丁志強,李 飛,崔志強,孟慶敏,路 寧,鄭紅閃
(中國地質科學院 地球物理地球化學勘查研究所,廊坊065000)
航空物探綜合站在大興安嶺中南段找礦中的應用
丁志強,李 飛,崔志強,孟慶敏,路 寧,鄭紅閃
(中國地質科學院 地球物理地球化學勘查研究所,廊坊065000)
由物化探所研制的Y12航空物探(電、磁、放)綜合測量站,在內蒙古自治區大興安嶺中南段開展1∶50 000航空物探(磁、電磁、伽瑪能譜)綜合站勘查,實現了多參數測量,取得了寶貴的航空物探綜合測量數據資料。這里先介紹了航空物探綜合站的組成、測量方法和數據質量;再通過實測數據分析了測區的巖石物性特征,對航空物探綜合測量區域場進行了綜合解釋,并分析了測區的成礦特征;最后對大興安嶺中南段巴彥寶力稿銅多金屬礦進行了靶區預測,提供了豐富的地質和找礦信息。
航空物探綜合站;綜合解釋;成礦特征;靶區預測
在內蒙古自治區大興安嶺中南段開展1∶50 000航空物探(磁、電磁、伽瑪能譜)綜合站勘查,研究該區區域地質構造,圈定斷裂帶、進行巖性構造填圖等,為內蒙古自治區礦產勘查規劃和工作部署提供地球物理基礎資料;結合地質、地面物探、化探、遙感等資料,進行銀、鉛、鋅、銅、金、鐵等礦產(兼顧其他礦產)成礦預測。我們利用物化探所自行研制的HDY-402型三頻補償式航電儀與航磁、核工業航測遙感中心的GR-820、GR-818伽瑪能譜儀組成Y12航空物探綜合站進行測量。航空物探綜合站勘查設備技術先進,性能穩定,數據質量可靠,為內蒙古大興安嶺中南段獲得了大面積蘊含豐富地質和找礦信息的1∶50 000航磁、航空電磁、航空伽瑪能譜寶貴數據資料。
1959年物化探所聯合七家單位開始我國的航電系統研制[1-3];七十年代研制成功大剛架單頻航電系統;八十年代初研制成功雙頻航電系統,與航磁系統組成航空物探(電、磁)綜合站進行了大量生產飛行;上世紀九十年代成功研制了三頻航空電磁系統,與航磁組成綜合站投入生產測量;近年來又將航空放射性加入其中,組成航空物探(電、磁、放)綜合站進行大規模生產飛行。在研制Y12航空物探(電、磁、放)綜合測量系統的同時,開發配套方法技術研究和數據處理解釋軟件的研發,實用性強且簡便易行。開發的調平、視電阻率轉換和一維反演方法技術,在解決航空電磁數據處理核心及難點問題上取得了良好效果。在航空物探(電、磁、放)綜合測量系統中,核心技術是三頻航空電磁系統的研發。由物化探所研發的HDY系列航空電磁測量系統是我國唯一具有知識產權的實用化頻率域航空電磁測量系統,填補了國內相關領域的技術空白,為國家快速開展大面積地質、礦產普查提供了技術手段。
2.1 航空物探綜合站組成及測量方法
本次測量使用中國飛龍專業航空公司的Y12型飛機,組成航空物探(電、磁、放)綜合站(圖1)進行野外飛行作業。機載航空物探儀器設備包括GB-4A型高精度航空氦光泵磁力儀、GR-820型或同等水平(GR-818)的多道航空伽瑪能譜儀、HDY-402型三頻航電儀、微機收錄系統、GPS衛星導航定位儀以及飛機裝備無線電測高儀等。地面日變站配備與空中同等精度的高精度氦光泵磁力儀,微機自動收錄日變數據,實時顯示日變曲線。室內配備有資料預處理使用的微機以及航空物探儀器維護、測試設備等。
