激電測深法在非洲剛果(金)某銅鈷礦區的勘查應用

張東風, 柳建新, 謝 維

(中南大學信息物理工程學院,長沙 410083)

激電測深法在非洲剛果(金)某銅鈷礦區的勘查應用

張東風, 柳建新, 謝 維

(中南大學信息物理工程學院,長沙 410083)

非洲剛果(金)是世界上銅鈷儲量最多的國家之一,其中剛果(金)南部的加丹加省是銅鈷礦帶的重要礦區,本文介紹了激發極化法在加丹加省某地銅鈷礦礦區的應用效果。在簡要闡述礦區的地質和地球物理特征的基礎上,介紹了物探的工作方法與技術,重點對激電測深異常進行了推斷解釋。通過在該區開展激電測深工作,圈定了與成礦有關的赤鐵礦體的分布、大致埋藏深度,結合地質和遙感資料,推測與證實了三條斷裂構造的存在,為深入開展地質找礦工作提供了有利的依據,同時也取得了方法技術的基礎性成果,為今后在非洲地區開展電法工作積累了寶貴的經驗。

激電測深 異常 銅鈷礦勘查 剛果(金)

Zhang Dong-feng,L iu J ian-x in,XieWei.Application of the IP sound ing method to exploration of a copper-cobalt deposit in Congo(DRC),Africa[J].Geology and Exploration,2010,46(4):0664-0669.

1 前言

非洲自然資源豐富,剛果(金)銅礦儲量約為6500萬噸,是世界上銅儲量最多的國家之一;鈷的儲量為400萬噸,占世界鈷儲量的75%,獨占世界鰲頭。剛果(金)南部的加丹加省是銅鈷礦帶的重要礦區。2002年7月,剛果(金)政府頒發了第一部礦業法,從此打破了國家對礦產業的壟斷格局,開始允許外資和民間資本進入剛果(金)的礦業領域。許多中國企業,尤其是中國民營企業紛紛進入剛果(金)從事礦業的勘查與開發。

2008年7月,作者在剛果(金)加丹加省中南部某銅鈷礦區開展電法找礦工作,工作區位置如圖1。在該區投入了自然電場法、直流激電中梯和直流激電測深等方法,本文主要介紹直流激電測深的應用效果。該方法前人也有很多成功的應用,在金屬礦找礦方面成果頗多(Weller,2000)。工作的主要目的是在測區范圍內,探測一定深度范圍內極化體引起的異常信息,并結合區內地質、礦產特征及巖石物理特性,圈定可能屬銅鈷礦(化)體引起的異常,推斷隱伏斷裂和推覆體與圍巖界線;從物探勘測角度對測區作出評價,為進一步開展地質工作提供基礎資料和依據。

2 礦區地質特征

2.1 地層

礦區羅安群地層出露較少,僅在礦區中-北部成近東西向零星分布。礦區中部、南部有大面積的鐵質層分布。在中部羅安群的南側分布有庫迪朗古群下部巖層,北部為大片的砂土區。

羅安群(R)下部為頁巖夾黑色硅質巖和赤鐵礦層。第三亞群(R3):上部為微晶白云巖,局部夾粗砂巖及少量赤鐵礦;下部為砂質頁巖、砂巖,碳酸鹽化較強。第二亞群(R2):上部(R2.3)為含泥質滑石白云巖、細砂巖、頁巖等;中部(R2.2)為白云質頁巖夾砂巖、厚層狀白云巖(風化后成砂糖狀);下部(R2.1)為塊狀、層狀、紋層狀硅化白云巖,底部為綠泥石白云質細砂巖,其中,硅化白云巖中含較多硫化物,如輝銅礦、黃銅礦、硫銅鈷礦等,是原生銅鈷礦最主要的賦礦地層或氧化礦的原始含礦層位;塊狀硅化白云巖在地表氧化后具有較多不規則的蜂窩狀孔洞,是重要的地層標志層(楊進,1999)。第一亞群(R1):地表僅零星出露,其巖性以富含白云質的頁巖與粉砂巖互層,含綠泥石,以薄層狀構造為特點。

