地質物探綜合方法在深部硫化物礦床找礦中的應用探討

（中化地質礦山總局河南地質局，河南 鄭州 450011）

近年來，隨著科技的不斷進步、各種新的找礦方法不斷推出，找礦成功率不斷提高，使得近地表的找礦難度逐漸加大，如何突破深部找礦的成功性是今后一個階段地質勘查需要研究的一個課題。筆者近年來長期在河南省西南部一帶從事地質查礦工作，特別是對東秦嶺二郎坪群[1]地層進行了多種方法的聯合找礦，并且取得了一些成果。現把一些找礦方法的運用組合、取得的經驗進行綜合梳理，以求能在該類型的地層中尋找同類型的礦床提供一些借鑒意義。

1 工作區地質特征及地球物理特征

1.1 工作區地質特征

工作區出露底層為下古生界二郎坪群火神廟組。巖性為一套邊緣海盆擴張到一定程度形成的以基性火山巖為主的沉積巖系列，巖石遭受了廣泛的綠片巖相-低角閃巖相的區域變質作用，主要類型以斜長角閃片巖、細碧巖為主，石英角斑巖及角斑巖次之，局部還可見到火山集塊巖、火山凝灰巖等[2]。在該套地層中產出有透鏡狀、似層狀的磁鐵礦層。地層傾向南西，傾角變化加大，30°～45°左右。礦物主要成分為斜長石、角閃石、石英，其次為綠泥石、綠簾石、榍石、石榴子石，金屬礦物有黃鐵礦、黃銅礦、磁黃鐵礦、磁鐵礦，局部甚至還有輝銅礦及斑銅礦等，蝕變的礦物含量較高。其中所含的不透明礦物主要為黃鐵礦及黃銅礦，其粒度不大，一般在0.1mm×0.1mm-1×1mm左右。其中黃鐵礦呈自形，而黃銅礦則呈不規則的浸染狀分布于晶形較完整的斜長石及角閃石的顆粒之間，用肉眼幾乎分辨不出黃銅礦的顆粒。角閃石發育不同程度綠泥石化。

圖1 斜長角閃片巖

地層南北兩側均為二郎坪群超單元的酸性花崗巖巖體[3]，巖石呈灰白色，中細粒花崗結構，塊狀構造。主要礦物有斜長石55%～65%，石英25%～40%，黑云母5%。

在河南省分布的二郎坪地層中已發現的有金礦、銅礦、鐵礦、鉛鋅礦、銀礦等數十種礦種，其中已探明具有大型規模的有銀礦，中型規模的有金礦、銅礦，小型規模的有鐵礦等。成礦規律可分為以下幾個階段原始礦源層沉積階段（基性巖漿噴發階段）——低級變質成礦物質初步富集階段——后期巖漿熱液+天水混合熱液驅動成礦物質就為階段[4]。

表1 工作區物性電性特征一覽表

圖2 火山集塊巖

1.2 地球物理特征

測區內出露的巖石類型比較簡單，為了充分了解巖礦石的電性特征、達到對異常進行定性解釋。測定方法采用露頭小激電四極或中梯法進行巖石電性參數測定。對測區具代表性的地表出露的新鮮巖礦石以及巷道巖壁面等，經過對標本定名、描述；參數測定采取同一巖性多塊或不同位置多次測試，測定結果進行統計計算，求取平均值。

從表1中可見：

硫化物類銅、鐵礦顯示具有較高的幅頻率，Fs均值為9.2%，變化范圍5.7%～16.1%，同時具有明顯的低電阻率的特征，所測電阻率均值僅為14Ω×m，“低阻、高極化”組合特征明顯。另外，從磁鐵礦點所測的礦石磁化率參數知，該處磁鐵礦磁化率極強，κ值達3×105×10-5SI，可引起很強的磁異常。

銅、鐵礦近礦圍巖（綠泥石化斜長角閃片巖），由于富含黃鐵礦其幅頻率較高，幅頻率變化范圍4.4%～19%，Fs均值為11%。電阻率均值1752Ω×m。

斜長角閃巖是工區內主要巖性，其本身幅頻率較低1.0%～2.0%，但巖石本身含黃鐵礦化較為普遍，幅頻率變化范圍1.0%～4.6%，Fs均值為,2.6%。電阻率均值1730Ω×m。

含黃銅礦化、磁鐵礦化、黃鐵礦化的斜長角閃片巖，幅頻率變化范圍5.5%～11.3%，Fs均值為8.6%。具有高幅頻率特征，電阻率均值3340Ω×m。

斜長角閃片巖，在層理間含黃鐵礦強烈時，其幅頻率較強，幅頻率變化范圍3.8%～10.2%，Fs均值為6.3%。電阻率均值2864Ω×m。

斜長花崗巖為本區外側主要巖體[5]，由近場源法在磁鐵礦東北側巖體上所測的結果看，其幅頻率較低，Fs均值為1.3%；其它地方所測由于含少量磁鐵礦而幅頻率較前者略高，Fs均值為3.0%；電阻率均值4099Ω×m[6]。

