大功率激電法在納米比亞羅雷銅礦成礦預測中的應用

黃映聰，李小龍，陳敦理，劉 靜

（1.江蘇省有色金屬華東地質勘查局，江蘇 南京 210007；2.北京市地質礦產勘查開發局，北京 100195）

激發極化法（簡稱激電法），是以地殼中不同巖、礦石的激電效應差異為物質基礎，通過觀測與研究人工建立激電場的分布規律進行找礦和解決地質問題的一組人工場源形式的勘查方法［1］。近六十年以來的實踐證明，激發極化法（簡稱激電法）不僅是銅、鉛、鋅、鉬等金屬礦產的重要勘查方法，而且在尋找地下水和探測石油、天然氣方面也頗有成效［1－2］。隨著礦產勘查和開發的力度不斷加強，地表礦、淺部礦日益減少，礦產勘查工作正朝著尋找隱伏礦、深部礦、難識別礦的方向轉變，大功率激電法在地質工作的“攻深找盲”中發揮了重要作用，并取得了良好的找礦效果［3－4］。

納米比亞羅雷銅礦發現于20世紀30年代，經過二十多年的研究和勘查，于1957年建成礦山，但由于未達到采選目標，礦山運轉不到一年時間隨即關停。之后的四十多年里，先后有英、美等多家礦業公司或者投資人展開了對羅雷銅礦勘查和儲量核實工作，但最終都因礦石品位低、儲量小而放棄追加投資。經調查發現該礦山主要采選的礦石為地表氧化礦，礦石品位高但礦石量較少，因此欲打開羅雷銅礦的勘查局面必須探尋深部隱伏的原生礦。重力、磁法等其他物探方法對礦體和圍巖密度、磁化率差異較小的浸染狀礦體作用有限，而大功率激發極化法探測深度大，對銅多金屬硫化物礦床有較好的指示作用。應用大功率激電掃面和激電測深相結合的方法獲得深部原生礦的分布和埋深、產狀等信息，圈定異常靶區，通過鉆探工作發現了深部隱伏的銅礦體。羅雷銅礦深部隱伏銅礦體的發現，表明大功率激電在該區域找礦的有效性，同時也為礦山深部及外圍找礦指明了方向。

1 工作區地質及地球物理特征

1.1 地質特征

羅雷銅礦位于非洲南部加列普造山帶（圖1A）的北段，隸屬于南美與卡拉哈日兩大板塊之間的達馬拉（泛非）造山帶（580～500Ma）。加列普造山是一條具有復雜構造－巖漿演化的復合型大陸碰撞造山帶，是在納馬科瓦造山帶的基礎上發展而來（1.06～1.03Ga），于泛非期經歷了板塊俯沖碰帶撞及古生代大陸裂解等構造－熱事件，形成了非洲南部重要的鉛、鋅、銅鉬等有色金屬與金剛石成礦帶［5－8］。

圖1 礦區大地構造簡圖（A）與礦區地質圖（B）

羅雷銅礦區域上出露的下元古界奧蘭治河群為一套中基性火山巖、火山碎屑巖和碎屑沉積巖，大部遭受了較強變質，構成變質基底；而上元古界Nama群為一套地臺蓋層型沉積，主要由一套淺海相的碎屑巖、碳酸鹽巖沉積組成；第四系主要由沖積層、松散沉積物組成。受區域構造作用的影響，礦區古元古代奧蘭治河群火山巖已強烈變質，并構成了羅雷礦區背斜構造的兩翼，稍晚的花崗巖漿侵位到背斜核部。礦區出露的花崗閃長巖、似斑狀花崗閃長巖、花崗巖及英安斑巖，是構成的Vioolsdrift巖套的主體，分別呈巖基狀、巖枝狀和脈狀產出，形成時代在1850～1960Ma之間，而稍晚的納馬科瓦侵入單元主要由石英斑巖、細晶巖和淺色花崗巖組成，呈脈狀、巖枝狀產出，形成時代在界于1000～1600Ma［7－8］?；鶐r發育不同程度的綠泥石化、綠簾石化、絹云母化、鉀化等。銅（鉬）礦（化）體產于花崗閃長巖體與傾伏背斜兩冀絹云母石英片巖接觸帶的內帶，礦區地表普遍發育孔雀石化，偶爾可見輝鉬礦化。

1.2 地球物理特征

巖（礦）石物性資料是物探工作的地球物理前提和異常解釋的依據之一。此次工作對礦區分布的主要巖礦石進行了標本采集，共200塊巖礦石標本，其中石英片巖、細晶巖、似斑狀花崗巖的標本在30塊以上，而黃銅礦石、綠片巖因少見或破碎，采集困難，數量有限。

對200標本進行了極化率、電阻率參數測定和統計，其物性參數統計結果見表1。分析表1中測定的物性資料，可得如下認識。

1）電阻率特征：該區巖（礦）石屬中高阻體，大多分布在1000～4000Ωm之間。其中黃銅礦石電阻率最高，綠片巖、蝕變花崗閃長巖等圍巖電阻率較低，小于1000Ωm。

2）極化率特征：綠片巖、似斑狀花崗閃長巖的極化率均較低，礦化巖石較高。由富礦化礦石標本測定結果可以看成，礦化巖石具有很好的激發極化效應，故在該區開展激電找礦具備地球物理前題。