三頻航空電磁測量系統發射、接收線圈分別安裝于Y12飛機翼尖,呈垂直共面,收發距為19.2m;工作頻率分別為463Hz、1 563Hz、8 333Hz,測量上述三個頻率的實分量、虛分量電磁場。航磁探頭安裝在飛機尾椎上向后伸出,探頭中心距飛機尾椎為3.57m,測量地磁場總場強度;航空伽瑪能譜儀安置于飛機機艙內部,同時測量Tc、U、Th、K、Uup、宇宙射線等。該系統實現了多參數測量[4-7],航磁測量可用于確定磁性基底起伏,圈定一些斷裂構造和磁性巖體,提供巖(礦)石的磁化率和磁場特征;航空伽瑪能譜測量不僅可以直接尋找放射性、鉀鹽等礦床,還可以從巖性和構造上提供輔助信息進行巖性填圖,提供巖(礦)石放射性總量、鈾、釷、鉀含量及基本特征;航空電磁測量不僅可以提供導電良好的構造和地質體,還可以提供巖礦石的電阻率和電場特征;其綜合結果將為地質填圖提供較好的服務。Y12航空物探(電、磁、放)綜合站為我國的國土資源調查提供了一種高效率、低成本的物探手段。
2.2 航空物探綜合站測量數據質量
本次航空物探綜合站測量數據質量可靠,所有航空物探數據都均達到或優于設計指標。
HDY402型三頻航空電磁測量系統,采用在接收線圈處加補償線圈實時補償掉一次磁場,所以又稱為補償式航空電磁系統[1]。系統分別接收二次磁場的實分量和虛分量,采用實分量和虛分量分別補償的辦法補償掉一次場。二次場用一次場的百萬分之一(10-6)表示。該系統振幅及相位穩定,噪聲、零漂等性能指標同期都處于國外領先水平。
航空電磁數據質量通過噪聲水平、零點漂移和靈敏度變化進行綜合衡量。其中低頻、中頻、高頻實分量/虛分量的噪聲水平小于20×10-6的占85.8%。三個頻率實分量、虛分量的零漂小于±100 ×10-6/h的占92.1%。三個頻率實分量、虛分量靈敏度變化率小于±10%的占96.6%。航電實測數據質量都優于設計指標。

圖1 航空物探(電/磁/放)綜合站內外結構圖Fig.1 The structure of the integrated geophysical(electromagnetic,magnetic,radiometric)survey system inside and outside
2.3 航磁數據質量
航磁生產飛行測量之前必須要進行磁補償,目的是把飛機磁場的干擾減少到允許的范圍內。本次測量地面八方位平面最大轉向差小于1nT,經空中飛行檢查,最大轉向差為2.579nT,垂直干擾場補到小于1nT,滿足設計要求。
航磁重復線飛行主要用于檢測系統的一致性,從圖2可以看出,磁場值基本重合,僅在異常地段存在一定差異,滿足設計要求。不同高度飛行磁場值曲線符合航磁隨高度變化的基本規律,直觀地說明了航磁儀器工作狀態穩定、可靠,以及飛行定位的高精度和質量(圖3)。

圖2 航磁重復線對比剖面圖Fig.2 Contrast aeromagnetic profiles of repeated survey lines

圖3 航磁不同高度對比剖面圖Fig.3 Comparison aeromagnetic profiles with different survey heights
航磁質量通過磁測量總精度進行評價,本次實際測量的總精度為±2.34nT,優于總精度小于±3 nT設計要求,航磁數據質量優良。
2.4 航空伽瑪能譜法
航空放射性測量系統,在使用前要求進行飛機本底檢查、穩定性檢查和儀器校準。本次測量機艙內放射性本底水平低于機艙外停機坪放射性本底水平的10%;航空多道伽瑪能譜儀穩定性檢查滿足要求能譜儀數據變化≤±5%;航空放射性測量系統校準內容包括雷達高度計、氣壓高度計、航空模型靜態、動態測試帶和高高度(本底)校準,經過上述標定刻度后,最終取得了合格的檢定證書。
航空伽瑪能譜數據的質量,是通過晶體分辨率、峰漂、變化率來衡量的。全區數據系統探頭晶體分辨率(對137Cs的0.662MeV特征峰)平均值為10.33%,小于12%的規范和設計要求。系統峰漂(208Th的2.62MeV能譜特征峰256道)下測晶體小于±3道,上測晶體小于±5道,符合設計和規范要求。早晚基線總計數率變化基本在±10%之內,滿足變化率在±20%之內的規范要求。
