綜合物探在新疆1∶50 000礦產(chǎn)普查中的應(yīng)用

劉生榮， 張瑾愛， 杜 輝， 郭偉立

(1.中國地質(zhì)調(diào)查局 西安地質(zhì)調(diào)查中心，西安 710054；2.中國地質(zhì)調(diào)查局 造山帶地質(zhì)研究中心，西安 710054; 3.陜西省地質(zhì)調(diào)查中心，西安 710068)

0 引言

1∶50 000綜合物探是近些年開展的一種金屬礦產(chǎn)普查手段，以往單一的物探方法受到地質(zhì)及地球物理條件的限制，使其勘探精度受到影響，根據(jù)不同物探方法對應(yīng)的物理性質(zhì)，有針對性地選取幾種物探方法技術(shù)組合，互相印證、互相補充，這樣能夠有效地提高物探的勘探精度和地質(zhì)解釋效果。目前投入使用的綜合物探方法組合為：首先通過重力和航磁資料查明勘探區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造特征及巖體分布規(guī)律，圈定地質(zhì)有利部位，再利用大功率激發(fā)極化法[1-2]的低阻高極化特征，圈定含硫化物的有利區(qū)域，最后優(yōu)選重、磁、電綜合物探異常特征結(jié)合地質(zhì)、化探異常特征，對工作區(qū)定性的綜合評價，指導(dǎo)尋找含硫化物的巖(礦)體，圈定找礦靶區(qū)，為礦產(chǎn)普查工作提供基礎(chǔ)資料和找礦依據(jù)。

激發(fā)激化法[3-5](Induced Polarization Method,激電法)是通過不同巖礦石的激發(fā)極化效應(yīng)尋找地下巖礦體的一種方法，它是尋找金屬礦產(chǎn)資源最為有效的一種地球物理勘探方法，與以前的大比例尺激電及激電測深[6]工作有一些不同，1∶50 000激發(fā)極化法的供電極距和旁測距較大。隨著勘探深度的加大，需要強信號才能有效地反映深部地電信息，因此發(fā)射功率小、信號弱的傳統(tǒng)激電方法已不能滿足要求。在新疆1∶50 000綜合物探中，通過采用，大功率激電儀器[7](≥20 kw)，輸出較強的電流，壓制各種干擾信號，提高信噪比，在大極距下保證觀測精度，接收機的探測靈敏度也大為提高，由于它的供電極不小于2 500 m，旁測距也不小于500 m，施工測量范圍大，能快速掃面，并取得了較好的效果，因此重磁結(jié)合激電的綜合物探方法組合[8]是一種快速有效的礦產(chǎn)普查方法，可尋找深部隱伏礦體，為找礦提供依據(jù)。

圖1 工作區(qū)區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)圖Fig.1 The geological mineral map of the working area

1 地質(zhì)背景

研究區(qū)在大地構(gòu)造位置上處于準噶爾板塊與塔里木板塊的對接部位，分屬準噶爾板塊東南緣活動帶之康古爾塔格泥盆石炭紀島弧帶和塔里木板塊前緣活動帶之覺羅塔格石炭紀島弧帶。出露的地層主要為石炭系，其次為泥盆系、二疊系、侏羅系和新生界。石炭系主要分布于阿奇克庫都克-沙泉子深斷裂以北至吐-哈坳陷南緣大斷裂以南的大部分地區(qū)，分為上石炭統(tǒng)梧桐窩子組(C2w)、干墩組(C1g)、企鵝山組(C2q)和新生界地層：①梧桐窩子組(C2w)，該組為一套深海沉積和洋殼基性火山巖，主要巖性有硅質(zhì)巖，凝灰?guī)r、玄武巖等，未見礦化；②干墩組(C1g)，巖性單一，厚度巨大，為一套厚層塊狀灰-中基性火山塵凝灰?guī)r夾砂巖，硅質(zhì)板巖等，未見礦化蝕變；③企鵝山組(C2q)，下部為火山-沉積巖；上部為火山巖。巖性為礫巖、砂巖、粉砂巖、凝灰?guī)r、火山角礫巖、安山巖、英安巖、玄武巖等。地層中侵入大規(guī)模二長花崗巖及正長花崗巖、閃長巖。外接觸帶無蝕變，僅一處小閃長巖外圍地層出現(xiàn)角巖化，無礦化。泥盆系主要分布于吐-哈坳陷南緣大斷裂以南的部分地區(qū)；二疊系則主要分布于苦水大斷裂及阿奇克庫都克-沙泉子深斷裂間的局部地區(qū)。侵入巖的分布，北部為石炭紀，南部為石炭紀、二疊紀。