圖1 工作區位置示意圖Fig.1 Schematic map showing location of the work area

由于推覆構造帶的緊密褶皺已形成一系列的迭瓦式逆掩斷裂,礦區的羅安群地層,如R3、R2、R1三個亞群,目前難以明確進行層位劃分。但是,R4和R3中含有赤鐵礦,其下部R4中的硅化白云巖是銅鈷礦最主要的賦礦地層。

庫迪朗古群(Ki)為科盧韋齊復式推覆體的基底巖石,巖性為紫-紅色泥質粉砂巖、細砂巖,局部含砂巖質、灰巖質、頁巖質礫巖。

第四系以褐黃色、磚紅色殘坡積砂質粘土、粉土為主,部分地段為高鐵質層。

2.2 構造

礦區位于區域緊密褶皺推覆體的后緣部位,發育總體上呈近東西-南東東向推覆逆掩斷裂,羅安群第一亞群(R1)、第二亞群(R2)、第三亞群(R3)相互穿插破壞,并重新包裹,在推覆逆掩明顯部位,斷續分布條帶狀、島嶼狀角礫巖帶。

礦區內出露的兩條近于平行大的混雜角礫巖帶,呈近東西-南東東走向分布,混雜角礫巖帶整體逆掩于較新的地層之上;推覆逆掩斷裂構造帶主要有南、北兩條,南部推覆逆掩斷裂構造帶,大致與早期背斜構造的南翼上部空間耦合一致,局部有一定的弧狀扭曲,呈長條帶狀、島弧狀斷續出露,與出露的構造角礫巖帶分布延伸空間近于一致。

本區成礦作用明顯地受褶皺與逆掩斷裂構造的疊加復合控制。

2.3 礦化

在Ⅴ號預測區南部,在三個較系統剖面的有利地段施工了系統的淺井和探槽(坑)。初步圈定一條長大于4000m、寬度65～260m的鈷(銅)礦化帶(編號為V1),已初步揭露圈定一條鈷銅礦體,編號為V1-1;推測圈定一條鈷礦化體,編號為V1-2。

3 巖(礦)石電性特征

區內巖(礦)石電性參數測定統計結果見表1。

表1 巖礦石電性參數特征值統計Table1 Eigenvalue statistics of electrical parameters of rocks and m inerals

從表1可見:本區有兩種高極化率(或略高極化率)的巖(礦)石,即赤鐵礦和孔雀石化白云巖等。赤(鏡)鐵礦是一個很好的標志,不僅R4.1地層分布有赤鐵礦層,而且R3.2地層中亦有赤鐵礦。赤(鏡)鐵礦層上,可形成極化率大于20%的高極化體異常。高激電異常不僅可以用來圈定赤(鏡)鐵礦層的分布,同時可依據赤鐵礦層的分布及其在羅安群中的位置,進而推斷出主要含礦層羅安群第二亞群(R2)的分布(Agunloye,1983)。本區略高極化率的孔雀石化角礫白云巖、硅化白云巖、硅化白云質砂巖等均含有一定的金屬導電礦物(如黃鐵礦、黃銅礦、磁赤鐵礦等),而且巖(礦)石都發生了強烈的硅化等蝕變,是含礦(銅礦化)巖石的標志,此類巖(礦)石上將產生極化率大于5%的激電異常。此兩類巖(礦)石的激電異常在激電測深中顯示尤為突出。

對于巖(礦)石的電阻率特征,由于其受含水性影響很大,要以電測深的結果來分析(王華軍, 2001)。根據幾十個激電測深點的結果,表土層及上部巖層的電阻率為2kΩ·m～8kΩ·m,而產生激電異常的極化體,均顯示低(或略低)電阻率,與之對應的推斷是赤(鏡)鐵礦和孔雀石化硅化白云巖等,在破碎含水的條件下,呈現低電阻。

4 方法技術選擇

本次電法工作的目的是圈定含礦的硅化白云巖,或者圈定赤鐵礦體的分布,進而間接推測其下部的可能屬銅鈷礦(化)體。

根據上述電性特征分析,赤(鏡)鐵礦和孔雀石化角礫白云巖、硅化白云巖、硅化白云質砂巖都與不含礦的圍巖有著明顯的電性差異,含礦巖體能夠引起一定強度和一定規模的高極化、低(或略低)電阻率異常,因此,在該區選擇大功率激電開展找礦工作是行之有效的。

