金屬礦產勘查中的物探理論研究

王義同

傳統的物探方法包括：電法、磁法、重力、地震、放射性和井中物探等眾多具體方法，為了有效地探測隱、肓礦床。物探方法面臨的重要問題之一就是加大探測深度和提高分辨率，通過研制深度大、分辨率高、效率高、輕便化、抗干擾的物探新儀器，形成新的物探技術方法。經過多年的發展，特別是隨著電子信息技術的快速發展和工業水平的提高，物探方法在勘探深度、測量精度和解譯的可靠性等多方面取得長足發展。目前高精度磁法、井中物探、金屬礦地震勘探等方法已逐步應用于金屬礦勘查中，并在隱伏礦產勘查中取得了較好的效果。

物探方法的條件性，對利用物探方法找礦起到了一定的積極作用但所取得的成果對于目前的整裝勘查找礦的要求還存在很大的差距，特別是所謂整裝勘查找礦的理念，近幾年才剛剛出現，因此研究適合應用于整裝勘查找礦工作中的綜合物探組合模式，還處在開始的初級探索階段。

1 成礦預測研究概況

成礦預測的發展趨勢：成礦預測正在以描述性為主向，向定量化、精細化方向發展；成礦預測學正在經歷從研究基于成礦環境的找礦理論，向研究基于成礦巨量金屬聚集的找礦理論轉變；從發現和識別局部異常向發現和識別大規模地球化學異常模式轉變；從易尋找易發現和易識別、易發現的礦床向難尋找、難發現、難識別礦床轉變；從以定量分析為主向綜合量化分析方向發展，從單一方法找礦向綜合信息找礦方向轉變,建立高精度綜合成礦預測信息模型將是成礦預測發展的一個必然趨勢；從礦床模式-成礦模式向勘查模式發展，模式從單一模式向綜合找礦模式發展，由圖表、文字模式向數字模式發展；從成礦系列與成礦系統向勘查系統發展。

2 地質及地球物理特征

2.1 地質概況

2.1.1 大地構造背景

研究區的“古構造”位于西伯利亞古板塊東南緣增生帶，屬西伯利亞地臺與中朝地臺之間的過渡型地殼構造區，跨越額爾古納加里東褶皺帶與大興安嶺海西褶皺帶。

根據中新生代地殼演化特征，測區跨越4個Ⅳ級構造單元：即：罕烏拉斷隆、呼倫湖斷陷、寶格德烏拉-特格烏拉斷隆和貝爾湖斷陷。

中新生代以來，西太平洋板塊不斷向歐亞大陸板塊俯沖、擠壓，在歐亞大陸內部，古構造發生多次復活轉化，發生準裂谷作用，形成一系列“斷隆”和“斷陷”交錯的網格狀構造格局。

2.1.2 地層

區內出露地層主要有中生界侏羅系中上統陸相火山巖系及第四系；局部可見石炭系。

2.1.3 侵入巖

區內侵入巖有花崗巖和閃長巖兩類。花崗巖屬于燕山中晚期，閃長巖屬華力西晚期產物。

2.1.4 構造

區內以斷裂構造為主，褶皺構造不發育。斷裂構造以北東-南西走向的主干縱張斷裂最為突出，它與北西-南東向的斷裂匯交成網狀構造格局。對區內巖漿活動、沉積作用、成礦作用、地形地貌等方面均具重要的控制作用。

（1）褶皺構造。由于區內第四系覆蓋嚴重，基巖露頭特別是能夠量取巖層產狀的基巖露頭甚少，給該區褶皺構造的調查帶來了困難。

（2）斷裂構造。區內斷裂構造發育以北東向縱張斷裂及其相伴的北西向橫斷裂為主，次級派扭張性斷裂也較發育，且多與蝕變礦化有關。

2.1.5 區域成礦條件

據研究，上述礦床絕大多數形成于160Ma～120Ma期間的不同階段，表明成礦主要受侏羅紀構造巖漿作用的控制。礦集區主要沿北東向主干斷裂帶分布，并受北東向主干斷裂帶控制，北東向主干斷裂與北西向斷裂的交匯復合部位常常是礦集區或礦田的定位空間。這一規律在該礦帶的我國一側也表現得十分明顯。

