綜合物探方法在四川廟坪石墨礦勘探中的應(yīng)用

張永恒，李勇，姚毅鋒

綜合物探方法在四川廟坪石墨礦勘探中的應(yīng)用

張永恒，李勇，姚毅鋒

（核工業(yè)二八〇研究所，四川 廣漢 618300）

石墨礦具有低阻高極化的電性特征，其找礦標(biāo)志較為明顯。通過開展自然電場法、激電測深、可控源音頻大地電磁測深等物探電法相配合的找礦方法，在四川廟坪石墨礦找礦中取得了較好的找礦效果。本文通過自然電場法測量在研究區(qū)發(fā)現(xiàn)自然電位異常場的電位負(fù)異常帶3處,且異常帶形態(tài)、規(guī)模與石墨礦及其礦化帶吻合較好。激電測深測量控制了Ⅱ號異常體在深部的大體分布范圍及形態(tài)，可控源音頻大地電磁測深測量克服了厚大礦體低阻屏蔽造成的影響。經(jīng)探礦工程驗(yàn)證，圈定的異常帶與礦體具有很好的對應(yīng)性，結(jié)果表明綜合物探方法自然電位+激電測深+CSAMT組合勘探在尋找隱伏石墨礦上可作為一種有效的間接找礦方法。

綜合物探方法；石墨礦；自然電場法；激電測深；CSAMT

廟坪石墨礦位于秦嶺褶皺構(gòu)造帶與揚(yáng)子地臺北緣的交接部位，屬于南江—旺蒼石墨礦成礦帶內(nèi)，研究區(qū)礦產(chǎn)勘查工作始于上世紀(jì)60年代，在米倉山南緣確定了一條長30km以上的石墨成礦帶，先后在旺蒼、南江一帶發(fā)現(xiàn)坪河、黑泥灣、蠟燭河、尖山等一批石墨礦床（點(diǎn)）。石墨礦床均分布于米倉山基底南緣中元古界火地埡群麻窩子組碳酸鹽夾含碳碎屑巖與晉寧-澄江期巖漿巖體的接觸外帶（王紅軍等，2017）。研究區(qū)地表發(fā)現(xiàn)有出露的石墨礦體，根據(jù)鄰區(qū)“尖山石墨礦”特點(diǎn)，推測區(qū)內(nèi)的石墨礦體規(guī)模大，且有一定埋深（夏錦勝等，2017；高顯忠，2015），為了在工作區(qū)圈定石墨礦找礦靶區(qū)及深部勘探，采用綜合物探方法包含自然電位測量（SP）、激電測深測量（IP）、可控源音頻大地電磁測深（CSAMT）測量等電法相配合的綜合找礦方法，在區(qū)域上通過已知石墨礦體與自然電位負(fù)異常的關(guān)系，推斷石墨礦引起的異常帶，圈定靶區(qū)，在剖面上研究激電測深與CSAMT在淺部成果的對應(yīng)關(guān)系，分析深部礦體的展布規(guī)律。通過對數(shù)據(jù)的解譯分析，查明研究區(qū)內(nèi)深部隱伏礦體及含礦層位及礦化體分布范圍、規(guī)模、形態(tài)、產(chǎn)狀等。

1 成礦地質(zhì)背景

廟坪石墨礦位于四川省南江縣，礦區(qū)面積約為4.6km2,區(qū)內(nèi)大地構(gòu)造位置屬于揚(yáng)子陸塊區(qū)一級構(gòu)造單元上揚(yáng)子古陸塊二級構(gòu)造單元之米倉山-大巴山基底逆沖帶中的米倉山基底逆沖帶。

圖1 研究區(qū)大地構(gòu)造位置

區(qū)內(nèi)出露地層主要有：元古界火地埡群（Pt）、震旦系（Z）、寒武系（?）、奧陶系（O）、志留系（S）、二疊系（P）、三疊系（T）等地層及第四系（Q），缺失泥盆系（D）、石炭系（C）。其中，中-上元古界火地埡群麻窩子組（Pt）根據(jù)巖性的不同由下而上劃分出三個巖性段，主要為一套變質(zhì)灰?guī)r、白云巖為主的碳酸鹽巖建造，向東至廟坪一帶，主要為絹云千枚巖為主，并在與下伏白云巖過渡層間出現(xiàn)銅礦化；向西至坪河、大河壩一帶，為粉砂質(zhì)炭質(zhì)板巖或石墨化片巖為主；與巖漿巖接觸帶附近，常變質(zhì)成有工業(yè)價(jià)值的石墨礦層，也是研究區(qū)的石墨礦主要賦礦層位。

