大功率激发极化法与可控源音频大地电磁测深法在大际山地区铀-多金属矿勘查中的应用

2022-10-18朱剑范永宏徐伟韩文文吴玉冯毅

世界核地质科学 2022年3期

朱剑，范永宏，徐伟，韩文文，吴玉，冯毅

（1.核工业二八〇研究所，四川广汉 618300；2.核工业北京地质研究院中核集团铀资源勘查与评价技术重点实验室，北京 100029）

黔西南大际山地区发育较好的铀-多金属矿化，主要以铀、钼、汞为主，区内已提交小型铀钼矿床［1］。近年来的工作还发现稀散元素铼具有综合利用的潜力，由于该区一直被认为是碳硅泥岩型中的沉积-成岩亚型，所以投入的勘查工作量有限，找矿思路一直聚焦在浅表地层，导致找矿效果不佳。随着找矿工作的深入，发现该区铀-多金属矿化主要为构造热液型［2］，使得找矿思路发生了根本性转变，向深部寻求更富、更大的铀-多金属矿资源成为该区的主要目标，但随着该地区浅地表铀-多金属矿勘查与研究的深入以及找矿难度的增加，需要寻找一种更加有效地攻深找盲的找矿方法［3-4］。

可控源音频大地电磁测深法（CSAMT）广泛应用于寻找固体矿产、能源和地质构造的研究和实践中，是一种探索深部地质构造与寻找隐伏矿体的有效手段［5-6］。大功率激发极化法（简称激电法）以地壳中不同岩石、矿石的激电效应差异为物性基础，通过研究岩矿石的电阻率和极化率参数，快速圈定激电异常，从而指导找矿和解决相应地质问题［7-8］。在寻找硫化物金属矿床特别是浸染状硫化物金属矿床工作中，激发极化法是有效的物探方法［9］。

本次应用研究综合采用可控源音频大地电磁法与大功率激电法对贵州兴义大际山地区地表与深部进行探索，相互补充与验证，开展激电中梯剖面测量快速圈定激电异常，开展可控源音频大地电磁法测量以评价矿区深部隐伏控矿断裂构造、含矿地层，为进一步掌握矿区成矿地质条件提供依据，为该地区寻找同类金属矿产提供有效的方法组合，同时为钻探布设提供依据。

1 研究区地质概况

大际山地区位于扬子板块西南的台缘褶皱带，出露地层以中生界为主，局部见晚古生代地层出露。铀-多金属矿化主要赋存于三叠系飞仙关组、嘉陵江组以及二叠系龙潭组［10］。

研究区均为沉积岩地层出露，上二叠统吴家坪组（P3w）：仅见于雄武背斜东翼的雄武、横山至石坎子一线，整合于阳新灰岩之上的一套灰色中厚层-厚层、块状含燧石的泥晶灰岩、生物碎屑灰岩。上二叠统长兴组（P3ch）：主要分布于工作区雄武背斜两翼及纳省背斜核部，厚度大于274.63 m。下部与吴家坪组假整合接触，上部与飞仙关组平行不整合接触，或与长兴组整合接触。该组与龙潭组岩性组合基本一致，系一套含煤碎屑岩（泥岩、砂岩）沉积为主的海陆过渡型建造。下三叠统飞仙关组（T1f））：与下伏龙潭组整合接触，与上覆飞仙关组平行不整合接触的浅海相碳酸盐岩沉积，岩性主要为灰黑色生物碎屑灰岩、灰色泥晶砂屑灰岩。下三叠统嘉陵江组（T1j）：下三叠统嘉陵江组显示下部灰岩、中部细碎屑岩、上部白云岩的岩相变化序列，可分为三段：一段（T1j1）以灰岩沉积为主，夹泥岩、粉砂岩和少量白云岩的组合，为主要的U、Au、Mo、Hg产出层；二段（T1j2）以黄灰—紫红色的砂、泥质沉积为主，局部夹碳酸盐岩的组合；三段（T1j3）下部以灰岩沉积为主夹白云岩，中、上部则以白云岩沉积为主并含膏盐，顶部夹碎屑岩。三叠系中统关岭组（T2gl）：为一套碳酸盐岩夹少量碎屑岩沉积，以中、薄层状的纹层白云岩、泥质白云岩为主，该套地层属滨海-浅海相沉积，分布范围广、厚度变化大，底部与嘉陵江组整合接触（图1）［11-12］。