3.1 電性特征
在航電測量中,航空電磁場隨巖(礦)石電阻率變化而變化。高阻巖體和地層形成航空電磁低背景場,低阻地層形成與地層相對應的大面積高背景場或高強異常場,礦化蝕變帶、斷裂破碎帶可出現局部低緩異常帶,低阻金屬礦床上空,可出現孤立低緩異常。區內基巖導體異常,大都分布在高阻(n×103Ω· m)背景場中。其中有兩種與控礦和賦礦有關的基巖導體異常即中阻、低阻構造破碎帶和礦化蝕變帶異常。因此利用航電測量發現和追索構造破碎帶和礦化蝕變帶,縮小尋找銅多金屬礦靶區,具有充分的地球物理前提[13]。
3.2 磁性特征
受多種地質因素的影響,本區各類巖石和礦石的磁性變化較大[9]。本區多為熱液型和矽卡巖型礦床,其接觸帶或斷裂破碎帶受熱液蝕變和礦化的影響,巖石磁性較強,常產生帶狀分布的磁異常。侵入巖多為燕山期和華力西期,具有一定磁性,并有從酸性-中性-基性、超基性磁性增強的規律。在磁場上反映為較高的區域背景場或強度不等的局部異常。火山巖中的中性、中基性、基性巖具有較強磁性,且極不穩定,航磁表現為梯度大、變化劇烈的復雜磁場特征。本區變質巖多為正變質巖和少量負變質巖,具有一定的(弱-中等)磁性,負變質巖在磁場上呈平穩區域低背景場。新生代和侏羅系碎屑沉積巖和二疊紀正常沉積碎屑巖多為無磁性-弱磁性,磁化率一般在0~n×10 4π·10-6SI之間,在磁場上多反映為平穩區域低背景場。
3.3 放射性特征
由多年放射性測量經驗可知,不同巖(礦)石放射性參數具有一定的規律可循,①中、酸性巖類(花崗巖及閃長巖等)放射性核素含量普遍偏高,可引起航空放射性高值場;②基性-超基性巖放射性核素含量普遍較低,一般形成較明顯的低值場;③沉積巖放射性核素含量中等偏低;④火山巖及火山碎屑巖放射性核素含量變化較大,與巖石組分有關,偏酸性含量高,偏基性則含量低。由此可見,應用航空放射性測量尋找放射性礦產及其相關的礦化帶、熱液蝕變帶,圈定中酸性巖體是行之有效的。分析本區巖漿巖中的放射性元素,總體上隨著巖性從基性、中性到酸性逐漸增高,基性巖的鉀含量為1.0×10-2~2.0×10-2;鈾含量為1.0×10-6~2.5×10-6;釷含量為3.0×10-6~5.0×10-6。中性巖的鉀含量為1.5×10-2~2.5×10-2;鈾含量為2.0×10-6~3.0 ×10-6;釷含量為7.0×10-6~12.0×10-6。酸性巖類的鉀含量為2.5×10-2~3.5×10-2;鈾含量為3.0×10-6~3.5×10-6;釷含量為15.0×10-6~20.0×10-6,比基性巖類高2倍~5倍。通過統計測區周邊出露的不同時代的沉積巖、變質巖、火成巖,不同成巖條件、不同化學組份,不同地球化學環境的礦物放射性核素的規律,可以為尋找多金屬礦產提供重要的放射性地球化學信息。
4.1 電場解釋
本區主要出露地層為寒武系、奧陶系、志留系、泥盆系、石炭系、二疊系、侏羅系、白堊系、第三系和第四系[8-9,11]。①侏羅系在測區北部廣泛分布,占整個測區面積的70%以上;②寒武系、奧陶系、志留系、泥盆系、石炭系、二疊系、侏羅系地層的電性呈高阻,電磁響應表現出相對低緩平穩的特征;③第三系零星分布在五叉溝一帶和測區西北部,由于有紅色泥、砂巖存在,多呈低阻電性,電磁響應呈中等強度;④第四系多分布在山間河谷和大小盆地中,在低洼地帶土壤(包括咸、堿水體)有重度或輕度鹽漬化現象,多以低阻或良導體出現,均有較強的電磁響應,在咸水體和重鹽漬化土壤分布區,出現高強雜亂航電異常。
縱觀測區航空電磁實、虛分量剖面平面圖及視電阻率轉換平面圖,用航電在該區開展多金屬礦產普查,在航電飛行測量不超高(最好小于50m)的前提下,電磁響應能夠反映出不同電性的巖性分布特征[12],配以同步測量的航磁,圈定和追索控礦構造帶,可以進行間接或直接找礦。
