四川省南江縣廟坪石墨礦深部找礦的綜合物探方法

李 勇 張永恒 王紅軍 侯學(xué)文

(核工業(yè)二八〇研究所)

20世紀(jì)80年代以來，眾多學(xué)者圍繞與研究區(qū)(位于廟坪石墨礦礦區(qū))有關(guān)的揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)北緣、大巴山臺(tái)緣坳陷地帶、秦嶺成礦帶南緣、米倉(cāng)山地區(qū)等區(qū)域成礦重大基礎(chǔ)地質(zhì)問題進(jìn)行了一系列研究，奠定了該區(qū)地質(zhì)科學(xué)研究的基礎(chǔ)[1]。區(qū)域米倉(cāng)山南緣石墨礦的產(chǎn)出構(gòu)成了一個(gè)成礦帶，斷續(xù)出露于旺蒼縣大河壩，向NE向延伸至臘燭河，何家壩、坪河至尖山及上兩一帶，長(zhǎng)達(dá)30 km，其中，南江坪河石墨礦及旺蒼大河壩石墨礦位于研究區(qū)南西方向，尖山石墨礦緊鄰研究區(qū)西南部。由區(qū)域已有的地質(zhì)勘查資料可知，該成礦帶內(nèi)礦體規(guī)模較大且有一定的埋藏深度。為進(jìn)一步指導(dǎo)研究區(qū)石墨礦找礦勘查工作，本研究綜合采用自然電場(chǎng)法、可控源音頻大地電磁測(cè)深法(CSAMT)以及自然電位測(cè)井法對(duì)該區(qū)進(jìn)行勘查，通過數(shù)據(jù)綜合解譯，對(duì)區(qū)內(nèi)深部礦體分布情況進(jìn)行分析。

1 研究區(qū)地質(zhì)及地球物理特征

1.1 地質(zhì)特征

廟坪石墨礦位于四川省南江縣上兩鄉(xiāng)，礦區(qū)面積約4.70 km2。研究區(qū)內(nèi)的含礦巖系為中上元古界火地埡群麻窩子組第二段的淺變質(zhì)巖系，主要巖性為灰白色—淺灰色等雜色中厚層塊狀白云質(zhì)大理巖、大理巖及千枚巖(圖1)[1]。含礦巖系地層呈NE—SW向延伸，在區(qū)內(nèi)沿走向出露長(zhǎng)度為4～5 km，寬度為0.5～1.5 km，總體呈NE走向，傾向NW，局部SE。

研究區(qū)大地構(gòu)造位置位于米倉(cāng)山構(gòu)造帶南緣之鷹咀巖—關(guān)壩構(gòu)造區(qū)上兩復(fù)式背斜構(gòu)造帶南東翼。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造格架簡(jiǎn)單，主要發(fā)育4條斷裂構(gòu)造：①岳家灣—狗家子溝一帶斷層(F1)，在區(qū)內(nèi)延伸長(zhǎng)約4 km，總體走向?yàn)镹E—SW向；②岳家灣—何家院子斷層(F2)，在區(qū)內(nèi)延伸長(zhǎng)約1 km，斷層寬約10 m，總體走向?yàn)镹E—SW向，與F1斷層近乎平行；③椒子樹塘斷層(F3)，在區(qū)內(nèi)延伸長(zhǎng)度不足500 m，寬約10 m；④道人灣斷層(F4)，為F1斷裂構(gòu)造的次級(jí)構(gòu)造斷裂，區(qū)內(nèi)延伸長(zhǎng)約0.9 km，寬度達(dá)數(shù)米。研究區(qū)內(nèi)構(gòu)造對(duì)礦體的形成和分布提供了壓力和動(dòng)力條件。

研究區(qū)內(nèi)構(gòu)造巖漿巖活動(dòng)頻繁，導(dǎo)致區(qū)內(nèi)脈巖十分發(fā)育，表現(xiàn)為類型復(fù)雜、多期次侵入的特點(diǎn)，主要以巖脈和小巖株的形式產(chǎn)出。巖漿巖類型主要為角閃輝長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)巖、花崗斑巖等。

1.2 物性特征

研究區(qū)內(nèi)巖(礦)石的電性特征主要與巖(礦)石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、物質(zhì)成分相關(guān)。本研究經(jīng)過野外露頭四極激電測(cè)深可知：①大理巖、白云質(zhì)大理巖、閃長(zhǎng)巖，極化率一般小于2%，電阻率則較高，為442～4 728 Ω·m，為高阻、低極化的反映(表1)；②碳質(zhì)大理巖、碳質(zhì)千枚巖，電阻率為89.6～301 Ω·m，極化率偏高，最大值為4.3%，為中低阻、高極化的反映；③石墨礦及其礦化帶，極化率為4.2%～7.8%，電阻率為1.6～24.5 Ω·m，呈現(xiàn)出低阻、高極化的特征。總體上，研究區(qū)石墨礦具有特殊的低阻、高極化特性，與圍巖有明顯差異，為進(jìn)行物探勘查工作提供了條件。

