自然电场法与激电法在妥拉海河一带石墨矿普查中的应用及成效

胡连成，余 涛，丁洋洋

(中国建筑材料工业地质勘查中心青海总队，青海 西宁 810008)

青海省石墨矿资源较为丰富，主要分布于青北秦祁昆成矿域柴达木周缘地区[1]，已发现了多处区域变质岩型晶质石墨矿床(点)，但勘查工作相对滞后、勘查程度较低，可供开发利用的石墨矿资源较少。截止目前，仅对都兰县巴勒木特尔1 处石墨矿床开展了详查工作[2]，其他矿床(点)的工作程度仅为调查、预查、普查。妥拉海河一带石墨矿普查区及周边矿产勘查主要集中在金属矿及玉石矿方面，未进行针对石墨矿的找矿工作，石墨矿化情况及成矿前景不明。通过对普查区开展自然电位剖面测量和激电剖面测量，圈出多处自电异常带和激电异常带，经过地表工程和钻探施工验证，共圈定石墨矿化带10 条，取得了较好的找矿成果。由此可见，物探法在妥拉海一带石墨矿普查中的应用效果显著。

1 矿区地质特征

妥拉海河一带石墨矿普查区大地构造位置属东昆仑造山带(I-7)之昆北复合岩浆弧(I-7-3)，成矿区带属Ⅳ-26 ②伯碦里克—香日德Fe、Au-Pb-Zn-Mo-石墨-萤石成矿亚带[3](图1)。

图1 普查区大地构造位置简图

普查区出露的主要地层为下元古界金水口岩群和第四系(图2)。下元古界金水口岩群(Pt1J.a)在普查区内广泛分布，岩性以黑云斜长片麻岩夹大理岩为主，根据岩性组合特征分为片麻岩段(gn)和大理岩段(mb)。片麻岩段(gn)分布于普查区中部及西部，岩性组合以黑云斜长片麻岩夹薄层状、透镜状大理岩为主；大理岩段(mb)在普查区内呈层状、似层状、透镜状分布，岩石组合为大理岩、含石墨大理岩夹含石墨(钙质)片麻岩，是区内的主要找矿目标层。区内第四系主要分布在普查区中部及北东部，表层多为风积砂，中部为亚砂土，下部为砂砾石层堆积[4]。

图2 妥拉海一带石墨矿区地质简图

区内总体构造线为北西—南东向，地层多呈倾向南西的单斜层状产出。矿区东部有一性质不明断层F1，呈北东—南西向分布，断层经过处地貌为沟谷、鞍部、垭口等负地形,断层处见断层角砾岩、断层泥和破碎带[5]。

区内岩浆活动较强，主要为华力西期中—酸性侵入岩，岩性主要为斜长花岗岩、石英闪长岩等。下元古界金水口岩群经受过较深的区域变质作用，由于区内岩浆岩的侵入，使得岩体周围的地层岩石发生较强烈的热变质作用，多形成片麻岩、片岩、硅化岩等[6]。

2 物探异常特征

2.1 电性特征

普查区出露的地层主要为下元古界金水口岩群，为一套中—深变质岩系，主要岩性有片麻岩、大理岩。区内侵入岩以华力西期中酸性侵入岩为主，次为燕山期侵入岩。侵入岩岩性主要为斜长花岗岩。对普查区内主要岩矿石采集电物性样品140 件，进行了电性参数测量(表1)。从表1 可见，石墨矿化体的极化率较高，一般为10%～40%，极大值47.15%，电阻率一般为10 ～100Ω·m，具有良好的导电性，而大理岩、片麻岩、斜长花岗岩等围岩极化率一般为1%～5%，电阻率一般为600 ～2 000Ω·m。石墨矿化体相对围岩呈明显的低阻高极化特征。在物性标本尺寸差别不大的情况下，含石墨(钙质)片麻岩两端电位差通常达到10 ～30mV，一般石墨含量越高，电位差越大，而大理岩、片麻岩、斜长花岗岩等围岩电位差通常小于10mV。

表1 岩矿石电性参数统计表

普查区其他低阻高极化干扰体较少见，但遇到断层、沟(河滩)以及覆盖较厚地段会出现较低的电阻率，应注意与目标矿异常区分。此外，区内部分片麻岩露头褐铁矿化较强，岩石新鲜面可见黄铁矿呈细脉状分布，激电在该类岩石分布区呈低阻高极化特征，自然电位有几十至上百的负异常，异常解译时应结合地质特征，综合分析。石墨具有良好的导电性，化学性质稳定，能够长久维持电子导电性不变[7]，石墨矿化体表面电位跳跃大，从地表测得的自然电位值异常强度和梯度都很大，与围岩间存在明显的电性差异，采用电法在本区寻找石墨矿具备良好的地球物理前提。分析视极化率、视电阻率特征能大致判断出矿体空间位置，排除低品位矿化影响，能较好的指导槽探、钻探工程布设[8]。

