綜合電法在干擾區石墨礦勘查中的應用

胡耀星（中鐵資源地質勘查有限公司，北京 100161）

綜合電法在干擾區石墨礦勘查中的應用

胡耀星
（中鐵資源地質勘查有限公司，北京 100161）

【摘 要】石墨低阻高極化的特性，使得物探工作在快速評價石墨礦勘查工作中起到重要作用。通過在人文影響較大的干擾區開展綜合電法工作，由面到點的對典型異常區進行多種方法試驗后，提出利用激電溫納裝置在電磁干擾較強的區域可以有效地劃分出礦質激電異常，結合可控源音頻大地電磁測深法進一步了解深部異常形態，并在云山石墨礦的勘查中取得了較好的效果，為今后在干擾區進行石墨礦勘查工作提供了依據。

【關鍵詞】石墨礦；激發極化法；激電溫納；CSAMT

石墨作為我國的優勢礦種之一，由于具有潤滑、耐高溫、導電等特性，其應用領域十分廣泛。隨著地表礦越來越少，尋找深部隱伏礦已經成為地質工作的主要方向，而石墨和其他巖(礦)石相比具有明顯的低阻高極化特性，并且在成礦后往往具有穩定的層位和一定的規模，這些特點為利用電法找礦勘查工作提供了先決條件。而在電法勘查方法選擇中由于石墨具有很強的電子導電性并且化學性質穩定，能夠形成很強的自然電場，在人文影響較小的地區，利用自然電法、激電中梯法在勘查中取得較好的效果[1-6]。本次勘查區域屬于云山石墨礦的西段，周圍分布較多采場和高壓線路，人文影響嚴重，給開展電法工作帶來了很大的困難。本文通過在復雜干擾區開展的電法工作為例，結合地質資料，通過鉆孔驗證對物探異常進行綜合解譯取得了較好的找礦效果，為今后在干擾區尋找同類石墨礦床提供參考。

1　地質概況及巖(礦)石物性

1.1 地質概況

云山石墨礦區地處黑龍江省鶴崗市蘿北縣境內，位于太古宙—元古宙佳木斯微陸塊北部，穩定大陸邊緣鐵多金屬非金屬成礦帶。出露地層主要有下元古界黑龍江群、麻山群柳毛組，其上不整合覆蓋有下白堊統猴石溝組和第四系，而具有工業價值的石墨礦體賦存在柳毛組中部地層中。礦區以石墨云母片巖、石墨斜長變粒巖、石墨石英片巖為主，常見有黑云母斜長片巖、變粒巖、淺粒巖、石英巖和大理巖等，經過區域變質作用，使得含碳的沉積物中分散狀的碳質向石墨轉變，片度增大，生成晶質鱗片石墨，形成沉積變質型石墨礦床。

區內巖漿巖以侵入巖為主，主要為黑云母混合花崗巖和一些脈巖。黑云母混合花崗巖大面積分布，占區內面積的18%。脈巖以基性偏中性為主，規模小、零星分布。

礦區處于云山向斜的北西端，鴨蛋河向斜南西翼。總體為一南部走向近南北，往北變為北北西，傾向北東—北北東的單斜構造。斷裂較發育，主要為南北向斷裂，主要分布在礦區的東西兩側，對主要礦體連續性幾乎未造成破壞。

1.2 巖(礦)石物性

礦區巖(礦)石標本電性特征參數測定結果見表1。

表1　礦區主要巖(礦)石電性特征

由表1可以看到，石墨片巖和石墨斜長變粒巖與其他巖性相比具有明顯的低阻高極化特性，具有良好的導電性，在同一種巖礦石中由于石墨含量不同，使得電阻率和極化率差異較大。如石墨片巖電阻率變化范圍在0.5～14.32Ω·m，極化率在15.89%～50.67%。而石墨斜長變粒巖相對于石墨片巖極化率偏低一些，反映其石墨含量比石墨片巖略低。其余斜長變粒巖、斜長淺粒巖、石英巖、大理巖表現為高阻低極化的特征，這就為利用激電異常圈定低阻高極化的含礦巖體特征提供了物性依據。

