天然場音頻電磁法在蒙古國朝格陶勒蓋銅鉛鋅多金屬礦勘查中的應用研究

楊曉弘，徐質彬，張利軍，陳海龍，楊海燕

(湖南省有色地質勘查研究院，湖南 長沙 410015)

0 引言

音頻大地電磁測深法(AMT)以其高效和輕便的特點在地球物理勘探中一經出現就獲得廣泛的應用[1]，近年來，AMT法越來越廣泛地應用于中、深部礦床定位及構造探測中，并取得了很多有用成果[2-7]。在內蒙古鉬礦區、云南省寧蒗縣多金屬礦等著名成礦區和礦床中、深部礦體的發現，表明音頻大地電磁法在尋找深部有色金屬礦等方面具有巨大的潛力[8]。此外，該方法也容易受到人文電磁信號的干擾，采集數據受傳統方法的制約，數據密度較稀，給中深部的異常解譯帶來不便。

朝格陶勒蓋銅鉛鋅多金屬礦位于蒙古國蘇赫巴托省西烏爾特市西10 km的一個河谷中，大地構造位置屬于阿爾泰—北蒙古成礦省，南克魯倫銅多金屬成礦帶的阿雷魯爾斯克成礦帶的西南部[1]。工作區地表多處發現矽卡巖化蝕變帶，成礦條件良好，地理條件優越，地廣人稀，人文電磁干擾小，適合開展物探工作。本文以朝格陶勒蓋銅鉛鋅多金屬礦為研究對象，采用AMT法對礦區內巖性接觸帶及地下構造進行探測，運用最新的數據處理軟件對采集數據進行分析，研究并推測礦區中、深部礦體的空間展布特征[9-11]，能夠大幅增加斷面數據密度，提高數據解譯的精度。研究成果不僅有利于該種方法的應用研究，也為其他礦區的找礦研究工作提供支撐與借鑒作用。

1 區域及礦區地質背景

1.1 區域地質背景

區域出露的地層主要為前泥盆紀變質巖(褶皺基底)和泥盆系火山-沉積巖夾碳酸鹽巖及早白堊世的陸相沉積巖組成雙蓋層，白堊紀巖石類型有含煤頁巖、砂巖、礫巖和粉砂巖。構造主要為NE向構造控制了早白堊世地層的分布，勘查區南部近EW向構造則控制了白堊紀盆地南緣隆起帶及區域巖漿巖的產出和分布。區內巖漿巖活動強烈，分布有大面積的海西期花崗巖類及部分印支期酸性巖脈。

1.2 礦區地質特征

1.2.1 地層

礦區內出露的地層主要為下泥盆統(D1vm)和第四系(Q)，圖1為朝格陶勒蓋銅鉛鋅多金屬礦區地質圖。

圖1 朝格陶勒蓋銅鉛鋅多金屬礦區地質圖Fig.1 Geological map of Cu-Pb-Zn polymetallic mining area in Chao-ge Tolgoi1—第四系砂礫石 2—中泥盆統變質砂巖、板巖 3—下泥盆統角巖 4—下泥盆統大理巖 5—華力西晚期花崗巖 6—花崗閃長巖 7—流紋巖 8—矽卡巖 9—地質界線 10—勘探線及編號

下泥盆統(D1vm)：分布于礦區北部及中部。按巖性自上而下可分為三段：上段石英角巖(D1vmc)，中段大理巖(D1vmb)和下段絹云母板巖(D1vma)。

上段(D1vmc)：巖性為石英角巖，灰—灰綠色，變晶結構、角巖結構，塊狀構造。礦物成分主要為石英、堇青石，少量綠泥石及碳酸鹽。與下伏地層大理巖段呈整合接觸。

中段(D1vmb)：主要由矽卡巖(sk)和大理巖(D1vmb)組成。矽卡巖：位于礦區的中部，大理巖與花崗(閃長)巖接觸帶，走向北東，傾向北西，傾角較緩，寬0.7～7.5 m。深褐色，變晶結構，塊狀構造，礦物成分主要為石榴石、方解石、石英，次為磁鐵礦。大理巖：分布于礦區的中部及東南部，與花崗巖呈侵入接觸。呈灰白色—白色，粒狀變晶結構，塊狀構造，細裂紋發育。礦物成分主要為方解石，極少量鐵質物、石英。

