綜合物探方法在鄂東南龍角山—付家山礦區及外圍深部找礦中的應用

盧 鵬， 劉 敏，2， 劉 博，2，3， 徐富文，2， 盛 威， 朱柳琴，2， 謝玉福， 戴 雨

(1.湖北省地質局 第一地質大隊，湖北 大冶 435100； 2.湖北省地質局 找礦突破創新中心，湖北 大冶 435100;3.湖北省地質局 第一地質大隊 院士專家工作站，湖北 大冶 435100)

鄂東南礦集區位于長江中下游鐵銅成礦帶的西端，是一個以銅鐵金礦為主、伴隨鎢鉬的礦集區。近年來，銅綠山銅鐵礦、雞冠咀金銅礦、銅山口銅礦等銅鐵金礦老礦山深邊部找礦均取得重大突破或重要進展，但鎢鉬礦勘查進展不大[1-2]。而相鄰的江西省近年來陸續發現朱溪、大湖塘等特大型鎢礦床[3-4]，其成礦地質背景及物化探異常特征與本區類似，因此認為本區也有發現大型—超大型鎢礦床的可能性。

鄂東南礦集區以往開展的物探方法精度不高，探測深度有限，加之各種物探方法多解性明顯，因此單一物探方法對深部地質情況的反映往往不理想。隨著勘查深度的逐漸加大，單一物探方法在深部找礦中的應用效果逐漸下降，而綜合運用多種物探方法往往能在深部找礦中取得較好效果[5-8]。金山店鐵礦床通過地面高精度磁測、井中三分量磁測和可控源音頻大地電磁法(CSAMT)測量工作，圈定了深部斷裂接觸帶構造，擴大了Ⅰ、Ⅱ號礦體規模[9]。雞冠咀金銅礦床通過高精度磁法、重力剖面測量、CSAMT剖面測量，結合井中物探等工作，推斷了深部接觸帶的存在，在逆沖斷層下盤新發現了Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ號礦體[10-11]。銅綠山銅鐵礦床選用CSAMT及井中磁測對斷裂復合侵入接觸構造和磁性礦體進行定位，新發現了ⅩⅢ、ⅩⅣ、ⅩⅤ號礦體[12-16]。為取得鄂東南礦集區鎢礦深部找礦突破，亟需在龍角山—付家山礦區及外圍開展綜合物探找礦工作。

本文對近年來龍角山—付家山礦區開展的重力、磁法、CSAMT工作進行系統梳理，對物探數據進行二次處理、反演，結合鉆孔信息，圈定與成礦關系密切的龍角山、付家山花崗閃長斑巖體在不同深度的范圍和形態，獲取含礦地質體與物探異常的對應關系，優選找礦靶區，以期有效指導地質找礦工作。

1 研究區地質概況

龍角山—付家山礦區位于下揚子臺褶帶西端的大冶凹褶斷束內，殷祖復式背斜北翼之鹿耳山背斜的次級褶皺——龍角山背斜的北翼，殷祖巖體北東緣和陽新巖體北西部[17]。研究區內從南至北依次出露志留系—三疊系地層，缺失泥盆系地層。志留系地層主要為碎屑巖，石炭系—三疊系地層主要為碳酸鹽巖，地層整體走向NEE，傾向NNW，傾角一般為50°～60°。區內巖漿巖主要為呈巖株狀產出的龍角山巖體和呈不規則腎狀產出的付家山巖體，巖性以花崗閃長斑巖為主，成巖年代為燕山期[18-19]。區內構造較發育，整體為一單斜構造，局部發育小規模褶皺，自西向東呈波狀分布。褶皺軸向NNE，多表現為短軸和鼻狀褶皺，顯示出多期褶皺疊加的特征。斷裂構造主要由探礦工程揭露而發現，大致分為NE、NW以及NEE-EW向三組。碳酸鹽巖地層與巖體接觸形成侵入接觸帶構造，其形態復雜，在平面和剖面上均呈波狀起伏。

研究區銅鉬鎢礦主要與燕山期巖漿侵入作用形成的龍角山、付家山巖體有關，成礦與成巖幾乎同時發生[20]。成礦地質作用主要為巖漿巖與碳酸鹽巖圍巖的接觸交代作用和巖漿期后熱液充填交代作用，礦體受接觸帶或巖體附近的硅鈣界面及層間破碎帶的控制，與矽卡巖有密切的空間關系，礦床成因類型為矽卡巖型[17，21]。

