基于綜合物探的物理勘查技術在礦產資源勘測中的調查研究

包國志，魯有朋，李騰飛，柴宏偉，賈懷波

（甘肅省地礦局第三地勘院，甘肅 蘭州 730050）

文章結合區域地質構造分析、地熱地質調查、地球物理解譯等手段，在茶卡測區恰卜恰礦體內實施了4口深度為2927m~3705m的地質勘查巖勘查孔，并在3705 m處鉆獲236℃的優質礦產資源，為我國非現代火山區干熱地質資源勘探的首個重大突破。其次，系統測試了鉆孔不同深度花崗巖放射性，結果表明，茶卡測區花崗巖體鈾、釷、鉀放射性含量略高于大地背景值，對干礦產資源勘查貢獻較小，其礦產資源可能來自殼內熔融體[1]。第三，基于地質資料分析和航磁解譯，圈定了茶卡測區總體面積約1.4×104 km2的潛在礦產資源分布區。最后，采用體積法評估了茶卡測區干熱巖資源潛力，結果表明，礦產勘查區3.0 km~6.0 km深度范圍保守的、礦產資源總量為8974.74×1018J，換算標準礦產資源可達3066.19×108 t，具有廣闊的開發利用前景[2]。

1 區域地質概況與地球物理特征

（1）地層。測區地層隸屬“秦祁昆地層區柴達木北緣地層分區”，西南角稍跨柴達木南緣地層分區。所出露的地層結構主要有泥盆系、元古界、二疊紀、三疊紀、新近系、第四系等，中酸性侵入巖廣泛分布。區域地層總體展布方向為北西向，與區域構造線方向一致，測區礦產地層區劃圖。

（2）構造。測區大地構造位置特殊，構造相當復雜，位于祁連、昆侖兩大山系的交接處，共和盆地西緣。大地礦脈的構造帶單元屬于東昆侖、西秦嶺相結合的部位，進一步劃分的二級構造單元分別為柴北緣加里東期造山帶（Ⅳ）、西秦嶺造山帶（Ⅵ）；三級構造單元分別為沙柳河高壓超高壓混雜巖帶（Ⅳ1）、興海-共和地塊（Ⅵ1）。測區大地構造位置圖（見圖2）。

（3）地球物理特征。為配合異常解釋工作，本次CSAMT測量工作采用加拿大GDD公司生產的SCIP電物性測試儀對測區主要巖性進行了測定。因測區大面積第四系覆蓋，僅在剖面南端有花崗巖體出露，故本次工作多針對花崗巖進行了電參數（η、?）測定。本次共采集測定花崗巖標本33塊。經統計，花崗巖電阻率最大值為2553.65Ω·m，最小值為676.37Ω·m，算術平均值為1513.23Ω·m；極化率最大值為1.11%，最小值為0.63%，算術平均值為0.89%。

圖1 測區大地構造位置圖

2 工作方法技術及數據處理

2.1 可控源音頻大地電磁（CSAMT）

（1）可控源音頻大地電磁剖面布設。本次野外工作使用加拿大鳳凰地球物理公司生產的V8多功能電法儀，主要參數如下：收發距為11km，AB距2.1km，發射電流選取14A，增益倍數選取×1，所選用的采樣頻率一般為0.25～7680Hz之間，如表1所示。在實際工作中的采礦位置使用GPS測點進行定位。

（2）場源布設。a.供電的電機在A與B點位平行，于測線方向進行布置，AB點方位的誤差要小于3°。b.本次所布置的A、B兩點，所采用的濾波片狀電機，從而減小接地電阻的電阻率。首先挖矩形坑（深約80cm，寬約50cm，長約80cm）共2個，兩坑間距5m左右，當坑挖到指定深度，修平坑底，去除雜物，回填約5cm的土壤；然后撒上約1kg的食鹽。其次裁取70cm×35cm的鋁鉑，使一面多出10cm，其余平鋪在挖好的坑底；取適量長的連接線，剝去兩頭約40cm的絕緣皮，與坑底多出的10cm鋁鉑緊緊地卷扎在一起，使其接觸良好。c.在A、B極布置完畢后，檢查供電導線是否漏電及A、B接地是否良好。