图1 大际山地区综合地层表［11-12］Fig.1 Comprehensive stratigraphic column of Dajishan area［11-12］

大际山地区受扬子地台南缘构造控制并受南岭褶皱带影响，区内控矿构造主体以北东向断裂及其次级断裂为主，雄武复背斜构成矿区主导构造，储矿构造主要为大际山断裂束、雄武断裂束，主构造运动期可能为燕山期。铀-多金属矿化主要受导矿、赋矿构造控制，绝大多数已发现矿点矿化多赋存于该层蚀变破碎带、断层交切的层间破碎带等虚脱空间内。铀-多金属矿化主要赋存于三叠系飞仙关组、嘉陵江组以及二叠系龙潭组，尤以区域性构造作用形成的处于吴家坪组与龙潭组不整合界面（沉积间断面）的构造蚀变体（SBT）是该地区铀、金矿体的产出。区内主要发育有NE-NEE向的断裂构造带，及其夹与断裂带中间的一系列枢纽走向为NE50°～60°的小型褶皱构造，矿区内局部地段可见NW向断裂，并错断了NE-NEE向断裂，大际山地区主要蚀变类型为硅化、赤铁矿化、黄铁矿化、砷矿化、汞矿化、褐铁矿化［13］。

2 研究区地球物理特征

2.1 岩石物性参数测定

首先对研究区内岩石的电性参数进行了测定，岩石标本主要采集研究区内不同地层内具有代表性的岩石，制作成长宽高为10 cm×3 cm×3 cm以上的长方体，采用标本架法对样品进行测量，使用重庆奔腾数控研究所研制的WDCB-1岩石标本电性测试仪测量，并根据区内岩性特征对电性数据进行了统计分析，得出了研究区内不同岩性电性参数统计表（表1）。

表1 贵州大际山地区主要岩（矿）石电性参数统计Table 1 Statistics of electrical parameters of main rocks(ores)in Dajishan area of Guizhou

2.2 电阻率参数特征

泥晶灰岩、细晶灰岩、块状生物灰岩电阻率最高，电阻率一般为10 000 Ω·m以上，黄铁矿化、角砾化后电阻率降低，电阻率为5 000～10 000 Ω·m，方解石脉发育灰岩电阻率最高为15 571～26 110 Ω·m，电阻率值增大了50%以上，总体上灰岩呈现为高阻特征；细砂岩、构造角砾岩、粉砂岩、粉砂质泥岩主要表现为低阻特征，电阻率普遍低于2 000 Ω·m，黄铁矿化、赤铁矿化、汞矿化等蚀变后发生后，电阻率相对降低，电阻率为800～1 500 Ω·m；灰色硅质岩、灰色凝灰质硅质岩电阻率为1 935～6 635 Ω·m，呈中高阻特征，灰色凝灰质硅质岩电阻率为1 935～6 635 Ω·m，呈中高阻特征。

2.3 极化率参数特征

灰岩极化率一般在0%～1%左右，变化范围小，细砂岩、粉砂岩极化率一般在1%～2%左右。硅质岩极化率变化范围一般在1%～3.0%，发生硅化作用后极化率有一定的增高，一般介于2.0%～3.32%。研究区内岩石发生黄铁矿化、赤铁矿化、汞矿化、黑色、褪色等蚀变后，岩石极化率都具有不同程度的增加，且随着蚀变的增强，极化率也越高，强蚀变粉砂岩及黑色蚀变砂岩一般介于4.0%～6.0%。

