廣域電磁法在大紅山鐵銅礦中的應用

吳秀紅 楊旭山 周天貴 呂銳

（玉溪大紅山礦業有限公司）

前言

玉溪大紅山鐵銅礦是我國著名的大型-超大型鐵銅礦床，礦區位于滇中中臺坳南端。紅山群是區內主要含礦層。自早遠古代末期，本區長期經受抬升——剝蝕作用。而南部受肥味河斷層切割，故要尋找下一個“大紅山式”鐵礦，工作重心應放在南部外圍深部區域。

將具有相同層位及類似電性特征和磁感應強度區域作為成礦有利區，借助廣域電磁法查明區內隱伏斷裂構造帶，指導尋找大紅山式鐵礦。

利用本次物探解譯成果，結合地物化資料、鉆孔工程資料及異常區自身的特點，查明勘探區深部巖體的頂面分布形態及隱伏構造的分布范圍，為地質找礦提供物探依據及優選靶區，擴大找礦空間。為將來本區的鉆探勘探工作提供指導信息。

1 緒論

1.1 交通位置

大紅山鐵礦地處玉溪市新平縣以西約45公里處，為戛灑鎮所轄區域。極值坐標范圍（北京54坐標）：東經101°38′03″—101°39′54″，北緯24°05′13″—24°06′30″。

1.2 前人區域地質研究狀況

區域地質調查如下表1：

表1 前人區域地質研究工作

1.3 主要實物工作量

本次廣域電磁法測量測深勘探剖面工作部署在云南省玉溪市大紅山鐵礦區及外圍，測線方位和長度分別為：

完成廣域測線共計3條，線號分別為GY01線、GY02線、GY03線，方位157°，點距40 m，總完成廣域物理點402個，完成率100.5 %。完成的主要實物工作量見下表2：

表2 大紅山鐵礦區廣域電磁法測量項目實物工作量一覽表

2 區域地質概況及礦區地質特征

2.1 區域概況

2.1.1 區域大地構造位置

大礦區位于揚子準地臺、康滇地軸、滇中中臺拗三組構造線的交匯地帶，處于偏西向構造帶內，底巴都背斜的南翼西端，東西向構造為本區基本構造骨架。NW/NE向次級斷裂次之，因而礦區構造較為復雜（圖1）。

圖1 礦區構造綱要圖

2.1.2 區域地層

礦體賦存層位主要是大紅山群（Ptd），系海底火山噴流-沉積而后變質而成。現由老至新分述如下：

（1）晚太古代哀牢山群（Aral）：底巴都組（Ard），另有昆理工實地勘查未見此地層。

（2）早元古代大紅山群（Ptd）：主要賦礦及研究地層，分為五組，早遠古到中生界的地層缺失，為本區長期抬升剝蝕的結果。

（3）中生界（Mz）：區內主要有上三疊統、下侏羅統、中侏羅統及上侏羅統地層。主要分布于礦區外圍。

（4）新生界（Kz），老第三系（R）：見于紅河河谷周邊、第四系（Q）：見于沿河兩岸及低洼處。

2.1.3 區域巖漿巖

侵入巖：本區巖漿活動可大致劃分為以下五個階段：即哀牢山期、大紅山期、晉寧期、加里東期及燕山期[1]。①哀牢山期主要指哀牢山群及底巴都組，以古老、深變質的斜長角閃巖系為主；②大紅山期火山及巖漿活動都比較強烈，以巖漿噴溢為主，代表巖性為細碧角斑巖，巖漿演化趨勢從基性—中性—中酸性。其中中性偏堿性巖與大紅山式鐵礦關系密切；③晉寧期研究區內未出露；④加里東期以輝長輝綠巖為代表、CN常見；⑤燕山期：主要為超基性巖、花崗巖、石英斑巖及云煌巖等，見于哀牢山地區。

3 工作技術、方法

3.1 廣域電磁法技術研究概況

廣域電磁法是基于不同巖性間電性的差異區分并預測地層分布、構造特征的勘查技術手段，于金屬礦山、油氣、空區斷裂等有較廣泛的應用前景，電流源廣域電磁法野外工作方式示意圖見圖2、圖3。