2　參數試驗及效果

2.1 剖面方法試驗

在石墨礦的勘查中使用自然電法作為主要勘查手段，取得了較好的成果。而從勘查區的地形圖(見圖1)來看，勘查區的東西兩側分別有兩個較大的采場，并且其南側公路兩旁分布著大小不一的廠房，這些地方往往具有大型的供電設備和高壓線路分布，因而存在較大的電磁干擾，可能對自然電法產生較大的影響，而東西兩側的采場對激電中梯的采集方式也將帶來一定的干擾。

圖1　勘查區地形

為了選擇一種合適的方法和裝置類型，在工作區已知礦化較好的典型地段開展了激發極化法和自然電場法兩種方法的試驗，其中激發極化法選用了中梯裝置和溫納裝置(見圖2)兩種類型，而自然電場法采用自然電位法(見圖3)和自然梯度法(見圖4)兩種方式進行測量。其中自然電場法采用重慶地質儀器廠的DZD-6A多功能直流電法儀進行測量，點距為20m。激發極化法采用重慶奔騰的WDFZ-10大功率激電儀進行測量，激電中梯法采用了發射端AB=1.2～2km、接收端MN=40～80m進行了試驗，均發現礦體上方的一次場信號非常弱，無法觀測到有用的信號。激電溫納裝置采用了AM=MN=BN=40m，四極聯動向前觀測方式，點距40m。電法試驗剖面如圖5所示。

圖2　溫納裝置剖面

圖3　自然電場電位法(SP)剖面

圖4　自然梯度法(SP)剖面

圖5　電法試驗剖面

通過在已知礦體上進行的上述方法試驗，發現以下問題。

(1) 自然電場法采用兩種裝置——電位法和梯度法。從電位法的結果來看，在礦體對應地段，礦質異常對應并不明顯，并且可能會出現假異常或無異常現象。而采用梯度法的測量結果變化較大，無法判斷出礦化異常。

(2) 激電中梯裝置由于東西兩側發射端分布著大型機電設備干擾，并且受到石墨礦體厚大，超低電阻率的特性，使得電流衰減較快。受到當地供電條件影響，當供電電流達到7A時，仍然無法滿足測量需求。

(3) 從激電溫納裝置測量結果看，通過數據分析，在206點以西視電阻率在2.8～32Ω·m，視極化率在10%～20%左右，石墨礦體低阻高極化異常表現明顯，在206點以東視電阻率在200～700Ω·m，視極化率＜5%，高阻低極化特征與礦體的低阻高極化特征形成明顯的差異，結合地質剖面圖可以看到采用激電溫納裝置測量后在礦體和圍巖的邊界位置有相對較好的異常對應，對礦體分布范圍有很好的高極化率異常，這就為劃分礦質異常提供了依據。

2.2 電磁測深方法試驗

為了進一步了解異常深部的產狀，指導下一階段鉆孔工作，設計開展了電磁法測深的工作。由于測區人文干擾較嚴重，并且存在高壓線路，鑒于以上情況選用可控源音頻大地電磁測深法(CSAMT)，它是20世紀80年代末在大地電磁法(MT)和音頻大地電磁法(AMT)的基礎上發展起來的頻率測深方法，根據電磁波理論，通過改變發射頻率來改變探測深度，達到頻率測深目的。由于采用人工源，信號強度高于天然場源，具有抗干擾、分辨能力強的特點，是研究深部地質結構、尋找隱伏礦的一種有效手段。在工作開始前選取了地形條件較為平坦，異常較好的3線布設了電磁測深試驗。本次工作使用加拿大鳳凰公司V8多功能電法系統及30kW大功率發電機，發射距AB長2km，收發距7～8km，供電電流為3～7A。

