四川庙坪石墨矿勘探中的应用

张永恒，李勇，姚毅锋

综合物探方法在四川庙坪石墨矿勘探中的应用

张永恒，李勇，姚毅锋

（核工业二八〇研究所，四川 广汉 618300）

石墨矿具有低阻高极化的电性特征，其找矿标志较为明显。通过开展自然电场法、激电测深、可控源音频大地电磁测深等物探电法相配合的找矿方法，在四川庙坪石墨矿找矿中取得了较好的找矿效果。本文通过自然电场法测量在研究区发现自然电位异常场的电位负异常带3处,且异常带形态、规模与石墨矿及其矿化带吻合较好。激电测深测量控制了Ⅱ号异常体在深部的大体分布范围及形态，可控源音频大地电磁测深测量克服了厚大矿体低阻屏蔽造成的影响。经探矿工程验证，圈定的异常带与矿体具有很好的对应性，结果表明综合物探方法自然电位+激电测深+CSAMT组合勘探在寻找隐伏石墨矿上可作为一种有效的间接找矿方法。

综合物探方法；石墨矿；自然电场法；激电测深；CSAMT

庙坪石墨矿位于秦岭褶皱构造带与扬子地台北缘的交接部位，属于南江—旺苍石墨矿成矿带内，研究区矿产勘查工作始于上世纪60年代，在米仓山南缘确定了一条长30km以上的石墨成矿带，先后在旺苍、南江一带发现坪河、黑泥湾、蜡烛河、尖山等一批石墨矿床（点）。石墨矿床均分布于米仓山基底南缘中元古界火地垭群麻窝子组碳酸盐夹含碳碎屑岩与晋宁-澄江期岩浆岩体的接触外带（王红军等，2017）。研究区地表发现有出露的石墨矿体，根据邻区“尖山石墨矿”特点，推测区内的石墨矿体规模大，且有一定埋深（夏锦胜等，2017；高显忠，2015），为了在工作区圈定石墨矿找矿靶区及深部勘探，采用综合物探方法包含自然电位测量（SP）、激电测深测量（IP）、可控源音频大地电磁测深（CSAMT）测量等电法相配合的综合找矿方法，在区域上通过已知石墨矿体与自然电位负异常的关系，推断石墨矿引起的异常带，圈定靶区，在剖面上研究激电测深与CSAMT在浅部成果的对应关系，分析深部矿体的展布规律。通过对数据的解译分析，查明研究区内深部隐伏矿体及含矿层位及矿化体分布范围、规模、形态、产状等。

1 成矿地质背景

庙坪石墨矿位于四川省南江县，矿区面积约为4.6km2,区内大地构造位置属于扬子陆块区一级构造单元上扬子古陆块二级构造单元之米仓山-大巴山基底逆冲带中的米仓山基底逆冲带。

图1 研究区大地构造位置

区内出露地层主要有：元古界火地垭群（Pt）、震旦系（Z）、寒武系（ϵ）、奥陶系（O）、志留系（S）、二叠系（P）、三叠系（T）等地层及第四系（Q），缺失泥盆系（D）、石炭系（C）。其中，中-上元古界火地垭群麻窝子组（Pt）根据岩性的不同由下而上划分出三个岩性段，主要为一套变质灰岩、白云岩为主的碳酸盐岩建造，向东至庙坪一带，主要为绢云千枚岩为主，并在与下伏白云岩过渡层间出现铜矿化；向西至坪河、大河坝一带，为粉砂质炭质板岩或石墨化片岩为主；与岩浆岩接触带附近，常变质成有工业价值的石墨矿层，也是研究区的石墨矿主要赋矿层位。

根据前人研究成果显示，在区内经历过多期次地质构造活动，总体形成了由北至南的逆冲推覆构造格架。划分了三个构造单元，分别为基底逆冲推覆构造带、山前断褶带和前缘单斜构造带。其中以东西向正源-朱家坝断裂、北东向牟家坝-槐树断裂为界的基底逆冲推覆构造带，该带与汉南逆冲推覆构造南缘相邻。在北东向推覆构造，以水磨-关坝断裂、大河坝-上两断裂为界，从西往东划分为关坝-水磨推覆体、大河坝-上两推覆体、西清-碑坝推覆体，普查区位于中部的大河坝-上两推覆体。

2 地球物理特征

根据各类岩石电性参数间的差异的不同，来确定本研究区内物探测量方法的有效性与采用的物探方法（李荣亮等，2017；刘帅等，2019），表1为研究区具有代表性的各种岩（矿）石采用WDCB-1 岩石标本电性测试仪测定的实测结果。分析结果表明，白云质大理岩、大理岩、片岩具有高电阻率的特征，平均值为2000Ω·m左右；闪长岩、花岗闪长岩具有中阻、低极化率的特征，电阻率平均值500～900Ω·m之间，极化率小于1%；石墨大理岩具有低阻、高极化率的特征，电阻率平均值为15Ω·m，极化率平均值为12%。可见石墨大理岩的电性特征为高极化低阻异常，区别与其他岩性，是区内重要找矿线索及标志。该岩石电性参数的统计为开展电法测量及异常解释提供依据。