2 研究區地球物理特征

2.1 巖(礦)石物性特征

物性是地球物理解釋的基礎。本文收集和統計了區內主要巖(礦)石的密度、磁性和電性資料(表1)，并根據研究區內17個鉆孔的電阻率測井成果，對同一巖性采用深度加權平均的方式計算平均視電阻率，其結果見表2。

表2 巖(礦)石視電阻率參數統計表

2.1.1密度特征

由表1可以看出,碎屑巖類密度較小，一般<2.60 g/cm3；巖漿巖類密度一般>2.60 g/cm3，較碎屑巖類密度稍大；碳酸鹽巖類密度較大，一般在2.70 g/cm3以上；矽卡巖密度為2.77 g/cm3；礦石類密度最高，均在3.03 g/cm3以上。密度由低至高排序為：碎屑巖類<巖漿巖類<碳酸鹽巖類<矽卡巖<礦石類。

2.1.2磁性特征

由表1可以看出,碎屑巖類、碳酸鹽巖類為無或弱磁性,巖漿巖類為中等磁性,礦石類為強磁性。

表1 巖(礦)石物性參數統計表

2.1.3電性特征

測井電阻率和視電阻率整體表現出如下趨勢：碎屑巖類整體呈低阻特征，當發生角巖化時電阻率顯著上升；碳酸鹽巖類如大理巖和灰巖整體呈高阻特征；巖漿巖類以花崗閃長斑巖為主，整體呈高阻特征，僅閃長玢巖呈相對低阻特征，當巖漿巖類存在高嶺石化、礦化時，電阻率明顯降低；矽卡巖呈中阻特征，當存在礦化時，電阻率進一步降低；各類礦石均呈低阻特征。巖(礦)石受構造、風化、蝕變等影響，電阻率會發生很大變化，如碳酸鹽巖因構造破碎和充水會表現為低阻,風化蝕變的巖漿巖會轉變為低阻，因此在物探解譯過程中需結合地質和其他物探方法進行綜合判斷。

2.2 區域重力場特征

區域1∶5萬布格重力異常圖見圖2。區域重力異常整體表現為東西兩側低中間高和南低北高的特征，與東西兩側為低密度巖體、北部為高密度碳酸鹽巖地層、南部為低密度碎屑巖地層的地質情況相吻合。研究區南西側重力異常走向與殷祖巖體走向基本一致，在巖體周緣形成密集的NW向和NE向重力梯度帶；東側受陽新巖體影響，重力異常向東逐漸降低，整體呈NNW走向。

圖1 研究區地質簡圖

圖2 區域布格重力異常圖

2.3 區域磁場特征

區域1∶5萬航磁化極異常圖見圖3。區域磁異常總體表現為兩側高中間低的特征，對殷祖巖體、陽新巖體的邊界反映較清晰。研究區東側受陽新巖體的影響，梯度帶基本呈NW向展布，且向北東方向逐漸升高；南西側密集的磁異常梯度帶呈未封閉的弧形分布，與殷祖巖體邊界走向基本一致；北西側局部小范圍的高磁異常對應出露的小巖體，可能為姜橋巖體向東部延伸的反映；北西側中部與南部的負磁異常為無磁性地層的反映。

圖3 區域航磁化極異常圖

3 物探異常的解譯

3.1 1∶1萬重力異常特征與地質解譯

圖4 布格重力異常等值線圖

圖5 布格重力異常小波二階細節等值線圖

3.2 1∶1萬磁法異常特征與地質解譯

采用IGRF11模型，計算得到研究區平均地磁要素分別是磁傾角45.4°和磁偏角-4.3°，進而通過傅里葉變換在頻率域轉換得到磁異常數據化極結果。從磁異常化極等值線圖(圖6)可以看出，龍角山—付家山一帶以西為低磁異常區，接觸帶附近為密集的磁異常梯度帶，反映巖體向西陡傾；龍角山—付家山一帶及其東緣為高磁異常區，磁異常的形態呈NNE向展布，與龍角山、付家山巖體的走向基本一致，異常東部超出巖體出露范圍，反映巖體在深部向東延伸。高磁異常中心多集中在巖體與其東緣地層接觸帶附近，且與已知銅鉬鎢礦體平面投影位置耦合較好，如M2、M3和M4磁異常分別對應1號、520號和大面礦體。