中生代以來，受太平洋板塊俯沖作用，形成一系列北東－南西向斷塊隆起、坳陷相間的構造格局，在很大程度上控制了礦床類型和礦產地的展布。

總體而言，礦床主要沿隆起、拗陷交接部位產出，亦即礦床分布在晚侏羅世－早白堊世底部不整合面的附近。其中斑巖型礦床、矽卡巖型礦床大多分布在隆起、拗陷交接部位的隆起一側；火山－次火山熱液礦床型大多分布在隆起、拗陷交接部位的拗陷一側；淺成熱液型銀、金產于隆起、拗陷交接部位的拗陷區內側。

2.1.6 研究區成礦條件

金、銀等多金屬元素異常和礦化，是重要的找礦地區。據區內已知礦點的研究分析表明，這些礦點主要受區內侏羅紀巖漿巖和構造因素控制：據研究成果，Mo-W、Pb-Ag金屬礦點、礦化點及相關化探異常圍繞花崗巖-花崗斑巖的空間密切相伴關系。區內各巖石填圖單位地球化學元素特征值統計表明，花崗巖-花崗斑巖中，W、Sn、Mo、Bi和Pb、Ag等元素高于區內其他巖石填圖單位。因此，推論花崗巖-花崗斑巖是這些元素富集成礦的物質來源提供者。

3 地球物理特征

3.1 物性特征

據前人工作及本次對野外采集標本的測定結果，測區內玄武巖具有高磁高阻中極化，凝灰巖相對而言呈低磁高阻中極化性，花崗斑巖呈中磁性中阻弱極化，流紋斑巖具有低磁中阻低極化，安山巖呈中磁中阻低極化，大部分硅化蝕變帶呈現出低磁高阻低極化特征，而鉬鉛鋅礦化等多金屬礦化蝕變帶則具有低磁低阻高極化特征，從而表現出巖（礦）石隨多金屬含量的增加極化率變大、電阻率變小等特征。從而為本區開展物探工作奠定了必要的物質基礎和地球物理前提條件。

據上述物性特征分析，區內各類巖、礦體對應于地球物理異常特征為：

（1）硅化蝕變帶相對圍巖具有低磁高阻中低極化異常，但隨著鉛、鋅、銀、鐵多金屬含量的增高，其導電性增高，電阻率變低，極化率變大。

（2）鐵錳化，綠泥石化蝕變帶，鉬、鉛、鋅多金屬礦化帶將呈現低磁低阻高極化異常特征；在硅化，方解化蝕變帶將呈低磁高阻中極化異常特征。

（3）花崗巖類對應有中弱、相對平穩磁異常分布，極化率值在0.8%～1.5%；視電阻率異常一般為100Ωm以上。

（4）安山巖類對應有中高磁異常分布，極化率值在0.5%～2.0%；視電阻率異常一般為100Ωm以上。

（5）玄武巖類具有劇烈變化的強磁異常分布特征，其電性異常為高阻低極化異常特征；凝灰巖和流紋巖則為低磁、高阻、低極化異常特征。

（6）黃鐵礦化帶對應中等磁異常，高激電異常值低電阻率異常分布特征。

綜合上述，本區鉬銀鉛鋅為主的多金屬礦化具有明顯的激電異常分布。多金屬礦體或礦化帶具有明顯的中低磁、中低阻高極化電異常分布。

3.2 區域地球物理異常特征

由上述物性資料表明，區內各地質體間存在明顯的物性差異，塔木蘭溝組安山巖、玄武安山巖和五叉溝組玄武巖及華力西期閃長巖、燕山中期安山玢巖等中性侵入巖和次火山巖表現為高磁、中高阻特征。滿克頭鄂博組酸性火山巖、侏羅紀流紋斑巖、花崗巖及花崗斑巖表現為低平磁場、中高阻特征。北北東向構造破碎帶表現為低磁、低阻條帶狀異常，含礦硅化蝕變帶則表現為正磁場中的線性低磁帶，高磁背景下的帶狀負磁異常是構造帶的反映。

（1）區域重力異常特征：工作區位于得爾布干深斷裂帶西南段，從布格重力異常可以看出，重力異常軸向呈北北東向展布，異常形態為帶狀或串珠狀，是華力西期或更古老的構造帶反映。北北東向得爾布干深斷裂帶處于工區東部重力高與重力低轉換帶上。阿拉坦額莫勒鎮-高吉高爾一線呈北北東向展布的重力高，推測為元古界基底隆起的反映。額仁陶勒蓋銀礦床與本項目工作區同屬重力高，二者的重力場分布基本一致。

