瞬變電磁測(cè)深在小秦嶺大湖金鉬礦床深部找礦中的應(yīng)用

孫保花 牛樹(shù)銀 王杏村 孫愛(ài)群 王社全 高 凱 丁留偉

(1.石家莊經(jīng)濟(jì)學(xué)院，河北 石家莊 050031；2.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第一地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，河南 洛陽(yáng) 471023)

1 區(qū)域地質(zhì)概況

小秦嶺金礦田處于華北地臺(tái)南緣華熊隆起的中西部[1-2]，范圍西起陜西省華山，東至河南省靈寶-朱陽(yáng)盆地西北邊緣，其北為由太要斷裂分開(kāi)的汾渭地塹，其南由鐵爐子一欒川斷裂與秦嶺造山帶相接。區(qū)內(nèi)出露的地層主要為太古宙太華群的中高級(jí)變質(zhì)巖，巖性主要為觀音堂組的石英巖、黑云斜長(zhǎng)片麻巖、斜長(zhǎng)角閃巖等；煥池峪組的灰白色大理巖。楊砦峪組灰色片麻巖。四范溝組的片麻狀二長(zhǎng)花崗巖、片麻狀花崗閃長(zhǎng)巖及片麻狀似斑狀二長(zhǎng)巖。部分地區(qū)區(qū)域變質(zhì)、混合巖化作用強(qiáng)烈，可形成條帶狀混合巖、斜長(zhǎng)角閃片麻巖、斜長(zhǎng)角閃巖(見(jiàn)圖1)。

區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)頻繁，巖漿巖發(fā)育。主要有阜平期的基性—中酸性火山噴出巖和花崗巖體；五臺(tái)期的花崗偉晶巖脈；早元古宙的桂家峪花崗巖序列侵入體；中元古宙的小河花崗巖序列侵入體；加里東期的輝綠巖脈、閃長(zhǎng)巖脈及楊砦峪二長(zhǎng)花崗巖體；印支期的正長(zhǎng)斑巖脈；燕山期的輝綠巖脈、文峪花崗巖體、娘娘山花崗巖體、花崗斑巖脈[3]。其中晚燕山期花崗巖漿活動(dòng)與本區(qū)金礦關(guān)系密切。

小秦嶺臺(tái)穹總體為一近東西向展布的復(fù)背斜，西起陜西提峪，東至河南娘娘山，長(zhǎng)約100km，寬約10～20km，自北向南由五里村背斜、七樹(shù)坪向形、老鴉岔(主)背斜、廟溝向形、上楊砦背斜等次級(jí)褶皺組成。根據(jù)區(qū)域構(gòu)造研究和同位素年齡資料分析，褶皺形變的主要時(shí)期為太古宙末。臺(tái)穹周邊及內(nèi)部發(fā)育一系列韌-脆性斷裂，并且具有多期次活動(dòng)的特點(diǎn)，早期以韌性變形為主，晚期多表現(xiàn)出脆性變形的特點(diǎn)[4-5]，按走向可分為近東西向斷裂、北西向斷裂、北東和近南北向四組，其中近東西斷裂是本區(qū)的主要控礦構(gòu)造，其次為北西向斷裂。

2 礦區(qū)地質(zhì)概況

大湖金鉬礦床位于小秦嶺金礦田北礦帶，礦區(qū)出露地層主要為太古宙太華群楊砦峪組灰色片麻巖和四范溝片麻狀花崗巖，為單斜地層組。礦區(qū)巖漿活動(dòng)頻繁,主要有花崗偉晶巖、輝綠巖、輝綠扮巖、花崗斑巖、長(zhǎng)英巖脈和含金、石英脈等基性-酸性侵入巖[3]。

