遼寧省八家子鉛鋅礦瞬變電磁法深部找礦應用研究

陳 靖， 馬占才， 雷小鵬， 張 正， 李小蓮， 宋明海， 魏曉航， 劉 敏

(1.長安大學 a.重磁方法技術研究所，b.地質工程與測繪學院，c.西部礦產資源與地質工程教育部重點實驗室,西安 710054;2.西安西北有色物化探總隊有限公司,西安 710068;3.遼寧八家礦業股份有限公司,葫蘆島 125316;4.桂林凱山礦業技術有限公司,桂林 541004；5.桂林有色礦產地質研究院,桂林 541004)

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遼寧省八家子鉛鋅礦瞬變電磁法深部找礦應用研究

陳 靖1a,1b,1c,2， 馬占才3， 雷小鵬2， 張 正4， 李小蓮5， 宋明海3， 魏曉航2， 劉 敏2

(1.長安大學 a.重磁方法技術研究所，b.地質工程與測繪學院，c.西部礦產資源與地質工程教育部重點實驗室,西安 710054;2.西安西北有色物化探總隊有限公司,西安 710068;3.遼寧八家礦業股份有限公司,葫蘆島 125316;4.桂林凱山礦業技術有限公司,桂林 541004；5.桂林有色礦產地質研究院,桂林 541004)

遼寧省八家子鉛鋅礦是上世紀50年代建的老礦山，經過幾十年的開采已進入晚期，現面臨著產能閑置、產量銳減甚至企業破產的情況。通過實施瞬變電磁法在該地區鉛鋅銀銅鉬鐵等礦種的找礦實踐中取得了重大突破，取得了豐碩的成果,①先后找到松棚溝鉬礦、冰溝201富銀鉛鋅銅礦、草溝鉛鋅金硫多金屬礦、爐溝409、293銅鉛鋅礦；②重新評價了老礦山紅旗坑、東山坑、爐溝坑的深部礦儲量遠景；③對外圍擴建的黃家隱爆角礫巖型金礦、南陀夕卡巖多金屬礦、馬道鞍山式鐵礦等的普查、勘探和采礦也起到了指示作用。 這些技術應用的成果不僅徹底改觀了八家子礦危機礦山的局面，而且對類似礦山的深部找礦也有一定的參考價值。

八家子鉛鋅礦； 瞬變電磁法； 重疊回線； 大定源回線； 深部找礦

0 前言

遼寧省八家子鉛鋅礦山建于1958年，幾十年來伴隨開采，該地區開展了大量的地質勘查與研究工作，對其地質演化、礦床特征等方面有了很多成果[1-7]。然而面臨礦山資源日益枯竭，探測深度和難度加大等問題，如何從物探角度打開技術瓶頸成為關鍵。近年來，在國家“危機礦山深部找礦勘查”及“加強老礦山找礦工作”的指導下，并充分學習和利用幾十年來各學派地質專家留下的可貴資料和認識與觀點，作者依托2001年《遼寧省八家子鉛鋅礦瞬變電磁法深部找礦應用研究》項目，研究瞬變電磁法的探測深度、消除干擾、提高分辨力等技術,作為尋找鉛鋅銀銅鉬鐵等礦種的主要手段。

1 研究區地質背景

1.1 地質概況

研究區位于華北地臺北緣，燕山期沉降帶東端。南部為山海關古隆起，北部為遼西中生代火山巖凹陷[8]。在隆起與凹陷之間存在一條長約80 km、寬30 km的北東向多金屬元素成礦帶，該帶構造復雜、巖漿活動強烈，八家子礦區處于其西南部，礦區共有八個礦床(礦段)，由北向南分別為柏家屯、冰溝、東山、爐溝、古洞溝、北山、瓦房溝、吳家屯礦床(圖1)。

圖1 遼寧省葫蘆島市八家子鉛鋅礦地質圖Fig.1 Geological map of Bajiazi lead-zinc ore of Huludao in Liaoning province

該區域山海關古隆起為太古代混合花崗巖,遼西凹陷為中生代的火山巖系。成礦帶廣泛出露元古界長城群碎屑巖和含燧石鈣鎂質碳酸鹽及薊縣群碳酸鹽巖[9]，上元古界僅見青白口群景兒峪組的灰巖、頁巖和砂巖，下古生界寒武系-奧陶系(主要為灰巖)分布在八家子和吳家屯以西，中生界侏羅～白堊系為安山質熔巖和火山碎屑巖。

研究區地層構成一個向北傾伏，向南封閉于吳家屯附近的向斜。區內斷裂十分發育，主要有如“井”字型的四條：①吳家屯-八家子斷裂; ②冰溝-草溝斷裂；③北山-柏家屯斷裂；④于家屯-老溝口斷裂[10]。

