綜合地球物理方法在湖南錫田地區礦產預測中的應用

楊 濤,葉穎穎,李坤鵬

(湖南省地球物理地球化學勘查院, 湖南 長沙 410116)

0 引 言

地球物理勘探方法是利用地下地質體之間的導電性、導磁性、密度、導熱性、波速等物性參數的差異,通過專用的地球物理儀器來觀測由此引起的地球物理場的變化,并對測得的數據進行處理、解釋來達到勘探的效果。地球物理勘探方法可用于尋找金屬礦、尋找地下水、探測石油天然氣等[1]。

隨著物探方法的發展,礦產勘查工作不斷深入,淺層礦產日益減少,深部隱伏礦成為了目前物探工作的主要對象[2]。而單一的物探方法,往往僅能了解某一種物性差異,但目標體的探測具有多解性[3],且受到地質及地球物理條件限制,難以取得高質量實測資料,精度會受到影響。因此,在實際工作中,往往運用多種勘探方法同時對研究區開展地質研究。多種物探方法組合模式可以實現物探方法之間的優勢互補[4],提高物探結果的精確度。

其中,重力勘探利用的重力場主要是通過測量地下密度不均勻體所引起的重力異常來推斷測區的地質構造或礦產資源分布情況等[5]。早在1963年,我國就已經有專家開始利用重力方法來對鉛鋅礦進行探測[6]。隨著重力勘探方法的不斷發展,該方法的使用范圍也越來越廣。到目前為止,該方法已經在劃分大地構造單元、石油天然氣勘探、金屬礦勘探、鹽礦探測等領域得到了應用[7]。

可控源音頻大地電磁測深是20世紀80年代興起的一種電磁勘探技術。該方法利用人工場源,通過測量電場的水平分量(Ex)與磁場的水平分量(By),從而求取地下介質的電阻率。該方法在地下水資源勘探、地熱勘查、工程物探、金屬礦勘查等領域的實際應用中取得了顯著的效果。

為了探測錫田地區鎢錫礦成礦規律及分布,筆者根據該地區地層、巖體的物性特征,選用了重力勘探與可控源音頻大地電磁法相結合來進行綜合地球物理勘探,取得了較好的結果。

1 工區地質概況和地球物理特征

本文所研究的區域——湖南錫田地區,位于南嶺鎢錫鉛鋅多金屬成礦帶湖南段東部北側,郴州－茶陵北東向鎢錫多金屬成礦帶北東段,武功山加里東隆褶帶與羅霄山海西印支凹陷帶接合部的轉折處(見圖1)。

圖1 區域構造綱要

工區地層出露較為完全,其中分布最廣的地層是早古生帶地層,其次為晚古生代和白堊紀地層。區內巖漿巖較為發育,主要是錫田巖體、鄧阜仙巖體。測區位于揚子陸塊與華南板塊交接部位,屬南嶺東西向構造－巖漿成礦帶中北緣。根據前期地質資料可知,該工區經受了幾次大的構造運動,形成了不同的構造層次,即寒武紀－奧陶紀地層組成基底構造層;中上泥盆統至下三疊統組成的蓋層構造層和白堊紀地層組成的紅色盆地構造層。

根據航磁測量編圖成果,本區處于羅霄山－攸縣－安仁磁異常帶上,航磁異常較為發育,總體特征是由東南向西北逐步增強,異常多為渾圓狀,異常中心突出,中心面積數平方千米至數十平方千米,均伴有負值(見圖2)。航磁異常反映了巖體侵入與磁性蝕變信息。

圖2 航磁ΔT異常

從最新的1∶5萬布格重力異常資料上可以看出,測區總體表現為布格重力低異常帶特征,走向為北北西向轉南北向。沿巖體軸線分布有3個圈閉重力低異常,巖體兩側為明顯的重力梯級帶異常,在測區邊界局部有重力高異常。重力高異常主要是石炭紀灰巖、泥盆紀灰巖、白云質灰巖、二疊紀灰巖等巖性的反映。重力低值區位于錫田、鄧阜仙巖體中,與低密度的花崗巖體有關(見圖3)。

2 物探數據處理與分析

2.1 物性結果與分析

據地層(巖體)巖石密度資料,測區中生界白堊系、侏羅系及古近系巖石密度平均值為2.60(g/cm3),三疊系和上古生界巖石密度平均值為2.71(g/cm3),下古生界巖石密度平均值為2.69(g/cm3),元古界巖石密度平均值為2.71(g/cm3)。花崗巖的密度值在2.60～2.64(g/cm3)之間,與圍巖(泥盆系、奧陶系、二疊系地層)亦存在著明顯的密度差異。

