物探方法在楊岔凹石墨礦勘查中的應用

許 波，陳少偉，李艷艷，張漸漸，黃傳計

(1.河南省有色金屬地質礦產局第五地質大隊，河南 鄭州 450016；2.河南省有色金屬礦產探測工程技術研究中心，河南 鄭州 450016)

桐柏縣楊岔凹石墨礦位于河南省桐柏縣北部，處于河南省三個主要石墨成礦帶之一的北秦嶺石墨成礦帶[1-2]，成礦地質條件有利。區域石墨礦成因類型為典型的沉積變質型，含礦地層為古元古界秦嶺巖群，礦體形態一般呈層狀、似層狀帶狀分布[3-7]。研究區內植被發育，石墨礦松軟，礦體常常風化后被覆蓋，野外露頭不易查找。同時石墨礦體經過多期次構造疊加改造[8]，次級褶皺非常發育，產狀復雜多變，地質勘查工作中鉆孔布設尤其困難。

2015年，在桐柏北部的秦嶺巖群開展區域石墨礦調查工作，對含礦地層開展了激電中梯測量工作，圈出多處激電異常，經異常查證，在異常帶內發現石墨礦層5條，石墨礦體與激電異常高度吻合。2019年，根據激電異常和礦調成果，開展楊岔凹石墨礦普查工作，利用激電測深工作，推測礦體深部延伸，有效指導了鉆孔布設，在施工的9個鉆孔中，全部見礦，找礦成果顯著，在桐柏地區首次提交大型石墨礦1處。物探方法在該區石墨找礦中起到了至關重要的作用。

1 研究區概況

1.1 地質概況

研究區大地構造處于北秦嶺褶皺帶寨根—彭家寨地背褶皺束[9-10]，出露地層為古元古界秦嶺巖群和第四系，其中秦嶺巖群為主要出露地層，根據巖石組合特征，分為郭莊巖組和雁嶺溝巖組。郭莊巖組是一套古老的深變質巖系，巖性以斜長角閃片麻巖、黑云輝石斜長片麻巖、花崗質片麻巖為主，夾少量白云石大理巖透鏡體。雁嶺溝巖組為一套碳酸鹽組合，巖性以白云石大理巖為主，夾條帶狀含石墨大理巖、蛇紋石化大理巖、黑云斜長片麻巖、石墨石英片巖。雁嶺溝巖組的石墨石英片巖是石墨礦的賦礦巖層。

研究區位于彭家寨復背斜中部，次級褶皺構造極為發育，區內整體呈一復式向斜，從南向北連續發育向形—背形—向形—背形共4條相互平行的次級褶皺，礦體的分布和產狀形態與地層一致，隨褶皺的變化而折曲[3]，這些復雜的產狀變化給礦產勘查和深部鉆孔布設帶來一定困難。

區內巖漿主要為工作區北部的早古生界變輝長巖，以及區內廣泛分布的二長花崗巖脈和少量花崗斑巖脈、偉晶巖脈(圖1)。

1.2 礦體地質特征

研究區礦體受雁嶺溝巖組地層控制，其中規模較大的礦體為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ號礦體(圖1)，估算石墨礦物量占全區總量的96.62%。礦體呈層狀、似層狀近平行產出，產狀與地層基本一致，隨褶皺形態的變化而折曲，傾向時而向北，時而向南，走向NW，沿走向局部分支復合。礦石類型為石英片巖型晶質石墨礦，圍巖為含石墨石英片巖、二長花崗巖、花崗斑巖、白云石大理巖、條帶狀含石墨大理巖等。主要礦體特征見表1。

