综合电磁法在凤太二里河铅锌矿深部的找矿效果分析

陈靖，郭文波，王宏宇，张建军，顾欣，王伟，冯凡，刘敏，朱恩

（1.西北有色地质矿业集团有限公司，陕西 西安 710054；2.西安西北有色物化探总队有限公司，陕西 西安 710068；3.陕西有色金属控股集团有限责任公司，陕西 西安 710000；4.西安西北有色地质研究院，陕西 西安 710054）

近年来，二里河地区已经开展了丰富的物探工作，包括区域上的重磁勘探、大比例尺地面高精度磁测、自然电位法、激电中梯、可控源音频大地电磁测深、高频大地电磁测深等，对区域和矿区的地质构造特征、成矿规律和隐伏地质构造特征已有了许多成果。然而这些方法和成果对于解释深部地质构造和指导深部和外围隐伏矿体找矿还远远不够。因此需要通过多种物探手段提高对地下深部地质构造和地质体分布的深层次认识，加强大深度的物探探测技术应用，为二里河铅锌矿及凤太同类型矿床第二空间找矿突破提供有效、适用的物探方法手段。

1 地质特征

1.1 区域地质特征

研究区地处秦岭造山带凤太矿集区中北部（周小康等，2020）。该区广泛出露中泥盆统、上泥盆统，另有二叠系、三叠系及白垩系分别在区内南北部局地出现。泥盆系主要为一套浅变质碳酸盐岩-泥质碎屑岩建造（王义天等，2018；魏丽等，2021）。从老到新依次为中泥盆统马槽沟组（D2m）、古道岭组（D2g）、上泥盆统星红铺组（D3x）、九里坪组（D3j）。铅锌矿体主要赋存于古道岭组灰岩与星红铺组千枚岩间的千-灰接触带，富厚矿体往往产于该层位中（图1）。

图1 凤太矿集区地质简图Fig.1 Geological sketch map of Fengtai mining area

构造分为褶皱和断裂两大类。区内褶皱包括一级褶皱构造古岔河-桑园坝复向斜，二级褶皱构造安河寺-两河口复背斜、丝毛岭-荒草沟复向斜及银母寺-大黑沟复背斜。背斜核部主要为灰岩（D2g），两翼主要为千枚岩（D3x）。断裂构造包括NW-NWW 向和NE 向两类，一般NW-NWW 向断裂规模较大，多表现为逆冲断层。NE 向多发育张剪性断裂，常有岩脉充填。NW-NWW 向褶段带与NE 向断裂带的交汇部位控制着矿集区的分布，其复合部位控制着矿床或矿体的分布。

区内侵入岩体与岩脉发育，侵入岩体主要分布于东部太白县、凤县、留坝县交界处，包括花红树坪岩体与西坝岩体。花红树坪岩体呈较小的岩株以NWW 向侵位于泥盆系，岩石类型为中细粒花岗闪长岩。西坝岩体呈NWW 向展布于东南部，主要由花岗闪长岩、二长花岗岩和英云闪长岩组成。除侵入岩体外，NWW 向与NE 向脉岩发育：NWW 向脉岩主要为花岗斑岩脉，分布于凤太铅锌-金矿集区中部；NE 向脉岩主要为闪长岩脉与闪长玢岩脉，在铅锌、金矿床部位集中分布。区内铅锌、金、铜等矿产资源富集，形成4 处NWW 向铅锌成矿带，已查明的铅锌矿床或矿点达10 处以上（文耀辉，2020）。侵入岩体与岩脉为本区铅锌、金成矿提供热动力条件（王瑞廷，2023）。

1.2 矿区地质特征

凤县二里河铅锌矿受八方山背斜控制，背斜两翼产状北侧较陡，局部向南倒转，属较紧闭背斜。已知矿床产于背斜鞍部及北翼地层由缓变陡部位或倒转翼。含矿岩石为 D2g灰岩与 D3x千枚岩间的接触带附近的硅质岩、硅化铁碳酸盐化蚀变岩（王瑞廷等，2007，2013；李永勤等，2015；代金龙，2015；张革利，2018）（图2）。本区未见地表大块岩浆岩出露，仅在西南可见花岗斑岩脉带，由数条斑岩脉带组成。闪长玢岩脉均沿横断层分布。已查明矿体走向延伸3 500 m，目前最大埋深950 m。

图2 八方山-二里河铅锌矿床地质简图Fig.2 Geological diagram of Bafangshan-Erlihe lead-zinc deposit

本区铅锌矿体受次级背斜构造控制，主成矿结构面为古道岭组生物碎屑灰岩与星红铺组千枚岩接触界面（硅钙面）。地层、围岩及构造等是主要的控矿要素。围岩蚀变以硅化为主，与矿化紧密相关，主要展布空间沿赋矿层位、构造薄弱部位及矿体分布。铅锌矿体主要分布在次级背斜构造鞍部及两翼，其次亦受层间滑动破碎带的控制影响。

