綜合物探方法在崤山薄脈型金多金屬礦找礦的應用探究

金旺林 ，張進宇，胡麗芳，王艷紅

（1.河南省有色金屬礦產探測工程技術研究中心，河南 鄭州 450000；2.河南省有色金屬地質礦產局第一地質大隊，河南 鄭州 450000）

0 前言

崤山、小秦嶺和熊耳山作為華北克拉通南緣3個地理上緊密相鄰的晚中生代變質核雜巖發育區，三者處于同一大地構造位置，具有極為相似的成礦地質條件與區域地質演化過程，理應具有相當量級的貴金屬和有色金屬資源潛力和找礦前景。然而，崤山地區卻在資源發現上比小秦嶺或熊耳山明顯滯后。目前，研究區已發現的礦產資源主要分布在礦床淺中部，中深部成礦規律硏究、資源潛力評價水平、找礦預測和勘查程度均較低，長期以來沒有開展系統性研究與深部勘查技術方法研究，深部找礦急需突破。同時，在找礦方法上主要依賴就礦找礦，手段上主要依據傳統的地質測量、化探、鉆探等，以往采用的物探技術方法在中深部成礦預測與勘查工作中成效甚微，亟需新的物探技術組合方法來提升中深部礦體預測與探測精度，推動中深部找礦突破。

可控源音頻大地電磁法（CSAMT）是一種頻率域電磁感應法，它借助測量的電場和磁場信號，利用卡尼亞電阻率計算公式，近似計算出地層視電阻，從而達到電阻率測深的目的，頻率越低探測深度越深（湯井田和何繼善，2005）。可控源近年在礦山（馬振波等，2012）、地熱（陳明生和閆述，2005）及油氣勘探等領域廣泛應用，取得了很好的效果，并進一步得到推廣（李金銘，1996）。由于可控源大地電磁法探測深度較大，并且兼有剖面和測深雙重性質（何繼善，1990），因此具有諸多優點：第一，使用可控制的人工場源，測量參數為電場與磁場之比的卡尼亞電阻率,增強了抗干擾能力，并減少地形的影響（陳樂壽，1990）；第二，利用改變頻率而非改變幾何尺寸進行不同深度的電測深，提高了工作效率（楊長福和徐世浙，2005）；第三，探測深度范圍大（郭建強和武毅，1998）；第四，橫向分辨率高，可以靈敏地發現斷層（劉劍飛，2011）；第五，高阻屏蔽作用小，可以穿透高阻層（趙飛，2012）。激發極化法是以地下不同巖、礦石激電效應之差異為地球物理探測基礎，通過觀測和研究大地激電效應，以探查地下地質情況的一種方法（蒲舉等，2011）。激發極化法主要測量視電阻率和視極化率等參數。因此可控源與激電測深方法組合能更高效的圈定找礦靶區，能迅速確定薄脈型礦床找礦目標。

1 地質概況

1.1 區域地質特征

研究區大地構造位置屬于華北地塊南緣，主要由克拉通結晶基底和蓋層組成，克拉通結晶基底為太古宇太華群中深變質巖建造，克拉通蓋層巖系為中元古界熊耳群火山巖建造、中元古界官道口群碎屑巖-碳酸鹽巖沉積建造等。太古宇太華群具有多期次、深層次強烈變質變形的特點，蓋層巖系以淺層次的脆韌性-脆性變形為主，區域性構造以近東西向為主，疊加北東向構造，發育多期推覆構造和伸展構造（高帥等，2015）。巖漿活動主要集中于太古代、中元古代早期及中生代。

區域出露地層可分為上、中、下三個構造層。下構造層為新太古界太華群中深變質巖系，它構成了整個華熊地區的早前寒武紀結晶基底；中構造層為中元古界熊耳群，為中元古代早期噴發沉積的基性到酸性火山巖系，不整合覆蓋于太華群之上，其上又不整合或假整合地覆蓋了一套官道口群濱海相沉積物；上構造層為不整合堆積于太華群、熊耳群之上的新生界洪積-沖積相與河湖相碎屑沉積物。此外，在熊耳山東側的個別盆地中（如九店盆地）還零星產出有白堊紀火山碎屑沉積巖。它們記錄著秦嶺造山帶長期構造發展史中不同階段多種構造運動的性質和特征，包含著豐富的殼幔相互作用的信息（圖1）。

圖1 熊耳山-崤山研究區大地構造位置示意圖（據高帥等，2015）

1.2 研究區地質特征

研究區突出的地質特征是具有結晶基底和蓋層的雙層結構，構造變形基底具多期次、深層次強烈變質變形的特點，蓋層巖系變形相對簡單、變質輕微，以淺層次的脆韌性—脆性變形為主。區域性構造以近東西向為主，疊加北東向構造，發育多期推覆構造和伸展構造。區域巖漿侵入活動頻繁并伴有火山噴發作用，太古代、中元古代、中生代時期的巖漿巖廣泛發育（圖2）。