3 方法组合及部署

依据区内的地质背景及成矿条件，并结合邻区尖山石墨矿采用的有效物探方法，选择“自然电场法+激电测深+CSAMT”的物探方法组合勘探。首先在成矿优选地段采用自然电场法圈定物探异常，在有物探异常的有利部位布设激电测深和音频大地电磁测深CSAMT从浅部到深部对异常进行解剖分析，探索深部异常的形态与展布，通过物探方法的组合勘探解译后，设计钻孔孔位，对物探异常进行钻探验证。

3.1 自然电位特征及异常解释推断

自然电场法常用于石墨矿的找矿，在电场的作用下，石墨矿区渗水带会由于岩石颗粒吸附负离子而形成自然电位负异常（黎广，2015）。相对于激电中梯方法，在研究区石墨矿体电阻率极低（电阻率平均值约为15Ω·m），易形成低阻屏蔽，使得区内极化率数据失真，出现负值，故不宜采用激电中梯方法。自然电场法不需要人工源，使用便捷、高效。本次采用自然电场法圈定石墨矿异常靶区，在研究区内进行自然电场法电位观测方法测量，测量工作成果（图2）所示。

表2 研究区自然电位背景值及标准差

其中：为背景值（-44mV）；为标准差（-111mV）

根据所有实测数据按照累计频率展直法进行统计，可将自然电位强度划分为异常场、高场、偏高场、正常场（表2）。

异常场与石墨矿（化）体的相关性较好，自然电位的异常强度可以反映该区石墨矿体的富集情况及分布规律。根据自然电位场值范围划分，自然电场异常场的范围值小于-377mv，结果显示异常场与石墨矿及其矿化带吻合较好，本次研究共划分3个异常区（图2），其中Ι号异常与研究区内1号石墨矿化体走向一致，异常区地表出露的岩体主要为白云质大理岩、大理岩、闪长岩，未见有矿化蚀变现象，由此推测此异常为隐伏的石墨矿体引起的矿化异常。Ⅱ号异常规模最大，异常连续性较好，呈扇状分布，异常向南、向东延伸，并逐渐减弱，异常与地表2号石墨矿(矿化)带形态规模较为吻合。Ⅲ号异常，近串珠状分布，主要出露岩性为大理岩、白云石大理岩，可见零星石墨矿化体，结合地质资料该自电异常带与少量的石墨大理岩出露有关。

图2 庙坪地区自然电场法等值线图

1. 痳窝子组三段；2. 痳窝子组二段；3. 痳窝子组一段；4. 闪长岩；5. 断层；6. 自电异常范围及编号；7. 研究区范围；8. 地名；9. 音频大地电磁测深测线；10. 激电测深测线

3.2 激电测深与CSAMT组合测量

为了解深部矿化信息，以地面自然电场法测量结果为，为发现和圈定激电异常，力求扩大区内找矿成果，同时验证该组合方法在该区石墨找矿的应用效果，在研究区自然电位Ⅱ号异常带内分别布设了1条激电测深实验剖面和1条CSAMT测量剖面。

3.2.1 激电异常及数据解译

根据测量数据绘制了激电测深ρs断面图（图3），如图所示，激电测深在AB=2km时，反演视电阻率异常的最大深度为500m，异常向下延伸没有闭合。异常在剖面中部150～600m显示有3处低阻异常带，电阻率值小于20Ω·m，极化率值在此处数据失真，且出现负值。在低阻异常带位置，地表见有石墨矿体出露，且较发育，故推测深部异常是由深部石墨矿体引起，且矿体分布范围大、矿体层厚，形成了石墨矿体对电流的导流作用，形成对深部地层的低阻屏蔽，导致激电测量获得的一次场与二次场电位极低，极化率参数失真，而视电阻率在测区反映的电性特征相对较好。150～300m，异常形态总体团块张状向北微倾斜，根据地表出露的石墨矿化现象及资料分析，推断此处异常为地表Ⅱ号异常带石墨矿体引起的异常。380～450m处出现近直立全封闭状的电阻率极低值，该异常对应视电阻率＜20Ω·m，与围岩变化梯度较大，与地表3号石墨矿体的位置吻合。距离520～600m存在一条低阻异常带，呈条带状向北微倾斜，等值线圈闭，此处异常埋深较深，所以该低阻异常是否为矿致异常有待进一步验证。

