綜合地球物理方法在某金屬礦找礦中的應(yīng)用

劉陳龍，王祖寬，羅華國(guó)

（1.中陜核工業(yè)集團(tuán)二一一大隊(duì)有限公司，陜西 西安 710000；2.商洛西北有色七一三總隊(duì)有限公司，陜西 商洛 726000）

研究區(qū)處于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)與華南褶皺系兩個(gè)I級(jí)構(gòu)造單元交匯位置上，區(qū)域上斷裂構(gòu)造比較發(fā)育，主要為北東向斷裂、東西向斷裂以及北西向展布的斷裂，這些斷裂將研究區(qū)形成一個(gè)三角形的夾塊，區(qū)內(nèi)成礦條件優(yōu)越，具有良好的金屬礦找礦前景。下文以該區(qū)某金礦找礦為例，基于前期整裝勘查研究的前提下，充分考慮研究區(qū)礦石物理特征，針對(duì)重點(diǎn)找礦區(qū)域設(shè)置一條地球物理勘探剖面，通過V8多功能電法勘探系統(tǒng)針對(duì)研究區(qū)金屬礦運(yùn)用音頻大地電磁法、可控源音頻大地電磁法以及時(shí)間域激電測(cè)深法等綜合物探方法開展研究和探索，分析以上方法在研究區(qū)找礦工作過程當(dāng)中，在深部地層以及隱伏構(gòu)造和礦化蝕變體方面的響應(yīng)特征，研究這些方法在區(qū)域上找礦工作當(dāng)中有效的探測(cè)深度，評(píng)價(jià)分析綜合探測(cè)成果[1]。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況與巖（礦）石物性特征

（1）地質(zhì)概況。茅口組（二疊系中統(tǒng)）是研究區(qū)的主要地層出露，同時(shí)還出露上統(tǒng)龍?zhí)督M以及永寧鎮(zhèn)組（三疊系下統(tǒng)）以及飛仙關(guān)組、關(guān)嶺組（三疊系中統(tǒng)）與第四系（圖1)，現(xiàn)由老至新簡(jiǎn)述如下：

圖1 研究區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖

茅口組主要由灰?guī)r所組成厚層狀，顏色為灰白色和灰色，超過100m的厚度。砂巖、粉砂巖以及黏土巖是龍?zhí)督M的主要組成，主要處于200～390m的厚度范圍；夾紫紅色泥巖的薄層泥質(zhì)粉砂巖是飛仙關(guān)組主要巖性特征達(dá)到五十多米的厚度。灰?guī)r、白云巖以及泥質(zhì)灰?guī)r不同厚度互層共同組成永寧鎮(zhèn)組地層，因?yàn)?35m的厚度，砂質(zhì)泥巖以及泥巖白云巖是關(guān)嶺組的主要巖性特征，達(dá)到500m的厚度。

二龍搶寶背斜是研究區(qū)的重要褶皺構(gòu)造，在該區(qū)當(dāng)中起著控礦與容礦作用，展布方向?yàn)楸睎|東向，石門坎是其西端具有傾覆特點(diǎn)，斷層對(duì)其東端進(jìn)行切割，破壞在大壩北側(cè)區(qū)域上停止，有約5km的延伸[2]。茅口組是核部最古老的地層。龍?zhí)督M和茅口組出露于北西側(cè)翼部，具有比較陡峭的地層傾角，主要處于25°～45°范圍，倒轉(zhuǎn)出現(xiàn)在局部，永寧鎮(zhèn)主以及龍?zhí)督M和關(guān)嶺組出露于南東側(cè)的翼部，約為5°～28°的傾角，次級(jí)褶皺構(gòu)造與之相互伴生。

斷裂構(gòu)造在研究區(qū)當(dāng)中非常發(fā)育，主要包括F1、F2、F3、F4等斷裂構(gòu)造，大致呈現(xiàn)平行的展布特點(diǎn)，和地層金礦化帶呈現(xiàn)一致走向，并相同于背斜走向，該區(qū)有約1km～10km的延伸長(zhǎng)度。F1斷層性質(zhì)為逆沖斷層，在二龍搶寶北側(cè)區(qū)域上將礦區(qū)橫跨，該區(qū)達(dá)到5.5km的延伸，在走向上主要表現(xiàn)為北東向的特點(diǎn)，約為38°～42°的傾角，F(xiàn)2斷層特點(diǎn)屬于正斷層，在研究區(qū)的中部區(qū)域上分布，約有3.5km的延伸，呈現(xiàn)北東東向展布，向南南東向傾斜角度為68°～70°；F3屬于正斷層，在該區(qū)當(dāng)中有約9.1km的長(zhǎng)度，呈現(xiàn)北東東向展布，平行F2斷層，向南南東方向傾斜角度為70°～75°，F(xiàn)4斷裂屬于逆斷層，該區(qū)達(dá)到4.70km的延伸，呈現(xiàn)北東東向展布，向南南東向傾斜角度為70°～85°，逆沖斷層為高角度特點(diǎn)，達(dá)到40m～100m的斷層特征。