在已知礦化帶上,開展了自然電場法、激電中梯法和激電對稱四極測深剖面試驗。四條剖面的自然電場法電位測量,未發現明顯負電位異常,僅顯示幅值不大的正負電位過渡,尚未查明負異常的直接(或間接)找礦意義(呂其偉,2007);激電中梯法在礦化帶顯示高阻略高極化率,但異常不清晰,在高極化體上(如赤鐵礦層),激電異常亦不十分清晰。且因旱季受地表十幾米厚的高阻層影響,供電電流低(0.4～0.9A),讀數不穩定;激電測深試驗雖然也遇到干旱、接地電阻大的影響,但由于加大供電電極距、測量電極距亦加大,可穿透地表高阻層的影響,對較深的地質體(礦化體)皆有異常顯示,對于赤鐵礦層以及孔雀石化硅化白云巖等,都有很好的反映(何繼善,2006)。因此,選擇垂向激電測深法開展剖面工作。

根據賦礦地層的總體走向,布置了5條激電測深剖面(見圖2),剖面編號同勘探線號,從西至東依次為W-02、0、E-02、E-04和E-06線。剖面方向為10°～190°,與礦(化)體走向基本垂直,線距240m,點距50m,每條剖面長500m,共55個激電測深點。各測深點的供電、測量電極排列方向均是垂直剖面走向,即方位為100°～280°,各極點位置采用GPS進行定點布設(Xiong,1986)。

采用的儀器為DZD-6A多功能直流電法(激電)儀,供電電極為50cm長鋼電極,測量電極為瓷罐式不極化電極(傅良魁,1982)。

圖2 激電測深剖面布置及礦區地質圖Fig.2 Deployment of the IP sounding profiles and geologicalmap of the deposit area

采用對稱四極垂向電測深法,AB/2最大為500m。供電電壓700V,供電時間5s,延時200ms,觀測參數為供電電流Ip、一次電位Up、視電阻率ρs和視極化率ηs。執行技術標準為《時間域激發極化法技術規定》(DZ/T0070-1993)(陳蜀雁,2006)。

因4～11月份正處非洲旱季,地表干燥,土壤密實,透水性差。為了減小供電回路電阻、提高供電電流,采取了如下措施:(1)移動接地點位。在垂直布極方向,將供電電極移至接地條件較好的地點。移動距離控制K值改變在±2%以內,可不改算K值。(2)增加電極根數。電極的根數應滿足供電電流不隨時間變化的需要,每根通過的電流以不超過0.2A為宜。一般在供電點處打成垂直于布極方向的2～3排8～12根鋼電極并聯組成,單根電極間的距離應大于兩倍的電極入土深度。(3)挖深坑并澆水(或鹽水),以增加土壤的導電性。(4)挖坑埋錫箔,以增加電極與土壤的接觸面積。(5)電線接頭除銹。

5 激電測深異常特征與分析推斷

視極化率10%為本區的背景區,ηs值大于20%的高極化率異常,在W-02線～E-06線皆有分布,呈帶狀,在每個剖面的16號點南異常更為集中(見圖3)。結合地質情況,根據巖、礦石激電參數結果,推斷該異常為赤(磁、鏡)鐵礦體引起(陳長敬,2007)。根據視極化率大于20%異常大小及分布,推斷在0線(含0線)以西,赤鐵礦體零星且較小。E-02線以東,高視極化率的異常規模大且連續,反映了此段赤鐵礦規模大且較完整。

圖3 視極化率斷面等值線圖Fig.3 Contours of apparent IP on cross section

圖4 視電阻率斷面等值線圖Fig.4 Contours of apparent resistivity on cross section

赤鐵礦體在各剖面上顯示的低電阻特征(見圖4),與所測赤鐵礦標本呈高電阻率差異很大,推測埋藏在地下的赤鐵礦亦受到推覆構造影響,產生破碎并含水。

赤鐵礦體雖然不是本次物化探工作的目標物,但根據區域羅安群的巖性組合特征,羅安第四亞群有赤鐵礦層夾層,故可以依據赤鐵礦層的分布,推測羅安一、二、三、四亞群的分布,進而指導銅鈷礦的找礦工作。同時,在需要時亦可進行鐵礦勘查工作(阮百堯,1999)。