图3 激电测深视电阻率ρs断面图

1.大理岩；2.闪长岩；3.白云质大理岩；4.含石墨矿大理岩

3.2.2 CSAMT异常及数据解译

依据探测低阻体的展布来了解深部石墨矿体及分布情况。自然电位Ⅱ号异常带与地表石墨矿体走向较吻合，呈近扇状分布，本次物探测深方法是通过在该异常中心部位布设了一条可控源大地电磁测深CSAMT测量剖面，剖面长度800m，方向为北西-南东向。通过SCS2D二维圆滑模型可控源反演软件进行处理，得到CSAMT电阻率反演断面图（图4），并进行地质解译。

由图5可以看出，测线由北西至南东，反演电阻率两端高中间低的趋势。其中两端高阻主要为大理岩、白云质大理岩的反映，中间低阻与石墨矿及构造密切相关。在平距200～400m处，一条由地表延伸到标高1000m左右的中低阻异常，其视电阻率值小于100Ω·m，标高在1050m以上有一弯曲的低阻体，电阻率小于10Ω·m，后经过钻探验证，该异常为石墨大理岩引起的矿致异常，其深度与形态与已知矿体较吻合，矿体呈断续出露，标高1000m以下，异常呈凹型结构，异常未圈闭。平距450～600m附近，标高1300m以上，有一近平行于地表的低阻异常带，是电阻率值小于10Ω·m，该处地表见有断续出露的石墨矿化体，走向为北东-南西向，与视电阻率反演断面图相吻合。

可控源音频大地电磁法CSAMT与时间域激电测深视电阻率断面图断面反映的地电情况较为一致。激电测在深宏观上对高阻、低阻的相对位置反映准确，能够大体反映矿体规模、形状，在局部矿体厚大的情况，易受石墨矿低阻体屏蔽的影响，其形态总体为直立状未能较好的反映矿体空间的展布，CSAMT弥补了激电测深在矿体深部展布及延伸较大情况下的不足，所以两种方法进行结合有助于加强对深部地质体电性特征的推断解释。

1.钻孔编号；2.白云质大理岩；3.花岗斑岩；4.石墨矿体

4 结论

结果表明，通过自然电位测量+激电测深+可控源音频大地电磁法测量（CSAMT），认为在该研究区寻找石墨矿中物探的有效组合，通过钻孔验证，圈定的异常带与矿体具有很好的对应性。地表采用自然电位测量，有效的圈定了地表自然电位异常带，推断并识别矿体与异常的关系，指导研究区内石墨矿找矿方向；深部采用激电测深+可控源音频大地电磁测深测量，对自然电位异常进行查证解译，确定石墨矿深部延伸及分布情况。为圈定成矿有利地段，布置工程提供了依据，该物探方法组合具有较好的找矿效果。

王红军，侯学文，岑海涛，魏继生，2017．四川省南江县庙坪石墨矿成矿地质特征及成因探讨[J]．科技创新导报，14(06)：45-46+48．

夏锦胜，孙莉，肖克炎．四川南江尖山石墨矿床地质特征及成因[J]．地质学刊，2017，41(02)：212-217．

高显忠，2015．南江县尖山石墨矿地质特征及成因浅析[A]．《四川地质学报》编辑部．四川省地质学会2015年资料汇编I[C]．四川省地质学会，21-24.

李荣亮，田建荣，刘洋，任杰，白顺宝，刘晓峰，2017．综合物探方法在甘肃梧桐井铁铜多金属矿勘查中的应用[J]．地质与勘探，53(04)：755-764．

刘帅，张梦虎，廖阿托，何希位，张凯歌，孙奕，2019．综合物探对圈定石墨矿的应用效果[C]．中国地质学会．第四届全国青年地质大会摘要集．中国地质学会：中国地质学会地质学报编辑部，308-309．

黎广，2015．物探方法在南江尖山石墨矿中的选择及应用效果[J]．中国非金属矿工业导刊，(05)：27-28+37．

The Application of Integrated Geophysical Method to the Exploration of the Miaoping Graphite Deposit in Sichuan

ZHANG Yong-heng LI Yong YAO Yi-feng

(The 280th Institute, CNNC, Guanghan, Sichuan 618300)

The application ofnatural electric field method with induced polarization sounding and controlled source audio frequency magnetotelluric sounding to the exploration of the Miaoping graphite deposit in Sichuan has achieved good prospecting results. Shape and scale of the 3 negative anomalies of spontaneous potential by the natural electric field method coincide with those of the graphite deposit and graphite mineralization zone. The IP sounding survey has control over the distribution and shape of anomaly Ⅱ in the depth. CSAMT survey overcomes the influence of low resistance shield caused by the thick ore body. The results show that SP + IP + CSAMT can be used as an effective indirect prospecting method for concealed graphite deposits.

comprehensive geophysical prospecting method; graphite deposit; natural electric field method; IP sounding; CSAMT

P631.3+2

A

1006-0995（2022）01-0146-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2022.01.028

2021-04-21

张永恒（1986— ），男，江苏连云港人，高级工程师，地球物理勘查