綜合物探在尋找斑巖型鉬多金屬礦床中的應(yīng)用

李 冰 劉清泉 程光貴 劉艷華 尚建閣

(1.河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第二地質(zhì)大隊(duì)，河南鄭州450000;2.河南省有色金屬礦產(chǎn)探測(cè)工程技術(shù)研究中心，河南鄭州450000;3.有色金屬成礦預(yù)測(cè)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南長(zhǎng)沙410083;4.重慶巖土工程檢測(cè)中心，重慶401147)

鉬是一種稀有金屬，主要用作冶金工業(yè)各種合金鋼的添加劑。中國(guó)鉬礦資源豐富，總保有儲(chǔ)量為840萬t，居世界第2位。國(guó)內(nèi)以河南省鉬礦資源最為豐富，鉬儲(chǔ)量占全國(guó)總儲(chǔ)量的30.1%。在眾多大型鉬礦床中，以斑巖型鉬礦床和斑巖－矽卡巖型鉬礦床最為常見。武當(dāng)—桐柏—大別山成礦帶位于華北地塊和揚(yáng)子地塊之間，大地構(gòu)造位置屬秦嶺褶皺系南秦嶺—淮陽褶皺帶，區(qū)內(nèi)成礦條件優(yōu)越，已探明桐柏銀洞坡金銀礦、老灣金礦等一批大型礦床［1-2］。中國(guó)地調(diào)局設(shè)立了“武當(dāng)—桐柏—大別山成礦帶地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查”計(jì)劃項(xiàng)目，以推進(jìn)該區(qū)地質(zhì)找礦工作統(tǒng)籌部署和快速突破。

1 典型礦床地質(zhì)概況與巖(礦)石物性

1.1 湯家坪鉬礦床地質(zhì)概況

湯加坪鉬礦床位于桐柏—大別山變質(zhì)核雜巖隆起帶南部，鉬資源量為23.5萬t，達(dá)到大型規(guī)模，屬于典型的斑巖型鉬礦床，該大型礦床的發(fā)現(xiàn)開創(chuàng)了大別山北麓地區(qū)尋找大型金屬礦床的新紀(jì)元［3］。礦區(qū)內(nèi)出露地層簡(jiǎn)單，主要為元古代大別片麻雜巖和第四系。礦區(qū)構(gòu)造不太發(fā)育，但區(qū)域內(nèi)構(gòu)造復(fù)雜，區(qū)域節(jié)理裂隙比較發(fā)育，為湯家坪鉬礦的形成提供了較好的容礦空間［4-5］，見圖1。礦區(qū)內(nèi)礦石類型主要為浸染狀輝鉬礦礦石和細(xì)脈浸染狀輝鉬礦礦石。主要的圍巖蝕變類型有硅化、鉀長(zhǎng)石化、絹云母化及黃鐵絹英巖化、綠泥石化［6-9］。

1.2 巖(礦)石物性參數(shù)

圖1 河南省商城縣湯家坪鉬礦區(qū)地質(zhì)概況Fig.1 Geological overview of Tangjiaping Molybdenum in Shangcheng County in Henan Province

研究區(qū)內(nèi)出露的巖石比較簡(jiǎn)單，使用加拿大GDD公司生產(chǎn)的SCIP系統(tǒng)對(duì)礦區(qū)內(nèi)所采集到的巖(礦)石標(biāo)本進(jìn)行物性測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見表1。從表中可以看出，區(qū)內(nèi)主要巖礦石電阻率可分為中低阻和中高阻2個(gè)類型，其中花崗斑巖、花崗斑巖(含輝鉬礦)、正長(zhǎng)斑巖、正長(zhǎng)斑巖(含輝鉬礦)和角閃斜長(zhǎng)片巖屬于中高阻類型，電阻率為2.5×103～1.2×104Ω·m。其余巖(礦)石則屬于中低阻類型，電阻率為5×102～1.9×103Ω·m。花崗斑巖(含輝鉬礦)、金云角閃片巖、斜長(zhǎng)角閃片麻巖(黃鐵礦化)和斜長(zhǎng)角閃片巖極化率稍高，其余巖石極化率差別不大。通過以上統(tǒng)計(jì)可以看出，輝鉬礦含礦巖石與區(qū)內(nèi)大部分巖礦石具有電阻率上的差異，輝鉬礦含礦巖石極化率與區(qū)內(nèi)圍巖相比差別不算太大，但也存在一定差異，這為在該研究區(qū)內(nèi)開展電法工作提供了前提條件。

表1 巖(礦)石電性參數(shù)統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistics of electrical parameters of the rock(ore)

2 綜合測(cè)深斷面

2.1 方法原理

可控源音頻大地電磁法(CSAMT法)是針對(duì)大地電磁測(cè)深法場(chǎng)源的隨機(jī)性和信號(hào)微弱而提出的一種改進(jìn)方案。該方法采用可以控制的人工場(chǎng)源，將大地看作水平介質(zhì)，大地電磁場(chǎng)是垂直投射到地下的平面電磁波，則在地面可觀測(cè)到相互正交的電磁場(chǎng)分量(Ex、Hx、Ey、Hy)。通過測(cè)量相互正交的電場(chǎng)和磁場(chǎng)分量，可以確定介質(zhì)的卡尼亞電阻率值［10］，其計(jì)算公式為