综上所述，岩矿石的电性参数差异为区内进行电法测量解释提供了基础，也为在测量区内背景岩石中寻找构造破碎带或矿化蚀变带提供了依据，可以通过这一特征来追索和圈定高极化率含硫化物蚀变地质体的空间分布和延伸情况。岩石的电性受构造破碎、蚀变影响变化较大，大际山地区构造破碎带或蚀变带内岩石具有相对“低阻高极化”特征，与其他岩性差异明显，具备开展电法勘探的前提条件［14］。

3 数据采集与处理

3.1 野外测量

在大际山地区开展了大功率激电中梯剖面测量18.30 km，测线25条，测线为H01～H25，测点940个；同时开展了可控源音频大地电磁测深工作，共布设3条剖面，测线分别为L01、L02、L03（图2），其中测线L01长度为4.3 km，L02长度为3.2 km，L03长度为3.2 km，测点261个。

图2 贵州大际山地区地质简图及物探测线布置（底图据参考文献［1］）Fig.2 Geological sketch and geophysical exploration line layout of Dajishan area in Guizhou（Modified after reference［1］）

大功率激电测量工作采用重庆地质仪器厂生产的10 kW大功率DJF10—10发射机组与WDJS—8数字直流激电接收机。在进行野外施工前，对仪器做进行性能测试，仪器性能检验合格后，方能投入野外生产。工作中供电极距AB采用1 200 m；测量极距MN采用20 m。测线长度为700～800 m，线距为100～200 m。供电时间8 s，延时时间200 ms，占空比为1：1，叠加次数为8次。观测范围一般为2/3AB，旁测线距主测线的距离一般不超过1/5AB［15］。

可控源音频大地电磁法测量仪器采用加拿大凤凰地球物理公司研制的V8多功能电法勘探系统，野外观测采用标量Ex/Hy测量模式，可控源音频大地电磁测深供电极距AB为1 200 m，测量极距MN为40 m，收发距10 km，观测频率范围1～8 192 Hz。野外数据采集中保证测量精度以获得可靠的信息［16］。

3.2 数据处理

激电数据处理首先对数据进行检查，直接删除受干扰较严重（一次场电压小于5 mv）的数据，按测线编辑，绘制剖面图，然后按坐标将数据形成一个文件，利用sufer软件进行计算机成图后，最终得到视电阻率、视极化率等值线平面图。

CSAMT数据处理首先使用SSMT2000软件对每条测线的数据进行检查，对个别突变点去除，导出初步处理后的数据，然后使用MTsoft2D软件对数据进行进一步处理，剔除个别明显受干扰数据、进行静态校正，最后使用SCS2D软件对处理后的数据进行反演，将反演数据用sufer绘图软件生成反演电阻率断面图［17］。

4 资料分析与地质解释

4.1 大功率激电中梯异常分析与解释

在测区自北东向南西圈出2个异常带，两个异常带均为低阻高极化异常带，低阻异常区带编号分别为D1、D2，两个异常带均为低阻异常带，极化率异常区带分别编号为：J1、J2（图3）。

图3 贵州大际山地区激电中梯视电阻率与视极化率等值线平面图Fig.3 Contour map of the apparent resistivity and apparent polarizability of the high power IP in Dajishan area

J1异常带位于下三叠统嘉陵江一段（T1j1），与区内主要控矿构造F4、F5、F6断裂破碎带位置及走向一致，J2异常带位于测区南西段下银厂地区，异常中心ηs最高值为11.47%，平均值5.65%，异常展布与区内F9、F10断裂破碎带及其夹持区走向吻合，异常形态呈条带状展布，异常带内地表强烈的黄铁矿化、褐铁矿化、汞矿化、铀、钼矿化普遍发育，推测该异常可能与地表金属硫化物矿与下伏的隐伏矿体有关。

结合矿区地质特征分析，推断高阻区为地表碳酸盐岩高阻体的反应，中低阻异常地层岩性为粉砂岩和细砂岩，低阻异常带走向为北东，呈条带状，与北东向断裂构造蚀变带基本一致，构造蚀变带内金属硫化物（黄铁矿化、褐铁矿化、赤铁矿化、汞矿化、铀矿化、钼矿化）引起地表高极化低电阻异常特征，且地表岩石金属硫化物矿量越高，低阻现象越明显。