綜述：區內出露的主要巖性斜長角閃巖、斜長角閃片巖，一般具有較低幅頻率的特征，隨含黃鐵礦化、磁鐵礦化而略高或很高，而礦化本身也是找礦的標志；斜長花崗巖一般幅頻率較低；銅、鐵礦“低阻、高極化”組合特征明顯；除銅、鐵礦外其它巖石電阻率差異無數量級的差別。因此本區利用激發極化法開展找礦工作具備地球物理前提，電阻率參數僅供參考。

2 研究區開展的工作方法及效果

研究區內已有兩個鐵、銅礦點，歷年來該區多以圍繞尋找鐵礦開展的各種地質工作；按照該區的成礦規律認為，火神廟地層早期火山噴發沉積的礦源層應該是多期次的，近千米的快速沉積過程中可能有許多次的含礦火山噴發階段，目前地表發現的僅是其中的部分。但是，由于該區地形極其復雜，開展的勘查工作仍以地表工作為主；主要有地表地質填圖、高精度磁測掃面、激電掃面、槽探、鉆探等方法。其中地表地質填圖工作由于工作區保存的二郎坪群地層僅為火神廟組淺表出露地層，而且該組地層厚度大(＞1000m)，所以填圖能夠解決的問題有限；在沒有一定信息的支持下鉆探工作也很難貿然進行。另外，從上述的地球物理特征可以看出，該套地層普遍的特征是高極化、低電阻率、高磁化率，所以一般的地球物理勘查方法也很難取得較好的找礦效果。

2.1 開展激電掃面和測深

2.1.1 使用的儀器和工作網度

如前期在本區開展的激電掃面和激電測深測深工作。采用儀器型號為SQ-3C數字式雙頻激電儀。

工作面積5Km2，網度100×30（m×m）。偶極-偶極裝置：AB=MN=60m。

2.1.2 取得的異常特征

通過對本工作區激電掃面成果的整理，圈出了幾處有意義的視極化率異常，其中Js2異常（見圖3）規模最大。該異常形態不規則，總體可以看成由兩個北西向展布的長軸狀異常組成。

異常長、短軸（按Fs4.5%）分別為約380m×200m，350m×160m視幅頻率最大值為6.7%，J2異常范圍對應視電阻率為相對低阻，約2000Ω·m～4000Ω·m，外圍西、北、東側電阻率高達約6000Ω·m～13000Ω·m。

異常所處地層為火神廟組斜長角閃(片)巖，巖石可見黃鐵礦化，磁鐵礦化、黃銅礦化現象；綜合地物化信息，推斷J2幅頻率異常由金屬硫化物異常引起，是尋找銅礦有利異常。

圖3 JS2極化率異常等值線平面圖

2.2 偶極偶極激電測深

為了更有把握的進行工程驗證，對于發現的激電異常開展偶極偶極激電測深工作。

偶 極-偶 極(dipole-Dipole)方 式AB=MN=60m，n=1～6，點距30m。

所測數據剖面反演采用中國地質調查局發展中心的GEOEXPL軟件，經過處理大致確定了引起異常的地質體的空間賦存狀態。

圖4 JS2幅頻率異常測深剖面幅頻率二維反演斷面圖

Fs2異常呈長軸狀，長軸方向傾向北東，長軸傾角約70°，幅頻率最大值6左右。以4.5%等值線作量算范圍，長、短軸分別為240m、130m。

異常中心標高1150m，異常等值線以4.25%形成封閉的異常圈，東北側以2.75%作為異常明顯的分界，揭示礦（化）與圍巖的界限或不同巖性的分界，界限東北側深部幅頻率2.5%～0%。

圖5 剖面圖

2.3 鉆探驗證

為了最終確定在該區引起的物探異常性質，異常的中心區進行了鉆探驗證。分別施工了鉆孔ZKJ2-503、505、507、509，剖面見圖5。

從剖面情況可以看出，前述偶極偶極激電測深，探測深度210m，經四孔鉆探工程揭露，對應激電異常均見到黃鐵礦化，其中ZKJ2-509、ZKJ2-507見銅礦。其它激電異常鉆孔揭露情況與JS2異常驗證情況相似，見磁鐵礦、銅礦，黃鐵礦化普遍，地表的激電異常可能就是這些硫化物引起的。物探方法的這種現象也反映出一般的物探方法勘測的只能是250米以淺的地質體引起的物探異常，在沒有確切的信息指導下鉆探驗證很難對深部的情況進行探索。

在這種情況下，我們綜合本區的基本地質情況、推測的成礦規律模式特征，以及物性特征，研究決定采用可控源大地電磁測深配合大功率激電測深，以探測1000m以淺的深部物性特征。