下段(D1vma)：深灰—灰黑色，變余粉砂狀結構，塊狀構造。礦物成分主要為絹云母、石英，次為碳酸鹽礦物，少量鐵質物。

第四系殘坡積、沖積物，主要分布在溝谷等低洼地段，部分覆蓋了蝕變巖石及礦化體。覆蓋層厚度較薄。

1.2.2 構造

礦區內褶皺不發育，主要表現為走向北東、傾向北西的單斜構造。

1.2.3 巖漿巖

噴出巖：區內出露的噴出巖主要為流紋巖，呈灰—灰紫色，斑狀結構，斑晶為石英、斜長石、鉀長石。

1.2.4 圍巖蝕變

圍巖蝕變主要有矽卡巖化。由于花崗巖的侵入作用，使砂質巖石、黏土質巖石和凝灰巖變成斑點狀頁巖和角巖，而在花崗巖附近，石灰質巖石重結晶為大理巖或由雙交代作用形成矽卡巖。區內的矽卡巖主要是石榴石矽卡巖，含數量不等的磁鐵礦。

1.2.5 礦化特征

通過對朝格陶勒蓋探礦區地質調查、礦化點撿塊樣分析和露頭觀察，礦區出露有較大面積矽卡巖，鈣鐵石榴子石矽卡巖化強烈的地區，磁鐵礦化、黃鐵礦化較明顯，巖石硬度在空間上呈漸變特征，與矽卡巖化、硅化程度相關。花崗巖中均分布有大理巖巖層殘留體，其周圍接觸帶及其附近一般分布角巖、矽卡巖，并向花崗巖過渡。位于接觸帶附近的花崗巖地表具有明顯的磁鐵礦化、鉛鋅礦化現象，大理巖層中斷裂構造比較發育。地表撿塊樣分析顯示，接觸帶礦化較明顯。

2 物探方法原理與數據處理

2.1 物探方法原理

音頻大地電磁法(AMT)場源與大地電磁測深(MT)一樣是利用天然交變電磁場作為場源，觀測天然變化的電磁場的時間域序列信號，并通過換算將其轉變為頻率域數據，提取視電阻率曲線與相位曲線特征信息。通常需要通過反演計算，得到地層的電阻率及其他的電性信息，從而達到研究地下電性分布規律、探測地層巖性分布和地質結構等目的[7]。該方法的缺點是容易受人文電磁信號的干擾，在遇到強電磁信號干擾或者高壓電線時，天然場信號序列就會紊亂時效，在本礦區開展該方法具有先天優勢，基本沒有人文電磁信號干擾，可以取得較高質量的數據。其次，由于該技術方法設備適應性強，便于野外施工。

2.2 數據處理

本次使用儀器為EMI和Geometrics公司研制的EH4型連續電導率剖面儀，采用標量測量，點距20 m，天然場工作方式。目前廣泛使用的EH4數據處理軟件主要以儀器系統自帶的IMAGEM處理軟件為主，近年來隨著計算機技術的不斷進步和應用的成熟，先后開發出了適合快速資料處理的數據處理軟件。EH4 Data Processing Program 是嚴格依據大地電磁測深數據處理理論編制的軟件，具有通用性強，大幅提高數據頻點的密度等特點。EH4 Data Processing Program 數據處理基本流程見圖2，首先讀取時間序列文件，通過 Hilbert-huang transformation (HHT)分析信號，進行基線矯正，消除隨機噪聲，進行功率譜分析，最后重構阻抗文件。數據儲存格式方便用IMAGEM程序進行二維反演，經處理的數據頻點是原始Z文件頻點的5～6倍，有效提高測深斷面縱向分辨率和推斷解釋的可靠性。

圖2 EH4數據處理框架圖Fig.2 Data processing framework of EH4

3 物探異常解譯及工程驗證

3.1 巖礦石物性特征

研究區測定和收集了多種巖(礦)石的電性參數和磁性參數(物性測定參數見表1)。作為花崗巖侵入作用與石灰質巖石重結晶而成的大理巖或由雙交代作用形成矽卡巖，其電阻率值相對較高，其次，石英角巖也表現為高電阻率特征，巖漿巖則主要表現為中、高電阻率。其他砂巖、粉砂質板巖隨著壓力及含水性不同電阻率不穩定，但通常表現為低電阻率特征。區內矽卡巖主要為石榴石矽卡巖，含磁鐵礦故表現為中高電阻率、高極化率，強磁性等物性特征。

