覆盖区矿产勘查中电法技术应用及有效性探讨

2024-01-02苏文利陆桂福刘福胜付燕刚

中国煤炭地质 2023年11期

苏文利，陆桂福*，刘福胜，段壮，付燕刚

（1.中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所，河北廊坊 065000；2.国家现代地质勘查工程技术研究中心，河北廊坊 065000；3.中煤地质集团有限公司，北京 100040）

0 引言

香林香达铜矿位于华北地台北缘，内蒙古锡林浩特复背斜西段北翼，区内断裂、褶皱较为发育，燕山期岩浆活动频繁，该时期大规模的岩浆侵入和火山喷发为铜多金属矿床的形成提供了丰富的物质来源，找矿前景良好［1-2］。

矿区出露晚二叠世黑云母石英闪长岩及中二叠统额里图组火山岩，其余均被新生代沉积物所覆盖。铜矿体赋存于晚二叠世黑云母石英闪长岩中，构造是主要的控矿因素，矿体与围岩电性差异较大，电法技术的应用具备较好的物性前提。为了寻找隐伏矿体，在矿权范围开展了大比例尺激电中梯面积测量，并利用可控源音频大地电磁测深对激电中梯异常进行剖析［3-4］，通过钻探验证，发现了厚度约15m 的铜矿体，铜品位0.30%～3.14%，平均品位1.21%。综合电法技术应用取得了良好的地质找矿效果，取得了找矿突破。

1 地质背景

1.1 矿区地质

矿区出露地层主要为中二叠统额里图组（P2e）安山质岩屑晶屑凝灰岩及安山质熔岩，矿区断裂构造发育，大致为北东向和北西向两组，其中北西向断裂为勘查区内主要容矿构造，倾向南西，产状较陡立，控制着矿体的分布及产状［5］。

区内岩浆活动强烈，以黑云母石英闪长岩最为发育，呈岩株和岩脉产出，香林香达铜矿体分布于北西向断裂破碎带内。另外，矿区还产出闪长岩、花岗岩、闪长玢岩、花岗斑岩等各类中-酸性岩脉，脉体规模不等，穿插于黑云母石英闪长岩体或凝灰岩地层中。研究表明，这些侵入岩与中二叠统火山-沉积岩，在岩相学、地球化学特征上具有同源性，共同构成了香林香达中酸性火山-侵入杂岩体［6-8］。

1.2 矿体特征

矿体呈脉状产出（图1），产状较稳定，以北西向为主。矿区可见硅化、电气石化、绿泥石化及黄铁矿化等蚀变现象，其中硅化、黄铁矿化与成矿最为密切。矿石矿物以黄铜矿、黄铁矿为主，闪锌矿次之，并含少量辉钼矿、斑铜矿、方铅矿、磁黄铁矿、辉银矿等。脉石矿物包括石英、绿泥石、绿帘石、绢云母、碳酸盐等。矿石结构主要为粒状结构、镶嵌结构，矿石构造以致密块状、浸染状为主，次为网脉状、放射状构造［5］。

2 岩(矿)石电性特征

在工作区内进行了系统标本采集，测定了极化率和电阻率参数（表1）。区内凝灰岩、闪长玢岩、石英闪长岩、花岗岩和花岗斑岩充电率平均值小于10ms；黄铜矿化石英闪长岩充电率为12.77～32.87ms，平均值为25.75ms，电阻率为104～587Ω·m，平均值为230Ω·m。从电性测定结果看，黄铜矿表现为高极化相对低电阻特征。

表1 香林香达铜矿区岩（矿）石电性参数统计Table 1 Statistics of electrical parameters of rock（ore）in Xianglinxiangda copper mining area

从矿区岩（矿）石电性测定结果看，黄铜矿化石英闪长岩表现为高极化相对中低电阻特征，区内主要围岩石英闪长岩为具高电阻、低极化特征，有明显的电性差异，利用综合电法寻找隐伏硫化物多金属矿（化）体具备良好的物性前提。

3 技术方法

3.1 大功率激发极化法

本区面积测量使用的方法是直流（时间域）激发极化法［8-10］。装置选择中间梯度测量方式，根据测量成果，圈定激电异常范围。面积性激电中梯（短导线）测量比例尺为1∶10 000，网度100m×20m，依据地质资料测线北东55°方向布设，垂直主要成矿构造走向，测量面积14km2。选择供电极距3 000m，接收极距20m，供电周期为16s，最大旁测距离300m，测量参数为视电阻率和视充电率。使用仪器为美国zonge 公司生产的GDP32Ⅱ型大功率多功能电法仪，发射机功率30kw。

3.2 可控源音频大地电磁测深（简称CSAMT）

可控源音频大地电磁测深具有勘探深度大，穿透能力强［11］，经济快速等优点。其反演成果能够较好地刻画地下断裂的宽度、延伸及断层的结构变化、地层的电性结构变化，电阻率梯度陡变是判断断裂构造存在的重要标志。利用反演断面图结合已知地质资料，对破碎带倾向、延伸和规模进行定性、定量解释，对找矿前景进行预测，其是研究深部构造，寻找覆盖区隐伏矿的有效手段之一。