4.2 磁場解釋
從航磁ΔT剖面平面圖上看,測區航磁異常以多圈同心環形異常為特征,地質圖上對應大面積出露的侏羅系火山巖及零星出露的花崗巖、花崗斑巖,其中心圓恰好對應侏羅系上統查干諾爾組凝灰巖。
大興安嶺主脊斷裂將測區一分為二,該斷裂將測區分為構造和火山作用特征迥異的東、西兩亞帶。東亞帶以小型地塹和半地塹的斷陷盆地為主,燕山晚期火山—侵入巖漿活動十分強烈,發育有中基性、中性、中酸性和酸性熔巖及中性—中酸性—酸性侵入巖體,形成多條次火山—淺成侵入巖帶,并形成較多與巖漿巖有關的大型或中型多金屬礦產。磁場亦以平穩的或波動起伏的負磁場或正磁場、正負跳躍異常場及環形異常場為特征。西亞帶以大型斷陷盆地為主,大面積發育侏羅系查干諾爾組酸性凝灰巖、流紋巖,與巖漿巖有關的礦產較少且規模較小。磁場以反映酸性噴出巖的中、強磁場及反映基性玄武巖的正負跳躍異常場為特征。
4.3 放射場解釋
從表1可以看出,測區航放總計數率、鉀、鈾、釷含量的平均值分別為1 200cps、1.86×10-2、1.32× 10-6、5.97×10-6。釷鉀比平均為3.2,總體上呈現明顯貧鈾、鉀,釷偏低的特點,與相鄰航測區的核素分布規律較為相近。表1

表1 測區航空放射性TC、K、U、Th含量統計表Tab.1 Measured airborne radioactive TC,K,U,Th content statistics
本區航空放射性總量普遍偏低,大于等于1 200 cps的地質(層)體主要包括華力西期、燕山期中酸性侵入體,奧陶系多寶山組、志留系臥都河組、上侏羅統中酸性火山巖及第三系五叉溝組玄武巖,其變化幅度不大,以較為平穩單調的中低航空放射性總量為主。據此可以說明,本區內大多數地質(層)體的放射性元素豐度不大,各類巖石放射性強度的差異較小;全區以花崗巖類的放射性強度最高,尤其以華力西中晚期(γ3-24)的總計數率更為突出。測區東、西部邊緣地區航空放射性總計數率的降低,可能是由于第四系覆蓋厚、巖石出露差,并可能與區域性的地質構造控制有關。
測區主產銅、鉛鋅、銀、錫等多金屬礦產[10-11]。在空間分布上,橫向上從嫩江斷裂往西依次為銅多金屬成礦帶→錫、鉛鋅、銅成礦帶→稀有稀土成礦帶,成礦時間也逐漸向新推進的趨勢;縱向上由北東向南西成礦時代亦逐漸向新推進,礦種上以銅、鉛鋅為主,鉛鋅、錫、鎢逐漸增加的演化規律。成礦多與燕山早期中酸性火山—侵入雜巖體直接相關,少數與華力西晚期巖體關系密切,巖體巖性以閃長玢巖、花崗閃長巖及安山玢巖、英安玢巖等為主,幾乎所有已發現的大中型多金屬礦產都產在巖體的內外接觸帶上。成礦圍巖多為早二疊統的濱海相碎屑巖、中基性火山巖和晚侏羅統的碳酸鹽巖,瀉湖相和湖相碎屑巖、泥巖和火山碎屑巖,其中全區大中型銅、鉛鋅銀礦床圍巖均為輕變質的二疊系中基性火山巖地層(如大型大井銅銀錫礦、中型蓮花山銅銀礦等)。構造上多受北東向、北北東向構造與近東西向構造控制,形成北東呈帶,東西成行的產出格局。主要的成因類型為:①斑巖型銅、銀錫礦床;②熱液脈狀銅、銀鉛鋅礦床;③矽卡巖型鉛鋅、鐵銅礦床和堿性花崗巖型稀土礦床。
本區已發現多金屬礦床多分布于北東向與北西向斷裂構造的交匯部位,加之多期、次的巖漿熱液活動。從物探的角度來看,本區多金屬礦產的物性特征表現為:
1)銅—鐵成礦帶與莫霍面隆起、密度大的地殼關系密切,以重力高和磁力高為標志的基底隆起地塊和隱伏巖漿帶上;多分布于燕山期侵入巖邊緣地帶,多為正磁背景上的局部正異常中或其邊緣接觸帶附近較強的正磁異常帶。
2)銀—鉛—鋅礦床多分布在莫霍面陡傾處的,礦床大多數表現為在重、磁異常低或過渡帶中,與凝灰巖關系密切,磁場上表現為在低緩平穩的負磁場或正負磁場平穩過渡帶背景中的微弱異常帶,多為北東向和近東西向低電阻帶交匯部位。
