CSAMT觀測參數在銀鉛礦深部勘查中的應用研究

魏繼祖， 張 晨， 閆晉龍， 梁芳敏， 段長生

(1.河南省有色金屬地質礦產局 第六地質大隊,洛陽 450018;2.成都理工大學,成都 610059；3.贛中南地質礦產勘查研究院，南昌 330000)

0 引言

河南龍門店銀鉛礦是河南省較大的金、銀、鉛礦之一，地理位置處于洛寧縣的熊耳山北坡，北面的鐵爐坪是大型銀鉛礦，在區域上控礦構造主要是馬超營斷裂和山前大斷裂，礦床類型為低溫熱液構造蝕變巖型。

前人在該區開展了大量的研究工作，獲得了有關銀鉛礦地質找礦、生產勘探和綜合研究等地質成果。喻廣軍[1]對龍門店銀鉛礦的地質背景、地質特征進行分析，認為龍門店地區具有多種金屬良好的找礦前景；范少軍等[2]根據瞬變電磁法物探成果及成礦條件綜合分析，推斷礦區31條主要礦脈在200 m標高左右存在成礦有利地段，預測本區遠景銀金屬量近千噸礦床；龐緒成等[3]綜合溫度測溫與礦物學研究成果結論：鹽度平均為31.35 wt%NaCl.eqv，礦床屬中高鹽度低溫熱液型銀鉛礦床；劉智琳等[4]通過對龍門店銀鉛礦床鉛同位素分析認為，礦石鉛以幔源為主，具殼幔混合特征；龐緒成等[5]龍門店銀鉛礦區巖石和礦石均有輕重稀土分異明顯的特征，結合石英、黃鐵礦、方鉛礦及圍巖的稀土元素配分模式對比，基本確定成礦物質主要來自巖漿熱液。

礦區地球物理勘查手段主要為大功率激電面積性勘查工作，近年來通過1∶10 000激電掃面圈定了銀鉛礦致異常，根據礦脈特征通過坑探驗證深部含礦情況，共計發現6條規模較大的含礦蝕變帶，揭露了四個礦體。但前期主要工作區深部工程較少，控制深度有限，礦體深部延伸未得到控制，深部資源前景有待進一步查明。可控源音頻大地電磁法(CSAMT)因其勘探深度大、抗干擾能力強及對異常體有良好的反映等優點，因而在礦產勘查等領域得到了廣泛地應用[6-10]，也是本區深部勘查首選的地球物理方法。

筆者首先收集龍門店銀鉛礦區已有地球物理資料，分析開展CSAMT工作前提，通過收發距試驗、抗干擾試驗及頻點選擇試驗優選采集參數，使用目前最先進的采集系統V8 2000.net電法工作站進行數據采集，后期鉆探成果與CSAMT采集資料反演結果有較好的對應關系。

1 研究區地球物理前提

研究區龍門店礦床為石英脈-破碎蝕變巖型礦床，中低溫熱液成因。成礦作用為：區域變質-混合巖化-重熔花崗巖侵入-中低溫熱液充填交代。礦體的主要有用元素為銀，伴生金、銅、鉛等其他多金屬，礦床工業類型為脈狀銀多金屬礦床，找礦標志主要為：北東向構造蝕變帶中金屬硫化物(礦化)發育帶。

從表1可見，方鉛礦石、礦化礦石電阻率較低，與其他巖石的高電阻率特性相比，具有明顯的電性差異，因此該區具備開展CSAMT勘探工作的地球物理前提。根據已有的區域地質資料，方鉛礦石、礦化礦石主要賦存在北東向構控蝕變帶中，因此可以初步地認為，在CSAMT電性剖面圖上梯度變化帶低阻異常為礦體可能的富集區，這是進行地球物理綜合解釋的認知基礎。

表1 龍門店巖礦石電性統計表Tab.1 Resistivity statistics of rocks and minerals in Longmendian

2 采集參數優選試驗

2.1 收發距試驗

為了選擇合理的收發距及發射偶極位置，對收發距為14 km和16.5 km處分別進行了供電實驗，發射點AB處挖了深坑，最后根據當地地形地貌及地質概況，供電偶極距AB選擇1 500 m供電，AB方向誤差小于4°，供電A、B電極采用60*30鋁板組合的鋁板作為供電電極，埋上12塊，埋入地下1 m深，并澆灌鹽水以保持接地條件良好，減小接地電阻。供電電流在低頻時可達16 A，信號發射時接收機電位信號可達10 u～200 u，供電效果較好。實驗結果表明，當收發距=14 km時，進入近場的時間大約是頻率為500 Hz，而當收發距=16.5 km時，進入進場的時間大約是頻率為10 Hz (圖1)，為了采集更多的遠區數據，在測量時，選擇收發距為16.5 km的場源進行測量，在其他線測量時，在保證供電信號強度的前提下，盡量選取收發距較大的場源。

