長城金礦電阻率異常特征及其找礦意義

王久良，楊超，許曼，楊愛雪，劉德武，趙靖雯，高超

(1.河北省地質礦產勘查開發局第五地質大隊， 河北 唐山 063000； 2.河北省海洋地質環境調查中心， 河北 唐山 063000)

0 引言

長城金礦位于冀東冷口斷裂帶東北端，中心地理坐標為東經118°50′06″，北緯40°09′19″，是冀東地區產于碳酸巖地層的代表性金礦床(孫愛群等，2002)。該區域巖石圈斷裂、煌斑巖等幔源巖漿巖發育，很可能存在Au富集的上地幔源區，與膠東西部金礦集區成礦背景相似，顯示出巨大的找礦潛力(張俊怡，2018)。自1987年發現以來，該礦床歷經多次勘查，探明金屬量約12 t，平均品位5.71×10-6，但目前探明礦體基本賦存在-300 m標高以上(河北省地質礦產局第五地質大隊，2018①)；近些年隨著勘探程度的增加，礦體連續性及品位均較差，勘查效果不理想，一味地投入鉆探驗證，勘查風險以及勘查成本均較大，因而對長城金礦-300 m標高以下部位進行預測以及精準定位，已成為亟需解決的問題(畢炳坤等，2019)。本文通過總結分析長城金礦控礦因素，利用可控源音頻大地電磁測深(CSAMT)方法查明了礦區電阻率異常特征，發現礦區礦化蝕變帶與圍巖電阻率差異明顯，根據綜合研究建立了該礦床找礦模型，在-500～-600 m標高間預測了第二礦化富集帶，為深部勘查提供了重要依據。

1 成礦地質背景

長城金礦位于冷口斷裂帶北東端，該斷裂帶是冀東地區重要的多金屬成礦帶之一，大地構造位置屬華北克拉通北緣，地處華北板塊與西伯利亞板塊之間，馬蘭峪復背斜與山海關隆起銜接部位，呈NW向分布于遷安冷口—青龍清河沿一帶(李紀良，1991)。該斷裂帶北東側地層主要為太古宙結晶基底及中元古界沉積巖蓋層，南西側主要為太古宙深變質巖；另有一些燕山期中酸性巖體沿該斷裂帶北側侵入。區域上金礦床大多賦存于冷口斷裂帶北東側的沉積巖地層中，其中NW向構造是主控礦構造，NE與NW向斷層交匯處往往形成具有工業意義的礦體，斷裂帶沿線主要有長城金礦、小井峪金礦、清河沿金礦等多處金礦床(董建樂，2002)。

2 礦區地質特征

圖1 長城金礦構造位置圖(a)及地質簡圖(b)(據王久良等，2021修改)1—第四系；2—侏羅系后城組；3—薊縣系楊莊組；4—長城系高于莊組三至四段；5—構造碎裂巖；6—煌斑巖；7—逆斷層及編號；8—正斷層及編號；9—推測斷層及編號；10—地層產狀；11—礦體位置及編號；12—村莊；13—研究區

長城金礦區出露地層為長城系高于莊組，薊縣系楊莊組、霧迷山組和侏羅系后城組地層以及新生界第四系(圖1)。礦區內受冷口斷裂帶影響，構造發育，主要為NW、NE向斷裂。同時，區內存在一背斜褶皺，軸向NE，翼部及軸部被斷裂構造錯動，而金礦脈就賦存于上述構造交匯處。肖營子巖體位于礦區北東側3 km處，而礦區未見巖漿巖出露(樊秉鴻等，1998)。

礦區共發現40余條金礦體，礦床規模已達中型，礦區內大部分礦帶受斷裂或蝕變巖帶控制，呈似層狀、透鏡狀和脈狀在礦化帶中展布，其中以Ⅰ礦帶Ⅰ-9號礦體規模最大，礦體長度360 m，平均厚度3.02 m，平均品位3.33×10-6，走向110°～140°，傾向SW，傾角55°～72°。目前所探明的礦體基本賦存于-300 m標高以上，巖石類型主要為自碎角礫巖、蝕變巖以及鐵白云石化白云巖。淺部礦體圍巖蝕變硅化、絹云母化、泥化、碳酸鹽化及鐵白云石化均有發育，其中以鐵白云石化范圍相對較廣，主要沿隱爆角礫巖的多組裂隙呈迷霧狀、網脈狀分布。深部蝕變以鐵白云石化、硅化最為發育，其次是絹云母化、泥化、碳酸鹽化。鐵白云石化較強處常伴隨較強硅化；礦石為灰黑色致密塊狀蝕變白云巖時，金含量往往最高，品位可達20×10-6以上，褐鐵礦化、硅化、鐵白云石化為區內的找礦標志(王可南，1988)。