圖2 廣域電磁法場分布示意圖

圖3 廣域電磁法信號接收示意圖

3.2 物性采集

本次工作，為了解礦區巖石的物性情況，共測定了102塊巖心標本的電阻率（Ω·m），包含地層、礦石標本共計10類。測定結果見表3。

表3 大紅山鐵礦標本物性參數統計表

不同巖性間電阻值差異較大，具備較好的地球物理前提條件。

3.3 地面高精磁剖面測量

礦區主要目標礦體為磁鐵礦，具有較大的磁異常，為了后期的廣域電磁法解譯成果，在對應廣域測線剖面，增加高精度磁測，進行聯合解譯，增加解譯精度。

3.4 廣域電磁工作方法

廣域電磁儀器能夠測量包括12個頻組80個頻率（其中7頻組和3頻組，6頻組和2頻組，5頻組和1頻組，4頻組和0頻組各重疊了一個頻率），頻率范圍8 192Hz-5/512Hz，各個頻率分布及每條數據顯示間隔時間見表4。[6]

表4 廣域電磁法數據采集頻組

本次野外數據采集11、10、9、8、7、6、5、4、3頻組共62個頻點。

4 廣域電磁法資料處理與反演

4.1 處理解釋流程

本次資料處理和反演解釋采用圖4所示的流程。

圖4 廣域電磁法數據處理流程圖

4.2 數據預處理

數據的預處理是對原始資料的一種再認識過程，它是資料處理過程中必經的一步工作，后續的一切定性的與定量的解釋工作都是建立在這一基礎之上進行的。經去噪處理、靜態校正、地形校正等，剔除異常值后得到數據預處理結果。[7]

4.3 定性分析

頻率-視電阻率擬斷面圖是根據各個數據采集點的視電阻率按等值圈定而得。根據斷面圖可得到沿垂向電阻信息、層位起伏、構造產狀等信息。低頻測深等值線分布于地層起伏呈正相關，而等值線突變則預示著斷層的存在，在淺部猶為精準，故斷面圖上可有效讀取斷層的淺部起始點。各層位電性差異越大，斷面圖越準確[8]。

4.4 反演解譯

通過對實測視電阻率的剖析，結合區內地物鉆研究結果，設定基準地電模型并求出模型的理論視電阻率，分析實際與理論值。不斷改變初始模型直到實際值與該模型計算值偏差達到最小，此模型即為所求反演圖，該模型可量化讀取地下各個電性體的賦存特征。

4.4.1 一維反演

一維反演是假設大地電性結構為一維的，即電性水平方向始終一致，僅隨縱向深度變化。將電性體縱向劃分成多個小層。利用軟件自動擬合得到最佳大地電磁響應函數，即可求取每小層電阻。

4.4.2 二維反演

二維反演是設電性體在勘探線水平垂向為固定值，在勘探線延伸方向及縱向上可變。二維反演可更真實的模擬實際地電特征。

4.4.3 綜合信息建模

二維層狀介質反演是基于連續介質反演的地質認知上，對連續介質劃分成區，設定地電-地質模型，做二維反演，來校正初始地質分析。而綜合信息建模就是基于實驗結果與原有綜合地質信息，重新定義電性層位與斷裂的地質信息，得到最終的地電模型。

5 綜合地質解釋

5.1 剖面綜合解釋

本次共布設3條廣域電磁法測線，測線編號自西向東，分別為GY01、GY03、GY02，測線平行分布，GY01與GY03相間1 800 m，GY03與GY02相間730 m，點距為40 m。

通過原始數據測深曲線（圖5），可以對數據質量進行整體評估，對于地層電阻率的橫向和縱向變化也有較好反映。橫向繼承性較好的地段體現地層連續巖性單一，局部變化大的地段體現巖性及構造復雜。

圖5 大紅山鐵礦廣域電磁法GY01線頻率-視電阻率測深曲線圖

頻率-視電阻率擬斷面圖，是反應測點頻率與電阻率的對應關系，從（圖6）可以看出，擬斷面NW端由淺至深大致呈現中低電阻率到高電阻率的電性特征，SE端高頻反應中高阻，低頻反應中低阻電性特征。尤其是測線NW段電性橫向連續性較差，視電阻率等值線密集、扭曲和畸變系斷裂反映，說明該段構造發育[9]。