3)稀有金屬成礦與莫霍面凹陷和巖石圈中低密度帶有關,與重力低和弱磁場區吻合。這些特征為利用航空物探進行大面積快速的多金屬勘查提供了理論基礎。
靶區位于扎魯特旗的巨日河鎮,屬銅多金屬礦一級找礦遠景區。大地構造位置位于哲斯—林西復向斜內。
除廣泛發育的第四系沉積物外,地表出露地層主要為二疊系索倫組砂巖、板巖、三疊系陶海營子組變質細砂巖與黑云母板巖互層、侏羅系呼日格組凝灰質砂巖、侏羅系白音高老組凝灰巖、白堊系平山組中—基性熔巖等。區內侵入巖以燕山早期中酸性侵入巖為主,局部分布北東向中酸性脈巖。區域磁場以平穩弱負磁場為主,局部疊加北東東向、強度約100 nT~200nT的弱磁異常帶。由圖4可知,區內大部分巖體均為弱磁性或無磁性,僅二長斑巖、閃長巖、閃長斑巖以及侏羅系寶石組。受野外飛行測量超高的影響,航空電磁場以平穩低背景場為主,電磁響應較好的航電異常僅有一處,位于靶區東南邊部。航空伽瑪能譜總道等值線圖顯示,區內大多巖石放射性核素含量較低,僅在東南部的已知多金屬礦化點附近、北東部的銅銀礦化點附近以及西部邊緣地區出現相對高值區。但從圖4中可知,靶區整體位于弱釷異常區。
土壤地球化學元素化探異常圖顯示,航磁異常位于化探Au、Ag、Cu、Pb、Zn、Sb、Bi、Fe2O3等組合異常南部及東部。化探異常多為單點高值:Ag=102 100×10-9,Au=46×10-9,Cu=545.7×10-6,Pb=1 071×10-6,Zn=306.3×10-6,Sb=12.2× 10-6,Fe2O3=7.2%。Au、Cu、Pb、Sb等元素均高出異常下限10倍以上,為尋找銅銀多金屬礦有希望的異常。
在巖石露頭和揀塊上進行了巖礦石磁化率測定。測定結果:閃長巖磁化率為160×4π·10-6SI~480×4π·10-6SI,砂巖、粉砂巖磁化率一般為16× 4π·10-6SI~24×4π·10-6SI,個別露頭如黑色細粉砂巖(1070線33點)磁化率為752×4π·10-6SI。另外沿化探采樣剖面同步進行了巖礦石磁化率測定。結果顯示,沿剖面磁化率一般為16×4π·10-6SI~64×4π·10-6SI,局部出現80×4π·10-6SI以上的高值。較低磁化率多對應表土較厚或砂巖、粉砂巖、泥巖風化殼。高值多對應閃長巖或砂巖、粉砂巖出露較好的地段,可能含磁鐵礦較多所致。對比磁測剖面,高磁化率點與磁異常相對應或大致相對應,基本反映一定的磁性規律。
通過地面異常查證,我們作出如下結論:推斷C -73-124異常東段為閃長巖引起,該段異常南緣疊加的小尖峰異常處于巖體與索倫組南接觸帶附近,可能為接觸蝕變帶內磁鐵礦含量增加的反映。推斷C-73-124異常西段為沿斷裂帶侵入的脈巖或地層中富含磁鐵礦引起。異常南緣低小異常對應化探多元素高強組合異常,Pb、Ag達到或接近邊界
品位,地表見斷裂破碎帶,并位于閃長巖體與地層接觸帶附近,是尋找多金屬礦十分有利的地段。

圖4 巴彥寶力稿銅多金屬礦找礦靶區物化探綜合異常特征Fig.4 Copper polymetallic ore prospecting targetssynthetical geophysical anomalies of the Bayanbaoligao
作者首先對航空物探綜合站方法、組成、數據質量進行了簡單介紹,然后分別對航空電磁、航磁、航空伽瑪能譜的區域場特征進行了深入地分析,研究了航空物探區域場與地質構造的關系,提煉出了新發現和新認識。通過分析和總結發現,航空物探綜合測量反映了豐富的地質和找礦信息,這一成果更新了大興安嶺中南段地區的航空物探數據,為該區開展新一輪大比例尺基礎地質調查、礦產勘查和綜合地質研究,提供了重要的航空物探基礎資料。