2 地球物理特征

以往在本区开展过多次激电法、充电法、CSAMT 等工作，有较为丰富物性参数资料，所收集的岩矿石电性特征如表1 所示。

表1 岩矿（石）电性参数统计表Tab.1 Statistical table of electrical parameters of rock and ore

可以看出，本区灰岩电阻率最高，其平均值为10 kΩ·m 以上；铁白云质千枚岩、含绿泥石铁白云质千枚岩、绢云母千枚岩电阻率平均值为431～647 Ω·m，属中低阻；含碳生物灰岩和铅锌矿石其平均值90～1 922 Ω·m，属低阻。岩（矿）石电阻率差异明显，①高阻的灰岩。②中低阻千枚岩。③低阻的铅锌矿石和碳质灰岩。高阻的灰岩与中低阻千枚岩两者差异达1～2 个数量级以上，铅锌矿石、碳质灰岩与千枚岩有4～5 倍的差异，与灰岩有2 个数量级以上的差异。岩（矿）石极化率主要分为两大类，一类为低极化率的千枚岩及灰岩，其极化率值在1%～5%变化，平均值为1.1%～2.7%；另一类为高极化率的碳质岩石和铅锌矿石，其极化率在3.9%～52.9%变化，平均值为12.7%～26.1%。岩矿石极化率差异明显，铅锌矿石和碳质岩石与其他岩性的极化率差异在1 个数量级以上。生物灰岩中由于有碳质残留，使灰岩的电阻率显著下降，极化率显著升高，碳质对硫化物的吸附作用明显。含碳千枚岩同样如此。

组织专家完成2012年重点县建设资金省级绩效考评；对第三四批重点县2013年度标准文本，第四批重点县2014年度标准文本及第五批重点县3年建设方案进行合规性审查；编制了《中央财政小型农田水利设施建设中一般中型灌区立项指南》和《一般中型灌区配套改造实施方案编写大纲》。

本区泥盆系古道岭组、星红铺组之间的千-灰接触带是铅锌矿找矿的地层标志。成矿有利构造为次级背斜鞍部虚脱部位、北翼地层由缓变陡部位或倒转翼，富且厚的铅锌矿体常赋存在背斜倾伏部位。硅化灰岩给元素富集提供了有利条件，是最直接的找矿目标。物探综合异常能够在寻找深部盲矿及隐伏矿方面发挥巨大作用，是重要的找矿间接标志（张耀斌等，2016；陈明寿等，2017；王瑞廷等，2021；李凤廷等，2023；滕菲等，2023）。综上所述，区内铅锌矿富集区域可表现出低电阻、高极化特征，硅化灰岩为高电阻、低极化率特征。千枚岩-灰岩界面表现出明显的高低阻异常分界。背斜鞍部虚脱部位富矿体常表现为高阻隆起中间含有局部低阻异常。此外，背斜两翼高阻异常扭曲错动部位也可能是有利的找矿区域。以上为开展二里河深部找矿提供了物探依据。

3 综合电磁探测技术应用方法及效果

3.1 综合电磁探测技术概述

根据二里河铅锌矿地质及地球物理特征，先后在研究区开展回线源瞬变电磁法、电性源短偏移距瞬变电磁法和广域电磁法物探工作，开展综合电磁法应用效果研究。

回线源瞬变电磁工作观测纯二次场观测，擅长在高阻围岩中寻找低阻地质体，且无地形影响。通过已知剖面试验，针对寻找背斜鞍部矿体设计了大小为50 m×50 m、发射线框为3 匝、接收线框为5 匝，并经过阻抗匹配修正模型的TEM 重叠回线装置，针对寻找背斜两翼矿体，基于其具有沿纵深和水平方向延展性大的特点，设计了大小为100 m×100 m、点距为25 m，线距为100～200 m 的单匝重叠回线装置。

电性源短偏移距瞬变电磁（SOTEM）将测区偏移距缩短为r=0.5～2H 处观测，发射端提供一种矩形阶跃式电流，接收端布设在在发射源两侧，一次布源可以实现大范围观测，特别在山区施工，接地导线源的布置较为方便（薛国强等，2013，2020；陈卫营等，2015，2017；王备战等，2020）。SOTEM 继承了TEM 的优点，同时由于采用小偏移距，能显著提高观测信号的信噪比，并减小体积效应，因此可以大幅度降低数据处理难度，提高结果的可靠性和准确度，尤其适合在山区开展深部找矿工作。本次工作点距20 m，布设了7 条剖面，剖面总长为8.78 km。工作参数包括：发射源长度，发射电流大小、发射基频、观测时长、电极距MN，线圈有效接收面积等，根据测区实际工作环境确定。接收参数的设置根据测区噪声环境，选择不同的叠加次数，在干扰较为严重的地区，叠加次数增多，单点的观测时间增长。数据处理阶段所做的工作包括滤波、去噪、畸点去除、地形校正、场源校正等。

