音頻大地電磁測深在海源銅多金屬礦的找礦實踐*

晏宗根　黃明光　胡龍華

(江西省核工業(yè)地質(zhì)局二六三大隊)

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音頻大地電磁測深在海源銅多金屬礦的找礦實踐*

晏宗根黃明光胡龍華

(江西省核工業(yè)地質(zhì)局二六三大隊)

詳細分析了音頻大地電磁測深的工作原理，通過在海源銅多金屬調(diào)查區(qū)開展Eh-4音頻大地電磁測深工作，利用斷面圖由淺至深劃分了4個電性層。結(jié)合物性及鉆探資料，基本查明了工作區(qū)的地層結(jié)構(gòu)和斷裂構(gòu)造發(fā)育特征，認為銅多金屬礦化主要賦存于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的中—高阻二長片麻巖地層中，為該區(qū)銅多金屬礦找礦工作指明了方向，為區(qū)內(nèi)后續(xù)的鉆探布設(shè)提供了依據(jù)。

音頻大地電磁測深電性層地層結(jié)構(gòu)斷裂構(gòu)造鉆探布設(shè)

銅礦是一種重要的戰(zhàn)略性資源，是我國的優(yōu)勢礦種，江西銅礦已探明的資源量和開采量在國內(nèi)占有舉足輕重的地位。經(jīng)過數(shù)十年的開采，保有資源量已很難滿足國民經(jīng)濟發(fā)展的需要，加強深部找礦工作迫在眉睫。深部找礦難度大、投入亦大，傳統(tǒng)的地質(zhì)找礦方法已無法滿足要求。作為連續(xù)電導(dǎo)率張量測量的Eh-4電磁測深方法，具有對地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)解析度高、有效探測深度適中(800～1 200m)的特點，可較為精確地探測深部地質(zhì)體的三維形態(tài)、規(guī)模和產(chǎn)狀變化信息，相對于其他常規(guī)物探方法而言具有設(shè)備輕、速度快、費用低、精度高等優(yōu)點，在深部找礦方面已有成功案例[1-3]。海源銅多金屬礦區(qū)是一個老礦區(qū)，地表礦化線索多，但品位低、規(guī)模小。探尋深部礦化情況，加強該區(qū)成礦規(guī)律的研究，對于該區(qū)的下一步找礦工作具有重要的現(xiàn)實意義。本研究通過音頻大地電磁測深探尋海原地區(qū)構(gòu)造和花崗斑巖體的分布、發(fā)育情況，了解不同巖層的展布、深度及厚度變化特征，探索深部花崗斑巖體的埋深和展布，為布設(shè)鉆孔揭露老地層與花崗斑巖接觸部位及花崗斑巖體的礦化情況提供依據(jù)。

1　工作區(qū)地質(zhì)概況

圖1　工作區(qū)大地構(gòu)造位置

區(qū)內(nèi)巖漿活動較強烈，晉寧期—燕山期均有巖漿活動。巖漿巖主要出露于調(diào)查區(qū)西南角，海原村以西及NE方向，主要巖性為加里東期細粒二云二長花崗巖。區(qū)內(nèi)脈巖較發(fā)育，主要有細脈狀花崗斑巖(γπ)、石英斑巖(λπ)、石英閃長玢巖(δoμ)、花崗閃長斑巖(γδπ)、煌斑巖(χ)及石英脈(q)。區(qū)域上該區(qū)屬武功山復(fù)背斜東端，由一系列復(fù)式向斜、復(fù)式背斜組成，呈EW向延伸，由上元古界神山群和震旦系、寒武系地層組成，但受NE向區(qū)域構(gòu)造影響，在吉水—新干地區(qū)，形成了NE向展布的單斜構(gòu)造。區(qū)內(nèi)斷裂為NE向遂川—德興深大斷裂中段的蜜蜂街—大坑—馬田斷裂構(gòu)造帶，次級斷裂有海源—東門坑斷裂構(gòu)造、曾家陂—竹溪斷裂構(gòu)造。海源銅礦點受次級斷裂海源—東門坑斷裂構(gòu)造控制，總體走向NE35°～40°，傾向SE(或NW)，傾角55°～75°。工作區(qū)內(nèi)主要表現(xiàn)為走向NE的石英脈。