2 綜合物探勘查成果解譯

碳質(zhì)地層是地球物理勘查工作主要的干擾因素之一[2]，加之研究區(qū)礦體厚大，導(dǎo)致石墨礦體電阻極低，電流場(chǎng)完全被石墨礦吸引，區(qū)內(nèi)石墨礦體對(duì)電流形成的短路作用導(dǎo)致低阻屏蔽，激電中梯實(shí)測(cè)一次場(chǎng)和二次場(chǎng)電位極低，極化率參數(shù)無法準(zhǔn)確測(cè)定，其高極化率的特性未能有效體現(xiàn)，因此常用的大功率激電中梯掃面測(cè)量方法在區(qū)內(nèi)難以應(yīng)用[3-4]。為了快速、準(zhǔn)確地定位礦體，排除碳質(zhì)地層的干擾，本研究首先利用自然電場(chǎng)法對(duì)該區(qū)開展面積性測(cè)量工作，快速得到異常的平面分布信息；然后選擇可控源音頻大地電磁測(cè)深法(CSAMT)[5-7]進(jìn)行深部探索，以進(jìn)一步了解自然電位異常的具體埋深、規(guī)模、產(chǎn)狀等空間分布規(guī)律；最后在鉆孔結(jié)束后進(jìn)行了自然電位測(cè)井，以了解井中地球物理特征。測(cè)量使用的儀器為重慶數(shù)控技術(shù)研究所研發(fā)的WDJD-2型多功能直流數(shù)字激電儀，該型儀器具有測(cè)量精度高、分辨率強(qiáng)的特點(diǎn)，能夠同時(shí)自動(dòng)采集多種參數(shù)，并進(jìn)行顯示、存儲(chǔ)。綜合測(cè)井儀器采用JGS-1系列數(shù)字測(cè)井系統(tǒng)， CSAMT測(cè)量?jī)x器為加拿大鳳凰公司生產(chǎn)的V8多功能電法數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其發(fā)射設(shè)備為25 kW大功率發(fā)電機(jī)及TXU-30發(fā)射機(jī)。

圖1 研究區(qū)區(qū)域地質(zhì)特征

表1 研究區(qū)巖(礦)石樣品電阻率測(cè)定結(jié)果

露頭巖性樣品數(shù)/件電阻率/(Ω·m)取值范圍平均值石墨礦181.6～24.57.36石墨大理巖20167～467322.00碳質(zhì)千枚巖1689.6～301180.00花崗斑巖14442～1596886.00閃長(zhǎng)巖20898～18341188.00大理巖201354～37202142.00白云質(zhì)大理巖152070～47282856.00

2.1 自然電位異常特征

在自然條件下，地面兩點(diǎn)之間通常能夠觀測(cè)到一定大小的電位差，表明地下存在著天然電流場(chǎng)，這種場(chǎng)主要是由電子導(dǎo)體的天然電化學(xué)作用和地下水中電離子的過濾與擴(kuò)散作用所致[3-4]。本研究在區(qū)內(nèi)采用自然電位剖面測(cè)量方法沿測(cè)線逐點(diǎn)觀測(cè)相對(duì)于基點(diǎn)的電位差，測(cè)線按100 m×20 m(線距100 m，點(diǎn)距20 m)的網(wǎng)度施測(cè)，測(cè)線盡可能垂直于地質(zhì)體走向或構(gòu)造走向，測(cè)線長(zhǎng)度為500～1 700 m不等。

本研究在研究區(qū)內(nèi)開展了1∶1萬自然電位測(cè)量工作，通過總結(jié)自然電位實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，以區(qū)內(nèi)確立的基準(zhǔn)點(diǎn)為依據(jù)，使用累計(jì)頻率展直法對(duì)區(qū)內(nèi)2 624個(gè)自然電位數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理，其中自然電位正常場(chǎng)的電位強(qiáng)度大于-155 mV，偏高場(chǎng)的電位強(qiáng)度為-155～-264.3 mV，高場(chǎng)的電位強(qiáng)度為-264.3～-373 mV(表2)。