3 巖石電性特征

本次工作從平硐及鉆孔巖芯中采取標本，巖性較為單一，圍巖為白云巖，礦體和蝕變帶巖性有角礫巖、硅質白云巖、鐵白云石化白云巖，對所采集的物性標本測量了電阻率和極化率(表1)。可見：楊莊組純白云巖為相對較高的電阻率以及極化率；不純白云巖(硅質白云巖、鐵白云石化白云巖)、角礫巖都擁有較低的電阻率以及極化率。綜合已知礦體產出位置及礦石類型認為，礦區礦體電性特征表現為中低電阻率，而極化率與圍巖差別不大。綜上所述，本區內礦體和礦體蝕變帶電阻率明顯低于圍巖，從物性上來說CSAMT勘查具備物理前提(魏文博等，2006)。

4 CSAMT工作

4.1 CSAMT原理

CSAMT是一種電磁勘探方法，相對于MT、AMT等無源電磁勘探方法，CSAMT采用人工發射源具有信噪比高、抗干擾能力強的優點(柳建新等，2008)。在非均勻介質條件下，代表一定范圍地質體的綜合反映的電阻率以視電阻率的形式來反映(王建新等，2014)。視電阻率的計算方法有多種類型，本次采用常用的卡尼亞電阻率(ρω)，計算公式為(任宏等，2017；王振亮等，2019；劉誠，2020)：

(1)

式(1)中，ω為角頻率；μ為磁導率；Ex、Hy為正交的電場和磁場。由于介質對電磁波有吸收作用，電場衰減到入射時1/e電磁波所傳播的距離稱為趨膚深度δ：

(2)

式(2)中，ρ為介質電阻率，f為電磁波頻率。根據經驗，探測深度D與工作頻率和大地電阻率有如下關系：

(3)

通過上述推導可知，電磁波頻率越大，探測深度越淺，CSAMT就是利用改變電磁波這一原理達到測深目的。

4.2 CSAMT工作方法

本次可控源音頻大地電磁測深(CSAMT)工作主要布置在礦體南西側，測線共9條，方向為0°和90°共2個方向，0°方向為西側和東側1300線—1900線，90°方向為南側和北側8180線～8780線(圖2)。本次可控源音頻大地電磁測深(CSAMT)法野外工作技術參數為：供電電極距(AB)=1200 m，接收電極距(MN)=40 m，可測扇區的夾角(θ)≤30°，工作頻率范圍f=9600～48 Hz，收發距(r)≥6500 m，點距40 m。每日采集數據傳輸至電腦，對照野外記錄確認無誤后，利用V8配套的SSMT2000軟件，經過傅里葉轉換實現時間域轉換為頻率域、相位轉換、剔除跳點，利用MT2D soft軟件對數據進行平滑、靜態校正、空間濾波處理，選擇合適的層間隔進行Bostick反演得到電阻率數據(劉巖波等，2015)。加上測地高程成果，利用sufer軟件繪制單剖面圖，再由已知地質情況與剖面成果對照，反復修正不合理處，最終獲得CSAMT工作成果(孫燕等，2010)。

表1 巖礦石物性特征統計表

圖2 研究區工程布置圖1—人工堆積；2—第四系；3—侏羅系后城組；4—薊縣系楊莊組未分；5—長城系高于莊組未分；6—構造碎裂巖；7—礦化蝕變帶；8—金礦體；9—斷層及編號；10—實測地質界線；11—地層產狀；12—見礦鉆孔及編號；13—未見礦鉆孔及編號；14—物探測線及編號；15—測點及編號

4.3 電阻率異常特征

4.3.1 礦區電阻率總體特征

由0°方位立體切面圖(圖3)可見，該區電阻率由南向北依次可分為藍色低阻區(ρ<100 Ω·m)、淺藍色中阻區(100≤ρ<500 Ω·m)及黃—深紅色中高阻區(ρ≥500 Ω·m)，在礦區南部從西測線1300到東端1900線，均顯示低阻異常，西向東其異常稍有減弱，低阻異常近地表等值線南西傾，越往深部逐漸變陡近直立且部分段轉為北東傾向。測線從南向北8180～8780線，低阻異常范圍逐漸減少，電阻率逐漸升高，至8780線已達中等電阻率值。根據已有資料分析，低阻區應為區域性斷裂即冷口斷裂帶的反映，由南向北即遠離該斷裂，電阻率逐漸升高。淺藍色中阻區應為其次級構造發育，巖石破碎，并存在多個扭曲分支現象，及多個異常中心，推測該區域斷裂應存在多期次活動，使地層出現隆起、滑脫、傾向扭轉等現象，并將地層分成若干小塊。