3線地質物探綜合剖面激電溫納裝置見圖6，可控源二維反演見圖7。從3線的可控源二維反演結果來看，淺部信息和溫納裝置的激電異常對應較好，在120點以西激電異常低阻高極化的區域，視電阻率10-1～10-2Ω·m，視極化率18%～48%，對應可控源為低阻異常帶，視電阻率同樣在10-1～10-2Ω·m之間，傾向向東，傾角35°，深部視電阻率變大，最大值0.79Ω·m，從探槽和鉆孔所見巖性來看主要為石墨含量較高的石墨片巖和石墨斜長變粒巖。往東(120點以東)極化率異常整體偏低，對應的可控源上地表為一層相對的高阻層，視電阻率平均為100Ω·m，下部為低阻層，與西側視電阻率對比，為一套巖體，呈層狀體向東延伸，從鉆探的結果來看地表的高阻低極化帶主要為石墨含量很低或幾乎不含石墨的斜長變粒巖和斜長淺粒巖，下面的層狀低阻體為礦質異常，其產狀和礦體有較好的對應，從可控源反演的結果和鉆探對比，發現該方法對礦體的產狀和形態有較好的對應，尤其是在礦體的界面上反應的較為清晰。而在礦體底部由于石墨天然的導電性，以及礦體厚大，電磁信號衰減過快等影響，使得探測的深度較淺，無法了解深部礦體的更多信息。

圖6　激電溫納裝置

圖7　可控源二維反演

3　找礦應用

通過試驗后，在礦區進行1∶1萬激電溫納裝置測量，網度為100m×40m，圈定出激電異常分布范圍，在異常較好的區域按勘探線的間距進行了可控源音頻大地電磁測深的剖面測量工作，點距20m，通過了解深部異常體的埋藏深度和空間賦存特征，為后期的鉆探工程提供依據。

3.1 激電異常

從全區的激電測量結果來看(圖8、圖9)，工作區視電阻率值整體大部偏低，在5～110Ω·m之間，礦區東北部的7線～11線之間視電阻率較大，在150～1 500Ω·m之間。而對應全區的視極化率整體偏高，結合地質情況和物性測試分析，以9%為下限圈定極化率異常，與電阻率特征一致，對應為低阻高極化的異常特征，結合物性測量的結果圈定出Ⅰ區、Ⅱ區兩處激電異常。

Ⅰ區激電異常區位于工作區中部的11線～10線之間，異常范圍約1km2。本區視極化率梯度較大，最大值為29%。高極化率異常帶呈北西、北北西向分布，與電阻率低異常帶形態大體一致，推測該異常為石墨礦體引起的礦質異常。

Ⅱ區激電異常區位于工作區南部的28線～34線之間，異常范圍較小，視電阻率最小值為6.24Ω·m。低阻異常呈北西向，地表未見石墨礦石出露，推測該異常為深部少量石墨礦體。

3.2 CSAMT測量

通過以可控源的方法試驗后，對工作區激電異常較好的Ⅰ區進行可控源的電磁測深工作(見圖10)，以指導后期的鉆探工作。

從圖10可以看出，從南到北視電阻率逐漸減小，剖面上，20、16、12、10、8線，西側深部電阻率較低，對應的較好的高極化率異常，向東隨著巖性的變化、石墨含量變低、巖脈傾入等影響使得電阻率逐漸增高。結合后期的鉆探結果，從圖10的勘探線剖面可以看到礦體大多數在西側對應的低阻異常區，東側的高阻異常為含少量石墨斜長變粒巖、斜長淺粒巖和石英巖及大理巖所引起，礦體呈殲滅，物探異常與鉆探結果顯示礦體剖面基本一致。往北4、0、3、7、11線，深部隱伏一套穩定的低阻異常，似層狀逐漸擴大，產狀穩定，總體呈北北東—北東向傾向，而到最北端15線可以看到低阻異常往東迅速尖滅，并且有高阻異常傾入，推測為花崗巖侵位所引起。總體來說，從南到北低阻異常逐漸加深，低阻異常的形態和產狀與礦體有很好的對應，這一特點在后期鉆探結果上得到較好的驗證。