受準噶爾板塊和塔里木板塊運動的影響，韌性剪切及斷裂構(gòu)造發(fā)育。在區(qū)域上受吐-哈坳陷南緣大斷裂、康古爾塔格深大斷裂、苦水大斷裂及阿奇克庫都克-沙泉子深斷裂等四條主要區(qū)域性大斷裂的控制。

在成礦區(qū)劃上(圖1)，研究區(qū)位于康古爾～雀兒山～黑鷹山銅、鎳、金(鉬)等多金屬成礦有利地帶上，呈東西向南凸的弧形展布。區(qū)內(nèi)華力西期侵入(花崗)巖廣為分布。鄰區(qū)已知礦產(chǎn)銅鎳礦床有土屋銅礦(大型)、延?xùn)|銅礦(大型)、維權(quán)銅銀多金屬礦(中型)、黃山銅鎳礦(大型)，小熱泉子銅鋅礦(中型)、土墩中型銅鎳礦、香山中型銅鎳礦、黃山南小型銅鎳礦，另外還有赤湖小型銅鉬礦和雅滿蘇中型鐵礦。這些礦床多于地質(zhì)構(gòu)造邊界及重磁異常梯級帶相關(guān)。

2 工作方法

在工作區(qū)內(nèi)選擇地表礦化發(fā)育、成礦有利地段，布設(shè)高精度重力及大功率激電掃面工作，工作面積為370 km2。

傳統(tǒng)的1:50 000重力測量采用高精度重力測量，采用500 m×500 m或500 m×250 m的規(guī)則測網(wǎng)，本次高精度重力測量采用500 m×100 m的規(guī)則測網(wǎng)布設(shè)，測點坐標放樣、高程測量全部采用實時動態(tài)差分測量(RTK)方法進行。對野外采集的重力數(shù)據(jù)進行預(yù)處理過程中，由于傳統(tǒng)近區(qū)地改主要靠目估等傳統(tǒng)方法進行大致估計，人為因素較大，無法得出準確結(jié)果。本次首次采用了由中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心自行研發(fā)的GTCS-1型近區(qū)地改儀進行大面積的近區(qū)地改應(yīng)用，儀器地形改正半徑為20m。最終使得地改精度提高，進而提高重力測量精度。