其中，ρ為卡尼亞電阻率，Ω·m;Ex為x方向的電場(chǎng)，mV/km;Hy為y方向的磁場(chǎng)，nT。

頻譜激電法又稱復(fù)電阻率法，它是利用傳統(tǒng)的電阻率法的電極裝置，在2－8～210Hz頻段上測(cè)量復(fù)電阻率幅值(振幅)和相位離散頻譜。在存在IP效應(yīng)和EM效應(yīng)的情況下，觀測(cè)到的相位差ΔU相對(duì)于供電電流強(qiáng)度I有相位移，并且隨頻率f而變化。所以觀測(cè)出的視電阻率是頻率的復(fù)變函數(shù)，其公式為

式中，ρs為觀測(cè)的視復(fù)電阻率值，Ω·m;角頻率ω =2πf;i為虛數(shù)單位;K是電極裝置系數(shù);As和φs分別為視復(fù)電阻率的振幅和相位，它們也是頻率的函數(shù)［11］。

2.2 綜合測(cè)深斷面

湯家坪鉬礦體受湯家坪花崗斑巖體控制，此次物探測(cè)深試驗(yàn)剖面與P0地質(zhì)剖面重合，東西貫穿湯家坪鉬礦床主礦體，見圖1。可控源音頻大地電磁測(cè)深二維反演斷面中，高、中、低電阻率異常體不僅具有清晰的邊界，并且在形態(tài)上也表現(xiàn)各異，見圖2(a)。從圖中可以看到，在剖面的中上部出現(xiàn)一個(gè)完整的高阻異常體，在形態(tài)上表現(xiàn)為深部巖漿上侵姿態(tài)，經(jīng)過工程驗(yàn)證，該高阻異常體為含輝鉬礦的花崗斑巖體，是深部花崗斑巖體經(jīng)過上侵作用而形成的。在剖面東西兩側(cè)各出現(xiàn)一條低阻異常體，剖面西側(cè)低阻異常體從地表附近開始一直延深至－200 m，傾角約45°，推測(cè)它為一條低阻斷裂帶，根據(jù)地表實(shí)地勘查，認(rèn)為這個(gè)低阻斷裂帶為P0剖面西北側(cè)地表出露斷層的深部延續(xù);剖面東側(cè)出現(xiàn)的低阻異常帶，傾向與東側(cè)低阻異常帶幾乎對(duì)稱，該異常體也是從地表附近開始，以傾角45°向西側(cè)延深，一直延深至－200 m，推測(cè)它也為一條低阻斷裂帶。根據(jù)已知地質(zhì)資料，由于湯家坪花崗斑巖體的上侵作用以巖體為中心，羅家大寨斜長(zhǎng)片麻巖被動(dòng)地形成一個(gè)穹窿構(gòu)造，在構(gòu)造形成過程中由于張力作用，在穹窿構(gòu)造兩側(cè)形成了2條構(gòu)造破碎帶，經(jīng)過長(zhǎng)年的地質(zhì)與地表水作用，使得該構(gòu)造破碎帶呈現(xiàn)低阻反映。

頻譜激電電阻率二維反演斷面中，高低阻界線明顯，在剖面300～900 m處出現(xiàn)大面積高阻異常，且形態(tài)各異，表現(xiàn)了上侵的斑巖體中輝鉬礦成礦的不均勻性，見圖2(b)。頻譜激電極化率二維反演斷面中可以看到，剖面兩側(cè)存在高極化率特征，而在剖面1 300～1 900 m處呈現(xiàn)中低極化率交錯(cuò)的特點(diǎn)，見圖2(c)。通過地質(zhì)資料和物性資料可以推斷，剖面兩側(cè)的高極化率現(xiàn)象為被動(dòng)形成穹窿的羅家大寨斜長(zhǎng)片巖、片麻巖所引起，高極化率集中部位表現(xiàn)了強(qiáng)黃鐵礦化富集部位。中部中低極化率交錯(cuò)正是花崗斑巖所致，極化率的不均勻表現(xiàn)反映了花崗斑巖體中輝鉬礦成礦不均勻的特點(diǎn)。

圖2 P0線地質(zhì)物探綜合剖面Fig.2 Comprehensive profiles of geophysical prospecting of the P0line

3 結(jié)論

通過在大別山北麓湯家坪典型鉬礦床開展綜合物探試驗(yàn)，經(jīng)鉆孔驗(yàn)證，表明可控源音頻大地電磁測(cè)深和頻譜激電法在該地區(qū)尋找斑巖型鉬礦床是有效的，為今后在該區(qū)域?qū)ふ野邘r型鉬多金屬礦床提供技術(shù)參考。

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