（2）航磁異常特征：區域磁場表現為正負相間的磁異常，異常呈近南北向和北東向展布，反映出新華夏系構造運動的特點。已發現高吉高爾銀金礦與額仁陶勒蓋銀礦床同處于近南北向負異常區內，異常形態呈帶狀，其東側為高強度、大規模正異常區，屬線型構造的異常特征。

4 綜合地球物理勘探模式的研究

4.1 地球物理方法

地球物理方法是以物理學為理論基礎，以各種巖、礦石的物性（密度、磁性、電性、彈性、放射性）差異為物質基礎，利用地球物理學的方法和儀器設備，通過觀測和研究目標體產生的天然或人工地球物理異常場隨空間分布或隨時間變化的規律，推斷、解釋地質構造和礦產分布，達到對地下隱伏目標體勘查的一種間接勘查技術，簡稱物探方法。在眾多的地球物理方法當中，用于多金屬礦產勘查的主要有以下幾種。

4.1.1 電阻率法

電阻率法是以不同巖、礦石之間導電性差異為前提，通過觀測、研究人工電場的地下分布規律和特點，實現解決地質問題的一組物探方法。該方法的實質是通過接地電極在地下建立穩定電流場，以電測儀器觀測不同導電地質體存在時地表電場的變化，從而推斷和解釋地下電性不均勻地質體的分布或產狀，達到解決地質問題的目的。

電阻率法根據觀測方式和儀器的不同分為電阻率剖面法、電阻率測深法、高密度電阻率法，以下介紹幾種找礦勘探常用的電阻率法。

（1）中間梯度法它是電阻率剖面法中一種常用的重要找礦方法。中間梯度排列裝置一次性敷設供電極距（A、B），在其縱向AB距的內三分之一，橫向不大于AB距的六分之一范圍內沿剖面移動測量對電極MN進行觀測，以發現地下一定深度范圍內的沿剖面有電性變化的異常體產生的視電阻率異常。中梯法是用于追索陡立高阻脈（板）狀體的有效方法。由于許多熱液型礦床與高阻巖脈或蝕變硅化帶在成因或空間上有密切關系，因此追索高阻巖脈便具有直接找礦意義。

（2）電阻率測深法。該法是用來探測近于水平層狀介質巖、礦石在地下分布情況的一組電阻率法。電測深法有不同裝置類型，如：三極測深、對稱四極測深、偶極測深裝置類型。在找礦勘探中常采用對稱四極測深，是以地下水平層狀介質間電阻率差異為物質基礎，利用其地下穩定電流場的有效作用深度與供電極距AB大小成正比關系，在同一測點MN測量電極保持對稱分布于測點，逐次加大供電極AB的距離，使供電電流場的有效探測深度不斷加深，從而獲取測點下方電性的垂向變化信息。通過研究、分析電測深視電阻率曲線分布特征方可了解測點下方垂向巖性分布規律，從而實現垂向探測目的。

通過對電測深得到的數據進行反演成圖可以準確的得到巖、礦體的產狀與埋深，同時反演得到的電阻率值可作為成礦預測的輸入特征量。

4.1.2 激發極化法

激發極化法（induced polarization method）是地球物理學中一個相對較新的方法，主要應用在有色金屬礦勘探方面，在地下水調查中也有一定的應用。雖然地球物理勘探的先驅施倫貝格兄弟在上世紀早期對自然電位研究就已經認識到了激發極化現象，隨后1948年～1953年進行了更多的開拓工作，但直到20世紀50年代中期，激發極化法才作為地球物理勘探方法被廣泛應用。它是以巖石、礦石的激發極化效應差異為地球物理前提條件，以某種極距排列的裝置型式，在人工地下直流電流激發下，研究地下目標體激發極化效應的變化特征