根據(jù)前人研究成果顯示，在區(qū)內(nèi)經(jīng)歷過多期次地質(zhì)構(gòu)造活動，總體形成了由北至南的逆沖推覆構(gòu)造格架。劃分了三個構(gòu)造單元，分別為基底逆沖推覆構(gòu)造帶、山前斷褶帶和前緣單斜構(gòu)造帶。其中以東西向正源-朱家壩斷裂、北東向牟家壩-槐樹斷裂為界的基底逆沖推覆構(gòu)造帶，該帶與漢南逆沖推覆構(gòu)造南緣相鄰。在北東向推覆構(gòu)造，以水磨-關(guān)壩斷裂、大河壩-上兩斷裂為界，從西往東劃分為關(guān)壩-水磨推覆體、大河壩-上兩推覆體、西清-碑壩推覆體，普查區(qū)位于中部的大河壩-上兩推覆體。

2 地球物理特征

根據(jù)各類巖石電性參數(shù)間的差異的不同，來確定本研究區(qū)內(nèi)物探測量方法的有效性與采用的物探方法（李榮亮等，2017；劉帥等，2019），表1為研究區(qū)具有代表性的各種巖（礦）石采用WDCB-1 巖石標(biāo)本電性測試儀測定的實(shí)測結(jié)果。分析結(jié)果表明，白云質(zhì)大理巖、大理巖、片巖具有高電阻率的特征，平均值為2000Ω·m左右；閃長巖、花崗閃長巖具有中阻、低極化率的特征，電阻率平均值500～900Ω·m之間，極化率小于1%；石墨大理巖具有低阻、高極化率的特征，電阻率平均值為15Ω·m，極化率平均值為12%。可見石墨大理巖的電性特征為高極化低阻異常，區(qū)別與其他巖性，是區(qū)內(nèi)重要找礦線索及標(biāo)志。該巖石電性參數(shù)的統(tǒng)計(jì)為開展電法測量及異常解釋提供依據(jù)。

3 方法組合及部署

依據(jù)區(qū)內(nèi)的地質(zhì)背景及成礦條件，并結(jié)合鄰區(qū)尖山石墨礦采用的有效物探方法，選擇“自然電場法+激電測深+CSAMT”的物探方法組合勘探。首先在成礦優(yōu)選地段采用自然電場法圈定物探異常，在有物探異常的有利部位布設(shè)激電測深和音頻大地電磁測深CSAMT從淺部到深部對異常進(jìn)行解剖分析，探索深部異常的形態(tài)與展布，通過物探方法的組合勘探解譯后，設(shè)計(jì)鉆孔孔位，對物探異常進(jìn)行鉆探驗(yàn)證。

3.1 自然電位特征及異常解釋推斷

自然電場法常用于石墨礦的找礦，在電場的作用下，石墨礦區(qū)滲水帶會由于巖石顆粒吸附負(fù)離子而形成自然電位負(fù)異常（黎廣，2015）。相對于激電中梯方法，在研究區(qū)石墨礦體電阻率極低（電阻率平均值約為15Ω·m），易形成低阻屏蔽，使得區(qū)內(nèi)極化率數(shù)據(jù)失真，出現(xiàn)負(fù)值，故不宜采用激電中梯方法。自然電場法不需要人工源，使用便捷、高效。本次采用自然電場法圈定石墨礦異常靶區(qū)，在研究區(qū)內(nèi)進(jìn)行自然電場法電位觀測方法測量，測量工作成果（圖2）所示。

表2 研究區(qū)自然電位背景值及標(biāo)準(zhǔn)差

其中：為背景值（-44mV）；為標(biāo)準(zhǔn)差（-111mV）

根據(jù)所有實(shí)測數(shù)據(jù)按照累計(jì)頻率展直法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，可將自然電位強(qiáng)度劃分為異常場、高場、偏高場、正常場（表2）。

異常場與石墨礦（化）體的相關(guān)性較好，自然電位的異常強(qiáng)度可以反映該區(qū)石墨礦體的富集情況及分布規(guī)律。根據(jù)自然電位場值范圍劃分，自然電場異常場的范圍值小于-377mv，結(jié)果顯示異常場與石墨礦及其礦化帶吻合較好，本次研究共劃分3個異常區(qū)（圖2），其中Ι號異常與研究區(qū)內(nèi)1號石墨礦化體走向一致，異常區(qū)地表出露的巖體主要為白云質(zhì)大理巖、大理巖、閃長巖，未見有礦化蝕變現(xiàn)象，由此推測此異常為隱伏的石墨礦體引起的礦化異常。Ⅱ號異常規(guī)模最大，異常連續(xù)性較好，呈扇狀分布，異常向南、向東延伸，并逐漸減弱，異常與地表2號石墨礦(礦化)帶形態(tài)規(guī)模較為吻合。Ⅲ號異常，近串珠狀分布，主要出露巖性為大理巖、白云石大理巖，可見零星石墨礦化體，結(jié)合地質(zhì)資料該自電異常帶與少量的石墨大理巖出露有關(guān)。

