重慶城口修齊錳礦AMT法深部找礦預測

2017-09-20 06:23:38黃朝陽張自賢冉瑞清高彩霞吳文英

中國錳業 2017年6期

黃朝陽，張自賢，冉瑞清，高彩霞，吳文英

(1. 重慶工程職業技術學院，重慶 402260； 2. 中國科學院廣州地球化學研究所，廣東廣州 510640； 3. 重慶市地質礦產勘查開發局 205地質隊，重慶 402160； 4. 中國礦業大學地球科學與測繪工程學院，北京 100083)

0 前言

巴山錳礦帶是我國著名錳礦產地之一，位于揚子板塊西北緣，邊界斷裂為大巴山斷裂帶和鎮巴斷裂帶，成礦帶呈北北西—南南東向展布，由南至北分布高燕、屈家山及水晶坪等大型錳礦床[1-3]。重慶城口地區位于巴山錳礦帶南部，分布明月、高燕、大渡溪及修齊等典型錳礦。錳礦資源開發已經成為城口地區支柱產業，隨著礦產資源的進一步開發，致使部分礦區錳礦資源枯竭，深部找礦工作十分必要。

由于大巴山地區構造活動頻繁且復雜，含錳巖層已被后期構造破壞嚴重，很難對含錳巖層(礦體)進行定位預測，導致城口地區錳礦深部勘查工作難以突破[1]。前人研究表明，重慶城口地處大巴山南麓，主要經歷晚印支期(170～160 Ma)中晚燕山期(147.3～94.1 Ma)和喜山期(66.7 Ma至今)三期構造運動，使得城口地區發生褶皺、逆沖推覆構造及強烈隆升[4-7]。而后期構造對前期構造、地層又發生切割和破壞，致使城口地區構造十分復雜，含錳地層被破壞嚴重，加大地質找礦難度。

為了勘探更多的錳礦體，研究人員在地質學基礎上，通過城口地區錳礦床礦床地質、地層對比、地球化學等研究手段進行大量工作，并在成礦區域地質、礦床成因認識上取得顯著成果[8-12]。由于區域構造復雜的原因，傳統地質學方法還不能達到精確的礦體深部預測。音頻大地電磁測深法是建立在大地電磁測深法基礎上，由于其頻率較高(0.1～104 Hz)，對低電阻率地層有較高分辨率的識別，并有高效、成本低，受地形條件影響小的優點，并廣泛運用于地質礦產勘查中[13-16]。姚大為[13]通過武山地區AMT研究發現，不同地質體有電阻率差異，在視電阻率剖面圖上，能較好識別2 km以內的電阻率差異較大的巖性接觸帶和斷裂構造。楊炳南[14]通過李家灣錳礦進行AMT方法測試，建立“高—低—中高”的電阻率分層模式，從而確定含礦地層、構造在深部分布形態，進而為鉆探布置提供依據。

本研究在地質學基礎上，通過對修齊錳礦區域成礦地質背景、賦礦地層、礦體地質特征研究基礎上，選擇區內典型剖面進行AMT測試工作。通過其AMT地層高分辨率解譯，探測礦區內深部地層分布、深部斷裂構造位置，進而圈定找礦靶區，進行鉆探驗證工作。結果顯示，AMT方法能很好的反演城口地區深部含礦巖層、斷裂特征，其結果可以為城口錳礦深部找礦工作起指示作用。

1 地質概況

城口地區錳礦床由北西往南東分布有明月、高燕、大渡溪和修齊錳礦床，并組成城口錳礦帶[1]。在錳礦帶北側，發育城巴斷大裂帶，南側發育烏坪斷裂帶，兩個斷裂帶不僅控制城口錳礦帶分布，同時受二者影響，成礦帶中斷層及褶皺極其發育，地層傾角變大，部分地層傾向發生倒轉，構造十分復雜(圖1)[1]。