表1 楊岔凹石墨礦區主要礦體特征一覽表

圖1 桐柏縣楊岔凹石墨礦區地質簡圖

1.3 巖(礦)石物性特征

研究區共采集有代表性的測定電性參數標本153塊(表2)。圍巖中的白云石大理巖、二長花崗巖、片麻巖、條帶狀含石墨大理巖等巖石極化率都很低，平均值都＜3%，而石墨礦石極化率平均值在38.33%，有非常大的物性差異。圍巖電阻率在2 907～37 734Ω·m，而石墨礦石的電阻率在79Ω·m左右，電阻率差異明顯。綜合來說，本礦區石墨礦石具有低阻高極化，圍巖高阻低極化特性，有很大的電性差異，這種極大差異為激電方法在礦區開展工作提供了良好的物性基礎[11-12]。

表2 物性標本參數統計表

2 物探方法與裝置

2.1 激電中梯測量

在區域含礦地層開展激電中梯(短導線)測量工作，測線方向垂直地層走向，方位角20°，按照500m×100m測網密度布設觀測點，工作方法為激電中梯裝置，短導線一線供電二線測量，供電極距AB選擇1 800m，測線位于A、B極連線的兩側，旁測距≤300m，觀測長度1 200m，點距100m，MN距100m。設備使用重慶地質儀器廠生產的DWF-10大功率供電系統，充電時間4s，斷電時間4s，周期16s。接收機使用北京地質儀器廠生產的DWJ-3A儀，觀測2個周期，斷電延時100ms，采樣寬度200ms，MN極采用不極化電極。

2.2 激電測深

為了推測深部異常形態和礦體產狀，為鉆孔布設提供依據，分別在07、23勘查線剖面的礦體富集地段開展激電測深工作，完成測深點32個，點距20m。

激電測深工作使用儀器為重慶地質儀器廠生產的DZD-6A型多功能激電儀。激電測深裝置采用對稱四極測深，AB極距最大1 000m，最小9m。極距按算術間隔變化，可以減小地形對物探結果的影響。根據設計探測深度300m，儀器使用中功率供電采用雙向短脈沖，供電時間4秒，采樣延時100ms，采樣塊寬度100ms。室內數據處理采用金維4.0專用電法軟件進行處理成圖，成果推斷是在數據處理基礎上，結合地質資料，綜合推斷石墨礦體的位置形態和傾向。

3 物探效果

3.1 激電中梯測量效果

通過數據整理、計算、統計，取視極化率值5%為異常下限，在礦區及外圍圈定3處激電異常，編號為T-19～T-21(圖2)。

圖2 楊岔凹礦區視極化率(a)、視電阻率(b)異常圖

(1)T-19異常：位于礦區北部外圍，北西西向帶狀分布，異常帶視極化率峰值達6.39%，異常帶西強東弱，帶狀特征明顯。異常帶總長度達6 000m，寬度一般為300m，面積約1.5km2。

(2)T-20異常：位于礦區西段中部，呈不規則帶狀，長度達3 000m，最寬處達600m，異常區面積約1km2，視極化率峰值為8.98%，視電阻率呈西部相對高阻東部低阻特征。異常帶有向西延伸趨勢。

(3)T-21異常：位于研究區西段南部，是T-20異常帶向南東方向的延伸，東南部受地形限制異常沒有封閉，使用大于3%的視極化率值在該區圈出3個異常中心，視極化率峰值分別為3.85%、3.46%和5.12%，這3個異常中心呈串珠狀帶狀分布，走向為北西向，視電阻率表現為西段低阻、東段高阻特征。

(4)異常查證：T-19異常是緊鄰礦區北側的草帽嶺中型石墨礦床，找礦成果明顯，該異常為石墨礦致異常。T-20和T-21異常主體位于古元古界秦嶺巖群雁嶺溝巖組地層中，巖性組合為白云石大理巖夾條帶狀含石墨大理巖、蛇紋石化大理巖、黑云斜長片麻巖、石墨石英片巖，地層局部充填花崗巖脈、偉晶巖脈。通過1:10 000地質簡測和槽探工作，在異常帶內圈出4條規模較大的石墨礦體(編號Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ)，礦體呈北西—南東向順異常帶展布，礦體長度950～2 577m，厚度1.01～34.19m，品位2.01%～22.20%，在石墨礦化發育部位異常視極化率峰值偏高，證實該異常為石墨礦所致。