（3）接收裝置布設。a.水平磁棒埋入土中，入土深度不小于20cm，并確保圓水泡居中確保磁棒水平，方位誤差小于1°。b.在測量電極四周墊土，周圍澆鹽水降低接地電阻，確保電極接地電阻小于2kΩ。c.接收導線、檢測設備連線均不能懸空，每隔一定距離需用土或石塊壓實，防止晃動產生電磁干擾。

（4）數據采集。本次可控源音頻大地地質構造深野外工作過程中，由供電電極A、B向地下發送電流，通過多測道電測儀同時接受多個測量電極的傳導電流，一次獲得一段二維剖面的電位分布。經測量系統的逐級觀測，完成全線的勘查工作。采用赤道偶極標量裝置進行觀測，同時測量3個Ex和1個Hy。

（5）數據處理。本次數據處理采用成都理工大學MTsoft2D軟件，首先對原始資料畸變點進行單點編輯圓滑，再做靜位移校正，最后進行一維和二維反演。對反演得到的數據在SURFER中進行樣條插值處理并成圖。

2.2 音頻大地電磁（AMT）

（1）音頻大地電磁剖面布設。本次野外工作使用加拿大鳳凰地球物理公司生產的V8多功能電法儀。音頻大地電磁測深勘探頻率取0.1Hz，結合測區實際情況，本次音頻大地電磁測深勘探增益倍數選取×1，剖面布設全部采用亞米級GPS確定測點位置。

（2）接收裝置布設。a.水平磁棒埋入土中，入土深度不小于20cm，并確保圓水泡居中確保磁棒水平，方位誤差小于1°。b.在測量電極四周墊土，周圍澆鹽水降低接地電阻，確保電極接地電阻小于2kΩ。c.接收導線、磁棒連線均不能懸空，每隔一定距離需用石塊進行壓實，防止晃動產生電磁干擾。

（3）數據采集。本次音頻大地電磁深采用四個電極、兩個磁探頭開展測量，南北向布設的電極MN測量電位差并計算得到電場水平分量Ex；東西向布設的電極MN測量電位差并計算得到Ey。Hx磁探頭和Hy磁探頭相互垂直布設。

（4）數據處理。數據處理流程與可控源音頻大地電磁同理。

2.3 地面高精度磁測

（1）磁測基點（日變站）布設。本次磁測使用加拿大GSM-19T型質子磁力儀。在測試區開始前、工作結束后和儀器維護后對儀器進行性能測試，包括各儀器的噪聲測試、探頭測試、一致性測量等。磁測量的總基點應位于法向磁場中，且附近無磁干擾。地質磁場的水平梯度和垂直梯度變化不大，在半徑2米、高差0.5米范圍內變化不超過1nT。高精度磁測工作基點的選擇符合規范和設計要求。

（2）地質測點觀測方法技術。地質測點使用GSM-19T型微機質子磁力儀作總場觀測。

每個封閉觀測單元的觀測必須從校正點開始，到校正點結束。定時點日變化校正前后的讀數差應小于5nT。觀察員必須嚴格“退磁”，不得攜帶任何鐵磁性材料。每次觀察時，探頭的高度應保持一致。若觀測中發生事故，觀測者應返回事故發生前已完成的測點進行重復觀測。

（3）日變觀測。日變觀測點的布置按照每個日變點控制50 km范圍的原則。日變化點位于法向場，附近無磁干擾。磁場的水平梯度和垂直梯度變化不大，在半徑2米、高差0.5m范圍內變化不超過1nT。本次工作日變觀測使用儀器中性能最好的GSM-19T型微機質子磁力儀，每20秒觀測一次。