圖3 布格重力異常

從電性特點分析,礦田附近主要有花崗巖,視電阻率為4000～6000Ω·m,屬于中電阻率地質體;早古生界砂巖視電阻率為500～700Ω·m,為低電阻率層;晚古生界泥盆系與石炭系灰巖與白云巖地層視電阻率為10000～20000Ω·m,為高電阻率層;中生代白堊系泥質巖視電阻率為30～200 Ω·m,為超低電阻率層。它們之間存在數量級的差異,用電磁法較容易分辨出來。

上述密度、電阻率等參數的差異為重力、電法類的物探方法順利開展提供了良好的物性基礎。

2.2 重力數據處理與分析

將野外觀測得到的重力數據進行處理,包括地形校正、高度校正、布格校正、正常重力值校正及重力異常等各項計算。本文中以該工區170號線為例進行說明。數據處理后得到圖4所示的重力異常曲線,利用該數據進行反演,可以得到如圖5所示的密度異常分布。

圖4 區域重力異常與局部重力異常

2.3 可控源音頻大地電磁勘查數據處理與分析

圖5 鄧阜仙－錫田隱伏巖體2D密度反演

此次可控源音頻大地電磁測深數據為TM模式標量采集,數據處理使用PROCSAMT軟件進行,首先對原始數據質量進行判斷,對相位反向或者誤差偏大數據進行復核;對合格數據進行靜態校正,中遠區數據篩選及相位處理。再使用SCS2D反演軟件進行反演,反演算法采用Bostick算法對卡尼亞電阻率及阻抗相位進行迭代計算,確定反演模型的電性分布特征,反演中加入了地形數據進行地形改正,最終計算并編繪出電阻率反演圖(見圖6)。

3 綜合地球物理方法解譯

圖7所示為170線綜合地質物探解釋圖。從地質剖面來看,170線位于鄧阜仙巖體南緣,穿越巖體與白堊系紅盆,南端位于錫田巖體邊緣。地層出露簡單,僅為白堊系紅色砂巖,兩端為花崗巖,重力異常表現為北低南高,最低值在鄧阜仙出露巖體外圍約1 km寬范圍,剖面點號930～1020,布格異常最小值為－74×10－5m/s2。

圖6 170線二維反演電阻率成果解釋

圖7 170線綜合地質物探解釋

電阻率測深剖面顯示772～900點之間明顯處于高阻異常區,結合地表出露以及重力布格異常在該段處于明顯重力低異常,認為該異常為鄧阜仙巖體引起,同時電阻率及布格曲線變化劇烈,說明此處構造較為復雜。剖面西南端隆起的高阻異常,結合地質情況,認為是錫田巖體引起,巖體從西南往北西侵入。1452～1812點深部的高阻異常,結合布格重力異常,認為該異常可能為石炭系碳酸巖引起,從北西往南東布格重力異常逐漸升高,而高阻異常深度同樣從北西往南東逐漸變淺,從物性資料可分析出,該高阻異常不應是巖體引起,故推斷為石炭系碳酸巖引起。此高阻異常不連續,而南東側為推斷的錫田巖體,認為該區域構造較為復雜,斷裂破碎較為發育,同時是成礦的有利地段,從空間位置及巖性特征來分析,該位置也是尋找矽卡巖型礦產的有利空間。

4 結 論

受地質和地球物理條件的限制,單一的地球物理方法有時難以取得高質量的探測結果。使用綜合地球物理方法進行勘探,多種參數的反演結果相互印證,可以提高物探結果的分析質量和地質解釋精度。在湖南錫田地區鎢錫礦成礦規律及靶區預測工作時,筆者根據當地的地質和地球物理特征,選取了重力勘探和可控源音頻大地電磁法來對該區進行探測工作。

錫田地區鎢錫多金屬礦床受巖體及斷裂構造控制,巖體、矽卡巖、地層之間存在明顯的密度差異,利用重力測量具備尋找巖體接觸帶位置,推斷蓋層的厚度及其空間展布形態的可能;由于白堊系砂巖與巖體均為低密度,然而卻有較大的電性差異,因此利用電阻率測深法可劃分白堊系地層及其下覆的碳酸巖地層或者巖體,同時結合重力異常也能預測出成礦的有利地段。

綜合多種物探方法的結果,可以有效解決由于物性相近造成的單一方法劃分缺陷,取長補短,盡可能地達到尋找多種目標體的找礦目的。