1 晚青白口世；2 晚華南世；3 早震旦世；4 震旦紀—志留紀；5 晚二疊世—中三疊世；6 斷裂構造；7 地質界線

圖1重慶城口區域地質圖

城口錳礦帶整體呈北西—南東向展布，修齊錳礦位于成礦東南部約5 km，地處城口錳礦帶南東部位。修齊礦區內發育多期，斷層、褶皺等構造活動影響，礦區內地層厚度變化大，難以對地層進行精確對比，總體構造線呈北西—南東向展布，總體走向10(°)～35(°)[8]。礦區出露地層為震旦系下統陡山沱組(Z1ds)，震旦系上統燈影組(Z2d)和寒武系下統水井沱組(∈1s)，其次是第四系全新統地層(Q)。

陡山沱組(Z1ds)為修齊錳礦的賦礦地層，厚40～65 m。該段可分為兩層，上層為黑色、深灰色炭質頁巖和泥質頁巖層與白云巖互層，偶夾薄層狀硅質巖；下層由深灰色細—粉砂巖與砂質頁巖互層。含錳巖層位于陡山沱組(Z1ds)上層，出露厚度在6～15 m。錳礦體呈層狀、似層狀，局部呈透鏡狀產出，走向270(°)～325(°)，傾向北東，傾角12(°)～88(°)。局部地層受褶皺或斷裂構造影響，地層傾角陡峭，部分地層在地表上重復，礦體厚度在不同位置均有不規則的變厚變薄現象[8]。

修齊礦區礦石礦物以菱錳礦為主，含少量水錳礦、錳白云石、黃鐵礦、膠磷礦。脈石礦物白云石、石英、高嶺石等粘土礦物組成，此外還有少量的磁鐵礦、褐鐵礦、電氣石等。菱錳礦礦石結構主要為細中粒結構和球粒結構，少量為鮞狀結構和膠體結構；構造類型為條帶構造和紋層狀構造，少量為塊狀構造。

礦體頂板為燈影組第1段(Z2d1)的底部含錳泥質白云巖，泥晶結構，局部可見硅質條帶，風化后呈現出褐紅色，是間接的找礦標志[17]。底板為陡山沱組上段(Z1ds)中部的黑色炭質頁巖，局部有白云巖及硅質條帶，與礦接觸部位可見膠菱礦團塊、細脈。由于區域斷裂構造及高角度逆斷層影響，部分地段地層發生倒轉，對深部找礦預測加大難度。

2 巖石及地層地球物理特征

2.1 巖(礦)石物性參數測試

為了對后續地球物理剖面更好的解釋，本研究對施測巖石、巖石組合電阻率參數進行查閱資料及測定工作，以便采取有效的物探方法、選擇適當的參數，從而確保分析、解釋、評價的準確性，以提高勘探解釋可靠性。

通過調查、收集以及現場實測及巖(礦)石標本取樣的測定，對修齊錳礦區內巖(礦)石電性特征統計見表1。

表1 修齊礦區巖(礦)石電性參數測定統計

2.2 各主要地層地球物理特征

通過修齊礦區地質調查及巖(礦)石實測，整理、分析，修齊礦區電性特征按地層年代由新到老依次簡述見表2。

第四系(Q)坡殘積層主要為粉質粘土夾粉砂巖、硅質巖、灰巖碎石，厚0～18 m，河床沖洪積主要以砂卵石為主，含少量的泥及有機質，厚1～5 m。電阻率一般在120～1 500 Ω·m之間，由于次層較薄，又處于地表，解譯時可以忽略。

寒武系下統水井沱組(∈1s)厚度約1 000 m，由上至下為狀鮞狀灰巖夾鈣質頁巖，粉砂質頁巖，底部為炭質頁巖。電阻率由上至下依次降低，底部炭質頁巖電阻率均值200 Ω·m，為明顯低阻特征。