3）測區不同類型巖（礦）石間電阻率差異不如極化率差異明顯，礦化體標本具有高阻高極化的特征。所以，中－高阻高極化率特征是本區尋找隱伏硫化物（礦）富集地段的依據。

表1 電性參數測定統計一覽表

2 大功率激電中梯和激電測深的應用與效果

2.1 工作方法

本次激電測量工作投入的儀器為重慶地質儀器廠生產的 WDJS-2接收機與 WDFZ-5大功率發射機。激電測量包括兩方面的工作：首先在礦區開展1∶2000激電中梯掃面，在異常帶圈定后再在激電異常部位布置激電測深剖面工作，以期對對異常進行剖析。本次激電中梯掃面工作共完成2.8km2，網度為100m×20m，供電電流波形為方波，占空比1∶1正反向供電方式；供電周期為16s，延時為250ms，積分時間為40ms。激電測深使用裝置為對稱四極測深裝置。激電中梯采用1線供電3線觀測方式，供電極距AB為1600m，測量極距MN為20m，最大旁側距200m。激電測深裝置（AB/2）max為600m。

激電中梯掃面工作中設法處理好供電A、B極，令Rab回路電阻小于200Ω·m，確保供電電流大于4A，保證激電中梯掃面時中間部位的一次電位高于10mV，以達到壓制干擾信號、提高信噪比的目的。另一方面通過對電極澆水使測量電極接地良好。測量過程中確保Rmn回路電阻最大不超過2000Ω·m，從而達到使輸入信號不發生畸變之目的，另一方面盡量使用短導線進行測量和減少風擾等；在信號干擾較大，重復性差時，規范取數方法，提高數據可靠度。

2.2 激電異常的推斷解釋

通過激電中梯掃面工作，本區共圈出J1、J2兩個激電異常帶（圖2），極化率異常下限為2.8%。其中J1的北段呈北北東走向，J1南段呈近南北向，J2異常帶為北西西走向，呈串珠狀不連續分布。J1、J2兩個異常帶的空間位置正好為前寒武紀中酸性花崗閃長巖體與下元古界奧蘭治河群Haib亞群Tsams組石英片巖與綠泥石片巖接觸帶的空間位置重疊，并且J1與J2異常帶地表孔雀石化強烈，說明接觸帶范圍深部銅鉬的硫化物可能是引起異常的原因，應加大接觸帶深部的找礦力度。

J1激電異常帶是羅雷銅礦面積最大且幅度最高的激電異常帶。本文以該異常為例，通過激電測深工作對激電異常進一步進行評價。J1異常位于測區的西部，異常呈北北東向展布，長約800m，寬約200m，異常寬緩，有雙峰值，南側峰值3.5%，北側峰值3.4%。對J1激電異常進行踏勘，地表要為花崗巖和云母石英片巖，這些均不能引起激電強烈異常，地表所見礦化蝕變也主要為孔雀石化，從表1中可以看出，孔雀石化并不具有高極化率的特征，同時未見礦化碳質巖類和碳化現象，推斷該異常為隱伏的銅鉬硫化物礦脈所引起。

為了獲得引起J1激電異常的高極化體的埋深和產狀特征，在J1異常中心部位布置了一條測深剖面J1s，布極方向和測線方向一致，均為100°，測深點間距為40m，一共實施4個測深點，編號并分別TC23-（1，2，3，4）。激電測深過程中使用的裝置為對稱四極測深裝置，（AB/2）max＝600m。常規電法測深數據后期處理一般做的都是單點一維反演分層處理，并非真正的二維斷面反演，局限性較大，多個點的一維反演不能全面反映二維斷面的情況。本次激電測深反演工作把常規電測深的數據轉換為res2dinv二維高密度數據，使用res2dinv二維高密度處理軟件來進行反演處理，從而得到可靠的反演結果。測深剖面J1s的res2dinv反演結果，見圖3。測深剖面J1s的反演結果為礦脈的頂部位于100m處，中心埋深70m。高極化體近乎直立，略向西傾并具有中高電阻率特征。通過以上對激電異常J1的分析解釋，可以推測：引起激電異常的隱伏礦化體呈脈狀，走向10°，走向長度700m，平面投影位置與異常位置對應，傾向為270°。

圖2 羅雷銅礦區視極化率等值線圖

圖3 J1s剖面二維反演充電率擬斷面圖（A）與視電阻率擬斷面圖（B）

為驗證J1異常帶深部極化體是否由含銅、鉬硫化物礦脈所引起，在地表TC23-4測深點西側（685499，6895330）處布置鉆孔zkc23-2，結果在該點深部200m處鉆遇近30m厚的含銅、鉬的硫化物礦脈。

3 結論

1）激發極化法是探測金屬（銅、鉛、鋅等硫化物）礦體的有效方法之一，能夠提供較大的供電電流大功率激電測量能克服干擾信號，從而增加勘探深度，成為更為有效的隱伏礦探礦手段。

2）通過激電中梯和激電測深兩種裝置的綜合利用，可以推斷異常體的分布范圍和埋深，實現礦體的快速定位。

3）將常規電測深的數據轉換為res2dinv二維高密度數據，使用res2dinv二維高密度處理軟件來進行反演處理，從而得到較為可靠的礦（化）體的埋深、產狀等信息。

4）激電中梯、激電測深在納米比亞羅雷銅礦的成功應用為羅雷銅礦深部和外圍找礦指明了方向，同時也為今后在非洲干旱地區開展電法找礦工作積累了寶貴的經驗。

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