礦區(qū)內(nèi)褶皺構(gòu)造不發(fā)育，斷裂構(gòu)造十分發(fā)育，自北向南依次出露F1，F(xiàn)8，F(xiàn)7，F(xiàn)35，F(xiàn)5，F(xiàn)6， 總體近于平行排列， 按產(chǎn)狀可劃分為近東西向、北西-北北西向、北東向和近南北向四組[1]，以近東西向最為發(fā)育，該方向的斷裂也是大湖礦區(qū)金鉬礦最主要的控礦斷裂。沿?cái)嗔训淖呦蚝蛢A斜方向，有交匯復(fù)合、波狀起伏、膨大收縮等復(fù)雜變化。各斷裂具有多期活動(dòng)的特點(diǎn)，早期具韌性剪切變形特征，力學(xué)性質(zhì)屬于壓扭性，形成糜棱巖系列巖石。中期具韌-脆性變形特征，晚期為脆性變形，以正向滑移為主，略具左行平移特征，力學(xué)性質(zhì)屬于張扭性，形成碎裂巖并改造早期的糜棱巖。其中F5是礦區(qū)內(nèi)金鉬礦最主要的控礦構(gòu)造,帶內(nèi)先后充填有輝綠巖、正長(zhǎng)斑巖、含金石英脈等脈巖。

圖1 河南小秦嶺地區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)略圖[3]

3 礦床地質(zhì)特征

3.1 金礦床地質(zhì)特征

F5含金構(gòu)造蝕變帶是大湖礦區(qū)最主要的含金構(gòu)造蝕變帶，礦區(qū)內(nèi)出露走向長(zhǎng)度2.2km，寬數(shù)十一150余米，具東寬西窄之勢(shì)。最大出露標(biāo)高為1030m，最低標(biāo)高648m，高差382m。此構(gòu)造在2線與F6交匯復(fù)合歸并為一條，大湖河西明顯變窄。12線以東與F1呈復(fù)合關(guān)系。走向上膨脹狹縮相間出現(xiàn)。該含金構(gòu)造蝕變帶中目前共圈出18個(gè)礦體，其中19號(hào)最大，為礦區(qū)主礦體，也是F5中唯一出露于地表的礦體，礦體走向近東西，北傾，平均傾角32.5°。

礦體淺部以石英脈型金礦為主，向深部逐漸過(guò)渡為構(gòu)造蝕變巖型金礦中間存在過(guò)渡類(lèi)型。其中石英脈型金礦脈嚴(yán)格受含礦斷裂帶控制，為單脈充填型礦化，常具有塊狀、浸染狀、稠密浸染狀、團(tuán)塊狀,細(xì)脈狀等構(gòu)造。礦石礦物以黃鐵礦為主，方鉛礦、黃銅礦少量，金屬硫化物含量較高約為5%～15%，圍巖蝕變主要為黃鐵礦化、硅化、絹云母化、碳酸鹽化；礦石化學(xué)成分富Si貧K；礦石品位較高，可達(dá)數(shù)十甚至數(shù)百g/t。構(gòu)造蝕變巖型金礦也主要受構(gòu)造控制，礦脈賦存在構(gòu)造破碎帶內(nèi)的碎裂巖或糜棱巖中，礦石具有網(wǎng)脈狀、侵染狀構(gòu)造，礦石礦物主要為黃鐵礦，有時(shí)含有少量黃銅礦，金屬硫化物的含量較少，一般低于5%，脈石礦物種類(lèi)較多，主要為石英、鉀長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石，次為角閃石、絹云母；礦石化學(xué)成分具有富K貧Si的特點(diǎn)；礦石的品位較低，多小于10g/t。

3.2 鉬礦體特征

礦區(qū)目前共圈定鉬礦體10個(gè)，主要賦存F5、S35構(gòu)造帶中，鉬礦圍巖蝕變有鉀長(zhǎng)石化、硅化、絹云母化、碳酸鹽化[6],鉀長(zhǎng)石化使得圍巖中的斜長(zhǎng)石絕大部分被交代為具有格子雙晶的鉀長(zhǎng)石，少數(shù)斜長(zhǎng)石保留原斜長(zhǎng)石聚片雙晶。礦石中主要礦石礦物為輝鉬礦、黃鐵礦、黃銅礦、方鉛礦，脈石礦物主要有石英、鉀長(zhǎng)石、絹云母、碳酸鹽等。在礦體的中間部位輝鉬礦多呈自形一半自形粒狀、團(tuán)塊狀或脈狀集合體分布于乳白色石英脈中，在礦體的邊緣或殲滅部位輝鉬礦常呈粉末狀、薄膜狀分布于破碎的石英脈裂隙中。