3 深部物探工作情況

3.1 可控源音頻大地電磁測深

布設的可控源音頻大地電磁測深剖面（11剖面，位置見圖3），主要依據是地面高精度磁測相關異常處理成果，即通過上延200m的磁異常中心，同時兼顧JS2激電異常成果。

從可控源音頻大地電磁測深二維反演電阻率斷面圖上看出，可以分為三個部分來描述電阻率斷面圖：標高（非指海拔，而是軟件反演之前將剖面上海拔最低點作為反演斷面的標高“0”點，各點相對高程仍不變）-300m以上為第一部分、-300～-700為的，第二部分、-700以下為第三部分。

圖6 11剖面CSAMT電阻率二維反演斷面圖及部分激電測深曲線

第一部分：特點是淺層高、低電阻率異常互現且不規則；除此之外，大致以560m處為界，南西側主要呈低電阻率特征，數十至5000Ω·m，最明顯的是在水平方向200m～440m、標高-250m～50m范圍內為明顯的低阻異常，電阻率30Ω·m～625Ω·m，異常形態與磁異常二維反演結果相似，推斷可能是磁鐵礦（化）；東北側主要呈高阻異常特征，5000Ω·m～50000Ω·m，推斷可能是侵入巖類。

第二部分：由剖面西南端-300m～剖面東北端-700m，為一電阻率1500Ω·m～3500Ω·m的電阻率條帶，磁異常性質不明，由于埋深較深，二維反演難以有顯示，推斷仍然是火神廟組巖層，但含礦性不明。

第三部分：電阻率5000Ω·m～50000Ω·m，推斷其為反映了深部的侵入巖特征。

3.2 大功率激電測深

金屬礦體多具有高激發極化性質，如銅鉛鋅等硫化物礦及通過尋找硫化物如硫鐵礦間接找金銀等，都是利用他們的激發極化特性；氧化礦如磁鐵礦除具備磁性強外，還具備明顯的高極化率特性。因此，為驗證可控源音頻大地電磁測深中第一部分中的低阻異常及第二部分深部的中低電阻率條帶，在可控源音頻大地電磁測深剖面320m及360m處布設了兩個對稱四極激電測深點及ZKj2-705、ZKj2-709兩個雙頻偶極偶極測深點，在此分別以11點～360點及ZKj2-709（11～960）測深點對照CSAMT反演斷面進行解釋（見圖6）。

11～360測深點，淺部極化率異常、電阻率亦呈低阻與CSAMT低阻異常對應；深部AB/2=650m極化率4.2%、電阻率5000Ω·m與CSAMT中等電阻率異常帶對應，即CSAMT中等電阻率異常帶、推斷仍然是火神廟組巖層，具備激發極化性質，推斷其可能含礦。

11～960測深點，深度600m處幅頻率5.1%、電阻率5000Ω·m，同樣與CSAMT中等電阻率異常帶對應，即CSAMT中等電阻率異常帶具備激發極化性質，推斷其可能含礦。

4 工程驗證情況

根據物探工作的成果，結合地表地層的產狀及礦化特征，大致可以判斷在火神廟地層的深部存在著一層高極化率低電阻率的似層狀的地質體，為了查清這個地質體的特質特征，選擇在激電異常部位進行了鉆探驗證工作。鉆孔在670m～690m、829m～884m分別發現兩層硫多金屬礦體；而上層的硫多金屬段落全部在可控源的低阻帶中。經過取樣化學分析，其中上層段落的銅、鈷、鎳分別達到了工業品位，形成了銅鈷鎳硫多金屬礦層。而下層礦段銅也達到工業品位，形成低品位銅礦層。

圖7 鉆孔綜合柱狀圖

賦礦層以強烈的黃鐵礦化為明顯特征，具有似斑狀現象，硫化物呈現侵潤特征，礦石呈似斑狀結構，片粒狀變晶結構等，塊狀構造為主，局部由于硫化物分布不均構成條帶狀構造。礦石礦物主要有磁鐵礦、黃鐵礦、黃銅礦、藍輝銅礦、赤鐵礦、褐鐵礦、鎳黃鐵礦、銅蘭等。

5 結語

二郎坪地塊火神廟組地層本身厚度大于1000m，在其噴發沉積的過程中有多其次含礦噴發沉積過程，目前地表發現的僅是其中的一部分，大量的硫化物礦床仍埋藏在深處。由于本區的地形復雜，一般的地表地質工作方法、物探工作方法效果差，使得該區的地質找礦工作一直沒有突破。本次利用地質理論指導、結合大地音頻可控源測量、大功率激電測深等方法，提出找礦方向，最后由鉆探工程驗證成功。在本區這種地質找礦新的方法組合成功運用，將會為該區的經濟發展帶來新的機遇。