（2）巖(礦）石物性特征。運(yùn)用標(biāo)本測(cè)量法選擇鉆孔巖芯對(duì)150個(gè)炎性點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，主要涉及粉砂巖，灰?guī)r以及白云巖還有礦化蝕變體以及粘土巖，等各種巖礦石具有的極化率與電阻率物性特點(diǎn)，其中具有較低電阻率值的為黏土巖，主要處于600n·m平均值水平，電阻率值較高的主要為灰?guī)r，達(dá)到2357·m平均值水平，相較于灰?guī)r白云巖電阻率相對(duì)次之，約為1732n·m的平均值，粉砂巖達(dá)到1263n·m的電阻率。在電阻率方面蝕變體相較于粉砂巖相對(duì)較少，達(dá)到1135·m平均值。礦化蝕變體和圍巖在電阻率與極化率方面都有相應(yīng)的差異性存在，特別是極化率存在非常明顯的差異性，主要表現(xiàn)為低阻-高極化的電信特征，為電法勘探提供了重要前提。

2 綜合物探測(cè)試方法

此次研究過程當(dāng)中主要運(yùn)用AMT（音頻大地電磁法）與CSAMT（可控原音頻大地電磁法）和TDIP（時(shí)間域激電測(cè)深法）開展探測(cè)工作，研究分析以上方法在探測(cè)地層深部構(gòu)造，地質(zhì)體具體位置，規(guī)模、產(chǎn)狀等相應(yīng)關(guān)系，探討分析在礦區(qū)找礦工作當(dāng)中這些方法是否適用。

（1）音頻大地電磁法。AMT方法其應(yīng)用過程當(dāng)中的重要原理，其場(chǎng)源主要是以天然大地電磁場(chǎng)，對(duì)兩個(gè)彼此垂直方向上若干頻率電場(chǎng)水平Ex、Ey進(jìn)行相應(yīng)的觀測(cè)，同時(shí)對(duì)磁場(chǎng)Hx、Hy等水平分量進(jìn)行觀測(cè)，之后運(yùn)用彼此垂直的電場(chǎng)振幅以及磁場(chǎng)振幅對(duì)ρs抗電阻率進(jìn)行計(jì)算，位于電場(chǎng)Ep相位與Hp磁場(chǎng)進(jìn)行觀測(cè)，然后對(duì)φ阻抗相位進(jìn)行相應(yīng)計(jì)算，通過聯(lián)合阻抗相位與阻抗電阻率對(duì)電阻率參數(shù)反演計(jì)算，并通過電阻率的反演推斷解釋地質(zhì)情況。

（2）可控源音頻大地電磁法。CSAMT方法是在大地電磁法以及音頻大地電磁法前提下發(fā)展起來的一種重要勘探手段，電磁場(chǎng)傳播與空間分布均對(duì)Maxwell（麥克斯韋）方程組認(rèn)真遵循，所以這一方法是基于Max well方程組為理論基礎(chǔ)的重要探測(cè)手段，對(duì)地下巖石具有的電阻率以及地面電磁場(chǎng)彼此存在的關(guān)系進(jìn)行研究，是開展大地電磁測(cè)深研究的重要基礎(chǔ)，此次研究過程當(dāng)中共對(duì)CSAMT一條剖面進(jìn)行布設(shè)，重合AMT剖面后半段，達(dá)到2.25km剖面長(zhǎng)度，約為50m的點(diǎn)距，測(cè)點(diǎn)達(dá)到46個(gè)。