及其空間分布規律，以查明地下礦產資源和相關地質的一組物探方法。時間域激發極化法觀測基本量為：測量回路內的MN間的總場電位差△U值和斷電后的二次場電位差△U2，利用極化率是表征體極化介質的激電性質，多金屬礦勘探中常用的測量裝置有：對稱四極測深法和中間梯度法等，其電極布置與電阻率法完全相同。激發極化中間梯度法（簡稱激電中梯）是通過一定深度范圍內礦體或礦化體引起的激電效應，快速、高效查證化探異常和鎖定極化體的一種方法，在多金屬礦勘探的普查階段多被采用。激發極化對稱四極測深法（簡稱激電測深）是在異常詳查階段通過垂向地電分布特征來推斷礦體或礦化體的展布。該兩種方法均能夠同時得到視極化率和視電阻率兩個參數，同樣可作為建立成礦預測模型的輸入特征量。

4.1.3 可控源音頻大地電磁法

鑒于以上常規直流電法探測深度的有限性，進行深部找礦時就必須借助于大地電磁法。可控源音頻大地電磁測深法（簡稱CSAMT法）是以有限長接地電偶極子為場源，在距偶極中心一定距離處同時觀測電、磁場參數的一種電磁測深方法。用阻抗電阻率或阻抗相位反演出用于成礦預測的地下巖、礦的電阻率參數，也利用二者聯合反演出地下巖、礦的電阻率參數，可作為建立成礦預測模型的輸入特征量。

4.1.4 磁法勘探

它是以地殼中巖礦、礦石之間的磁性差異為地球物理前提條件，由于巖、礦石間的磁性差異引起正常地磁場的變化（即磁異常），通過觀測和研究其磁異常的空間分布規律來尋找有用礦產或查明地下地質構造的一種地球物理勘探方法。

該方法主要用于各種比例尺的地質填圖、研究區域地質構造、尋找磁鐵礦以及尋找與磁性礦物伴生的各種多金屬與非金屬礦床，既可勘查油氣構造及煤田構造、預測成礦遠景區等，又可通過反演方式獲取地下巖、礦體的磁參數，用于建立磁鐵礦或與磁性礦物伴生的各種多金屬與非金屬礦預測模型的輸入特征量。由于研究區內火山巖分布廣泛，且多被第四系松散層覆蓋，該方法可以充分發揮其勘探優勢來輔助地質填圖，用以尋找基巖巖性分界、查明隱伏地質構造的分布。

4.2 物探工作及成果

4.2.1 綜合物探工作模式

本次所研究的勘探區地處得爾布干成礦帶，區內第四系覆蓋嚴重，地質研究程度較低。分析前人地質資料以及區內已知礦點、相鄰礦區、礦點的成礦特征，可初步判斷該區的找礦類型為熱液型銀、鉛、鋅、鉬等多金屬礦，其主要導礦構造為北東向得爾布干深斷裂及其次生斷裂（拉爾扎廷斷裂），儲礦構造以北西向次生斷裂為主，熱液來源主要為燕山期熱液的多次侵入。完成全區遙感解譯后，進行1：5萬地質填圖（草測）和1：5萬土壤化探掃面，在研究區域成礦地質條件、地球化學背景和化探異常的基礎上，根據上述物探方法在多金屬礦勘探中的優勢及其作用，將物探方法在找礦不同階段進行組合，提出了如下綜合物探工作模式：

（1）圈定找礦靶區階段。選用高精磁勘探來輔助地質填圖和化探工作，用以劃分第四系覆蓋層下部基巖巖性分界線、查明隱伏地質構造的分布。利用該成果將斷裂構造發育并伴有化探異常的成礦有利地段圈定為找礦靶區。

（2）靶區內普查階段。在找礦靶區布置激電中梯面積性測量，用以尋找和發現在靶區內與激電異常相關的礦化帶或礦化體。

（3）異常查證階段。為了查證、判斷引起激電異常的隱伏目標體的地下展布、巖礦屬性和成礦背景，通過激電異常的中心、并垂直其異常走向分別布置地質、物探、化探綜合剖面，利用該剖面測量成果，并配合槽探索揭露的地層情況來初步判斷激電異常是否為礦體引起。

（4）異常驗證階段。對礦致異常采取鉆探的方式需進行驗證，在重合綜合剖面的位置布置激電測深剖面，進一步了解異常體在所對應的垂向斷面內的分布情況，以分析、推斷出引起該異常的礦體或礦化體的垂向展布，從而指導鉆探驗證工作的布設。