基于DWJ-4F測量系統(tǒng)，采用臉盆架法結(jié)合面團法在海源銅多金屬礦區(qū)進行了物性測量，結(jié)果見表1。

表1　海源銅多金屬礦區(qū)電性參數(shù)

工作區(qū)內(nèi)主要出露上施組灰白色、灰綠色絹云母千枚巖、變質(zhì)砂巖、局部夾云母片巖，零星出露花崗斑巖。由表1可知：云母片巖電阻率較低，二長片麻巖電阻率中等，花崗巖電阻率最高，銅礦石電阻率最低，電阻率差異較明顯，有利于開展電磁測深工作。工作區(qū)內(nèi)水系發(fā)育，斷裂構(gòu)造富(含)水電性特征表現(xiàn)為低阻。根據(jù)上述客觀條件，利用音頻大地電磁測深法可對該區(qū)的含礦構(gòu)造及部位進行有效識別和劃分。因此，該區(qū)所具有的特殊電性特征為在區(qū)內(nèi)開展音頻大地電磁測深工作提供了客觀的地球物理條件。

2　音頻大地電磁測深工作方法及基本原理

音頻大地電磁測深主要利用了巖石的電阻率、磁導(dǎo)率、 介電常數(shù)等參數(shù)[4-6]。根據(jù)電阻率值可將礦物分為：①極低電阻率(小于10-5Ω·m)礦物，主要為自然金屬，如金、銅、錫、鉑、汞及銀等；②低電阻率(10-5～1Ω·m)礦物，首先為絕大部分的硫化物，如黃鐵礦、磁黃鐵礦、毒砂、斑銅礦、黃銅礦、方鉛礦等，其次為部分氧化物，如磁鐵礦、白鐵礦、錫石等，此外，石墨、無煙煤也屬于該類；③中等電阻率(1～104Ω·m)礦物，有赤鐵礦、鋁土礦、辰砂、硬石膏、白鎢礦、黏土礦物等，地下水也屬于該類礦物；④高電阻率(104～108Ω·m)礦物，為硅酸鹽和絕大部分氧化物；⑤極高電阻率(大于108Ω·m)礦物，包括絕大部分造巖礦物，如石英、方解石、長石、云母等。

音頻大地電磁測深一般利用人工或天然電磁場源進行測量。在頻率域的電磁方法中，一般采用正弦波人工源，而在時間域電磁方法中，采用垂直階躍波人工源，測量脈沖的前沿或后沿的瞬變過渡場。天然電磁場是頻譜極為豐富的隨時間變化的場源，是音頻大地電磁測深的場源。趨膚深度即為電磁波穿透的深度，但并非代表實際有效的研究深度。研究深度是1個較模糊的概念，他給出任一條件下電磁測深方法在特定地質(zhì)條件下的平均特性，根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗，有效勘探深度取博斯蒂克深度。音頻大地電磁場特征：①在10～100kHz頻帶范圍內(nèi)，不同地區(qū)和時間觀測的高頻大地電磁信號的電場和磁場規(guī)律基本一致，說明大地電磁的高頻信號與低頻信號均基本穩(wěn)定可靠。②在10～100kHz頻帶內(nèi)，有2個突起、2個凹陷，突起在4～60kHz、200～800Hz，最大值分別約20kHz、300Hz；凹陷在800Hz～4kHz與80～300Hz，最低值分別約2kHz、150Hz；2個突起頻段電磁信號增強、2個凹陷頻段電磁信號減弱。③在10～100kHz兩端以及60～100kHz頻率范圍內(nèi)電磁信號整體減弱，局部在90～100kHz頻段電磁信號有所抬起；在80～10Hz電磁信號遞增，磁場增加的幅度大于電場。④在10～100kHz頻帶內(nèi)，大于75%的頻點磁場信號振幅高于0.01nT，僅高頻段和部分800Hz～4kHz的凹陷頻段的磁場信號振幅低于0.01nT；類似磁場信號，大于85%的頻點電場信號振幅高于0.01mV/km，僅高頻段和800Hz～4kHz的凹陷頻段的電場信號振幅值低于0.01mV/km。⑤磁場信號的相關(guān)性優(yōu)于電場信號。