4.2 可控源音频大地电磁测深剖面异常分析与解释

在大际山地区完成了3条可控源音频大地电磁测深剖面，经过数据预处理和剖面反演，生成了电阻率剖面图。通过CSAMT电阻率剖面图可以看出：3条剖面的反演结果具有相似性和规律性，剖面的电阻率值变化较大，反映该地区地层岩性电阻率变化较大，结合区域地质情况，按电阻率差异，从上至下整体分为3层电性层，呈现高阻-中低阻-高阻分布，而在测线东南端局部多一层较薄的低阻层，推测为地表砂、泥质沉积岩引起；在横向上，第一至第三电性层在断面图上大体呈连续分布，由于研究区复杂的地层结构和断裂构造的存在，使得电阻率反演断面图各段具有一定的差异，各地层厚度变化较大，地层界面多为呈褶皱不平状。在反演电阻率断面图上第一层近地表高阻层，可见高阻为团块状、透镜状不连续，厚度约200～500 m不等，主要对应以嘉陵江组一段（T1j1）灰岩沉积为主夹泥岩、粉砂岩和少量白云岩的组合；第二电性层电阻率为较连续的中低阻层，局部地方膨大，厚度约100～500 m不等，低阻层在剖面上整体表现为北西部比南东部更厚，推测该低阻层主要对应飞仙关组（T1f）与龙潭组（P3l）地层，以长石砂岩、细砂岩、泥岩、粉砂岩沉积夹少量砂岩、灰岩、鲕粒灰岩为主；第3层为高阻层，埋深约800～1 200 m，高阻在剖面上总体形态为“北西低南东高”的特征，推测该地层主要对应吴家坪组（P3w）以下地层中灰岩、白云岩等高阻体（图4）。

图4 贵州大际山地区可控源音频大地电磁测深电阻率剖面图Fig.4 Resistivity profile of CSAMT method in Dajishan area

根据物性资料，结合地表发现有已查明的断裂构造及热液活动等地质资料，推断解释地层中发育的几条主要断层带及次级断层为F4、F5、F6、F7、F9、F10、F11、F12、F15，其中F4、F6、F9、F10构成大际山地区北东向主要控矿断裂构造，这几条断裂在L01、L02、L03剖面上不同程度基本都有反应，且深度、形态、产状等都大致相近，表明了断裂发育规模较大。F4、F5、F9、F11、F15倾向南东，F6、F10、F12、倾向北西，断层倾角较陡。

大际山区内铀异常严格受控于NE-NEE向F4、F5、F6，其中规模最大的为F4、F6断裂，控制了大际山铀-多金属矿床的南北边界，F5逆冲断层夹持于F4、F6之间，为主要的控矿构造，矿区内局部地段NW向断裂，错断了NE-NEE向断裂；下银厂-黄泥堡地区铀-钼-汞矿化带，受NE向断裂带（F9、F10）控制，为区内主要含矿构造。在该断层附近岩石较破碎，发育两条较小的次级构造，在该断层附近前人发现铀、钼、汞矿化异常，说明该断层为成矿热液活动、迁移提供了一定的通道。

综合大功率激电剖面测量与可控源音频大地电磁测深测量分析结果可知：大际山、下银厂地区为热液活动中心，具有明显的低阻高极化激电异常特征；可控源音频大地电磁测深反演解释结果对寻找深部低阻体、构造往深部延伸的隐伏矿体具有较强的指示作用。大际山地区切割不同岩性、不同地层的构造，其具备贯通各个层位的条件，该类型构造及其分支构造，往往具有较强的热液活动，通常是区内热液循环的主要通道，而矿体的具体赋存位置由不同级序的断裂构造、层间虚脱部位、层间破碎带等薄弱空间控制；大际山地区深部铀-多金属具有较大的成矿潜力，具有相同构造-蚀变条件的地方都具有成矿的可能性。