圖2 崤山地區礦產地質圖（據宋立強，2015）

2 研究區地球物理特征

2.1 工作方法及原理

可控源音頻大地電磁法（CSAMT）是在大地電磁法（MT）和音頻大地電磁法（AMT）的基礎上發展起來的人工源頻率域測深方法（湯井田和何繼善，2005）。CSAMT采用可控制人工場源（A.A.考夫曼和凱勒，1987）。測量由電偶極源傳送到地下的電磁場分量，兩個電極電源的距離為1～2 km。測量是在距離場源5～10 km 以外的范圍進行。它通過沿一定方向（設為X方向）布置的供電電極AB向地下供入某一頻率f的諧變電流I=I0e-iωt（角頻率ω=2πf），在一側60度張角的扇形區域內，沿X方向布置測線，沿測線逐點觀測相應頻率的電場分量Ex和與之正交的磁場分量Hy，進而計算卡尼亞視電阻率aρ和阻抗相位（李金銘，1996）（王玉林和顧廣宇，2013）。

卡尼亞視電阻率aρ和阻抗相位Фz計算公式如下:

（1）～（2）式中，Фz、ФEx、ФHy分別為Z阻抗相位、Ex和Hy的阻抗相位。μ是大地的磁導率，通常取真空中的磁導率μ0=4π×10-7H/m。實際應用中μ就按真空中的磁導率計算。在音頻段（n×10-1～n×103Hz）逐次改變供電電流和測量頻率，便可測出卡尼亞視電阻率和阻抗相位隨頻率的變化，從而得到卡尼亞視電阻率、阻抗相位隨頻率的變化曲線，完成頻率測深的目的（何繼善，1990）。

對CSAMT數據近場改正后，采用MT的二維反演理論對剖面進行反演（張國鴻和李仁和，2010），二維反演是假定大地電性結構為二維的，即地下介質的電性在垂直于勘探剖面的方向上不變，而沿剖面方向和隨深度發生變化的一種反演方法（鄧申申和趙振國，2011）。與一維反演相比，二維反演的假設更接近于真實的地電情況，在對二條長剖面的解釋中采用的是二維反演方法（魏明君等，2011）。二維反演采用的是連續介質反演方法，其不受任何先驗認識的約束下，將剖面進行薄層單元分塊劃分，而后進行電性擬合，求得各單元的電阻率，在斷面上呈現出電性分布的圖象，以此進行地質認識與解釋。

為適應反演方法的要求，在縱向上對模型進行離散化，每個薄層用一個連續函數來描述其橫向電阻率變化（王建新等，2014），因此，二維連續模型就可以用一組連續函數集來描述。二維連續介質反演就是通過最佳擬合一條剖面上的大地電磁響應函數（視電阻率、阻抗相位）求各個薄層的電阻率連續函數的具體形式（孫治新等，2017）。

2.2 礦區典型標本電性參數

秦嶺造山帶是在漫長的構造作用及地質演化過程中，物性（如磁性、密度等）相同或不同的巖層發生拉張、擠壓、剪切而形成，因而具有獨特的地球物理場特征，根據地球物理場的分析解譯，可提供深層的地層、構造、巖漿巖等地質信息。

通過在崤山地區進行大量的電法工作，并進行了大量的電性參數測試，統計數據略有差異，其中有代表性的電性參數見表1。從表1可以看出礦石和巖石間存在明顯的極化率差異，可作為找礦標志；而礦石和圍巖電阻率差異不太明顯，但其賦存位置（斷層、侵入構造）會表現出電阻率差異，可作為找礦參考。

表1 崤山金礦區標本電參數一覽表

綜上所述，該區金銀多金屬礦表現出高極化率異常和電阻率異常，圍巖與礦化體之間存在明顯的電阻率差異，據此，可選用可控源音頻大地電磁法與激電測深組合方法綜合對比研究，尋找最有利的含礦構造及賦存部位。

3 物探成果綜合解釋

3.1 已知剖面試驗情況

本次在寺家溝-寬坪礦區已知礦體上布設可控源大地電磁測深剖面1條（2600線），從2600線電阻率反演剖面結果（圖3a）顯示，在圖中兩條三點虛線中間區域畫出的構造破碎帶位置與地質剖面一致，圖中中間構造破碎帶下部區域位置推測的脈狀含礦層，與鉆孔揭露的礦脈相吻合。因此，推測含礦有利部位位于構造破碎帶中，并且是陡傾狀薄脈型礦體。通過在已知剖面的試驗工作，發現成礦有利部位在物探剖面上的表現形式，再根據物探剖面上類似構造破碎帶位置，結合地質情況，推測礦脈的傾向。

3.2 未知剖面礦體預測情況

2800線剖面布設在化探異常中心位置，從2800線剖面電阻率反演結果（圖3b）顯示，剖面1300～1700 m范圍內有一寬低阻異常，結合已知剖面的反演結合推測，該低阻異常為構造破碎帶，為成礦有利部位，再結合地質資料分析，推測圖中中間虛線為礦脈的位置，虛線上部實線位置推測為脈狀含礦層，后施工鉆孔進行工程驗證，鉆孔見礦位置位于低阻體構造破碎帶中心位置，電阻率小于100 Ω·m，見多層品位較富的金礦脈，如圖中虛線上部實線位置為金礦層位，與推測見礦位置相吻合。通過未知剖面實驗工作和已知剖面對比研究，發現金礦最有利部位集中在化探異常部位上部，并且在電阻率剖面上顯示為構造破碎帶位置，研究地質資料發現，低阻破碎帶位置為構造活動產生的容礦空間，在后期熱液作用下形成礦化。

