CSAMT法在湖南某金屬礦床的應用

王飛榮，付 波

（江西省煤田地質勘察研究院，江西 南昌 330001）

湖南省金井-九嶺地區位于欽杭成礦帶中，區內冷家溪群古老地層發育，經歷了各期構造變動、變質作用及多期內生成礦作用，地質構造復雜，巖漿巖活動頻繁，各類異常套合較好，具備良好的成礦地質條件和找礦前景，是湖南省十分重要的金、銅、鈷、鉛、鋅等多金屬成礦帶。

可控音頻大地電磁法（簡稱CSAMT）是通過有限長接地導線電流源向地下發送不同頻率的交變電流，在地面一定范圍內測量正交的電磁場分量，計算卡尼亞電阻率及阻抗相位，達到探測不同埋深地質目標體的一種頻率域電磁測深方法。 自80年代以來，方法理論和儀器得到了很大發展，應用領域擴展到煤田普查、石油勘探、天然氣、地熱、金屬礦產、水文、環境等各個方面。該方法與其它地球物理方法相比，具有工作效率高、勘探深度范圍大、垂向分辨能力好、水平方向分辨能力高、地形影響小、高阻層的屏蔽作用小等特點。因此，根據評價區實際情況，本次物探工作采用CSAMT法，作為探礦化帶的主要手段。

1 區域地質概況

金井-九嶺地區位于欽-杭結合帶中段的轉彎處，揚子準地臺（Ⅰ）江南地軸之湘東隆斷帶（Ⅱ）之瀏陽—衡東斷隆帶（Ⅳ）北東段，是湘東北金礦帶的重要組成部分。北東與江西九嶺隆起相連呈東西向，西與雪峰弧形構造帶相接，同屬江南地軸，有相近的發展歷史，自中元古代（武陵運動）以來，經歷了多次構造巖漿活動。

1.1 地層

區內出露有中元古界薊縣系、長城系，中生界白堊系及新生界第四系，其中中元古界地層分布最廣，占圖幅面積的五分之三左右，包括長城系與薊縣系，均由具復理式建造特征的淺海變質碎屑巖、變質粘土巖組成，分布在金井-九嶺組東西兩段，形成區內的構造窿起帶。中元古界地層是區域內金礦的主要賦礦巖石。次為中生界白堊系、新生界第四系；中生代紅層（白堊系）分布在工作區的中部，為長平盆地的一部分，包括戴家坪組和東塘組，為一套山麓相至湖泊相類磨拉石紅色砂巖、礫巖建造；白堊系地層與中元古界地層呈不整合接觸。其東側受長坪斷裂控制。

1.2 地質構造

工作區位于揚子準地臺南緣之江南地軸中部，地跨幕阜山穹斷、長沙-平江凹斷帶及瀏陽-衡東穹斷3個Ⅳ級構造單元，構造組合復雜。

圖1 區域礦產圖

1.3 巖漿巖

工作區內巖漿巖較發育，其中規模較大的有3個：連云山巖體、望湘巖體及金井巖體，均為侏羅世酸性侵入體。其中連云山巖體為早侏羅世侵入體，分布于連云山斷褶束內，其主巖體分布于思村-大巖南側，南部延伸出圖幅范圍，巖性為片麻狀中細粒斑狀黑云母二長花崗巖和細粒二云母二長花崗巖。

1.4 礦產特征

區內礦產資源豐富，目前已發現主要礦產有17種，包括金、銅、鈷、鉛、鋅、鉬、鎢、鈮、鉭、鈹及非金屬礦石膏、高嶺土等，共發現各種礦產地42處。其中大型礦床2處（大洞及萬古金礦），中型礦床處2處（金枚金礦、青山石膏礦），小型礦床6處（指泉嶺金礦、戴公嶺金礦、戴家洞銅鉬礦、橫洞鈷礦、樟樹托鈮鉭礦、蘆頭鉛鋅礦），礦點27處，礦化點5處(圖1)。以思村—塔洞斷裂帶（即長平斷裂帶）為界，圖區分為東西兩個成礦區，西部成礦區以金、鉛、鋅、銅、鉬為主，西部成礦區以金、鉛、鋅、銅、鎢、鈮、鉭、鈹為主，礦床成因類型主要有沉積型、中—高溫熱液型、中—低溫熱液型何偉晶巖型。其中金、銅、鈷、鉛、鋅為區內的優勢礦種，金的遠景資源量在100噸以上。