4 礦區(qū)內(nèi)巖礦石電性特征

4.1 激電特性

大湖礦區(qū)金鉬礦石大體分為三種類(lèi)型：①少硫化物金礦石：硫化物主要為黃鐵礦，有時(shí)含有Cu、Pb、Zn或W、Mo等硫化物。這種礦石多見(jiàn)于復(fù)石英脈或石英脈型熱液礦床，其激電效應(yīng)較弱。②多硫化物金礦石：此類(lèi)礦石的特點(diǎn)是黃鐵礦很多，金呈顯微包體狀態(tài)賦存于硫化物中，其激電效應(yīng)較強(qiáng)。③多金屬硫化物礦石：此種礦石除金之外，有時(shí)有Cu、CuPb或PbAg，硫化物含量可達(dá)10%或10～20%。自然金除與黃鐵礦關(guān)系密切外，還與Cu、Pb礦物密切共生，多為高中溫?zé)嵋旱V床，多金屬硫化物礦石的激電效應(yīng)最強(qiáng)。小秦嶺地區(qū)以往測(cè)定統(tǒng)計(jì)的各類(lèi)巖礦石電性參數(shù)見(jiàn)表1。

表1中極化率(ηs)值大小表示巖、礦石激發(fā)極化特性強(qiáng)弱。分析表中所列露頭ηs值可以看出，有開(kāi)采價(jià)值的金(鉬)礦帶ηs值最高，隨礦帶含多金屬硫化物的多少，在1.62%～93.16%之間變化，算術(shù)平均值高達(dá)19.82%;無(wú)礦化或弱礦化的石英脈ηs值較低，隨礦化強(qiáng)弱在0.21%～5.00%之間變化，算術(shù)平均值 3.14%；無(wú)礦構(gòu)造帶(或構(gòu)造巖)、混合花崗巖等各類(lèi)圍巖 ηs(平均)值最低，為 0.8%～4.38%。 標(biāo)本(巖心)測(cè)定的個(gè)別條帶狀混合花崗巖、灰綠巖、斜長(zhǎng)角閃片麻巖、斜長(zhǎng)角閃巖ηs較高(13.75%～54.5%)的原因是多金屬礦化或含鐵磁性礦物較多，在天然狀態(tài)下這些巖石的ηs值一般明顯低于金礦石。各類(lèi)巖礦石巖心標(biāo)本測(cè)定的ηs值普遍大于露頭上的測(cè)定值，這主要是由于地表出露巖礦石多被風(fēng)化淋濾，使其硫化物氧化或含量減少所致。但二者之間總的激電效應(yīng)趨勢(shì)基本一致。

巖礦石物性測(cè)定結(jié)果表明，金鉬礦體與圍巖間有明顯的激電特性差異，故在該區(qū)用激發(fā)極化法(激電測(cè)深)圈定含金硫化物礦化帶和含金硫化物富集帶具有良好的(激電)物性前提。

4.2 導(dǎo)電性

根據(jù)野外地質(zhì)情況，鄰近礦體的糜棱巖、碎裂巖等構(gòu)造巖由于含水電阻率值較低，構(gòu)造巖電阻率(ρs)算術(shù)平均值為 72～245.2Ω·m，主要賦礦圍巖—混合花崗巖(條帶狀混合花崗巖)及輝綠巖、偉晶巖等電阻率值較高，其電阻率(ρs)算術(shù)平均值為429～2286Ω·m。 礦帶中的石英脈，當(dāng)厚而完整且弱礦化時(shí)，為高阻特征，當(dāng)破碎強(qiáng)礦化時(shí)為低阻特征，其 ρs值在 9.9～9152Ω·m 之間變化。由以上可知，含礦構(gòu)造帶、礦體與各類(lèi)賦礦圍巖之間存在明顯電阻率差異，在小秦嶺地區(qū)具備利用電法(對(duì)稱四極電測(cè)深、瞬變電磁測(cè)深等)尋找含礦構(gòu)造帶及礦體的地球物理前提。

表1 各類(lèi)巖礦石電性參數(shù)

5 工作方法簡(jiǎn)介

5.1 測(cè)線、測(cè)點(diǎn)布設(shè)方法

瞬變電磁測(cè)量剖面布設(shè)工作根據(jù)野外地形情況，采用手持GPS布設(shè)測(cè)點(diǎn)，點(diǎn)距40m。野外作業(yè)時(shí)，注意明顯地形地物標(biāo)志，及時(shí)修正點(diǎn)位，遇地形較陡，應(yīng)使用羅盤(pán)測(cè)量坡角，加以修正。剖面端點(diǎn)用GPS測(cè)定。