音頻大地電磁測深野外數(shù)據(jù)采集使用Eh-4連續(xù)電導(dǎo)率儀，采用單點張量觀測方式，測量2個相互正交的電場和磁場分量，接收大地電磁信號的頻率范圍為10Hz～100kHz。Eh-4音頻大地電磁測深是在大地電磁測深的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的電導(dǎo)率張量測量系統(tǒng)，主要利用較穩(wěn)定的天然場進行測量，具有設(shè)備輕、速度快、費用低、精度高等優(yōu)點。野外獲取的原始時間序列數(shù)據(jù)由于存在一些隨機干擾信號，可能影響所求取的張量阻抗元素的質(zhì)量。測量數(shù)據(jù)預(yù)處理的目的是剔除干擾，為后續(xù)反演處理提供高質(zhì)量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，具體步驟：首先按照野外記錄，將每條剖面數(shù)據(jù)進行拼接，并檢查數(shù)據(jù)文件與原始記錄的各種參數(shù)是否一致；然后對每條剖面的數(shù)據(jù)在時間序列進行逐點、逐段的數(shù)據(jù)挑選，剔除明顯干擾信號的時間序列段，減少隨機干擾信號對數(shù)據(jù)的影響。反演處理是采用IMAGEM軟件對預(yù)處理后的數(shù)據(jù)進行反演計算，根據(jù)實測視電阻率、相位差等信息恢復(fù)大地地電結(jié)構(gòu)，基于獲得的深度電阻率斷面圖追蹤分析一些地質(zhì)、構(gòu)造現(xiàn)象，具體步驟：①對預(yù)處理后的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一整理，利用反演軟件提供的良好數(shù)據(jù)選擇對話界面對干擾較大的測點和異常頻點進行剔除，在各測點的視電阻率和相位差曲線上刪除連續(xù)性差、相干度低的頻點，即所謂的“飛點”，但刪除頻點數(shù)不宜超過頻點總數(shù)的20%，確保將相干度高、相位差變化較小的測點數(shù)據(jù)參與反演計算；②根據(jù)反演軟件的參數(shù)設(shè)置要求，根據(jù)工作區(qū)實際情況設(shè)定各項反演參數(shù)，并根據(jù)計算結(jié)果的均方根誤差評判反演結(jié)果的質(zhì)量；③將反演結(jié)果與定性分析結(jié)果進行對比分析，當反演電阻率斷面圖所反映的電性層與定性分析結(jié)果一致時，方可提取反演結(jié)果，相關(guān)圖件的繪制主要使用Surfer12、MapGIS軟件。

3　音頻大地電磁測深成果解譯及鉆探驗證

3.1成果解譯

圖2　80#線音頻Eh-4電磁測深卡尼亞電阻率斷面

80#線音頻Eh-4電磁測深剖面反演的電阻率斷面(圖2)電性結(jié)構(gòu)相對簡單，反演電阻率值一般為2.03～39 615.89Ω·m，總體表現(xiàn)為4層結(jié)構(gòu)：地表電阻率小于 50Ω·m的低阻層為第四系的覆蓋層及風(fēng)化層；淺部標高-180m以上電阻率為50～900Ω·m的為白云母片巖，夾高阻體推測為花崗斑巖巖株；標高-660～-180m、電阻率為900～ 4 000Ω·m的中—高阻層為二長片麻巖，夾高阻體推測為花崗斑巖巖株；標高-560m以下電阻率較高，深部反演電阻率值為4 000～40 000Ω·m，推斷為花崗巖。中部見有3處橢圓狀高阻異常，異常排列有一定的規(guī)律，結(jié)合地表地質(zhì)情況推測為黑云母花崗班巖。在80#剖面650#點附近出現(xiàn)縱向電阻率等值線扭曲現(xiàn)象，異常帶特征清晰、傾向NW，推測存在斷裂構(gòu)造F80-1。