广域电磁法同可控源音频大地电磁法一样，具有场源可控的特点（底青云等，2008；耿涛等，2023）。和大地电磁法相比，它的场源更稳定可控，信号更强。通过提取全域视电阻率计算公式，能够在“非远区”开展测量工作，从而极大地拓展了人工源法的观测范围，成倍地增加了探测深度。针对CSAMT 变频发送的缺点，其发射信号具有多个频率成分且振幅接近。采用伪随机信号电流（何继善，2010，2020），可有效提高工作效率，改善观测精度。本次工作在二里河铅锌矿床东部某线进行，试验测线长为3.6 km，方位20°，点距40 m。设计最小收发距在10.5 km 以上，大于7倍以上有效探测深度，以达到最大探测深度（1.5 km）的要求。内业采用GME_3DI（V4.2）软件进行数据处理解释。

3.2 应用效果

3.2.1 回线源瞬变电磁法

2000 年前后二里河铅锌矿在背斜南侧开展了回线源瞬变电磁剖面探测（图3），共获得2 处瞬变电磁异常。一处位于二里河背斜鞍部，异常沿背斜延伸方向分布。该异常由下方二里河主矿体引起，与已知地质情况相吻合。另一处异常位于二里河背斜南翼次级褶皱上方，与前一处异常特征具有相似性，推测由二里河背斜南侧的次级褶皱鞍部盲矿体引起。TEM方法在本区的找矿效果中具有可靠性（陈卫营等，2015；王备战等，2020），可探测深度可达500～700 m，并准确圈出了矿体的水平投影界限。

图3 二里河铅锌矿床及东延TEM 异常等值线图（据田民民等，2004 修改）Fig.3 TEM anomaly contour map of Erlihe lead-zinc deposit and east extension

3.2.2 电性源短偏移距瞬变电磁法

2016 年在八方山-二里河南侧实施了7 条SOTEM 剖面，该方法利用小偏移距实现大深度探测（王备战等，2020）。7 条剖面中均存在两处低阻异常且连续性较好，推测存在隐伏背斜和铅锌矿体（图4）。从图5 中可以看到，在点号262～278，视电阻率表现为中间低两端高的特点，推断此处异常为铅锌矿体的瞬变电磁响应，与已知地质成矿规律和地质情况吻合，埋深在500 m 左右。另一处异常具有相似的电性特征，推测为主背斜旁侧的次级隐伏背斜。电性源短偏移距瞬变电磁法圈定的低阻异常，与已知铅锌矿对应关系较好，反映本区铅锌矿体为低阻特征，证明该方法在本区深部找矿具有有效性，同时，相比TEM 方法，SOTEM 的有效探测深度提高到1 000 m。

图4 TP1-TP7 线物探地质综合推断图Fig.4 Geophysical and geological comprehensive inference map of TP1-TP7 line

图5 TP1 线物探地质综合剖面图Fig.5 Geophysical and geological profile on TP1 line

3.2.3 广域电磁法

2020 年在二里河东延某线进行广域电磁法方法试验，从剖面结果图上看（图6），整个剖面可以分成两大电性层：剖面中上部呈现出中低阻的特征，局部夹有高阻，主要是中低阻千枚岩的反映，局部高阻可能为石英脉、闪长玢岩脉等的反映；剖面中下部呈现出中高阻的特征，推测由生物结晶灰岩引起。电阻率等值线形态较为陡立，反映了剖面上对应地层的产状较陡；剖面中下部等值线波浪起伏较大，反映出褶皱较为发育。结合相关地质资料，在剖面1 200～1 300 m标高段，点号147～155 附近，有一处相对高阻隆起异常，认定为背斜核部结晶灰岩的反映，界面上部及两翼电性表现相对较低，且两翼电阻率等值线明显向下凹陷，使得褶皱核部及两翼形成了一个较大的低阻凹陷区，结合该测区成矿机理，推测该处为背斜核部虚脱部位，是较好的含矿空间。此推测和电性源短偏移距瞬变电磁法TP1 剖面情况吻合，并与地质情况做了对应，验证了方法的有效性。同时，在标高900～1 000 m，点号140～146 处，有一深部高阻隆起异常，且顶部等值线密集，推测为一隐伏次级背斜，这也和SOTEM 剖面上两处低阻异常体对应较好，此推测也和电性源短偏移距瞬变电磁法TP1 剖面情况吻合；在标高600～800 m，点号158～162 处，有一处明显的高阻隆起异常，异常顶部及两翼等值线明显凹陷，电阻率异常呈局部隆起特征、电阻率等值线膨大，和点号147～155 处的情况相似，推测有赋矿的可能；在标高200～300 m，点号165～167 处，还有一处清晰明显的深部高阻隆起异常，推测为控矿背斜北翼深部稳定延伸引起的电性异常，值得进一步研究。本次使用广域电磁法，在保证探测精度的前提下，大大拓展了地下探测的深度，可以达到地表下2 500 m。