貴金屬礦產有巖金與砂金兩種類型。區內巖金其成因類型均屬低溫熱液型。

萬古、大洞金礦床：兩礦床均達到大型規模。礦區內出露主要地層均為中元古界薊縣系坪原組，斷裂構造主要有北西（西）向和北東向兩組，均具多期次活動特征，其中北西（西）向斷裂與金礦化關系密切。兩礦區內目前共發現礦脈30余條，主要礦脈有Ⅰ號、Ⅴ號、Ⅷ號及20號脈等，礦脈長350m～2900m，厚0.33m～15.5m，全區共圈出礦體56余個，均受北西（西）向斷裂破碎帶控制，走向北西（西），傾向北東，傾角中等。

1.5 地球物理特征

金雖然具有高導電性，但對電法勘探而言，當導電礦物連通時，它對巖、礦石的導電性才有明顯的影響；當導電礦物為球粒狀時，其含量占巖、礦石體積60%以上時，對巖、礦石的導電性才有明顯影響。由于金在巖、礦石中含量極低且呈星點狀分布，故對巖、礦石的導電性無任何影響。因此，在自然界中不具備用地球物理方法直接尋找金礦床的地球物理前提，即地球物理方法不能作為一種找金礦的直接手段，只能作為一種間接的找金礦手段，主要用來解決與金礦成礦有關的地質問題。因而此次物探工作，應采取間接手段，采用尋找金礦的的可行性前提，應是能夠通地CSAMT方法發現北西向或北西西向斷層破碎帶或者冷家溪群層間破碎帶，圈出破碎帶異常區域，再通過地質工作篩查異常區域是否為含金礦床。

1.5.1 礦化帶地球物理特征。

第一種情況：如果存在厚而完整的石英脈，電阻率值很高。石英電阻率值往往達到上萬至十幾萬Ω.m。厚而完整的石英脈與圍巖間具有極明顯的電性差異。可以較容易地圈定石英脈的范圍規模及走向。

第二種情況：當石英脈較小而破碎時，往往與圍巖間無明顯的電性電性差異，電阻率法不會取得好的效果。若這類石脈含有較多硫化物時，采用激電法將是有效的。

第三種情況：當小而破碎的石英脈賦存于斷裂破碎帶或層間破碎帶中時，盡管石英脈本身為高阻，但其總體反映為低阻異常。

1.5.2 冷家溪群坪原組電阻率特征。

冷家溪群坪原組巖層巖性主要分為三種：灰色絹云母板巖，偶夾含凝灰質石英砂巖。灰色厚層絹云母板巖與灰綠色塊狀含凝灰質板巖互層。深灰色薄層狀含凝灰質砂巖與薄層條帶狀粉砂質板巖交替出現。通過野外采集的坪原組板巖物性參數測定分析，坪原組各巖性段物性差異不是很明顯，電阻率值在500—1000Ω.m間，但坪原組巖層電阻率卻因為風化、變質、礦化、硅化、吸水性、破碎等因素呈現迵異的電阻率差異。因此，在做解釋工作時，更因偏重外因對層巖電阻率差異的影響。

1.5.3 白堊系與第四系電阻率特征。

測區內白堊系與第四系電阻率均較低，電阻率值在300Ω.m以下。

2 工作原理和方法

可控源音頻大地電磁法，最早是由加拿大多倫多大學的D.W.strangway教授和他的研究生于1971提出的。針對大地電磁法場源信號的隨機性和信號弱以致觀測十分困難這一狀況，提出了采用可以人工控制的場源的方法。自70年代中期，CSAMT得到實際應用。