表1 測區巖礦石物性參數Table 1 Physical parameters of rocks and ores in the survey area

3.2 數據反演及異常解譯

根據朝格陶勒蓋銅鉛鋅多金屬礦區地質圖，區內巖漿活動劇烈，在與砂巖、角巖、大理巖接觸部位地表，發現有北東南西向的矽卡巖化、大理巖化蝕變帶，蝕變帶寬度在3.8～18.5 m，傾向北西，傾角較緩，深褐色，變晶結構，塊狀構造，礦物成分主要為石榴石、方解石、石英，次為磁鐵礦。垂直蝕變帶走向，在該區布設一條長度1200 m音頻大地電磁測深剖面，點距為20 m，點號從北向南，由西向東由小增大。對采集數據用EH4 Data Processing Programme 軟件處理，可以大幅度提高數據量，增加解譯的可靠性，圖3為3號勘探線音頻大地電磁測深(AMT)二維反演擬斷面圖。

圖3中電阻率呈測線兩端高，中間低的特征，中部低阻區域電阻率等值線呈垂向分布，推測為斷裂破碎帶的反映。測線起始段地下高阻區域電阻率值與砂巖、角巖相近，測線穿過區域亦吻合，推測地下高阻為角巖的反映。斷面圖中右側高阻區域分上下兩塊，上部高阻區域推測為大理巖等，下部高阻區推測為上侵巖漿巖，上下高阻交接部位有中、低電阻率區域，推測為蝕變帶分布區域。推測是較好的成礦部位。

圖3 L3線音頻大地電磁測深(AMT)二維反演擬斷面圖Fig. 2-D inversion pseudo-section map of Audio Magnetotelluric Sounding (AMT) of L3 line

3.3 工程驗證及討論

為了對AMT反演數據成果進行分析與驗證，分別在3號實驗剖面布置了鉆探工程，鉆孔編號分別為ZK3-4、ZK3-5、ZK3-6、ZK3-8和ZK3-10，對推測的構造與成礦部位進行驗證。

鉆探結果表明，共有3個孔見礦，礦體位于下泥盆統大理巖與花崗巖接觸帶上，呈透鏡狀或似層狀產出，埋藏深度為134～315 m，見礦高程828～1025 m。走向北東，沿走向控制長300 m，傾向北西，傾角10°～38°(3號線鉆孔地質剖面圖見圖4)。在圖中點位200 m (ZK3-10)位置由鉆孔揭露的砂巖、板巖與角巖分布的情況可知，該位置存在一條產狀較陡的斷裂構造。此外，本區攜帶含礦物質成分的巖漿巖在與大理巖之間的交代作用下形成矽卡巖是本區的主要容礦物質。

圖4 朝格陶勒蓋銅鉛鋅多金屬礦區L3線地質剖面圖Fig.4 Geological section map of L3 line in Cu-Pb-Zn polymetallic mining area of Chao-ge Tolgoi1—第四系坡積物 2—中泥盆統變質砂巖、板巖 3—下泥盆統石英角巖 4—下泥盆統大理巖 5—變質砂巖 6—石英角巖 7—大理巖 8—華力西晚期花崗巖 9—花崗閃長巖 10—矽卡巖 11—破碎帶 12—鉆孔位置 13—見礦孔及編號 14—未見礦孔及編號 15—樣槽及編號 16—鉛鋅礦體

根據鉆孔工程可知，見礦厚度在0.75～3.45 m，平均厚度為2.06 m，礦體厚度變化系數為53%。礦體單樣品位Pb 0.01%～6.51%、Zn 6.13%～28.49%、Ag 14.7×10-6～91.9×10-6；平均品位Pb 1.12%、Zn 9.87%、Ag 39.6×10-6(3號勘探線樣品分析結果見表2)。

表2 朝格陶勒蓋銅鉛鋅多金屬礦區3號勘探線樣品分析結果Table 2 Analysis data of the samples in Chao-ge Tolgoi Cu-Pb-Zn polymetallic mining area

本區的找礦標志為接觸交代作用形成的矽卡巖，其為主要的容礦巖石，銅、鉛、鋅等的分布基本上與矽卡巖的分布一致。根據地層及蝕變分布特征，本區存在較好的找礦潛力。

4 結論

通過在朝格陶勒蓋銅鉛鋅多金屬礦區開展AMT測深工作，結合地質資料并運用最新的數據處理軟件，在探查中、深部地質體構造及劃分圍巖接觸帶位置等，具有良好的分辨能力和效果。通過鉆孔驗證表明，該方法在應用于成礦類型為巖漿熱液交代類型礦床時，能夠提供豐富數據信息，本次應用研究可為同類型礦山找礦工作提供借鑒與參考。

續表2