（3）時(shí)間域激電測(cè)深法。礦化帶以及浸染狀的硫化礦和致密塊狀金屬礦其中存在大量的金屬礦物顆粒，由于外加電場(chǎng)激勵(lì)作用因素影響下，會(huì)導(dǎo)致被極化，并有二次場(chǎng)行程在周圍空間上，通過觀測(cè)二次場(chǎng)，來有效圈定礦化帶和金屬硫化物礦化帶，這種方法就是激發(fā)極化法，通過對(duì)收發(fā)距進(jìn)行改變可達(dá)到深度探測(cè)的目的，這是TDIP最為重要的工作原理，利用該方法能夠?qū)r石視充電率與視電阻率信息全面的提供出來，在測(cè)量激電過程當(dāng)中，對(duì)地下礦化巖石以及礦石充電率有著非常大的影響。此次研究過程當(dāng)中共對(duì)1條TDIP剖面進(jìn)行布設(shè)，并重合CSAMT剖面，主要運(yùn)用的裝置為D-D(偶極-偶極）裝置，50m的接收電極，以150m移動(dòng)為供電電極。

3 應(yīng)用效果分析

（1）分析已知礦體響應(yīng)結(jié)果。通過研究了解到，利用三種地球物理方法在地表不整合面礦化帶上勘查工作當(dāng)中，主要表現(xiàn)為高阻異常特性，特別是CSAMT與TDIP這兩種人工場(chǎng)源剖面十分的清楚，視電阻率在F1斷層彈框帶部位，異常表現(xiàn)為低值，這種現(xiàn)象是由于斷層含水和較為破碎所導(dǎo)致。

（2）探測(cè)深度分析。TDIP有著更為密集的數(shù)據(jù)點(diǎn)，能夠更加具體的進(jìn)行反應(yīng)，然而在探測(cè)深度上卻比較有限，所以為了控制深度，主要對(duì)電極收發(fā)距進(jìn)行調(diào)整來實(shí)現(xiàn)，AMT與CSAMT方法主要通過控制探測(cè)頻率來達(dá)到這一目標(biāo)。

由于CSAMT應(yīng)用過程當(dāng)中是人工場(chǎng)源，無法保證AMT假設(shè)，所以在卡尼亞電阻率計(jì)算公式要求下，對(duì)于視電阻率的計(jì)算，對(duì)于低頻段進(jìn)場(chǎng)效應(yīng)較為嚴(yán)重，即卡尼亞視電阻率在低頻段近場(chǎng)區(qū)畸變非常的明顯，所以應(yīng)當(dāng)避免近場(chǎng)區(qū)數(shù)據(jù)。卡尼亞視電阻率曲線在近場(chǎng)區(qū)表現(xiàn)為45°上升的雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)。

CSAMT應(yīng)用過程當(dāng)中，由于存在近場(chǎng)區(qū)，相比較AMT方法其探測(cè)深度十分有限，運(yùn)用AMT方法能夠達(dá)到兩千米的探測(cè)深度。CSAMT探測(cè)深度在1km左右。

（3）剖面探測(cè)效果綜合分析。在地下構(gòu)造分布以及不整合地層界面反應(yīng)方面。AMT、CSAMT方法均較為清晰，通過反應(yīng)的F3斷裂構(gòu)造情況來看，相較于AMT法，CSAMT方法更為明顯，研究認(rèn)為是由于F7斷裂異常所導(dǎo)致。F7異常沒有出現(xiàn)在AMT剖面圖上，研究認(rèn)為這是由于過大的點(diǎn)距所造成。

4 結(jié)論

通過此次研究取得的成果主要如下：①AMT能夠準(zhǔn)確的反映構(gòu)造地層，達(dá)到兩千米的探測(cè)深度，是該區(qū)適宜的物探找礦方法。②TDIP方法能夠較好的反映礦體激電效應(yīng)，圍巖和礦體有著較為明顯的充電率差異。比較適用于大地電磁測(cè)深研究前提下，針對(duì)600m埋深范圍的物探異常區(qū)開展相應(yīng)的研究。③研究區(qū)當(dāng)中通過三種物探方法的應(yīng)用，對(duì)地層構(gòu)造以及礦化異常間接找礦模式有效體現(xiàn)。經(jīng)有效結(jié)合，激電測(cè)深法于大地電磁法，能夠進(jìn)行多約束、多參數(shù)反演，控制和減少物探方法單一應(yīng)用帶來的多解性，有利于找礦靶區(qū)的圈定。④研究區(qū)通過聯(lián)合應(yīng)用多種地球物理方法，對(duì)研究區(qū)的隱伏構(gòu)造詳細(xì)查明，并對(duì)礦質(zhì)異常重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行圈定，這是常規(guī)地質(zhì)手段很難達(dá)到的，有效解決了常規(guī)手段無法解決的問題。