圖6 大紅山鐵礦廣域電磁法GY01線頻率-視電阻率擬斷面圖

從GY01測線的二維反演擬斷面（圖7）可以看出，垂向電性異常反映明顯，橫向電性層位較清晰。NW段的電性特征為：淺部中低-中高阻，中部顯示高阻，深部地層為中阻。SE段的電性特征為：淺部呈中低阻、中部中高阻、深部低阻特征。

圖7 大紅山鐵礦廣域電磁法GY01線二維反演擬斷面圖

地面高精度磁測曲線（圖8）顯示在40-120號測點之間的磁場強度最高，此處位于深部熔巖鐵礦賦存部位，與已知地質情況完全吻合。

圖8 大紅山鐵礦GY01線地面高精度磁測ΔT曲線圖

結合礦石的物性測量電性特征，磁鐵礦石為低阻高極化特征，但在含磁鐵礦的斷層帶和地層，地面電法采集數據所得的視電阻率值卻不是表現為明顯的低阻。這是因為本區內磁鐵礦完全被厚大且高電阻的輝長輝綠巖包裹（如圖9），而電法往往會存在明顯的體積效應[10]。

圖9 大紅山鐵礦廣域電磁法GY01線解譯綜合剖面圖

廣域電磁法對構造有著靈敏的反應，表現在剖面圖上有較清晰的電性差異。

通過對礦區各類巖石的物性測量（表3）及測線位置的地質資料分析，得出GY01線反演解譯綜合剖面（圖9）。同樣的，從圖10、圖11、圖12、圖13可得到GY02線反演解譯綜合剖面（圖14）；圖15、圖16、圖17、圖18分析得到GY03線反演解譯綜合剖面（圖19）。

圖10 大紅山鐵礦廣域電磁法GY02線頻率-視電阻率測深曲線圖

圖11 大紅山鐵礦廣域電磁法GY02線頻率-視電阻率擬斷面圖

圖12 大紅山鐵礦廣域電磁法GY02線二維反演擬斷面圖

圖13 大紅山鐵礦GY02線地面高精度磁測ΔT曲線圖

圖14 大紅山鐵礦廣域電磁法GY02線解譯綜合剖面圖

圖15 大紅山鐵礦廣域電磁法GY03線頻率-視電阻率測深曲線圖

圖16 大紅山鐵礦廣域電磁法GY03線頻率-視電阻率擬斷面圖

圖17 大紅山鐵礦廣域電磁法GY03線二維反演擬斷面圖

圖18 大紅山鐵礦GY03線地面高精度磁測ΔT曲線圖

圖19 大紅山鐵礦廣域電磁法GY03線解譯綜合剖面圖

5.2 成礦分析

5.2.1 地層分析

大紅山群是礦區的主要含礦地層，大紅山鐵礦主要產于大紅山群紅山組地層中，銅礦產于大紅山群曼崗河組第三巖性段內，受地層巖性接觸帶控制?？赏ㄟ^在廣域電磁法測深剖面上區分具有電性差異的地層和不同巖性的界面，標定有利含礦層位。

5.2.2 構造分析

EW向的F1、F2、大紅山向斜、底巴都背斜是本區的主干構造，也是區內主要的導礦、配礦、容礦通道。紅山期的成巖成礦運動以及后期在本區疊加的龍川和晉寧運動，都對鐵銅礦的富集起作用。查明EW向構造在地底的形態特征及對成礦的影響，是指導圈定大紅山鐵礦深部及外圍潛在成礦有利區的關鍵。

5.2.3 巖漿巖分析

巖漿巖尤其是輝長輝綠巖與白云石鈉長石巖與本區鐵礦成礦關系密不可分，由區內地質平剖面圖可見，鐵礦被輝長輝綠巖緊緊包裹。巖漿分異晚期富含碳酸鹽的高溫熱液對巖體本身、接觸帶及圍巖發生交代、鈉化作用，置換出鐵并富集，也對原有礦體發生熔融改造，使巨大的Ⅱl等鐵礦更加富集。由此可見，高電阻率的輝長輝綠巖與CN附近也是尋找鐵礦體的重要部位。

5.2.4 成礦有利區圈定

本次工作主要以尋找鐵礦體為目標，圈定成礦有利部位及具有良好成礦可能的地區，以區域地質背景、成礦地質環境和控礦因素為前提，利用以往地質資料結合本次廣域地質綜合解譯成果來圈定靶區。