圖1 收發距等于16.5 km接收數據曲線Fig.1 Graph of distance from transceiver to receives(16.5 km)

圖2 收發距等于14 km接收數據曲線Fig.2 Graph of distance from transceiver to receives(14 km)

2.2 頻點優選試驗

CSAMT法同樣地隨著頻率的降低分辨力也會降低，雖然理論上頻點設置越多對反演結果越有幫助，但從實際施工角度出發，考慮到工作效率的問題，應當有針對性的優選頻點值及數量，既滿足生產需求又能使目標體的異常信息更為豐富，因此在目標體對應深度相應的增加頻點，可提高數據中的原始信息，從而獲得更為準確的反演結果。

2.3 抗干擾試驗

在CSAMT大地電磁測深中，數據質量的好壞是取得理想地質效果的關鍵，而評價數據質量主要取決于信噪比。目前CASMT法野外施工都會遇到電磁干擾，干擾因素有很多，不同地域、時間、空間都會遇到各種各樣的干擾問題，干擾信息會掩蓋地質體的真實信息，從而干擾我們對地質目標體的客觀評價。解決電磁干擾問題是CSAMT法必須解決的問題。

本次工作在布置測線和實際施工時應盡量遠離干擾源，由于山區人口分布特殊性，本次測量大部分都在山上，人文的電磁干擾相對較少，但部分測點近距人文活動區，其各道的視電阻率和相位曲線跳躍厲害，誤差棒較大，曲線不圓滑，而且重復采集后并無改善。分析干擾源主要為地域干擾，有方向性的特點，因而對測線方位進行了適當調整，經對比發現適當偏離原測線10°后，數據質量得到了一定程度地提高(圖3、圖4)。

表2 龍門店CSAMT工作頻率表Tab.2 CSAMT working frequency table in Longmendian

圖3 受干擾點原測線方向視電阻率曲線圖Fig.3 Apparent resistivity curve of interference point with the original line-direction

圖4 受干擾點偏離原測線方向100視電阻率曲線圖Fig.4 Apparent resistivity curve of interference point deviated from the original line direction of 10 degrees

3 資料處理及鉆孔驗證

3.1 資料處理

研究區共布置了2條CSAMT電法剖面(Y01號、Y02號)，兩剖面方位角均為NW60°，與北東向控礦構造大體垂直(圖5)。

使用MTsoft2.3商業軟件進行數據處理，對比BOSTIC、OCCAM、RRI和NLCG(非線性共軛梯度法)等反演方法，選擇了NLCG法反演電性斷面圖作為進一步解釋的物探依據，地質地球物理綜合推斷解釋圖見圖6、圖7。

兩條測線擬斷面總體上看，電性特征橫向上均勻分布，縱向上相間變化，高低阻異常明顯。自上而下可分為五個電性層：最上面的第四系覆蓋物為低阻層，部分樁號因地表接地電阻較高而呈現中阻特征，本次工作區第四系覆蓋較少；往下為中元古界熊耳群許山組(Pt2x)中低阻層；再往下為石板溝及龍潭溝組地層接觸帶的中高阻層；在下為含礦蝕變條帶或圈閉，屬于低阻或中低阻特征；最下為古老的結晶基底高阻層。

根據電性層的變化情況，結合普查區地質資料，推斷在標高800 m處為熊耳群許山組地層與太華群石板溝組地層接觸界線，自界線至地表為熊耳群許山組地層，地層產狀平穩，傾向南東，傾角25°左右，平均厚度約300 m；標高500 m處為太華群石板溝組地層與太華群龍潭溝組地層接觸界線，界線上方為石板溝組地層，下方為龍潭溝組地層，兩地層總體產狀相對穩定，傾向南東，傾角22°左右，石板溝組地層厚約500 m,龍潭溝組地層厚約600 m。