2.2 自然电位异常特征

通过1 ∶1 万自然电位剖面测量，在普查区共圈出12 个自电异常带(图3)，普查西区、东区北部自电异常走向为北西向，普查东区南部自电异常走向近东西向，异常走向与区内地层走向总体一致，呈条带状分布。

图3 普查区自电异常分布示意图

(1)普查西区共圈出4 个自电异常，现将其中SP2-1 自电异常带特征叙述如下：

SP2-1 异常位于普查西区西侧，长约2.3km，宽约460m，呈扁豆状分布，异常形态宽缓，峰值明显，自电负异常最强为-488.5mV。自电异常走向上连续性较好，相邻剖面均有明显峰值相对应。异常区西段有零星含石墨(钙质)片麻岩、含石墨大理岩出露，中部、西段均为第四系覆盖物。结合测区各类岩矿石电性特征，推断异常由石墨矿化体引起，为矿致异常。

(2)普查东区共圈出8 个自电异常带，现将其中SP4 自电异常带特征叙述如下：

SP4 异常位于普查西区南部，呈条带状东西向展布，长约6km，宽约700m，自电异常在剖面上形态宽缓，负异常最强为-450mV，走向上连续性较好。异常区大部分为第四系覆盖物，个别地段见含石墨(钙质)片麻岩出露。结合含石墨(钙质)片麻岩电性特征，推断异常由含石墨(钙质)片麻岩引起，为矿致异常。

2.3 激电异常特征

通过1 ∶1 万激电剖面测量，在普查区共圈出15 个激电异常带(图4)，激电异常带与自电异常带套合较好，反映了石墨矿化体低电位、低阻高极化的电性特征，与围岩形成了明显的电性差异。

图4 普查区激电异常分布示意图

(1)普查西区共圈出5 个激电异常带，现将其中E2-1 激电异常带特征叙述如下：

E2-1 异常位于普查西区西段，长约2.2km，宽约200m，呈条带状北西西向展布，视极化率极大值22.66%，视电阻率极小值为9Ω·m，异常峰值突出。异常区大部分为第四系覆盖物，仅在西段有少量片麻岩、大理岩出露。激电异常强度大，走向延伸稳定，表明矿体连续性好，有一定规模。

(2)普查东区共圈出10 个激电异常带，现将其中E4-2 激电异常带特征叙述如下：

E4-2 异常位于普查东区南部，长约1.6km，宽约160m，视极化率极大值11.02%，视电阻率极小值31.77Ω·m，呈长条状东西向展布。异常峰值明显，走向延伸较稳定。结合含石墨(钙质)片麻岩电性特征，推断异常由含石墨( 钙质) 片麻岩引起，为矿致异常。异常区自电异常宽缓，可能与第四系覆盖有关。

3 异常推断解释

3.1 自电异常推断解释

普查区共圈定12 个自电异常，现将其中2 个主要自电异常带解释推断分述如下：

(1)普查西区：SP2-1 异常带走向上连续性较好，与含矿层位大理岩层相对应，结合测区各类岩矿石电性特征，推断异常由石墨矿化体引起，为矿致异常。异常带走向两端峰值较明显，推测石墨矿化体埋深较浅，第四系厚度较小；异常带中部自电异常较宽缓，推测第四系厚度较大，石墨矿化体埋深较深。经由地表工程18TC3901、18TC4101、19TC3701、以钻代槽钻孔19ZK2301、20ZK1901、20ZK2701、20ZK3103、20ZK3501 控制验证，见多层石墨矿体，石墨矿体连续性较好，厚度、品位较稳定，异常带两端石墨矿体埋深较浅，中部石墨矿体埋深较深。

(2) 普查东区：SP6 异常位于普查东区南侧，呈条带状北西西向展布，长约11.5km，宽200 ～800m，自电负异常最强为-635mV。异常在剖面上形态总体宽缓，峰值明显，走向上连续稳定。异常区多为第四系覆盖物，仅在西段山脊、悬崖处可见少量基岩出露。在第四系覆盖区自电异常形态宽缓，强度适中，在基岩裸露地区自电异常形态呈锯齿状分布，负异常强度大。结合测区各类岩矿石电性特征，推断异常由石墨矿化体引起，为矿致异常。 经 探 槽 工 程TC112、18TC20301、TC103、18TC25802 地表揭露，均见石墨矿体，钻探工程19ZK21101、19ZK20701、19ZK21201、19ZK25804深部追索后显示矿体延深较大。异常带与矿化体对应较好，但异常带分布断断续续不均匀，显示了矿化体的分布不均匀[9]。

石墨矿化体一般赋存于含石墨(钙质)片麻岩中，少量赋存于含石墨大理岩中，自然电位表现为强负异常，通过自然电位测量比较容易发现。自然电位值由正变负基本反映了岩性由片麻岩、大理岩或花岗闪长岩过渡为含石墨大理岩、含石墨(钙质)片麻岩。自然电位负异常与地表圈出的含矿带对应较好，负异常基本反映了区内石墨矿化带的分布区域。自然电位负值在剖面上跳跃变化，梯度变化大、负异常强度大，该类异常基本与矿化质量好的石墨矿体相吻合[10]。此外，普查区地形切割强烈，相对高差较大，属中、高山区，测量结果会受到一定的山地电场影响，应注意与矿致异常区分[11]。