大功率激發(fā)極化法掃面采用激電中梯裝置進行測量，使用重慶奔騰數(shù)控技術(shù)研究所生產(chǎn)的WDFZ-20T大功率直流激電測量系統(tǒng)。激電中梯工作裝置參數(shù)為AB=2 500 m，MN=100 m，供電周期為16 s，采樣延時為200 ms，采樣寬度為40 ms。在新疆戈壁灘地區(qū)地表松散、干燥，采用傳統(tǒng)鐵質(zhì)或者鋼質(zhì)棒狀電極垂直打入地表無法良好地對地供電，而傳統(tǒng)改善接地電阻的方法有增大電極直徑、采用多根電極組成電極組、埋錫紙等，在本區(qū)改善效果均不明顯。針對上述問題，通過多次試驗，采用1 m×0.5 m鋁箔作為供電電極，在增大電流同時，也減輕了工作量，生產(chǎn)效率得到明顯提高，測量精度得到保障。首先分析工區(qū)的地質(zhì)特征，根據(jù)收集的化探資料了解工區(qū)化探元素異常區(qū)的分布情況；采集各類巖(礦)石及地層物性標本并測定其物性，其次根據(jù)面積性的重力及航磁異常特征進行巖體及地質(zhì)構(gòu)造劃分；再利用激電中梯異常特征，篩選出可能與硫化物有關(guān)的異常；最后得到優(yōu)選異常組合的方法，再結(jié)合地質(zhì)、化探方法進行進一步定性和定量的綜合評價，圈定優(yōu)選異常組合特征明顯、成礦有利地段，根據(jù)以上方法確定該區(qū)的綜合物探異常特征為重磁異常區(qū)與巖體、接觸帶及斷裂構(gòu)造有關(guān)；接觸帶及斷裂構(gòu)造帶上有利于硫化物發(fā)育而形成低阻高極化異常，最后圈定找礦靶區(qū)，為后期開展專項地質(zhì)測量和異常查證，查明重點地區(qū)區(qū)域地層、巖石、構(gòu)造特征，研究其與物探異常、礦產(chǎn)的關(guān)系，剖析異常成因，研究區(qū)域成礦地質(zhì)背景與成礦地質(zhì)條件，開展成礦預(yù)測提供依據(jù)。

3 物性特征

研究工作標本采樣針對研究區(qū)處于戈壁沙漠地區(qū)的特殊環(huán)境，對區(qū)內(nèi)的地層與巖體進行統(tǒng)計后采用了聯(lián)合打樣與測量的方式來采集物性標本資料。

在表1中，極化率位于1.0%～1.5%之間的地層巖性主要有石英脈、黃鐵礦化長石巖屑砂巖、含炭粉砂巖、變晶灰?guī)r、灰?guī)r，其他類巖性的極化率均小于1%。但本區(qū)地層中廣泛發(fā)育炭質(zhì)和黃鐵礦化(表2)，如干墩組(C1g)和企鵝山群第三巖性段(C2q3)中分普遍，不同地段有不同的極化率背景值，在含炭地層或巖性段中的極化率測量參數(shù)值均較高，基本在2%以上，在黃鐵礦化段巖石或礦化蝕變帶上所測得的極化率參數(shù)同樣也較高(2%左右)，與斑巖型銅礦密切相關(guān)的礦化閃長玢巖和斜長花崗斑巖的極化率達2.2%以上，在電阻率數(shù)值上，斜長花崗斑巖表現(xiàn)為低阻(176 Ω·m)，而閃長玢巖則表現(xiàn)為中高阻(515 Ω·m)。

表1 巖石極化率參數(shù)統(tǒng)計表Tab.1 Rock polarizability parameter statistical table

表2 地層巖性電阻率、極化率參數(shù)統(tǒng)計表Tab.2 Statistical table of resistivity and polarizability parameters of stratigraphic lithology

本區(qū)在尋找斑巖型銅礦的石炭系主要地層(企鵝山群)中存在較嚴重的干擾因素：①區(qū)域作用形成的黃鐵礦化發(fā)育；②局部有利地段含有較多的炭質(zhì)地層。從區(qū)域上利用電性參數(shù)測量成果來劃分找礦靶區(qū)和研究異常必須結(jié)合化探信息和其他物探資料以及地質(zhì)信息進行綜合分析。

4 異常分析

利用優(yōu)選物探綜合異常組合的原則，發(fā)現(xiàn)多處有價值的物探綜合異常，下面選擇其中兩處異常(JD-3號異常和JD-4號異常)進行分析。

圖2 JD-3、JD-4號異常地質(zhì)圖Fig.2 The JD-3 and JD-4 abnormal of geological map

根據(jù)新疆東天山地區(qū)地質(zhì)背景及成礦特征，選擇Mo、Ni、Cu、Co、Cr等5種元素的含量及變化進行分析，與新疆主要成礦及相關(guān)元素背景相比，Mo、Ni、Cu、Co、Cr等元素處于相對富集狀態(tài)(濃集系數(shù)K>1.2)，但分布極不均勻，為東天山地區(qū)成礦提供重要的物質(zhì)來源，它們形成了東天山地區(qū)特征元素組合，為東天山地區(qū)成礦提供了豐富的物質(zhì)基礎(chǔ)和最基本的地球化學條件，從而奠定了以銅(鉬)、金、鎳為主的多金屬地球化學成礦專屬性和良好的找礦前景。