表2 修齊礦區主要地層電阻率

震旦系上統燈影組(Z2d)厚度66～192 m，根據巖性組合可細分成3段。燈影組第3段(Z2d3)巖性為黑色硅質巖夾硅質條帶白云巖組合，電阻率一般在1 050～9 800 Ω·m，均值在2 050 Ω·m左右，可與上覆地層水井沱組(∈1s)低阻明顯區別。燈影組第2段(Z2d2)厚度33～154 m，巖性由上至下依次為水云母頁巖、致密狀微晶灰巖及硅質條帶，電阻率約3 000 Ω·m。燈影組第1段(Z2d1)上部為鈣質頁巖、泥質白云巖和白云巖，下部為含錳(鐵)泥質白云巖，局部夾頁巖，為修齊礦區內錳礦層的頂板層，厚度15～40 m，電阻率均值約1 000 Ω·m。

震旦系下統陡山沱組(Z1ds)是修齊錳礦體賦存地層，厚度約6～15 m。該段巖性組合可分上、下兩段，由于斷裂構造影響，修齊礦區內只出現陡山沱組上段(Z1ds2)，該段頂部為錳礦賦存層位，巖性為炭質頁巖、泥質頁巖層與白云巖互層，偶夾薄層狀硅質巖，其電阻率一般在5.0～600 Ω·m，高值可達到1 020 Ω·m；下部為砂巖頁巖與砂巖互層，其電阻率顯示為低阻特征，均值370 Ω·m。

3 地球物理解譯及驗證

3.1 數據采集

在室內目標線路確定后，為保障野外數據采集準確可靠，本次工作先在室內確定測點坐標，再由技術員實地確定，并在每個點位采用紅布條記錄測點號的方式做好標記。測線測點的編號采用自西向東、由南向北的原則，共布置測點30個，檢查點3個。

3.2 數據解譯

經過物探數據處理和二維反演，生成了修齊錳礦區電阻率剖面圖(圖2)。斷層構造電性特征通常顯示為兩側電阻率變化劇烈，呈串珠狀分布，或電阻率等值線發生扭曲[18]。為此，此次AMT法識別出F1和F2斷層，F1斷層位于D5、D6間，斷層兩側電性明顯突變，斷層大致傾向北東，產狀較陡，向下延伸較大；F2斷層，位于D15、D16間，斷層兩側電性變化明顯，且電阻率等值線發生扭曲，斷層大致傾向北東，產狀較陡，向下延伸較大。

圖2 修齊4號勘探線AMT二維反演電阻率斷面圖

修齊礦區錳礦體位于陡山沱組上段(Z1ds2)中，頂板巖性為燈影組第1段(Z2d1)，巖性為泥質白云巖夾頁巖，電阻率顯示為中阻特點；底板為陡山沱組上段(Z1ds2)底部，巖性為砂質頁巖，電阻率顯示為低阻特點，二者電阻率差距小，但能和燈影組第2段(Z2d2)高阻的白云巖有明顯差距。根據含錳巖系為修齊地區最老地層且電阻率小，頂板電性高電阻率的差異，可在剖面圖上圈定出含錳巖系的空間分布位置和形態特征。地質資料顯示，測線測點D16附近震旦系下統陡山沱組，由于在礦層露頭位置發育斷裂構造，導致震旦系下統陡山沱組巖層變薄[9]。電阻率剖面圖顯示為高低阻結合部位，與F2斷層重合，符合地表斷裂構造發育特點，故推斷錳礦層位于D16點電性高低阻結合部位，即此點為震旦系下統陡山沱組(含燈影組第一段)界線。

3.3 鉆孔驗證

為了驗證AMT電阻率剖面解譯的可靠性，選擇在此次地球物理剖面20號點及23號點布置兩條鉆孔(分別為Zk2016，Zk4-1)。Zk4-1在鉆孔資料顯示，菱錳礦體平均厚度為0.88m，含量在19.37%～23.24%，平均品位為21.56%。Zk2016顯示含錳巖層陡山沱組上段(Z1ds2)受斷層影響，厚度減薄，單層條帶狀礦體厚1～5 mm，脈石厚10～100 mm，未達到工業品位(圖3)[9]。