3.2 激電測深效果

(1)07線測深剖面：測深剖面長度380m，測深點20個，該剖面由南向北穿越Ⅲ號、Ⅱ號、Ⅰ號三個石墨礦體，礦脈處都表現為非常明顯地低阻高極化特性。但由于個別礦體間距太近，激電、電阻率異常表現為綜合異常，無法有效區分單個異常。極化率斷面圖(圖3a)上顯示54號點、62～64號點、72～78號點位置對應三個激電異常，其中72～78號點處對應激電異常形態強度最好，對應地表的寬度大品位高的Ⅰ號礦體。電阻率斷面圖(圖3a)上，54～60號點、72～78號點有完整的低電阻率異常，和高極化率異常相對應。綜合電阻率、極化率異常，結合地質剖面，推測54～60、72～78號點處異常體整體產狀南傾，淺部傾角較陡，分別為80°和85°左右。

(2)23線測深剖面：測深剖面長度220m，測深點12個，該剖面由南向北穿越Ⅲ號、Ⅱ號、Ⅰ號三個石墨礦體，礦體處都表現為低阻高極化特性，極化率斷面圖(圖3b)上顯22號點位置對應一個激電異常，激電異常形態好，對應地表Ⅱ號礦體。電阻率斷面圖(圖3b)上，18～22、30號點有完整的低電阻率異常，和高極化率異常相對應。綜合電阻率、極化率異常結合地質剖面，推測22、30號點處異常體整體產狀南傾，傾角約80°。

圖3 楊岔凹礦區07(a)、23(b)勘探線地質、激電測深綜合剖面圖

(3)異常驗證：根據激電測深推測的礦體產狀，結合礦體地表信息，在礦體南側布設鉆孔，分別在07勘探線上施工鉆孔ZK0702、ZK0701，在23勘探線上施工鉆孔ZK2302。其中ZK0702穿過Ⅲ號、Ⅱ號礦體，ZK0701穿過Ⅰ號礦體，ZK2302依次穿過Ⅲ號、Ⅱ號、Ⅰ號礦體，結果表明與激電測深推斷礦體產狀基本一致，取得了非常好的找礦效果。

4 結論

(1)通過對激電異常與區內石墨礦體的分布關系研究，發現在研究區石墨礦主要分布在視極化率大于4.5%的異常內(局部為4%)，尤其在礦化品位較好的部位，視極化率一般＞6%，礦體與異常基本對應。視電阻率與石墨礦的對應效果也較好，一般石墨礦發育的位置，視電阻率＜500Ω·m，局部由于花崗巖后期侵入，視電阻率高于1 000Ω·m。綜上所述，本次激電異常中低阻高極化異常與石墨礦對應關系良好。

(2)根據激電測深異常特征，對比地質資料，測深斷面圖中視極化率和視電阻率變化較大，異常明顯；石墨礦體部位的異常一般呈明顯的低阻高極化特征，視極化率一般＞5%，視電阻率一般＜500Ω·m，與地表激電異常類似。推測的深部異常體產狀形態與石墨礦體產狀基本一致，為鉆孔布設提供了基礎，提高了勘查精度，電法物探方法在本礦區石墨礦勘查中非常有效。

(3)本次電法物探工作，首先在區域含礦地層開展激電中梯(短導線)測量工作，圈定激電異常，確定找礦靶區；然后在找礦靶區內開展普查工作，通過地質填圖及少量采樣工程查證礦體地表分布情況；最后在石墨礦富集地段布設激電測深工作，根據深部異常形態推測的礦體產狀，布設施工鉆孔驗證深部礦體。激電中梯測量、激電測深與地質相結合，取得了事半功倍的效果。