圖3 JD-3、JD-4號異常物探綜合異常圖Fig.3 The JD-3 and JD-4 abnormal of geophysical comprehensive anomaly map(a)航磁ΔT化極異常圖;(b)剩余重力異常圖;(c)遙感影像圖;(d)極化率圖;(e)電阻率圖

圖4 JD-3、JD-4號異常化探元素分布圖Fig.4 The JD-3 and JD-4 abnormal of distribution diagram of geochemical element(a)化探Mo元素異常;(b)化探Ni元素異常;(c)化探Cu元素異常; (d)化探Co元素異常;(e)化探Cr元素異常

在綜合物探異常圖(圖3)上，從重力和航磁異常來看，重磁高值異常區(qū)多與巖體、巖體接觸帶及斷裂帶有關(guān)。該區(qū)域的成礦與接觸帶或斷裂構(gòu)造密切相關(guān)，在接觸帶及斷裂構(gòu)造帶上有利于硫化物發(fā)育，激電中梯極化率參數(shù)能直接指導(dǎo)尋找含硫化物的巖(礦)體。

JD-4號異常區(qū)(圖3)，布格重力異常圖上異常主體位于康古爾重力梯級帶上，局部重力異常主要表現(xiàn)為反映中石炭統(tǒng)梧桐窩子組的重力高異常帶，沿次級斷裂F22發(fā)育重力低異常帶。航磁異常東部為橢圓狀弱磁異常，西部為東西走向相對東部較強的弱磁異常。視極化率異常東部南北走向、西部呈團塊狀展布，位于重磁異常的梯級帶上，與接觸帶或斷裂構(gòu)造有關(guān)，利于硫化物發(fā)育，視極化率在2%～6.6%之間；電阻率異常中間表現(xiàn)為高電阻異常，其東西兩側(cè)為低電阻率異常，視電阻率在60 Ω·m～160 Ω·m之間，推斷其為含硫化物的巖(礦)體引起。且此處的1:50 000化探發(fā)現(xiàn)較好的Cr、Ni、Co、Cu、Mo等元素異常(圖4)，特別是異常東段，各元素異常套合好，濃度分帶明顯。

通過地質(zhì)及化探資料，康古爾主斷裂(F2)及多條次級斷裂(F7等)穿過異常區(qū)，構(gòu)造較發(fā)育，并經(jīng)現(xiàn)場踏勘，在異常區(qū)發(fā)現(xiàn)了花崗巖巖株蝕變現(xiàn)象，與其接觸的圍巖為中酸性凝灰?guī)r；JD-4號異常區(qū)物探綜合異常與化探元素異常及地質(zhì)資料套合很好，濃度分帶明顯，JD-4號異常區(qū)是成礦的有利地帶，由此推斷該區(qū)有較好的找礦前景。

5 結(jié)論

在采用綜合物探方法過程中，率先利用大功率激發(fā)極化法對多金屬硫化物礦床進行快速、全面地評價，極大地提高了中淺部硫化物礦床等的綜合探測能力，預(yù)測能力和綜合填圖水平。

通過開展1:50 000大功率激發(fā)極化法和重力掃面工作，并結(jié)合其他物探資料以及地質(zhì)和化探資料，圈定找礦靶區(qū)一處，表明綜合物探法在工作區(qū)進行與硫化物有關(guān)金屬礦產(chǎn)資源普查，方法技術(shù)上是有效的，為礦產(chǎn)普查工作提供基礎(chǔ)資料和找礦依據(jù)，議后續(xù)對其進行鉆探驗證。