圖2 廟坪地區(qū)自然電場法等值線圖

1. 痳窩子組三段；2. 痳窩子組二段；3. 痳窩子組一段；4. 閃長巖；5. 斷層；6. 自電異常范圍及編號；7. 研究區(qū)范圍；8. 地名；9. 音頻大地電磁測深測線；10. 激電測深測線

3.2 激電測深與CSAMT組合測量

為了解深部礦化信息，以地面自然電場法測量結(jié)果為，為發(fā)現(xiàn)和圈定激電異常，力求擴(kuò)大區(qū)內(nèi)找礦成果，同時驗(yàn)證該組合方法在該區(qū)石墨找礦的應(yīng)用效果，在研究區(qū)自然電位Ⅱ號異常帶內(nèi)分別布設(shè)了1條激電測深實(shí)驗(yàn)剖面和1條CSAMT測量剖面。

3.2.1 激電異常及數(shù)據(jù)解譯

根據(jù)測量數(shù)據(jù)繪制了激電測深ρs斷面圖（圖3），如圖所示，激電測深在AB=2km時，反演視電阻率異常的最大深度為500m，異常向下延伸沒有閉合。異常在剖面中部150～600m顯示有3處低阻異常帶，電阻率值小于20Ω·m，極化率值在此處數(shù)據(jù)失真，且出現(xiàn)負(fù)值。在低阻異常帶位置，地表見有石墨礦體出露，且較發(fā)育，故推測深部異常是由深部石墨礦體引起，且礦體分布范圍大、礦體層厚，形成了石墨礦體對電流的導(dǎo)流作用，形成對深部地層的低阻屏蔽，導(dǎo)致激電測量獲得的一次場與二次場電位極低，極化率參數(shù)失真，而視電阻率在測區(qū)反映的電性特征相對較好。150～300m，異常形態(tài)總體團(tuán)塊張狀向北微傾斜，根據(jù)地表出露的石墨礦化現(xiàn)象及資料分析，推斷此處異常為地表Ⅱ號異常帶石墨礦體引起的異常。380～450m處出現(xiàn)近直立全封閉狀的電阻率極低值，該異常對應(yīng)視電阻率＜20Ω·m，與圍巖變化梯度較大，與地表3號石墨礦體的位置吻合。距離520～600m存在一條低阻異常帶，呈條帶狀向北微傾斜，等值線圈閉，此處異常埋深較深，所以該低阻異常是否為礦致異常有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

圖3 激電測深視電阻率ρs斷面圖

1.大理巖；2.閃長巖；3.白云質(zhì)大理巖；4.含石墨礦大理巖

3.2.2 CSAMT異常及數(shù)據(jù)解譯

依據(jù)探測低阻體的展布來了解深部石墨礦體及分布情況。自然電位Ⅱ號異常帶與地表石墨礦體走向較吻合，呈近扇狀分布，本次物探測深方法是通過在該異常中心部位布設(shè)了一條可控源大地電磁測深CSAMT測量剖面，剖面長度800m，方向?yàn)楸蔽?南東向。通過SCS2D二維圓滑模型可控源反演軟件進(jìn)行處理，得到CSAMT電阻率反演斷面圖（圖4），并進(jìn)行地質(zhì)解譯。

由圖5可以看出，測線由北西至南東，反演電阻率兩端高中間低的趨勢。其中兩端高阻主要為大理巖、白云質(zhì)大理巖的反映，中間低阻與石墨礦及構(gòu)造密切相關(guān)。在平距200～400m處，一條由地表延伸到標(biāo)高1000m左右的中低阻異常，其視電阻率值小于100Ω·m，標(biāo)高在1050m以上有一彎曲的低阻體，電阻率小于10Ω·m，后經(jīng)過鉆探驗(yàn)證，該異常為石墨大理巖引起的礦致異常，其深度與形態(tài)與已知礦體較吻合，礦體呈斷續(xù)出露，標(biāo)高1000m以下，異常呈凹型結(jié)構(gòu)，異常未圈閉。平距450～600m附近，標(biāo)高1300m以上，有一近平行于地表的低阻異常帶，是電阻率值小于10Ω·m，該處地表見有斷續(xù)出露的石墨礦化體，走向?yàn)楸睎|-南西向，與視電阻率反演斷面圖相吻合。