4.2.2 高精磁勘探

由于研究區內地殼處于抬升階段，風化、剝蝕嚴重，第四系覆蓋較厚、較廣，少見或鮮見基巖，為查找具有磁性的礦化異常帶、圈定第四系覆蓋層下部基巖巖性分界線、查明隱伏地質構造的分布，輔助地質填圖和化探工作，開展了1：5萬高精磁測量，以寶格德烏拉一帶為例，網度：20m×100m。對野外實測數據首先進行日變校正，正常場校正，應用ModelVision 8.0專業處理軟件對校正后的數據進行化極處理，而后進行了向上延拓100m，400m和800m轉換。

4.2.3 激電中梯勘探

根據寶格德烏拉一帶高精磁掃面成果，杭蓋音渾迪區處于寶格德烏拉環形火山構造帶西北側，該區處在已知鉛、鋅、銀礦床的北西向控礦構造的延長線上，其構造發育區對應有1：5萬土壤化探異常，是一處成礦有利地段，也是一處重點找礦靶區。在杭蓋音渾迪找礦靶區開展1：1萬激電中梯面積性測量，以尋找和發現在成礦有利重點地段的礦化帶或礦化體。設定剖面方向垂直北西向儲礦構造布設，其方向為北東向45°，AB為1200m，MN為40m，取中間800m范圍為有效測量范圍，網度100×40m。經現場對比試驗來優選工作參數，其參數為：采用供電周期16s，采樣延時40ms，采樣寬度200ms。為獲取有效異常信號，發射機最大供電電壓≥700V，供電電流保持≥5A，接收最小接收電壓≥10mV，同點連續觀測兩次差值≤2%。

4.2.4 地、物、化綜合剖面測量

為了取得較好的找礦效果，通過地、物、化綜合方法找礦來確定其找礦標志，并據此在平面上進行礦致與非礦致異常的初步判定。通過激電中梯面積性測量所圈定的激電異常中心位置，布置一條地、物、化綜合剖面，并配合槽探判斷隱伏目標體的地下展布和成礦背景，初步對礦致異常與非礦致異常進行平面篩選。該綜合剖面的點距為20m，地、物、化實測位置完全重合，測量范圍要控制整個異常，并包含背景場。為了與激電中梯面積性測量有一定的可比性，綜合剖面中激電中梯的工作參數設定與面積性測量中一致。

實踐表明，開展綜合剖面的異常查證工作是完全必要的，依據沿剖面的地質、化探分布特征可為綜合物探異常的巖、礦屬性的判斷提供有力的支撐，從而提供了異常解釋的可靠性。

4.3 地質-地球物理模型的研究

基于寶格德烏拉一帶“綜合方法找礦”和“整裝勘查”兩個項目多年來的找礦實踐，通過相同成礦背景下的激電異常查證，利用后期的鉆探驗證成果，經綜合對比分析，歸納總結出該區熱液型多金屬礦的地質-地球物理模型如下。

大地構造背景：研究區位于西太平洋板塊與歐亞大陸板塊俯沖、擠壓帶的歐亞大陸內部，古構造發生多次復活轉化，發生準裂谷作用，形成一系列NNE向“斷隆”和“斷陷”交錯的網格狀構造格局。地殼活動性較為強烈，特別是侏羅紀火山活動頻繁，造成大量陸相火山巖系和火山沉積地層分布，出現多期熱液活動。該區主要經歷了華力西期和燕山期構造活化期巖漿侵入期，喜山期地殼整體抬升，對局部構造作用不大。

區內以斷裂構造為主，褶皺構造不發育。斷裂構造以北東-南西走向的主干縱張斷裂最為突出，它與北西-南東向的斷裂匯交成網狀構造格局，對區內巖漿活動、沉積、成礦、地形地貌等方面均具重要的控制作用。

5 結論

區內第四系覆蓋嚴重，針對地質找礦標志不明顯、物探方法作用突出等特點，沿著物探方法在找礦不同階段的研究為主線，結合不同階段地質成果，摸索出一套適用于該研究區尋找熱液型隱伏鉛、鋅、銀多金屬礦的綜合物探方法找礦模式，后經槽探、鉆探和化學樣分析等方法驗證了該找礦模型的有效性，歸納總結出了該區熱液型鉛、鋅、銀多金屬礦對應的地質—地球物理模型。