在一個工作日內，日變觀測始于各儀器的早基點觀測之前，終于晚基點觀測之后。

（4）數據處理。原始記錄當天及時發送到電腦，100%自檢驗收，確保記錄數據的完整性，原始觀測文件通過后保存。內部行業的計算主要包括儀器一致性精度計算、基點T0值計算、測點△T值計算、質量檢測精度計算等。

測量點的原始觀測值需要通過基點、法向場、日變化和高度進行校正。正常地磁場校正采用國際地磁場參考場IGRF2000模型計算。每次校正的最小校正值為0.1nT。計算完成后，將觀測記錄和計算結果統一打印，繪制結果圖，檢查是否有突變。

3 解釋推斷

3.1 異常解釋原則

本次物探工作解釋推斷遵從“由已知到未知”的原則，剖面起點一般部署在有基巖露頭的位置，結合物性測定結果，總結了各主要巖性的電性、磁性特征，再在覆蓋區開展了CSAMT、AMT和高精度磁法剖面測量工作，基本達到了勘查目的。

3.2 剖面電、磁異常特征

P1剖面完成點距40m高精度磁法剖面7600m；完成CSAMT測點77個，點距100m。

（1）電性特征。在P1剖面CSAMT測量卡尼亞電阻率反演斷面圖上，根據電阻率幅值差異，在反演斷面圖上，該區間電阻率由淺部的1000Ω·m左右向深部逐漸增大至10000Ω·m以上，梯度隨深度變化不大。根據地表露頭認為該區間深部巖性為花崗巖，巖體相對比較完整。第四系覆蓋地段地表。單點卡尼亞電阻率曲線總體呈H型。自7680Hz～8Hz曲線平穩下降，卡尼亞電阻率從100Ω·m下降至10Ω·m左右，8Hz～0.25Hz 曲線直線呈上升趨勢，卡尼亞電阻率從10Ω·m上升至80Ω·m以上。

（2）磁性特征。由P2剖面△T曲線形態及幅值特征分析，在1000m～3400m之間發現正負伴生磁異常，曲線呈鋸齒狀跳躍，△T極大值與極小值差值約1500nT。結合異常查證結果推測該異常為輝長巖體引起，輝長巖中磁性礦物的不均勻富集引起了△T曲線的跳躍。

3.3 構造特征

（1）P1剖面構造特征。P1剖面發現斷層破碎帶1處。由P1剖面反演斷面圖可見，在7600～8000號點深部有低阻異常帶一處，異常北傾，深度介于-400m～-1500m之間，異常帶電阻率幅值較低。由推測地層斷面圖發現，該異常帶位于推測花崗巖侵入體與地層結構之間。區域地質資料顯示，該剖面花崗巖體為中三疊世侵入巖，主要沿北北西向斷裂侵入于元古界、石炭系、三疊系地層之中。

（2）P2剖面構造特征。P2剖面發現斷層破碎帶2處。其中，在3200～3600號點深部發現低阻異常帶一處，該段落電阻率值整體相對周圍較低，電阻率等值線呈現一自地表向下延伸的條帶狀低阻異常，?=50～200Ω·m，結合地質資料推斷該部分為輝長巖體與片麻巖之間的斷層破碎帶，該斷層為正斷層，傾向北，傾角約82°。

4 結論

（1）本次物探工作根據設計及規范要求對實測數據進行了相關處理，根據反演結果進行了了綜合解釋推斷，劃分了地層結構界限，推測了覆蓋層厚度及花崗巖巖體埋深。

（2）P1剖面6500～7500測點間花崗巖體埋深500m左右，其上覆地層為第四系；7500～8600測點間花崗巖體埋深約在500～1500m之間，上覆地層主要為第四系砂礫黏土層、二疊系石英質砂巖、砂質板巖層和元古代金水口（巖）群片巖、片麻巖層。

（3）P2剖面1000～3200測點間第四系覆蓋層厚度0m～300m，基底巖性為輝長巖主要為沖洪積砂礫石；3600～6200測點間第四系覆蓋厚度300m～700m，基底巖性為元古代片麻巖；6600～9000測點間第四系覆蓋厚度700m～1600m，基底巖性為元古代片麻巖。