表2 研究區(qū)自然電位背景值及標(biāo)準(zhǔn)差

注：μ為背景值，本研究區(qū)取-45 mV；σ為標(biāo)準(zhǔn)差，本研究取-109 mV。

根據(jù)研究區(qū)的實(shí)測(cè)自然電位數(shù)據(jù)，區(qū)內(nèi)可分為正常場(chǎng)、偏高場(chǎng)、高場(chǎng)及異常場(chǎng)，其中異常場(chǎng)與石墨礦及其礦化帶具有相關(guān)性，自然電位異常的強(qiáng)度和規(guī)模能夠有效地解釋石墨礦化的富集情況及礦化分布規(guī)律。偏高場(chǎng)及高場(chǎng)的電位強(qiáng)度為-155～-373 mV，主要分布于研究區(qū)西南側(cè)的大尖山北側(cè)以及何家灣東側(cè)至岳家灣一帶，其中大尖山北側(cè)的電位場(chǎng)呈扇狀分布，連續(xù)性較好，面積較大，長(zhǎng)約2 km，寬約1 km，地表主要出露的巖性為大理巖、白云質(zhì)大理巖局部見閃長(zhǎng)巖巖體，局部零星可見黃鐵礦化、蛇紋石化，故其電位強(qiáng)度不高；何家灣東側(cè)至岳家灣一帶的偏高場(chǎng)及高場(chǎng)呈NE—SW向近長(zhǎng)弧狀展布，結(jié)合地質(zhì)資料分析，與出露地表的千枚巖、碳質(zhì)千枚巖有關(guān)，其異常性質(zhì)有待進(jìn)一步驗(yàn)證；廟坪一帶的偏高場(chǎng)呈串珠狀分布，出露的巖性主要為千枚巖、零星見石墨礦化露頭，后期勘查需予以重視。自然電位異常場(chǎng)的電位強(qiáng)度小于-373 mV，與石墨礦及其礦化帶吻合較好，本研究據(jù)此劃分了3個(gè)異常區(qū)(圖2)。

圖2 研究區(qū)自然電位等值線平面

(1)Ⅰ#異常。該異常為研究區(qū)南西側(cè)靠近麻窩子一帶、測(cè)線6#～12#、10#～50#測(cè)點(diǎn)范圍內(nèi)形成的電位下限為-375 mV的自然電位異常場(chǎng)，異常峰值為-551 mV。該異常區(qū)域地表未見明顯的礦體露頭，但該異常區(qū)域與Ⅱ#異常相連，走向基本一致，故推測(cè)其為石墨礦及其礦化帶引起的礦致異常，具有進(jìn)一步工作的意義。

(3)Ⅲ#異常。該異常主要分布于新河村以南，異常面積不大，異常強(qiáng)度小于-375 mV，長(zhǎng)約300 m，寬約200 m，主要出露的巖性為千枚巖、碳質(zhì)千枚巖，局部見有含石墨大理巖分布，結(jié)合地質(zhì)資料，推測(cè)該異常帶與巖性有關(guān)，下一步可開展適當(dāng)?shù)牡刭|(zhì)工程予以揭露。

2.2 CSAMT數(shù)據(jù)解譯

由于含石墨地層是形成天然電場(chǎng)的低阻地質(zhì)體[8]，故根據(jù)低電阻率特性可以進(jìn)一步了解深部礦體的延伸情況。由于Ⅱ#自然電位異常與地表石墨礦走向較為吻合，近扇狀分布，為此本研究在該異常中心部位布設(shè)了1條CSAMT剖面。采用SCS2D平滑模擬反演軟件對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了反演處理，得到了測(cè)線反演電阻率斷面圖(圖3)，并進(jìn)行相關(guān)地質(zhì)推斷解釋。

圖3 研究區(qū)CSAMT綜合剖面

(1)平距600～780 m處可見近直立的低阻異常帶，由地表向下一直延伸至底部，結(jié)合地質(zhì)資料分析，平距620 m處存在一條近SN走向、產(chǎn)狀較陡的斷裂F4，該斷裂對(duì)下伏地質(zhì)體的控制乃至異常形態(tài)的變化產(chǎn)生了一定影響；該異常往南至平距900 m、標(biāo)高1 000 m處的中低阻異常未圈閉且向南延伸，經(jīng)探槽揭露該斷裂旁側(cè)同時(shí)存在石墨礦，因此該異常具有一定的找礦前景。

(2)平距440～600 m處，附近標(biāo)高1 200 m以上部位的視電阻率對(duì)數(shù)值小于1 Ω·m，出現(xiàn)團(tuán)塊狀向北微傾斜的低阻異常體，測(cè)線與地表礦體走向近斜交，引起的異常梯度變化差異不明顯，結(jié)合地質(zhì)資料分析，該異常地表斷續(xù)出露有電阻率較低的石墨礦，故推測(cè)該異常為礦致異常。