4.3.2 典型剖面電阻率特征

由1800和1900線CSAMT反演電阻率剖面圖(圖4)可以看出，電阻率等值線的總體分布形態向南傾，局部受構造活動的影響向北傾，形成倒轉背斜。圖中等值線值<100 Ω·m為低阻區，應為冷口斷裂帶的反映。靠近冷口斷裂帶為相對低阻區，等值線值介于100～500 Ω·m，推測應為構造破碎帶或地層層間裂隙發育所致。圖中的高阻異常體，根據已知鉆孔巖芯觀察為楊莊組地層的反映。通過區內已有鉆孔資料研究發現，礦體在電阻率等值線圖上的分布呈現一定的規律，基本賦存于-300 m標高以上，且均分布于等值線值為100～500 Ω·m之間的相對低阻帶中，位于低阻帶各等值線過渡帶上，礦體傾向SW，與等值線傾向基本一致。礦體賦存于低阻區段，與靠近冷口斷裂帶、構造破碎、地層層間裂隙發育有關，該區段可以為成礦流體的運移和存儲提供良好的通道與空間。

圖3 0°方位立體切面圖

圖4 CSAMT反演電阻率剖面圖a—1800線；b—1900線

4.3.3 垂向電阻率異常特征

圖5 垂向電阻率等值線圖

由電阻率等值線垂向圖可知(圖5)，-300 m標高以上鉆孔控制見礦位置為低阻帶，電阻率等值線值均在80～500 Ω·m之間。從-300 m標高開始，高阻異常區域開始擴大，電阻率等值線值開始增加，-300～-400 m標高之間為次高阻異常帶，相應位置等值線值多分布于500～1500 Ω·m之間，研究已有鉆孔資料可知，多數鉆孔在該標高區間并未見礦，只有個別見礦。通過巖芯觀察，高阻區段主要為楊莊組致密白云巖，由此可知，高阻異常帶(>500 Ω·m)不易成礦，主要是由于高阻異常帶為白云巖，巖性較致密，層間裂隙不發育，不利于礦液的運移和存儲。從電阻率剖面圖可以看出，在1800線8620～8820點號-200 m標高處，1900線8340～8540點號-200 m標高處存在相對低阻帶，與已知礦體賦存的低阻區類似，顯示較好的找礦前景。電阻率等值線垂向圖顯示，-500～-600 m標高間電阻率等值線值又出現降低的現象，等值線值介于80～500 Ω·m之間，為相對低阻帶，呈交替出現，推斷應為第二個礦化富集區，找礦遠景巨大。為今后在該礦區投入深部鉆探工程，對該區段進行深部探礦提供了有力依據。

5 找礦模型建立及其找礦意義

長城金礦地處冷口斷裂帶北緣，本文通過前期勘查資料及本文研究成果對其成礦特征總結如下：

(1)通過前期勘查發現，礦體主要賦存在薊縣系楊莊組粉紅色白云巖地層中(韋龍明等，2001)。

(2)從物探電阻率異常特征看，已知礦體主要賦存在電阻率在100～500 Ω·m范圍內。

(3)從構造方面來看，礦體主要賦存部位主要為受冷口斷裂帶影響的次級構造中(王成輝等，2012)。

長城金礦多年來綜合研究，其成礦類型尚未達成統一認識，但多數學者認為其成因為卡林型金礦(王寶德等，2003)，本文參照卡林型金礦低溫熱液侵入特點及礦區電阻率特異常特征，首次將長城金礦成礦規律與礦區電阻率異常相結合，建立了礦區找礦模型(圖6)。

6 結論

(1)通過綜合分析研究區地質資料并結合該區地球物理特征，結合礦區電阻率異常特征建立了礦區找礦模型，并在-500～-600 m標高間發現了第二礦化富集帶，為深部找礦指明了方向，預測該礦床深部進一步開發將產生重大的經濟效益。

(2)地球物理一直是輔助深部找礦的有力手段，然而深部物性勘查數據難以直接解釋，以淺部已知條件為約束，總結地球物理找礦模型，再向深部推演，用找礦模型擬合電阻率勘查成果得出找礦方向，是較為可行的找礦方法，該方法在長城金礦的應用，取得了較好的找礦效果，發揮了地球物理手段其高效、經濟的特點，為今后深部找礦提供了有力的手段支撐。

圖6 電阻率特征找礦模型圖1—冷口斷裂帶；2—完整薊縣系白云巖；3—微裂隙白云巖；4—容礦構造；5—已知礦體；6—推斷礦體；7—電阻率范圍/Ω·m

注 釋

① 河北省地質礦產局第五地質大隊. 2018. 冀東高板河-清河沿一帶中上元古界地層成礦規律研究[R].1-45.