3.2 激电异常推断解释

普查区共圈定15 个激电异常，现将其中2 个主要激电异常带解释推断分述如下：

(1)普查西区：E2-1 激电异常带与SP2-1 自电异常带套合较好，异常带在剖面上形态规则，呈条带状展布，低阻高极化特征明显，结合测区石墨矿(化)体电性特征推测激电异常由石墨矿(化)体引起，为矿致异常，矿体连续性较好，倾向上延伸较稳定。在普查西区选取23 线地物综合剖面为典型剖面进行对比分析(图5)。该剖面第四系覆盖较厚，槽探施工未达到地质目的，而激电表现为低阻高极化异常，与自电异常套合较好，推断深部有石墨矿体赋存。经钻探工程深部验证，见5 层石墨工业矿体，2 层低品位矿体，矿体在走向及倾向上延伸较稳定。矿体北端视电阻率值明显升高，视极化率降低，自电负异常从强变弱，反映了围岩高阻、低极化、高电位的电性特征。

图5 普查西区23 线地物综合剖面图

(2)普查东区： E4-2 激电异常带与SP4 自电异常带套合较好，异常带在剖面上形态规则，东西向展布，与含矿层位大理岩层相对应，激电异常较宽缓，低阻高极化特征明显，但异常区部分极化率峰值不明显，结合测区石墨矿(化)体电性特征推测激电异常由石墨矿(化)体引起，为矿致异常，矿体走向上连续性较好，倾向上部分矿体深部有变薄变贫趋势。在普查东区选取112 线地物综合剖面为典型剖面进行对比分析(图6)。测线上第四系覆盖较厚，在低阻高极化处施工了探槽，见1 层石墨矿体，真厚度6.78m。剖面中部低阻高极化异常明显，两端视极化率值降低，视电阻率值升高。异常形态南缓北陡，反映了极化体产状南倾。经钻探工程深部验证，见7层石墨矿体。品位2%～11%，与视极化率、视电阻率曲线较对应，部分矿体深部有贫化、尖灭趋势。

图6 普查东区112 线地物综合剖面图

普查区石墨矿体激电表现为明显的低阻高极化特征，且伴有很强的自电负异常，与围岩片麻岩、大理岩、斜长花岗岩的电性特征存在明显差异。当第四系覆盖较厚时，因风积砂、洪积物极化率小、电阻率小，而使视极化率幅值整体有一定减弱，但视电阻率幅值影响不大[12]。大理岩、不含黄铁矿化的片麻岩及斜长花岗岩通常呈中高阻低极化特征，但部分片麻岩节理、裂隙中含少量黄铁矿化，激电呈现为中高阻、高极化、高电位特征，与目标矿体电性存在一定差异。此外，区内个别地段有较破碎的褐铁矿化片麻岩，可能会引起低阻高极化异常，但自然电位值平缓，与矿致异常有一定差异。激电异常解释推断时应综合分析视极化率、视电阻率、自然电位及地质现象，以提高物探解译的准确率[13]。

4 结论

(1)通过1 ∶1 万自然电位剖面测量工作，圈定自然电位异常带12 处。通过工程施工验证表明区内石墨矿化自然电位表现为负异常，石墨矿体自然电位表现为强负异常，围岩自然电位一般表现为正值。较好的反映了近地表含矿带的分布区域。异常基本与石墨矿(化)体相吻合，能较好指导地表工程的布设及施工。

(2)通过1 ∶1 万激电中梯剖面测量工作，共圈定激电异常带15 处。通过工程施工验证表明区内矿体倾向上延伸情况及矿化质量变化情况基本与激电异常相吻合，石墨矿(化)体激电表现为明显的低阻高极化特征，围岩激电表现为明显的高阻低极化特征，对深部工程的布设具有较好的指导意义。

(3)异常圈定划分及解释推断时应综合分析视极化率、视电阻率、自然电位及地质特征，排除山地电场影响，对比分析并排除围岩中可能对激电产生的影响因素，加强对物探异常解释的合理性，提高工程布设的准确性。

(4)自然电场法和激电法在妥拉海河一带石墨矿普查中应用合理，取得了较好的找矿成果，以此为鉴，可以在后期石墨矿找矿工作中推广自电、激电剖面测量的综合应用，结合地质，对物探异常进行合理推断解释，大致圈定含矿靶区，特别是在第四系覆盖地段效果尤为显著，为后期工程的布设提供技术依据。

(5)新形势下地质矿产找矿工作难度越来越大，合理有效的找矿方法尤为重要。结合物探寻找石墨矿及其他矿产的新型找矿方法既节省了人力物力，控制了找矿成本，又提高了矿化带圈定的准确合理性，结合地质工作的研究分析，圈出成矿的最佳地段，避免了工程施工的盲目性，能有效提高找矿效果。