兩條剖面斷裂構造發育，在太華群石板溝組地層與熊耳群許山組地層及太華群龍潭溝組地層的接觸帶上形成兩處主要斷裂(F1、F2)，F1斷裂在測線上主要位于Y01線1500樁號，Y02線2250樁號附近；F2斷裂在測線上主要位于Y01線3950樁號，Y02線4850樁號附近。F1、F2兩個深大斷裂深部1 000 m位置處均存在明顯的低阻異常圈閉，同時Y02線斷面圖中兩斷裂在深部標高0 m位置處，出現明顯的高阻異常體。F1、F2斷裂產狀較陡，傾向不一，傾角為75°～82°；在兩深大斷裂中間，地層經過多期地質構造運動，以及長期的變形變質作用改造，形成不同性質、不同方向的次級斷裂構造，各次級斷裂按測線相應命名為FY01-1、FY01-2、FY01-3 、FY01-4及FY02-1、FY02-2、FY02-3 、FY02-4、FY02-5(如圖6所示)，次級斷裂產狀陡立，傾向不一，傾角在70°～80°。

圖5 研究區CSAMT工作布置簡圖Fig.5 A CSAMT work-arrangement schematic diagram of the study area

圖6 Y01線反演異常斷面地質推斷圖Fig.6 Diagram of comprehensive inference and interpretation(Y01)

圖7 Y02線反演異常斷面地質推斷圖Fig.7 Diagram of comprehensive inference and interpretation(Y02)

圖8 綜合解釋成果與后期鉆孔驗證成果對比圖Fig.8 Graph contrast comprehensive interpretation results with drilling results

1)甲類異常。在F1、F2兩個主要深大斷裂構造帶深部1 000 m位置，兩斷面上有明顯的低阻異常圈閉，電阻率值在200 Ω·m以內，將異常命名為甲類異常。Y01線塊狀低阻異常圈閉規模大而均勻，異常中心深度在1 000 m左右，異常沿斷裂走向方向穩定變化；Y02線豆莢狀低阻異常圈閉規模相對狹窄、破碎，異常中心深度在700 m左右，異常沿斷裂傾向穩定變化。推斷巖體對甲類異常有明顯影響。

2)乙類異常。在兩深大斷裂之間的次級斷裂根部，在劃分地層界線的下方，異常呈脈狀或豆莢狀產出，具舒緩波狀變化，電性特征為中低阻表現，將此類異常命名為乙類異常。

在Y02線F1、F2斷裂深部，電阻率等值線橫向上梯級變化較陡，且下方有明顯的高阻體存在，結合地質資料推斷為巖體。巖體在Y02線深部有表征，而在Y01線無明顯存在跡象，推斷巖體在Y01線的深度較大，巖體自北東往南西下傾。

綜上所述，結合已有化探資料分析，兩測線在地表諸多點位有明顯化探異常，且根據異常發現多處礦脈，如K9-1、K4礦脈分布在測線兩端，礦脈異常的形態和分布嚴格受蝕變破碎帶的控制，異常規模與蝕變破碎帶規模成正相關，在F1、F2等斷裂的膨大和分枝部位及斷裂交匯處異常強度增高，規模增大。

3.2 鉆探驗證

根據地質地球物理綜合解釋成果后期在Y01線樁號2 200處，推斷F1控礦構造帶深部布置一鉆孔ZK901，在甲類異常右側揭露近100 m厚的礦體、礦化體或蝕變破碎帶，與推斷解釋基本吻合，達到了預期勘探效果。

4 結論

CSAMT由于其信號強、抗干擾能力強、勘探深度大、分辨率高等優點，在隱伏銀鉛礦勘查中有著廣泛的應用前景，但CSAMT卻又有近場效應、分辨力與頻率同步下降等問題的存在，而且抗干擾能力也僅僅是相比較天然場源方法，遠不能滿足人文干擾越趨嚴重的當代對方法本身的要求，使得其實際應用效果大打折扣。筆者通過實例試驗對上述問題進行討論，獲得勘探區最佳采集參數，再對實測數據優選反演方法獲得實際資料的CSAMT電阻率反演斷面圖，進而進行地質地球物理綜合解釋，后期鉆探成果與解釋結果有較好的對應關系，為CSAMT工作提供了方法借鑒，并為在理論上進行觀測系統設計提供了實例參考。

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