图6 广域电磁法物探地质综合剖面图Fig.6 Geophysical and geological profile of wide area electromagnetic method

通过后期地质工程（图7），标高1 200～1 300 m处背斜顶部的见矿部位验证了广域电磁法异常推断。在标高800～900 m，点号135～146 处打钻也见到矿体赋存，对应SOTEM 系列剖面上反映矿体的低阻异常，在广域电磁法综合剖面图上也有反映背斜灰岩的高阻异常与之对应。后续实施坑内钻，在标高600～800 m 处发现背斜延伸界面的局部扭转部位见矿，对应广域电磁法在158～162 处产生的明显高阻隆起异常。3 处见矿部位见矿厚度介于0.68～15.96 m，平均厚度为10.39 m，Pb 品位为0.07%～2.65%，平均为1.58%，Zn 品位为2.21%～20.52%，平均为6.27%。

图7 二里河矿床剖面图Fig.7 Profiles of Erlihe Deposit

3.3 讨论

通过在二里河矿区开展综合电磁法探测，研究各方法在该地区找矿的效果，分析认为：在二里河铅锌矿各探测阶段，回线源瞬变电磁法对圈定矿体水平位置具有较好的效果，在早期圈定了中浅部的重点异常，为后续的勘探奠定了基础。电性源短偏移距瞬变电磁法对低阻异常具有更高的敏感度，且和回线源瞬变电磁法相比，具有更高的探测深度和探测精度。首次在该区域应用广域电磁法，认为该方法对于反映深部高阻-低阻异常分界及背斜隆起形态有一定效果，探测深度可达到2 500 m。

凤太地区的铅锌矿大多具有相似的成矿类型及控矿因素。多年来在对该地区开展瞬变电磁法、广域电磁法找矿，取得了较好的效果。如在杨家湾开展瞬变电磁法测量，在埋深700 m 处发现一低阻异常，经地质验证，该异常与二里河千-灰接触带出露位置相对应。在银母寺开展广域电磁法测量，物探异常经钻孔验证，发现一处400 m 厚的无矿带及一处位于750～1 400 m 埋深处的有利地段（祝新友，2011；王瑞廷，2012）。各矿山的地质地球物理条件不尽相同，但总体结果仍反映出方法的有效性。

综上所述，回线源瞬变电磁法、电性源短偏移距瞬变电磁法及广域电磁法在凤太铅锌矿深部找矿具有可行性，并建议工作方式以广域电磁法和电性源短偏移距瞬变电磁法为首选，开展综合物探找矿实践。

4 结论

（1）通过在凤太矿集区二里河铅锌矿开展回线源瞬变电磁法、SOTEM 法及广域电磁法，分析总结各方法的成效：瞬变电磁法通过面积性工作发现两处异常体，结合地质情况，一处为已知矿体，一处为隐伏含矿次级背斜；SOTEM 通过7 条剖面，发现了连续性的两处异常，推测为主背斜旁侧的次级隐伏背斜，并在TP1 剖面上圈定了一处低阻异常，证实与已知矿吻合；广域电磁法试验剖面上显示的几处异常和SOTEM 方法TP1 剖面的已知矿体及TP1～TP7 推断的隐伏背斜和铅锌矿体对应良好，对于反映深部高阻-低阻异常分界及背斜隆起形态有一定效果。同时在其北侧深部又有新的发现，待进一步证实。以上成果表明电磁法在本区深部找矿中具有可行性和有效性。

（2）根据各方法的特点分析总结得出，TEM 方法在本区找矿探测深度可达500～700 m，能准确圈出了矿体的水平投影界限；SOTEM 对低阻异常的探测较好，探测深度可达1 000 m。广域电磁法在保障了探测精度的前提下，可将探测深度拓展到2 500 m 以下。

（3）针对二里河铅锌矿复杂的成矿背景以及多年勘探经验，总结认为开展单一方法的勘探工作效果不佳，在当前深部找矿1 000 m 以深的要求下，开展以广域电磁法和电性源短偏移距瞬变电磁法为首选的可实现探测深度大、抗干扰能力强、分辨率高的综合电磁探测方法，同时建议采用长剖面和面积性物探工作，实现复杂地形地貌和地质成矿条件下高分辨率探测。