5.2 儀器設(shè)備及性能

本測(cè)區(qū)瞬變電磁測(cè)深測(cè)量?jī)x器為加拿大Geonics公司研制的PROTEM67型瞬變電磁儀，該儀器由發(fā)射機(jī)和PROTEM數(shù)字接收機(jī)組成，接收機(jī)具有24位瞬時(shí)分辨率、29位系統(tǒng)分辨率、270Hz帶寬、微秒級(jí)的30個(gè)采樣門(mén)和XYZ三分量同時(shí)觀測(cè)等特點(diǎn)，自動(dòng)采集磁場(chǎng)垂直分量dB。供電電源采用10KW的本田發(fā)電機(jī)，發(fā)射框采用大電流專(zhuān)用電纜(30 根)。

5.3 野外工作裝置及工作方法

野外根據(jù)以往在該區(qū)開(kāi)展的工作經(jīng)驗(yàn)和實(shí)地地質(zhì)條件，瞬變電磁測(cè)深觀測(cè)方法為大定源方式，發(fā)射框?yàn)?00m×900m的正方形框，觀測(cè)網(wǎng)度為100m×40m(局部異常地段點(diǎn)距加密至20m)。測(cè)量時(shí)發(fā)射框不動(dòng)，接收機(jī)在框內(nèi)沿測(cè)線、測(cè)點(diǎn)依次移動(dòng)。觀測(cè)參數(shù)為磁場(chǎng)變化率(dB/dT)。

6 資料分析與地質(zhì)解釋

已有的研究成果表明，小秦嶺地區(qū)深部成礦帶的瞬變電磁異常對(duì)應(yīng)為深部高阻層中的低阻區(qū)域，亦即深部成礦區(qū)往往與深部高阻區(qū)段內(nèi)鋸齒狀跳躍異常的齒間凹陷區(qū)對(duì)應(yīng)。根據(jù)上述研究成果，在本次物探工作的瞬變電磁測(cè)深斷面圖以ηs=8%圈出了3個(gè)深部找礦靶區(qū)，編號(hào)為B3，B4，B5。將這些成礦有利地段投影到平面圖上，可以看出其主要集中在瞬變電磁測(cè)區(qū)的中南部(見(jiàn)圖2),B3靶區(qū)平面投影形態(tài)呈不規(guī)則帶狀，面積約0.6km2，空間標(biāo)高約在-600到-200m，靶區(qū)重心標(biāo)高-400m；B4靶區(qū)平面投影形態(tài)呈條狀，面積約1.7km2，空間標(biāo)高約在-600到-100m，靶區(qū)重心標(biāo)高-340m；B5靶區(qū)平面投影形形態(tài)呈不規(guī)則帶狀，面積約0.8km2，空間標(biāo)高約在-500到-200m，靶區(qū)重心標(biāo)高-350m。

為了研究異常體在地下的展布情況，在通過(guò)B3、B4、B5常的0號(hào)線切出一條剖面，其視極化率和視電阻率斷面等值線異常分布圖3所示。

依據(jù)圖3中視極化率異常分布圖并結(jié)合視電阻率斷面等值線圖可知，在0剖面存在兩處高視極化率異常體，分別編號(hào)為0-Ⅰ和0-Ⅱ,其中0-Ⅰ號(hào)異常體近于豎直，標(biāo)高從-50～-600m，0-Ⅱ異常體向北傾，傾角約為40°，與本區(qū)的控礦構(gòu)造和礦體的平均傾角32.5°相近，標(biāo)高從-100～-450m。

圖2 小秦嶺地區(qū)金礦深部驗(yàn)證物探工作推斷解釋圖

由淺部坑探和鉆探資料分析，測(cè)區(qū)內(nèi)的主要控礦構(gòu)造為F1和F5，二者近于平行，走向近東西，北傾，平均傾角32.5°，其中F5的空間延伸距離最大，控制區(qū)內(nèi)的主礦體；F1與之近平行，控制區(qū)內(nèi)部分礦體，礦體的連續(xù)性較差。前人將這種控礦特征概括為“一街五巷三層樓”的控礦模型，其中“一街”為主結(jié)構(gòu)面；“五巷”為與其平行的同序次次級(jí)剪切帶，可以是五條，也可以更多[1]，因此深部礦體可能為單層礦體或彼此近于平行的多層礦體。