區內巖漿巖發育，主要有花崗巖、花崗閃長巖、角閃石英二長巖、斑狀花崗巖、奧長環斑花崗巖、各種脈巖等?；◢弾r呈多期侵入，花崗閃長巖主要分布于東部的柏家屯，呈巖枝和巖珠產出。松棚溝-八家子似斑狀花崗巖分布于柏家屯東南，松棚溝鉬礦即在此巖體中。

1.2 礦床地質特征

1.2.1 礦床地質特征

銀鉛鋅礦床主要賦存于八家子向斜東翼的高于莊組地層中，其次為大紅峪組地層內[11]。由北山、爐溝、古洞溝、東山、冰溝和吳家屯等礦段組成。礦段展布方向主要為南東-北西向。礦體類型由南東到北西依次如下變化：近接觸帶的北山含鉬銅磁鐵礦礦體、黃鐵礦礦體；北山和古洞溝黃鐵礦礦體；古洞溝和東山黃鐵礦鉛鋅礦礦體；東山和冰溝鉛鋅礦體及冰溝銀礦體。礦體為層狀、似層狀、透鏡狀和囊狀。礦體的產狀和規模一般與斷裂構造一致，次級斷裂和層間裂隙內也有平行或斜列的礦體。礦物組成主要有黃鐵礦、方鉛礦、閃鋅礦、磁黃鐵礦、磁鐵礦、黃銅礦、自然銀、輝銀礦、硬錳礦、菱錳礦等。礦石結構為自形-半自形結構，黃鐵礦礦石主要成塊狀和致密浸染狀構造，多金屬礦石以角礫狀、脈狀構造為主。局部可見馬尾絲狀、條帶狀、蜂窩狀構造。圍巖蝕變以硅化、透閃石化、蛇紋石化、白云石化為主。

鉬礦床賦存于礦區東部松棚溝似斑狀花崗巖之下的碎裂花崗斑巖(鉀化花崗巖)中，礦化受巖體內不同方向斷裂帶和它們之間的多組裂隙控制。礦體呈似層狀、脈狀，鉬品位0.3%以上。礦石類型有細脈浸染型、網脈型、節理裂隙型等。礦石礦物主要是輝鉬礦、黃鐵礦，其次為閃鋅礦及少量黃銅礦、方鉛礦等。脈石礦物有鉀長石、石英、斜長石等。圍巖蝕變有鉀長石化，硅化、碳酸鹽化，綠簾綠泥石化等[12]。初步認為屬斑巖-熱液充填-交代鉬礦床。

1.2.2 礦床成因

礦區東部以松棚溝至瓦房溝一帶的班狀花崗巖為中心，向北西、南西方向呈半環狀由內向外劃分為六個水平方向的礦帶，即鉬礦化帶-鉬銅磁鐵礦化帶-黃鐵礦化帶-黃鐵鉛鋅礦化帶-鉛鋅銀礦化帶-銀礦化帶。這些礦化元素分帶表明，從北西和南西向東部松棚溝斑狀花崗巖體方向，成礦溫度由低溫向高溫排列，顯示東部斑狀花崗巖應屬熱源體，吳家屯礦就產于這類巖體中，因此認為，礦床成因是以斑狀花崗巖體的侵入帶來的，八家子向斜底部復合巖體侵入的部分及向斜次級褶皺構造可能存在前景很大的多金屬礦床。

2 瞬變電磁法工作布置

經野外勘察試驗，研究區內近礦圍巖電阻率均大于1 000 Ω·m，礦石電阻率為n×10 Ω·m，巖礦石之間存在較大的電阻率差異。根據以上所述, 在該區使用電阻率法找礦具有著較好的地球物理前提，采用瞬變電磁法均可發現并研究其狀態。本研究針對不同的地球物理條件選用不同的裝置進行測量，后期數據經過整理、濾波、反演得到視電阻率擬斷面圖等成果。

2.1 重疊回線裝置

重疊回線裝置是發射線圈(Tx)和接收線圈(Rx)相互重合的裝置，見圖2(a)，其特點是與地質探測對象有最強的耦合和較高的工作效率[13]。

圖2 瞬變電磁法工作裝置圖Fig.2 TEM working device figure(a) 重疊回線裝置;(b)大定源回線裝置;(c) 8字型回線裝置

2.2 大定源回線裝置

2.3 “8”字型回線裝置

這種裝置發射和接收均采用大回線，兩回線并行排列，由其中一個發射一次場，另一個接收二次場信息(圖2(c))。工作時，發射和接收線圈保持固定間距沿測線移動。其特點是對于大傾角的陡峭構造的探測效果明顯，且異常為單峰，形態簡單[17]。