3.3 鉆探驗證

根據激電異常以及可控源深部的低阻異常對工作區進行了200m×100m網度的鉆孔驗證工作，在0、3、7、11線可控源深部較好的低阻異常處，從西往東共發現依次編號為I、II、III、IV、V五個主要礦體，礦體主要分布在南北長1 800m，東西寬80～1 000m不等的一個帶內，平均真厚度18.46m，平均品位10.38%。礦體呈層狀，礦體總體走向北北西，傾向北東東，局部地段走向北西西，傾向北北東，該帶呈現北部收斂，南部散開的分布特點(見圖11)[7]，各礦體特征見表2。

圖8　礦區視極化率平面等值線圖

圖9　礦區視電阻率平面等值線圖

圖10　可控源音頻大地電磁測深聯合斷面圖

圖11　礦體勘探線聯合剖面圖

表2　礦區石墨礦體特征表

礦體與圍巖(片巖、片麻巖、斜長變粒巖、斜長淺粒巖、石英巖和大理巖等)產狀一致，局部大理巖、斜長變粒巖等呈透鏡狀產出，導致礦體產狀變化較大。通過鉆孔資料分析，高阻異常大多由斜長變粒巖、斜長淺粒巖和石英巖及大理巖所引起，礦體大多以石墨石英片巖以及石墨斜長變粒巖呈層狀產出，表現出很低的低阻異常，礦體的產狀與低阻異常的產狀有較好的對應，利用物探方法在石墨礦的勘查中起到了重要的指導作用。

4　結論與探討

綜合物探的開展是覆蓋區有效的勘查手段，本次工作在人文影響嚴重的區域，前期面積測量時通過開展自然電法和激發極化法兩種方法試驗，對比了自然電位法、自然梯度法、激電中梯裝置、激電溫納裝置在典型石墨礦體上的應用效果后，發現激電溫納裝置在這種干擾較大的區域，抗干擾性強，能夠采集到較好的激電異常，以視極化率為9%劃分異常下限，較好地劃分出石墨礦化引起低阻高極化的激電異常范圍，經過后期驗證為礦質異常和圍巖的劃分取得了較好的效果。

在電磁測深的剖面測量時，結合工作區存在的干擾情況，利用可控源音頻大地電磁測深法為判斷地質體特征提供了可靠的依據。電阻率差異較大的低阻異常對于礦體的產狀和形態有很好的對應性，在可控源反演的結果中對于礦體的上界面反應的較為清晰，而在礦體埋深較大時，由于石墨天然的導電性，以及礦體厚大，電磁信號衰減過快等影響，使得探測的深度仍然無法太深，這一問題還需要進一步研究。

石墨礦特殊的低阻高極化的特性，使得物探和鉆探相結合的方式成為快速評價石墨礦床有效的勘查手段。隨著工作區域人文干擾因素的影響越來越嚴重，常規的物探方法已經不能滿足目前的勘查需要，通過本次的方法試驗和勘查結果對比，討論了激電溫納裝置和可控源音頻大地電磁測深法在干擾區開展工作的有效性。從面到點，多種物探方法的結合，為取得良好找礦效果提供了重要保證，并為類似情況下利用物探手段快速評價石墨礦床提供參考。

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Application of Comprehensive Electrical Method in the Jamming Area of Graphite Ore Deposit

HU Yao-xing
(China Railway Resources Exploration Co., Ltd., Beijing 100161, China)

Abstract:Graphite low resistance high polarization characteristics, making geophysical work has played an important role in the rapid evaluation of graphite ore exploration. Through the influence of interference area is larger in the humanities to carry out comprehensive electrical work, the IP wenner device in strong electromagnetic interference region can be effectively divided into mineral IP anomalies, combined with controlled source audio magnetotelluric sounding method to further understand the abnormal shape of the deep department, and obtained a good effect in the exploration of Yunshan graphite ore,in the future for the jamming area provides a basis for the exploration of graphite ore.

Key words:graphite ore; IP ; IP wenner; CSAMT

【收稿日期】2014-09-30

【文章編號】1007-9386(2015)03-0029-05

【文獻標識碼】A

【中圖分類號】P619.252；P631.321