圖6 磁異常化極等值線圖

為了消除區域磁場的影響，突出剩余磁異常，在磁化極異常基礎上進行了小波多尺度分解，根據化極磁異常上延結果與滑動窗口平均結果進行對比，將磁異常分解為4階(圖7)。一階細節對應淺表磁異常，異常較雜亂，多分布在巖體及附近；二階細節磁異常范圍與龍角山、付家山巖體出露范圍基本一致；三階細節和四階細節顯示龍角山—付家山磁異常形成一個整體，異常范圍與地表出露的龍角山、付家山巖體相比向南東有延伸，且隨著深度增大，磁異常向南東延伸范圍越來越大，說明龍角山巖體和付家山巖體在深部連為一體，且巖體傾向SE。

圖7 磁異常小波多尺度分解等值線圖

3.3 CSAMT剖面異常特征與地質解譯

近年來研究區實施了一系列CSAMT剖面測量工作(圖8)。本次研究基于最新地質認識，結合物探電阻率測井統計的巖(礦)石視電阻率參數、平面重磁成果和已施工鉆孔巖性分層，對典型CSAMT剖面重新進行了數據處理、反演和地質解譯(圖9)。

圖8 CSAMT剖面布置圖

圖9 CSAMT電阻率斷面及地質解譯圖

Ⅰ、54、72、78、84、90線剖面位于付家山巖體及其南東側，Ⅰ線剖面方位角為140°，54、72、78、84、90線剖面方位角均為155°。各剖面由北西至南東依次出露付家山花崗閃長斑巖體、二疊系碳酸鹽巖地層、石炭系碳酸鹽巖地層和志留系砂巖地層。花崗閃長斑巖體表現為中—低阻特征，淺部電阻率較低，深部電阻率增大；二疊系碳酸鹽巖地層電阻率變化較大，整體呈中—高阻特征，當炭質含量較高或有巖脈穿插時，電阻率明顯降低；石炭系碳酸鹽巖地層受沿C-P、C-S不整合面侵入的巖脈影響，主要表現為低阻特征；志留系砂巖地層較為致密，受角巖化的影響，表現為高阻特征。從以上6條CSAMT剖面的電性結構對比可以看出，付家山巖體深部向南東延伸，在靠近西側的Ⅰ、54線附近向南東延伸范圍較大，產狀平緩；而在靠近東側的72、78、84、90線附近向南東延伸范圍較小，產狀較陡。

11、15線剖面位于付家山巖體和龍角山巖體西側。11線剖面由北西至南東依次出露三疊系碳酸鹽巖地層、二疊系碳酸鹽巖地層、石炭系碳酸鹽巖地層、志留系砂巖地層和龍角山花崗閃長斑巖體。三疊系碳酸鹽巖地層為高阻特征；二疊系碳酸鹽巖地層電阻率變化較大，整體呈中—高阻特征，當炭質含量較高或有巖脈穿插時，電阻率明顯降低；石炭系碳酸鹽巖地層受沿C-P不整合面侵入的巖脈影響，主要表現為低阻特征；志留系砂巖地層較為致密，受角巖化的影響，表現為高阻特征，與龍角山花崗閃長斑巖體無法從電性上區分。剖面北西中深部大范圍的低阻區由構造破碎和花崗閃長斑巖侵入共同引起。15線剖面由南西至北東依次出露石炭系碳酸鹽巖地層、二疊系碳酸鹽巖地層和付家山花崗閃長斑巖體。剖面南部深部為致密的、角巖化的志留系地層，表現為高阻特征；石炭系碳酸鹽巖地層為低阻特征；二疊系碳酸鹽巖地層電阻率變化較大，整體呈中—高阻特征，當炭質含量較高或有巖脈穿插時，電阻率明顯降低；石炭系和二疊系地層接觸面附近見陡立的低阻條帶，由構造破碎和花崗閃長斑巖侵入共同引起；剖面北部巖體與二疊系地層均表現為中阻特征，界線不明。

13線剖面中部為龍角山花崗閃長斑巖體，兩側主要為志留系砂巖地層。花崗閃長斑巖體和志留系砂巖地層均表現為中—高阻特征，兩側接觸帶附近可見電性梯度帶。南東側接觸帶附近有局部低阻異常，結合ZK1301鉆孔巖心情況和大面礦體有向南延伸的趨勢來看，該低阻異常為蝕變巖體和接觸帶附近的熱液脈型礦體引起的。

3.4 綜合物探異常的解譯

磁異常各階次小波多尺度分解結果可以清晰地展現出不同深度的磁場特征，較好地反映巖體隨深度的變化規律。對小波細節做功率譜分析，二階、三階、四階細節分別對應似場源深度400、600、1 100 m。綜合小波細節功率譜深度、重力成果、CSAMT成果和已施工鉆孔巖心情況，圈定了巖體在400、600和1 100 m深度的大致范圍(圖10)。