圖3　72#線音頻Eh-4電磁測深卡尼亞電阻率斷面

圖4　64#線音頻Eh-4電磁測深卡尼亞電阻率斷面

電性層地層巖性低阻(小于50Ω·m)第四系(Q)沖積物、殘積物、黏土中低阻(夾高阻)(50～900Ω·m)震旦系下統(tǒng)下坊組(Z1x)白云母片巖中高阻層(900～4000Ω·m)震旦系下統(tǒng)上施組(Z1sh)二長片麻巖高阻層(大于4000Ω·m)加里東期花崗巖(3mbγ23)花崗巖

72#線音頻EH-4電磁測深剖面反演的電阻率斷面(圖3)電性結(jié)構(gòu)總體表現(xiàn)為4層結(jié)構(gòu)，反演電阻率值為2～16 400Ω·m。地表低阻層小于50Ω·m為第四系的覆蓋層及風(fēng)化層；淺部標高-240m以上電阻率為50～900Ω·m的為白云母片巖，夾高阻體推測為花崗斑巖巖株；標高-640～-240m、電阻率為900～4 000Ω·m的中—高阻層為二長片麻巖，夾高阻體推測為花崗斑巖巖株；標高-640m以下電阻率較高，深部反演電阻率值為4 000～ 40 000Ω·m，推斷為花崗斑巖。中部見有5處橢圓狀高阻異常，推測為黑云母花崗斑巖。在72#剖面825#點附近出現(xiàn)縱向電阻率等值線扭曲現(xiàn)象，異常帶特征清晰、傾向NW，推測存在斷裂構(gòu)造F72-1。

64#線音頻Eh-4電磁測深剖面反演后推測地表為第四系覆蓋層及風(fēng)化層，中部中—低阻層推測為白云母片巖，中部中—高阻層推測為二長片麻巖；下部高阻體推測為花崗巖，反演電阻率值一般為2～42 000Ω·m(圖4)。中部見有大小不一的4處橢圓狀電阻率大于3 600Ω·m的高阻異常，結(jié)合礦區(qū)地質(zhì)情況推測為黑云母花崗斑巖或酸性侵入體。在縱向上電阻率變化較明顯，淺部為第四系或風(fēng)化層，淺部標高-200m以上為白云母片巖，標高-620～ -180m為二長片麻巖，標高-620m以下電阻率較高，深部反演電阻率值為3 600～42 000Ω·m，推斷為花崗巖。在64#剖面900#點附近出現(xiàn)縱向電阻率等值線扭曲現(xiàn)象，異常帶特征清晰、傾向NW，推測存在斷裂構(gòu)造F64-1；在64#剖面275#點附近出現(xiàn)縱向卡尼亞電阻率等值線扭曲現(xiàn)象，異常帶特征清晰、傾向SE，推測存在斷裂構(gòu)造F64-2。

3.2鉆探驗證

在80#線325#點附近施工了鉆孔ZK80-1，鉆探深度540.63m。鉆探數(shù)據(jù)表明:淺部0～-6.5m為土黃色第四系砂礫土，成分為中—粗粒石英砂礫及白云母，含少量白云母片巖巖屑；-6.5～-275m為白云母片巖，-275～-539m為二長片麻巖， -539～-540.63m為花崗斑巖，與推測的地質(zhì)剖面基本吻合。

在80#線475#點附近施工了鉆孔ZK80-2，鉆探深度1001.14m，鉆探數(shù)據(jù)表明：淺部0～-6.5m為風(fēng)化層，-6.5～-263.88m為云母片巖，-263.88～-975m為二長片麻巖，-288～-296m、-327～-419m見3段花崗斑巖，在距地表975m以下為花崗巖，與推測的地質(zhì)剖面基本吻合。