圖3 0線視極化率和視電阻率等值線剖面圖

根據(jù)本次的工作成果并結(jié)合前人總結(jié)的控礦模型，初步推斷為0-Ⅰ號(hào)異常反映的是多層礦體相互平行展布；0-Ⅱ號(hào)異常反映的是單層礦體。為驗(yàn)證該推斷結(jié)論，在0線異常的相應(yīng)位置分別布置鉆孔ZK1 和 ZK5(圖 2)。 其中 ZK1 分別于孔深-167.93～-170.43m、-341.18～-344.33m、-350.25～354.59 見(jiàn)到 3 層金礦， 在-280.38～-284.09m 處見(jiàn)一層鉬礦；ZK5 分別于-370.82～-377.34m、-385.13～-389.99m、-394.98～-396.69m、-400.59～-409.2m、-436.21～-445.57m、-463.62～-465.82m、-521.23～-522.53m、-587.75～-589.18m、-607.09～-607.92m 見(jiàn) 到 9 層鉬礦。了進(jìn)一步查明礦體在ZK1和ZK5之間的延伸情況，后續(xù)施工了ZK3(見(jiàn)圖 2、圖 4)。

綜合對(duì)比金、鉬礦體的空間分布與瞬變電磁異常的關(guān)系，可以看出金、鉬礦體主要分布在高視極化率低視電阻率異常區(qū)，多層礦體臨近時(shí)形成的異常連成片，形成較寬的帶狀異常。從圖4中還可以看出在金礦體和鉬礦體的前緣尖滅部位多存在近圓狀視極化率低值異常，結(jié)合淺部探采工程中礦體的礦化及圍巖蝕變特征推斷這種現(xiàn)象由于金、鉬礦體往往賦存在石英脈中，當(dāng)石英脈發(fā)生黃鐵礦化、輝鉬礦化時(shí)表現(xiàn)出低阻高極化率的特點(diǎn)，形成異常，而在礦體前緣尖滅部位的石英脈未受到礦化影響而表現(xiàn)出比圍巖更低的視極化率。此外，在鉬礦體周?chē)l(fā)生強(qiáng)烈的鉀長(zhǎng)石化，使圍巖中的斜長(zhǎng)石蝕變?yōu)殁涢L(zhǎng)石，其鉀長(zhǎng)石的含量往往達(dá)到60%以上，致使圍巖礦物成分趨于均一化，表現(xiàn)出低極化率的特點(diǎn)，若受到Mo礦化影響則表現(xiàn)出高極化率低電阻率的特點(diǎn)，在未受礦化影響的礦體前緣依然表現(xiàn)出低極化率的特點(diǎn)。

圖4 0線視極化率異常剖面圖及礦體剖面圖

7 結(jié)論

(1)在該區(qū)根據(jù)淺部的探采工程，查明礦體的空間分布分布規(guī)律、礦石組分及電性特征，并采用瞬變電磁測(cè)深圈定出礦體和礦化體異常，查明異常體的地下空間展布，并成功指導(dǎo)了鉆探工程的布置，取得了較好的找礦效果。

(2)在金礦體和鉬礦體的前緣尖滅部位多存在近圓狀視極化率低值異常，這是由于金、鉬礦體往往賦存在石英脈中，當(dāng)石英脈發(fā)生黃鐵礦化、輝鉬礦化時(shí)表現(xiàn)出低阻高極化率的特點(diǎn)，形成異常，而在礦體前緣尖滅部位的石英脈未受到礦化影響而表現(xiàn)出比圍巖更低的視極化率。在鉬礦體周?chē)l(fā)生強(qiáng)烈的鉀長(zhǎng)石化，使圍巖中的斜長(zhǎng)石蝕變?yōu)殁涢L(zhǎng)石，其鉀長(zhǎng)石的含量往往達(dá)到60%以上，致使圍巖礦物成分趨于均一化，表現(xiàn)出低極化率的特點(diǎn)，若受到Mo礦化影響則表現(xiàn)出高極化率低電阻率的特點(diǎn)，在未受礦化影響的礦體前緣依然表現(xiàn)出低極化率的特點(diǎn)。

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