4 物探方法有效性評價

高精度重力、磁法掃面已廣泛應用于金屬礦勘查，其施工快、效果好。研究區1∶1萬高精度重力、磁法掃面在圈定巖體邊界、確定巖體深部延伸方向上效果良好，磁法在圈定成礦部位上效果明顯。研究區碳酸鹽巖、碎屑巖、巖漿巖及礦體存在密度、磁性上的差異，通過多平面重磁數據的處理、位場轉化，大致圈定了龍角山巖體和付家山巖體在不同深度的分布范圍，認為龍角山巖體和付家山巖體在深部連為一體，整體呈NNE向展布，且巖體傾向為西陡東緩。研究區已知礦體與磁異常對應較好，與重力異常無明顯對應關系，可利用磁法成果圈定淺部礦體。

CSAMT具有如下優點：①相比天然源的MT(大地電磁測深)和AMT(音頻大地電磁測深)，CSAMT利用人工源，能接受到更強的電磁信號，有利于壓制研究區較強的電磁干擾；②儀器較為輕便，施工效率高，適用于地形條件較差的山區；③探測深度較大，可達2 km左右，能滿足研究區對勘查深度的要求。研究區CSAMT成果所反映的剖面二維電性結構與實際地質情況對應良好，基本能反映出各地質體的分布；另外鉆孔測井電阻率曲線與CSAMT斷面圖在電阻率相對高低關系上基本一致，證明CSAMT成果能較真實地反映深部電性結構。CSAMT亦有不足之處，由于電磁類方法的“體積效應”以及研究區存在較強的電磁干擾、反演的多解性等問題，CSAMT對較小規模地質體的反映存在一定的精度限制。另外，研究區深部電性結構復雜，同一種巖性由于致密程度、構造和裂隙發育程度、是否含水、是否含炭質等因素的影響，電阻率變化范圍很大，給解譯帶來困擾，因此必須結合地質情況，特別是鉆孔巖心及物探測井資料，經過綜合分析，才能得到較為合理的地質解譯成果。

5 找礦靶區圈定

5.1 地球物理找礦標志

綜合分析重力、磁法和CSAMT成果，總結出研究區矽卡巖型銅鉬鎢礦的地球物理找礦標志(表3)。淺部礦體多位于重、磁異常梯度帶的局部相對高重高磁低阻部位，而深部礦體引起的重磁異常微弱，地表難以觀測到明顯的局部異常，可以利用巖體低重高磁、大理巖高重低磁的特點，對重磁數據采取位場轉換、小波多尺度分解等手段，并結合CSAMT斷面反映的電性結構，圈定深部巖體范圍和接觸帶位置，以此進行間接找礦。

表3 地球物理找礦標志

5.2 找礦靶區

研究區已知淺部銅鉬鎢礦體多位于付家山、龍角山巖體與碳酸鹽巖地層接觸帶上，且明顯對應高磁異常梯度帶和圈閉的高磁異常中心，如1號、520號、大面礦體分別與M2、M3、M4磁異常對應。綜合分析后認為，付家山巖體北西緣和龍角山巖體南緣圈閉的高磁異常中心部位為成礦有利部位，由此圈定了找礦靶區1和找礦靶區2(圖11)。

圖11 找礦靶區分布圖

6 結論

本文結合研究區地質信息，對重力、磁法、CSAMT三種物探方法發現的異常信息進行了地質解譯，評價了物探工作有效性，圈定了下一步找礦靶區，獲得了以下認識：

(1) 研究區巖(礦)石具有一定的物性差異，具備開展物探找礦工作的前提。

(2) 研究區物探方法有效性值得肯定。重力、磁法在圈定巖體邊界、確定巖體深部延伸方向上效果良好；磁異常與已知淺部礦體位置有很好的對應關系，可利用磁法提取淺部成礦信息；CSAMT能較真實地反映剖面電性結構，結合鉆孔信息，可大致推斷出接觸帶的位置和形態。

(3) 結合地質認識，綜合多種物探方法成果，大致圈定了龍角山、付家山巖體的深部形態，認為龍角山巖體與付家山巖體在深部連為一體，整體呈NNE向展布，巖體西緣向西陡傾而東緣向東緩傾。

(4) 綜合地質和物探信息，提取了地球物理找礦標志，在付家山巖體北西緣、南東緣和龍角山巖體南緣圈定了3處找礦靶區，可指導下一步找礦工作。