在64#線325#點附近施工了鉆孔ZK64-1，鉆探深度530.8m。鉆探數(shù)據(jù)表明：0～-3.2m為土黃色第四系砂礫土，成分為中—粗粒石英砂礫及白云母，含少量白云母片巖巖屑；-3.2～-103.8m為白云母片巖，-103.8～530.8m為二長片麻巖；-250～-290m、-387～-450m處硅質(zhì)脈密集發(fā)育，其中，-300.5～-302.5m、-332.9～-334.4m、 -335.5～-337.4m處分別見有3段品位為0.95%、0.39%、0.35%的銅礦(化)體，與推測的地質(zhì)情況基本吻合。

4　結(jié)　論

(1)基于Eh-4音頻大地電磁測深成果基本查清了工作區(qū)的地層結(jié)構(gòu),由淺至深劃分了4個電性層，高阻電性層與花崗巖體有良好的對應(yīng)關(guān)系,中—高阻電性層與二長片麻巖也可形成較好的對應(yīng)關(guān)系。

(2)Eh-4音頻電磁測深在條件有利時(不同巖性之間導(dǎo)電性有較明顯的差異)，可較好地分辨出巖性接觸帶的深部位置。

(3)中—高阻層對應(yīng)地層為二長片麻巖，中—低阻對應(yīng)云母片巖，其電性結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，與該地層花崗斑巖巖株的分布和斷裂構(gòu)造發(fā)育有關(guān)。

(4)銅多金屬礦化主要分布于電性結(jié)構(gòu)復(fù)雜、中—高阻的二長片麻巖地層中，而與巖漿巖的接觸部位未見礦化，為下一步的銅多金屬找礦工作指明了方向。

(5)Eh-4音頻大地電磁測深對不同電阻率的地層有較好的反應(yīng)，具體找礦工作中需結(jié)合激電中梯或土壤化探面積性測量成果以及實際地質(zhì)情況進行具體分析，可有效發(fā)現(xiàn)一定深度的異常體或礦化體，對于提高鉆探的成功率有較好的指導(dǎo)作用。

(6)Eh-4音頻大地電磁測深由于利用天然場，抗干擾能力較差，且存在體積效應(yīng)，因此在野外作業(yè)過程中的班報記錄(包括測點附近地質(zhì)現(xiàn)象的完整描述、測量過程中出現(xiàn)的異常或干擾以及電力線、水庫靜位移)對后期解譯具有重要的參考價值。

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ApplicationoftheAudioFrequencyMagnetotelluricSoundingMethodinCu-polymetallicProspecting

YanZonggenHuangMingguangHuLonghua

(263BrigadeoftheJiangxiNuclearIndustryGeologicalBureau)

Theworkingprincipleoftheaudiofrequencymagnetotelluricsoundingmethodisanalyzedindetail,theEh-4audiofrequencymagnetotelluricsoundingmethodisusedintheHaiyuanCu-polymetallicinvestigatedarea,thefourelectricallayersareobtainedbythedivisionoftheprofilefromshallowtodeep.Basedonthephysicalanddrillingdata,thedevelopmentofthestratigraphicstructureandfracturestructureoftheworkingareaareobtainedbasically,theCu-polymetallicmineralizationisdevelopedinthemiddle-highresistancemonzoniticgneissstratumwithcomplicatedstructures.TheaboveanalysisresultsofthepapaerpointsoutthedirectionoftheCu-polymetallicprospectingworkinthearea,besidesthat,italsoprvidesomereferenceforthedrillinglayoutinthearea.

Audiofrequencymagnetotelluricsoundingmethod,Electricallayer,Stratigraphicstructure,Fracturestructure,Drillinglayout

2016-02-05)

*江西省地質(zhì)勘查基金項目(編號：20110203)。

晏宗根(1967—)，男，高級工程師，331307江西省新干縣683信箱。