圖3 寺家溝-寬坪礦區2600線（a）及 2800線（b）電阻率反演剖面圖

從2800線剖面電阻率反演結果顯示，圖中兩條低阻點狀虛線中間位置推測為構造破碎帶，推測圖中線狀虛線所指位置為構造蝕變帶位置，與已知剖面類似，在剖面構造蝕變帶位置布設鉆孔驗證，在深度500～700 m深度范圍內見多層金礦。進一步驗證了低阻破碎帶圈定找礦靶區，再結合激電測深極化率數據進一步判斷低阻破碎帶是否礦化，最終確定薄脈型礦床成礦有利部位，再根據電阻率剖面類似電阻率且有極化率異常部位確定為找礦有利部位。

通過已知鉆孔上2600線和未知剖面2800線電阻率反演剖面發現，首先在化探異常中心部位布設可控源大地電磁剖面，根據電阻率反演剖面結果，推測低阻構造破碎帶，再結合地質資料確定是否為與礦有關的低阻構造破碎帶，是否有成礦有利的物質來源及熱液活動空間，再在構造破碎帶位置上部布設激電測深點，確定構造破碎帶位置是否有高極化體存在，并進一步推測極化體的埋深，產狀，傾向等地質信息，為鉆孔布設提供物探依據。結合地質資料在構造破碎帶位置圈定出構造蝕變帶位置，最后根據推測極化體地質信息在構造蝕變帶上部布設鉆孔，通過構造蝕變帶圈定很好的見礦靶區。根據以上總結的規律在未知區域開展深部薄脈型礦床勘探具有很好的經濟效果。

3.3 綜合解釋與成礦預測

根據前期各剖面可控源及激電測深成果分析，成礦有利部位主要集中在低阻高極化區域，深度在標高900～700 m范圍內，所以本研究選取標高800 m做水平切片圖，根據800 m標高電阻率平面圖顯示（圖4），低阻區域如圖中點狀虛線圈定位置，圖中低阻區域推測為構造破碎帶，從圖中看出破碎帶往東逐漸減小，圖中線狀虛線推測為構造蝕變帶位置，根據電阻率平面圖推測，圖中構造蝕變帶位置為成礦有利部位。后期經過鉆孔驗證，見礦效果明顯。從已知到未知，已知指導未知，并進一步指導下一步找礦工作；另一方面通過在已知礦上的試驗工作驗證物探方法組合的有效性（雷達等，2004），尋找到一套適合于薄脈型多金屬礦的找礦物探組合方法。

圖4 寺家溝-寬坪礦區800 m標高電阻率等值線平面圖

4 結論

通過在崤山地區已知和未知礦脈剖面開展試驗工作表明，可控源大地電磁勘查技術方法和激電測深物探技術方法具有很好的找礦前景，借助該物探方法組合在崤山地區開展大面積物探找礦工作，對老礦區申家窯-葫蘆峪深部金礦和河南省寺家溝-胡溝金礦詳查取得了重要找礦突破。經初步估算，寺家溝-胡溝金礦詳查項目共查明（332）+（333）金金屬量8.2 t，銀金屬量295.99 t，鉛鋅金屬量5.53萬噸；申家窯-葫蘆峪葫蘆峪深部金礦普查項目共求得（333）+（334）？金金屬量8 t，銀金屬量300 t，鉛鋅金屬量4萬噸。根據本礦區物探方法找礦實例總結出以下規律供參考借鑒：

（1）存在電阻率異常（高阻或低阻），表明該區存在構造帶，且該構造帶有地質依據。

（2）構造帶上存在極化率異常，由于礦脈窄薄，極化率異常可能較弱。

（3）根據本次物探綜合研究工作分析，利用激電測深和可控源聯合勘查尋找構造型礦床是十分有效的方法組合。

（4）本次物探資料解釋遵循了從已知到未知，從淺層到深層多次解釋，激電測深和可控源綜合解釋的原則，對以后類似工區開展物探工作具有很好的指導價值。

（5）本文采用二維連續介質反演方法，與一維反演相比，二維介質反演假設大地電性結構為二維的，這樣假設更符合真實的地電情況，使解釋與真實情況吻合更加密切。

（6）利用電阻率連續介質二維反演，得到斷面地下電阻率分布特征，并以此為根據，結合本區地層的電性特征，進行了地質解釋，獲得了各地層的埋深、展布等地下分布情況。

（7）物探成果要充分結合地質及資料分析，才能發揮物探對地質找礦的服務作用，真正為地質找礦提供指導意義。

（8）綜合多種物探方法比較分析，再結合地質資料，揚長避短，發揮各種物探方法的優勢，可以更好的為地質鉆探服務。