在W-02線～E-04線各剖面上的ηs值為4～10%的梯度帶,推測不僅是斷裂帶的反映,也是礦化比較集中的地段。

各測深點視電阻率曲線類型總體上以尾枝上升為主,為QH(ρ1>ρ2>ρ3<ρ4)型和H型(ρ1>ρ2< ρ3)。ρs有自西向東低阻體逐漸變深,至E-04和E -06線低阻體深度明顯加大。視電阻率ρs斷面圖(圖4)顯示,表層為高阻層(>1kΩ·m)是本區的共同特點;中間層為過渡層(6.4kΩ·m～35Ω· m),大多在幾十至幾百Ω·m;第三層(少數為第四層或第二層)是低阻層,也是本區的標志層,其視電阻率較低,一般為幾十Ω·m,變化范圍為6～163Ω ·m,顯示出明顯的低電阻(強建科,2005)。

各視電阻率剖面圖也顯示了東西及南北方向視電阻率顯著差異,據此推斷斷裂帶的存在。在0線和E-02線間,兩側近東西走向的低電阻帶,發生了明顯的錯動,推斷此間存在一條近南北的斷裂帶,此推斷與化探推斷的南北向斷裂帶基本吻合;在近東西方向,E-02線～E-06線,16～18點間存在明顯的視電阻率梯度帶,且梯度等值線近于直立,推斷在此梯度帶存在一條產狀較陡、寬約幾十m的斷裂帶;激電異常顯示低視極化率串珠狀與視極化率梯度帶,與視電阻率梯度帶基本吻合(蔡軍濤,2004)。

對于氧化銅鈷礦(化)體,雖然在電參數測定時,極化率在4～7%,但由于受到赤鐵礦體及鐵礦化的影響,異常不清晰,難以從高極化體中區分出來。

6 結論

(1)取得以下基礎性成果:

①通過系統電參數測定,掌握了礦區各主要巖(礦)石極化率與電阻率,尤其是赤鐵礦和孔雀石化硅質巖等電參數,為解釋評價激電異常和電阻率異常提供了依據。

②通過較系統的激電測深工作,基本掌握了礦區地下巖(層)石的電性(導電性)分層,主要為QH和H型,大多數地段在干旱季節,呈現幾kΩ·m的高電阻率,為今后開展電法工作提供了思路。③礦區在旱季地表土壤干燥、板結,激電工作時供電特別困難,通過采取各種有效措施改善供電條件,取得了較好的激電工作效果,為今后在非洲干旱地區開展電法工作積累了寶貴的經驗。

(2)確定了赤鐵礦體的分布,大致埋藏深度,為尋找銅鈷礦提供了思路。同時確定了與成礦有關的斷裂構造的分布,為研究礦(化)體的分布提供了依據。

(3)通過激電測深工作,結合地質資料和遙感資料,推測與證實了本區存在著三條斷裂構造,為深入開展地質找礦工作提供了依據。

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Exploration Application of IP SoundingM ethod in Africa and Congo(DRC)of a Copper-CobaltM in ing

ZHANGDong-feng, L IU Jian-xin, XIEWei

(School of Info-physics and Geom atics Engineering,Central South University,Changsha 410083)

Congo(DRC)in Africa is one of the countrieswith largest reserves of copper-cobalt ore in the world.The Katanga Province in southern Congo(DRC),is an important area of the copper-cobalt ore belt.This article presents the application effects of the induced polarization(IP)sounding method to a copper-cobalt deposit in Katanga.Based on a brief description of geology and geophysical features of the deposit area,this paper introduces the workingmethod and technology of geophysical prospecting,especially the interpretation of anomalies from IP sounding.Through IP soundingwork,the hematite ore body distribution and rough buried depth are delineated.Combined with geological and remote sensing data,the presence of three faults is inferred and confirmed.These results provide evidence for further geological prospecting.At the same time,basic methods and techniques have been tested which offer valuable experiences for electrical surveys in African regions in the future.

IP sounding,anomaly,exploration of copper-cobalt ore,the Congo(DRC)

book=7,ebook=427

P631.3+4

A

0495-5331(2010)04-0664-06

2010-02-03;

2010-06-27;[責任編輯]鄭 杰。

國家自然科學基金項目(編號:60672042)資助。

張東風(1964年-),男,中南大學在讀博士,地球探測與信息技術專業,主要研究方向為電磁場理論,正反演計算及其關應用,Email:zhangdongfeng220@126.com。