可控源音頻大地電磁法CSAMT與時間域激電測深視電阻率斷面圖斷面反映的地電情況較為一致。激電測在深宏觀上對高阻、低阻的相對位置反映準(zhǔn)確，能夠大體反映礦體規(guī)模、形狀，在局部礦體厚大的情況，易受石墨礦低阻體屏蔽的影響，其形態(tài)總體為直立狀未能較好的反映礦體空間的展布，CSAMT彌補(bǔ)了激電測深在礦體深部展布及延伸較大情況下的不足，所以兩種方法進(jìn)行結(jié)合有助于加強(qiáng)對深部地質(zhì)體電性特征的推斷解釋。

1.鉆孔編號；2.白云質(zhì)大理巖；3.花崗斑巖；4.石墨礦體

4 結(jié)論

結(jié)果表明，通過自然電位測量+激電測深+可控源音頻大地電磁法測量（CSAMT），認(rèn)為在該研究區(qū)尋找石墨礦中物探的有效組合，通過鉆孔驗(yàn)證，圈定的異常帶與礦體具有很好的對應(yīng)性。地表采用自然電位測量，有效的圈定了地表自然電位異常帶，推斷并識別礦體與異常的關(guān)系，指導(dǎo)研究區(qū)內(nèi)石墨礦找礦方向；深部采用激電測深+可控源音頻大地電磁測深測量，對自然電位異常進(jìn)行查證解譯，確定石墨礦深部延伸及分布情況。為圈定成礦有利地段，布置工程提供了依據(jù)，該物探方法組合具有較好的找礦效果。

王紅軍，侯學(xué)文，岑海濤，魏繼生，2017．四川省南江縣廟坪石墨礦成礦地質(zhì)特征及成因探討[J]．科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，14(06)：45-46+48．

夏錦勝，孫莉，肖克炎．四川南江尖山石墨礦床地質(zhì)特征及成因[J]．地質(zhì)學(xué)刊，2017，41(02)：212-217．

高顯忠，2015．南江縣尖山石墨礦地質(zhì)特征及成因淺析[A]．《四川地質(zhì)學(xué)報(bào)》編輯部．四川省地質(zhì)學(xué)會2015年資料匯編I[C]．四川省地質(zhì)學(xué)會，21-24.

李榮亮，田建榮，劉洋，任杰，白順寶，劉曉峰，2017．綜合物探方法在甘肅梧桐井鐵銅多金屬礦勘查中的應(yīng)用[J]．地質(zhì)與勘探，53(04)：755-764．

劉帥，張夢虎，廖阿托，何希位，張凱歌，孫奕，2019．綜合物探對圈定石墨礦的應(yīng)用效果[C]．中國地質(zhì)學(xué)會．第四屆全國青年地質(zhì)大會摘要集．中國地質(zhì)學(xué)會：中國地質(zhì)學(xué)會地質(zhì)學(xué)報(bào)編輯部，308-309．

黎廣，2015．物探方法在南江尖山石墨礦中的選擇及應(yīng)用效果[J]．中國非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊，(05)：27-28+37．

The Application of Integrated Geophysical Method to the Exploration of the Miaoping Graphite Deposit in Sichuan

ZHANG Yong-heng LI Yong YAO Yi-feng

(The 280th Institute, CNNC, Guanghan, Sichuan 618300)

The application ofnatural electric field method with induced polarization sounding and controlled source audio frequency magnetotelluric sounding to the exploration of the Miaoping graphite deposit in Sichuan has achieved good prospecting results. Shape and scale of the 3 negative anomalies of spontaneous potential by the natural electric field method coincide with those of the graphite deposit and graphite mineralization zone. The IP sounding survey has control over the distribution and shape of anomaly Ⅱ in the depth. CSAMT survey overcomes the influence of low resistance shield caused by the thick ore body. The results show that SP + IP + CSAMT can be used as an effective indirect prospecting method for concealed graphite deposits.

comprehensive geophysical prospecting method; graphite deposit; natural electric field method; IP sounding; CSAMT

P631.3+2

A

1006-0995（2022）01-0146-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2022.01.028

2021-04-21

張永恒（1986— ），男，江蘇連云港人，高級工程師，地球物理勘查