(3)平距200～400 m處存在一條向深部延伸的中低阻帶，視電阻率對(duì)數(shù)值小于2 Ω·m，結(jié)合地質(zhì)資料分析可知，該處有斷層F1通過，低阻效應(yīng)可能由斷層破碎帶內(nèi)的充填物引起；該異常標(biāo)高1 040 m 以上出現(xiàn)了一條呈向下彎曲狀的異常帶，視電阻率對(duì)數(shù)值小于1 Ω·m，經(jīng)工程驗(yàn)證為石墨礦引起的異常，其深度及形態(tài)與已知礦體較為吻合；沿該異常標(biāo)高720 m以下出現(xiàn)反“V”形低阻異常體且向下延伸未圈閉，視電阻率對(duì)數(shù)值小于1 Ω·m，異常性質(zhì)有待于進(jìn)一步驗(yàn)證。

(4)在CSAMT剖面上于平距240 m處施工了ZK301鉆孔，開孔傾角80°，方位130°，孔深405 m，0～159.43 m深度巖性為花崗斑巖、角閃輝長(zhǎng)巖、大理巖局部巖層較破碎，電阻率呈現(xiàn)中高阻特征；159.43～401 m深度均見有石墨礦，礦體厚度大于200 m，與本研究圈定的自然電位異常對(duì)應(yīng)較好，驗(yàn)證了該異常為礦致異常，同時(shí)佐證了CSAMT在研究區(qū)進(jìn)行深部找礦勘探的有效性。

2.3 自然電位測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)解譯

根據(jù)研究區(qū)的地球物理?xiàng)l件，選擇自然電位測(cè)井來測(cè)量鉆孔中的物性參數(shù)，在進(jìn)行測(cè)井時(shí)，將M電極置于井內(nèi)，N電極固定于地表，隨電極系移動(dòng)，測(cè)量出可動(dòng)電極M相對(duì)于地面參考電極N之間的電位差，各參數(shù)采樣間隔為0.10 m，提升速度小于6.0 m/min。測(cè)量過程中巖芯采取率較高，則按巖芯地質(zhì)編錄數(shù)據(jù)確定礦體頂、底邊界及分布特征，否則，按自然電位曲線形態(tài)確定[9-12]。石墨礦層的定性基本遵循“一低一高”的原則，大理巖、花崗巖、閃長(zhǎng)巖、白云質(zhì)大理巖的自然電位強(qiáng)度較低，石墨大理巖、石墨礦、碳質(zhì)千枚巖的自然電位強(qiáng)度較高。

ZK301鉆孔測(cè)井深度達(dá)403.9 m(圖4)，其中0～92.28 m 深度的主要巖性為花崗斑巖、閃長(zhǎng)巖，自然電位為0.74～93.58 mV，平均為38 mV，自然電位幅值上低下高，局部有小的鋸齒狀起伏，為巖性不均一的表現(xiàn)；93.58～117.29 m深度的巖性主要為碳質(zhì)大理巖，自然電位為20.19～99.26 mV，平均為73.7 mV，巖性分布呈現(xiàn)的鋸齒狀、指狀特征反映巖性單一，厚度較薄；117.29～159.75 m深度的主要巖性為花崗斑巖、閃長(zhǎng)巖局部夾大理巖，自然電位為14.249～110.97 mV，平均為41.62 mV，侵入巖分布總體表現(xiàn)為鋸齒狀，大理巖夾層表現(xiàn)為筍狀曲線界線突變，頂部呈尖狀；159.75～403.9 m深度的主要巖性為石墨大理巖，石墨礦化層的自然電位為22.62～131.31 mV，平均為82 mV，自然電位幅值正向偏移，幅值較高，曲線總體表現(xiàn)為箱形—漏斗形。 通過對(duì)自然電位測(cè)井曲線的幅度、形態(tài)、頂?shù)捉佑|關(guān)系、光滑程度等要素的分析，可有效劃出鉆孔中礦體及圍巖的界線，尤其是自然電位參數(shù)反映明顯，能夠較好地反映礦體展布特征。

3 結(jié) 語

廟坪石墨礦礦區(qū)具有自然電位異常強(qiáng)度較高、視電阻率低的異常特征，據(jù)此通過自然電場(chǎng)法圈定了異常區(qū)，并采用可控源音頻大地電磁測(cè)深法(CSAMT)對(duì)自然電位異常進(jìn)行了勘查解譯，經(jīng)鉆探驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)了石墨礦體。通過進(jìn)一步開展自然電位測(cè)井工作，進(jìn)一步了解了區(qū)內(nèi)深部石墨礦體延伸及展布情況。研究表明，區(qū)內(nèi)有效的深部勘查物探組合為自然電場(chǎng)法、可控源音頻大地電磁測(cè)深法(CSAMT)以及自然電位測(cè)井法。

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