在大功率激电圈定的异常范围内，布置了两条可控源音频大地电磁测深剖面（图2）。采用偶极测量装置，选择供电极距1 000m，接收极距20m，收发距7 000m，频率1～8 192Hz。测点点位和使用仪器与激电面积测量一致。

图2 香林香达铜矿区视充电率（Ms）等值线平面图Figure 2 Contour plan of Ms apparent charging rate in Xianglinxiangda copper mining area

4 激电异常平面特征

矿区激电异常分布较有规律，从本区岩石测试电性资料可知，研究区黄铜矿化岩石与其他岩石相比具有明显的高极化特征，故充电率参数能较好地指导区内找矿工作。视充电率测量成果（图2）显示，区内大部分测点视充电率小于10ms，视充电率值范围1.3～19.83ms，整体属低极化背景区。由于区内覆盖层较厚，且矿体主要以脉状产出，地表观测到的视充电率值相对较低。故本研究区选择以10ms 为视充电率下限，在区内圈定了2 处激电异常带，依次命名为JD1 和JD2。这两处激电异常走向基本一致，均为北西走向，面积约1km2，有效反映了异常体的规模，明显缩小了找矿靶区。根据激电中梯扫面成果（图2、图3）和已知地质资料，结合各处激电异常走向和规模，分析引起激电异常的原因。

图3 香林香达铜矿区视电阻率（ρs）等值线平面图Figure 3 Apparent resistivity（ρs）contour plan of Xianglinxiangda copper mining area

JD1 异常，走向北西，呈不规则条带状，长度约400m，宽度平均约80m，位于视电阻率平面等值线图（图3）推断的F3断裂带一侧，视充电率最大值为15.35ms，对应视电阻率为345.34Ω·m，为中阻高极化异常。通过踏勘检查异常发现，异常范围内可见硅化凝灰岩、孔雀石化矿石碎块和黄铜矿化石英闪长岩细脉，有热液活动特征。综合分析推断该异常带为由具一定埋深且硅化较强的含铜矿化体引起，并处构造带中。

JD2 异常，走向北西，呈不规则条带状，长度约600m，宽度平均约60m，位于视电阻率平面等值线图（图3）推断的F4断裂带一侧，视充电率最大值为13.5ms，对应视电阻率为415.32Ω·m，为中阻高极化异常。通过踏勘检查异常发现，此处地表覆盖较JD1 异常较厚，导致激电异常值偏小。异常范围内可见硅化凝灰岩、孔雀石化矿石碎块和黄铜矿化石英闪长岩细脉，有热液活动特征。综合分析推断该异常带为由具一定埋深且硅化较强的含铜矿化体引起，并处构造带一侧。

5 激电异常深部特征

结合已知地质资料和地表踏勘结果，认为这两处激电异常是矿化体引起异常的可能性较大，有待进一步开展综合研究，为此在圈定的激电异常部位再布置可控源音频大地电磁测深工作。由于该方法勘探深度大，能够发现深部断裂构造及侵入岩体，对找矿前景进行预测，是研究深部地质构造、间接寻找隐伏矿的一种有效手段［12-14］。在激电异常区共布置了2条可控源音频大地电磁测深剖面（图2），对异常及其深部的电性特征、含矿构造进行了研究对比，为钻探工作布设提供更可靠的依据。

首先对取得的测深数据经预处理并计算卡尼亚视电阻率和相位，对地表电性结构横向不均匀造成的静态效应进行了校正，然后进行CSAMT一维圆滑反演。本反演方法采用卡尼亚电阻率和阻抗相位联合反演，反演结果为反演电阻率-深度曲线［15-16］。图4 为90 线和100 线大功率激电视电阻率和视充电率剖面与可控源音频大地电磁测深反演电阻率综合图，视电阻率曲线起伏展布与反演电阻率等值线起伏非常吻合，清楚地展示了构造展布和第四系覆盖厚度的变化情况。依据电阻率等值线突变和疏密特征，结合已知地质资料，推断倾向南西，走向北西的F2、F3和F4断裂，与大功率激电视电阻率平面等值线图（图3）推断的断层基本吻合。由于受构造控制，断层之间存在破碎、强硅化、角砾岩、含水及脉岩等，造成构造带内反演电阻率表现为高低相间的分布。

图4 香林香达铜矿区电法勘查综合剖面图Figure 4 Comprehensive profile of electric prospecting in Xianglinxiangda copper mining area

根据上述对比分析，结合岩（矿）石物性参数特征和已知地质资料，推断相对高视充电率异常和视电阻率异常均呈北西走向，与矿区北西向断裂为勘查区内主要容矿构造走向基本一致；视充电率异常幅值在10～15 ms，背景值约为8ms，激电异常特征与视电阻率异常的组合关系密切，视电阻率呈多条高低相间的条带异常带，对应构造破碎带中的碎裂岩、矿化和强硅化岩脉；在综合电法剖面图上视充电率异常表现为双峰异常，对应反演电阻率断面推断的构造带部位，应为矿致异常。