航空物探綜合站測量長期以來是尋找鐵和其他金屬礦床的一種有效手段,在國家“十三五”計劃資源調查和開發中作用將會更加突出。隨著國民經濟的快速發展,急需進一步拓寬航空物探測量的領域,提高航空物探測量系統水平和數據綜合解釋技術,使其得到更快的發展和更廣泛的應用。
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The application of airborne geophysical general station to prospecting in the middle-south section of Daxing'anling
DING Zhi-qiang,LI Fei,CUI Zhi-qiang,MENG Qing-min,LU Ning,ZHENG Hong-shan
(Institute of Geophysical and Geochemical Exploration,CAGS,Langfang 065000,China)
Y12airborne geophysical(electromagnetic/magnetic/radioactive)integrated measuring stations developing by the IGGE,carried out in the central-south section of Inner Mongolia Daxing'anling airborne geophysical integration prospecting(1:50 000)to achieve a multi-parameter measurement and gain valuable data.Through the data analysis of the geophysical field of the survey area,including geological features,characteristics of magmatic rocks and petrophysical characteristics.This article describes the composition and features of the instrument of airborne geophysical integrated station.The characteristics of mineralization is summarized in this paper.The comprehensive interpretation on survey area is analyzed and predicts prospecting target of copperpolymetallic ore.
airborne geophysical integrated station;comprehensive interpretation;metallogenic characteristics;prediction of prospecting target
P 631
A
10.3969/j.issn.1001-1749.2015.03.07
1001-1749(2015)03-0306-07
2014-07-04 改回日期:2014-08-14
內蒙古自治區國土資源廳項目(07-1-HK01)
丁志強(1984-),男,碩士,主要從事航空物探方法技術研究,E-mail:dingzhiqiang@igge.cn。