3 瞬變電磁法勘探成果

3.1 冰溝201礦體的發現

冰溝201礦體位于冰溝-草溝斷裂(礦山稱 201斷裂構造)。該構造地貌為一寬十余米的斷陷，斷陷內銅鉛鋅及鐵錳礦化強烈，并有兩條指示深部礦體長存在的石斑巖脈分布。多年來多種地質工程均未探到具有規模的礦體，我們擬定利用100 m×100 m的重疊回線全覆蓋探測來圈定異常的大體位置；然后在圈定的異常區域內利用600 m×500 m的大定源回線，較準確地確定異常體的平面分布位置，探測深度大致500 m；最后調整探測參數后，采用100 m×100 m偏移(2 m)的重疊回線，來確定異常體的縱向空間位置。

圖3(a)是冰溝70線瞬變電磁法多測道曲線及視電阻率擬斷面圖，128點～136點200 m范圍內的異常穩定，其中133點中晚期呈低值異常，這也因地形在133點向大號趨于升高，垂直地形面的激勵磁場偏向淺部于至離開礦體所致。圖3(b)是冰溝58線瞬變電磁法多測道曲線及視電阻率擬斷面圖，與70線相似，區別是局部存在疊瓦狀的平行小礦層，使異常更加復雜。此外，在冰溝南部東山地區(圖1)，20測線擬斷面顯示存在向東緩傾的異常帶，設計的坑道也探到了和冰溝70、58測線相近似的礦體。綜上分析，在70線的201大構造處設計了驗證鉆孔ZK321(圖1)，探測到了三層總厚達26 m的塊狀富銀鉛鋅礦體，即冰溝201礦體，打破了幾十年“冰溝無礦”的論斷，徹底解救了礦山危機。后經詳細勘察，冰溝201礦體獲得鉛鋅金屬量約50×104t，銀1 200 t，相當一個大型礦床規模的鉛鋅礦床和一個大型規模的銀礦床，并且201礦及其周圍仍具有很大的找礦前景。

圖3 冰溝瞬變電磁法異常與礦體剖面圖Fig.3 Binggou TEM abnormal and profile map(a) 冰溝70線;(b) 冰溝58線

3.2 爐溝409和293礦帶的發現

對于爐溝測區范圍內走向小、延深大的409礦帶和緩傾的293礦帶，采用大定源回線裝置進行探測(圖4)。由圖4(a)可知，多測道曲線在113點～117點100 m的范圍出現明顯的異常，擬斷面上的對應異常位于陡傾的單斜地形面上，推斷引起異常的礦體應垂直于地形線(EF線)，在對應深200 m～500 m范圍，此處正是409號礦的延深部位，該部位50年代曾實施的鉆孔打在礦體尖滅之間的空檔處而落空。實際上由于地形影響，礦體距離異常向上坡方向偏移了150 m～200 m。由圖4(b)可知，由于地形相對平坦，409礦異常與實際礦體偏移較小，礦體與異?？梢暂^好地對應。409礦在平面上構成礦帶，在縱深方向形成礦化層。整個409礦為富銅、鉛、鋅礦體，本次探礦新獲得約10×105t的銅鉛鋅金屬量。實際409礦向北東斷續延長到王家店詳查區(圖1)，鉆孔揭示有的地區鉛鋅品位已達3%。

圖4 爐溝瞬變電磁法異常與礦體剖面圖Fig.4 Lugou TEM abnormal and profile map(a) 冰溝0線;(b) 冰溝8線

此外，從圖4(a)還可看出，淺部239緩傾斜礦體的特征，圖4(a)中礦體位于山脊上，礦頭部位于垂直地形線(CE線)的D點出現完整的異常；越過山脊進入下坡的地形線(CB線)，接近A點時地形變緩，垂直礦體的激勵磁場加強，出現更強的異常。239礦探測獲銅鉛鋅金屬量約1×104t。

3.3 松棚溝鉬礦的發現

在強干擾地區需要加大探測深度提高橫向分辨力，設計了“8字”型線框裝置探測，線框距為25 m×4匝，電流高達10A。2002年我們利用該種裝置在松棚溝-東山區探測獲得很好的效果。

圖5是118線的探測的異常與二層“U”字型的礦層吻合，U字型的中心礦層最厚而富，異常也最強，探測深度達到600 m以下。綜合地表鉬礦物化探異常的分布以及地表觀察，該地區鉬礦體呈多層狀，深部為一體，南北長700 m～1 000 m，寬600 m～800 m。2002年松棚溝鉬礦的發現帶動了當時整個遼西的探礦業發展，巖體的探礦權很快被登記完畢，并發現了多處鉬礦體或鉬遠景區。