通過與地質剖面A34重合部位進行對比分析發現，礦體大致處于中高阻所包含的中低阻內。已知地質剖面內礦體產在大紅山向斜核部，相同位置的廣域反演剖面電性特征也明顯表現為向斜形態（圖20），表明廣域電磁法在此處探測的有效性。向斜位置與地面高精度剖面磁測成果對比，對應高異常位置，吻合性亦較好。

圖20 已知地質剖面A34（上）與GY01測線（下）反演解譯剖面對比圖

結合區域地質資料和成礦模型，參考地面高精度剖面磁測，在3條廣域測線反演剖面圖上優選了4處成礦有利區。將異常區分為甲、乙、丙三大類。

（1）甲類異常區

甲-B1：位于廣域GY01測線（圖21），為已知Ⅱ1主礦體礦致異常。作為參照指導圈定成礦有利區。

圖21 大紅山鐵礦廣域電磁法GY01測線異常區圈定

（2）乙類異常區

在礦權外圍東邊，根據區域地質資料和廣域反演剖面圖視電阻率變化趨勢，圈定了兩個乙類異常。在GY02測線剖面上圈定了乙-B2異常區（圖22），位于廣域GY02測線北西段（測點156-212，標高400～700 m）。在GY03測線剖面上圈定了乙-B3異常區（圖23），位于廣域GY03測線北西段（測點32-92，標高-200～100 m）。

圖22 大紅山鐵礦廣域電磁法GY02測線異常區圈定

圖23 大紅山鐵礦廣域電磁法GY03測線異常區圈定

含鐵火山巖（磁鐵變鈉質熔巖）地磁強度較大，背景值高[11]，地磁強度在1 000 nT以上的多為礦異常，是指示鐵礦存在的標志。這兩個異常區范圍對應的磁異常強度都超過了1 000 nT（圖12、圖18）。從視電阻率的變化趨勢和形態來分析，乙-B2和乙-B3本身的電性特征都表現為中高阻內包含中低阻，與已知的礦致異常表現的電性特征類似，同時都伴隨發育斷裂構造帶。通過電性特征的形態和切割深度推測，經過乙-B2和乙-B3的斷裂帶屬于東西向構造。東西向基底構造既是控礦構造又是隆起構造，可作為本區找礦的構造依據。

（3）丙類異常區

丙類異常區共圈定一個（圖21）：丙-B4位于廣域GY01測線北西段（測點140-200，標高－1 500—－1 300 m）。丙-B4異常區位于礦區外圍南邊推測的紅山組地層內，F1斷裂為深部鐵礦的南部邊界。

6 結論及建議

6.1 結論

本次共完成廣域電磁法剖面3條，總長度16.080 km，物理點共402個，質檢點17個，質檢率4.23 %。平均相對誤差0.9 %。取得了勘探深度3 000 m以內的以下成果：

（1）根據反演剖面結合地質資料推斷區內地層可分為9個電性體并結合已有地質資料詳細分層。

（2）根據廣域電磁法頻率-視電阻率擬斷面圖、反演綜合剖面圖及相關地質資料等，本區共劃分出18條斷層帶。其中與工區已知對應的斷裂構造4條，未控制或隱伏構造14條。

（3）根據對該工作區已有地質資料的綜合分析和研究，結合3條廣域電磁法測線的成果和地面高精磁剖面測量成果，根據廣域電磁法的電性異常特征和磁異常，排除非礦致異常，圈定4處異常區為找礦有利區，并劃分了等級。

6.2 存在問題與建議

（1）工作區地質情況較復雜，次級構造發育，部分斷裂破碎帶厚度小，再加上電磁法本身分辨能力的限制，這些因素都會對解釋結果和精度造成不利的影響。

（2）電法勘探具有多解性，建議在利用此次工作成果的同時，綜合考慮各種地質、地球物理等資料進行分析研究。

（3）從現有廣域電磁法測線測量成果來看，礦區南部中深部存在大面積低阻異常，推測為早元古代地層受熱鹵水的影響整體電性特征顯示為低阻，由于電法的多解性和其他勘探手段在深部的局限性，無法進行層位的細分，不利于對礦區構造格架進行整體把控。建議加強綜合地質研究，厘定成礦構造期次及其控礦作用與地位，系統分析賦礦巖系的巖性、產狀及其與控礦構造的匹配關系。綜合分析各類地質體、地質構造的電磁學信息響應特征。為進一步找礦工作的開展，提供直接依據。