可控源音頻大地電磁法（以下簡稱CSAMT法）是通過有限長接地導線電流源向地下發送不同頻率的交變電流，在地面一定范圍內測量正交的電磁場分量，計算卡尼亞電阻率［見公式（1）］及阻抗相位［見公式（2）］，達到探測不同埋深地質目標體的一種頻率域電磁測深方法。

用發電機通過電極A、B向地下供交變電流，在地下形成交變電磁場。電流的頻率可在一定范圍內按需要改變。在接地困難的情況下，可以用不接地的回線作垂直偶極子，發射電磁場。在距離AB相當遠的地方進行測量，所謂“相當遠”是指在這些地方，電磁場己經十分接近平面波。從而可以使用卡尼亞提出的計算視電阻率的公式。從高到低，逐個改變頻率，每個頻率得到一個卡尼亞電阻率，從而得到卡尼亞電阻率隨電阻率變化的曲線。隨著頻率降低，勘探深度加大，因而也得到了卡尼亞電阻率的測深曲線。下圖為標量CSAMT測量方式示意圖。

圖2 標量CSAMT測量方式示意圖

3 CSAMT法結果分析

本次CSAMT法共布設了5條線，其平面布置如圖5所示。以其中的3線和5線兩條線分析，從3線剖面圖（圖3）中發現兩條異常帶，命名為K4、K5。K4異常上端點不在3線剖面內，剖面圖上顯示其深部一段，該異常交3線起點于標高-250m處，傾角70度左右，傾向北東。5線剖面圖（圖4）發現異常帶兩個，命名為K8、K9異常帶。K8異常上端點位于5線距起點200m處，標高20m左右，傾向北東，傾角約70°。K9異常上端點位于5線距起點700m處，標高-100m左右，傾向北東，傾角70°左右。經推斷K4、K8為同一礦化帶，K5、K9也為同一礦化帶。兩條線上定位異常帶的原則都滿足以下四條原則：①低阻異常。②異常在傾向滿足傾向北東或北北向，傾角應與坪原組地層傾角相近。③測線間低阻異常能被所有或者多數測線探測到，測線與測線之間能夠相互驗證，測線間在位置上和深度上合理。④測線間同一異常在平面圖的連線延伸方向應滿足萬古構造控礦特征，即北西向或北西西向。通過以上四條原則，分析5條線的電阻率剖面圖，共發現了三條礦脈，其平面走向如圖5所示。

圖3 3線視電阻率剖面圖

圖4 5線視電阻率剖面圖

對于無法探測到的金礦化帶。分析認為測區內有兩種情況的金礦化帶被CSAMT法所忽略。當礦化帶為石英脈型且石英脈較小時或者破碎帶規規模較小時，無法被電阻率法探測到。還有一個情況是斷層在深部由于構造應力及上覆巖層的重力，導致古斷層擠壓致密，破碎帶內破碎帶巖石重結晶等情況，導致斷層不容易被探測到。對于深部異常體來說，只有當厚度埋深比大于異常體與圍巖電阻率比的平方根的0.2倍，異常體才能夠被分辯出來。如下圖（圖6）在有鉆孔驗證下的試驗剖面所示，在鉆孔驗證的深部礦脈在視電阻率剖面圖上很難分辨出來。

圖5 物探平面成果圖

圖6 試驗電阻率剖面圖和對應的地質剖面圖

4 結語

CSAMT方法作為電法勘探的一種，只能區分出有電阻率差異，而金雖然有高導電體，但其在巖、礦石中含量極低且呈星點狀分布對巖、礦石的導電性無任何影響，只能通過間接的方法尋找。本文通過CSAMT方法發現北西向或北西西向斷層破碎帶或者冷家溪群層間破碎帶，間接的先圈出破碎帶異常區域，再通過地質工作篩查異常區域是否為含金礦床。