圖5 松棚溝鉬礦118線瞬變電磁法異常與礦體剖面圖Fig.5 TEM abnormal and profile map of Line 118 in Songpenggou molybdenum ore

3.4 草溝礦體的發現

根據傳統理論，瞬變電磁法探測深度是發射邊長的一半，這與實際差距很大，經據大量的資料總結，認為當發射邊長足夠大時(或發射磁矩足夠大時)，具有一定規模的礦體，能在4至8倍發射邊長的深度上可靠地被發現。在草溝測區用100 m×100 m的重疊回線掃面發現了大異常，推斷為800米深的傾斜礦體引起(圖1)，經地質工程得見到巨厚層的推斷礦體后得到驗證，進一步研究確定該礦為海底噴流沉積的層控礦床，為礦區新類型礦床。

圖6中118-112點多測道有兩組密集曲線反映了兩個標高的礦體，即在擬斷面-400 m標高對應有小于320 Ω·m的低阻異常。草溝礦體大致為厚30 m～40 m，呈400 m×400 m的緩傾大平板，初步獲金屬量銅鉛鋅8 wt，銀540 t，硫310 wt，礦床仍在擴勘探擴大中，預計礦往深部呈階梯狀，再向深部為直立或倒轉，可能轉變為銅金礦床。

圖6 草溝測區26線瞬變電磁法異常與礦體剖面圖Fig.6 TEM abnormal and profile map of Line 26 in Caogou region

4 結論

將瞬變電磁法應用于老礦山的接替礦區勘探中，結合當地的地質情況和工作實際進行了合理的工作設計，取得了良好的探測效果。主要有以下結論：

1)在礦體和圍巖之間具有較大的導電性差異時，瞬變電磁法能夠有效地反映出礦體的位置、展布等信息，能有力地為進一步的地質工作指示方向，提高地質勘探效率并節省勘探成本。

2)利用瞬變電磁法進行勘探時，不應盲目使用特定裝置和參數，而應結合勘探任務和不同探測裝置的特點，綜合利用不同裝置，分步實現成礦前景區普查、礦體詳查定位的目標。

3)瞬變電磁法的探測深度，不僅僅是簡單地由發射線框邊長決定，同時也受到發射磁矩、觀測靈敏度、研究區電阻率特征等因素的制約，文中關于草溝礦體的研究也證實了這一點。

這里的研究證明了瞬變電磁法在老礦山環境下的有效性，此工作對于類似的找礦工作具有一定的參考意義。

致謝

在撰寫本文的過程中，感謝桂林礦產地質研究院教授級高工溫少光給予的指導，在此致以最誠摯的謝意！

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Application of transient electromagnetic method in deep mineral exploration at Bajiazi lead-zinc ore of Liaoning province

CHEN Jing1a,1b,1c,2， MA Zhan-cai3， LEI Xiao-peng2，ZHANG Zheng4LI Xiao-lian5， SONG Ming-hai3， WEI Xiao-hang2，LIU Min2

(1.Chang'an University a.Gravity&Magnetic Institute, b.College of Geology Engineering and Geomatics, c.Key Laboratory of Western China's Mineral Resources and Geomatics Geophysical Engineering,Xi’an 710068,China； 2.Geophysical and Geochemical Exploration, Bureau of Geological Exploration for Nonferrous Metals in Northwest China,Xi’an 710068,China；3. Bajia Mining Co.,Ltd.,Huludao 125316,China; 4. Guilin Kaishan Mining Technology co., Ltd,Guilin 541000,China; 5.China Nonferrous Metal (Guilin) Geology and Mining Co.,Ltd.,Guilin 541004,China)

Bajiazi lead-zinc ore,built in the 1950s in liaoning province, has entered the middle-late period after decades of mining.Under the influence of resources crisis it faced the situation of idle capacity,production decline,even the bankruptcy of the enterprise.In recent years,under the guidance of“deep prospecting exploration of crisis mines”and“strengthening the old mine prospecting work”,we have carried out the deep study on the transient electromagnetic method about detection technology,investigation depth，interference elimination and resolution enhancement.The research results are:①the discovery of 5 new polymetallic ores;②re-evaluation the deep prospective ore reserves of 3 old mines;and ③ a reference to the reconnaissance survey,exploration and mining of the peripheral expansion ores.

Bajiazi lead-zinc ore； transient electromagnetic method； coincide loop； large fixed loop； deep mineral exploration

2015-07-15 改回日期：2015-10-30

陳靖(1984- )，女，在讀博士，主要從事地球物理探測及數據處理方面的研究，E-mail：chenjing_0528@163.com。

1001-1749(2016)05-0610-08

P 631.3

A

10.3969/j.issn.1001-1749.2016.05.06