薛林家,薛懷友,危曉平,夏國天,姚維軍

(1.江蘇省地質礦產勘查局第六地質大隊,江蘇 東海 222300;2.江蘇省地質礦產調查研究所,江蘇 南京 210018)

蘇魯造山帶南緣東海地區(qū)石英脈找礦方法試驗

薛林家1,薛懷友2,危曉平1,夏國天2,姚維軍2

(1.江蘇省地質礦產勘查局第六地質大隊,江蘇 東海 222300;2.江蘇省地質礦產調查研究所,江蘇 南京 210018)

東海地區(qū)高純硅資源主要來源于石英脈。隨著硅工業(yè)的快速發(fā)展,硅資源用量增大,地表資源日近枯竭,急需一種有效的方法,用于覆蓋區(qū)找礦。根據該區(qū)石英脈產出地質特征以及與圍巖的電阻率差異,從己知礦體入手,進行了不同點距、線距和深度的對比試驗,表明物探電法是可行的。

石英脈;電阻率;網度;埋深;江蘇東海

1 概 述

江蘇省東海地區(qū)是我國石英脈 (含晶石英脈)的主要產地之一。據不完全統計,僅東?？h每年開采、收購的脈石英數量就在 50萬 t左右,相當于一個中型或大型礦床。隨著硅工業(yè)的快速發(fā)展,近年來硅資源用量大增,地表資源日近枯竭,急需一種有效方法,用于覆蓋區(qū)找礦。

20世紀 50年代以前,區(qū)內僅以零星的礦點調查為主,20世紀 50年代后開展了規(guī)模性的地質工作,但由于手段單一,方法較少,研究程度也較差,因而找礦效果不好。如 50年代末到 60年代中期,原地質部華東地質局 304隊、徐州專署地質局一隊,在東海境內開展過水晶礦的普查找礦工作。20世紀八九十年代,江蘇省地質礦產局第六地質大隊、物探隊、中國科學院等單位也曾經用物探方法進行尋找石英脈嘗試,但都由于石英脈過于分散,規(guī)模小,第四系覆蓋廣,試驗結果不理想而停止。

隨著地質科技的飛速發(fā)展,物探找礦方法和儀器設備的不斷更新,為本次試驗提供了可能性和有利條件。

本次實驗工作選擇了石英脈成礦條件較好,巖性組合在區(qū)域上有代表意義的贛榆縣石橋地區(qū)和東?？h尤莊地區(qū)作為試驗區(qū) (圖 1)。儀器使用重慶地質儀器廠生產的DZD-4多功能激電儀;電源使用交流發(fā)電機和儀器廠配套的變壓整流設備;供電方式：5S ×5S,周期 1.5T,延 3。

圖1 東海地區(qū)構造地質略圖

2 找礦地質背景

東海地區(qū)位于秦嶺 -大別造山帶東延部分,郯廬斷裂帶以東,蘇魯造山帶南緣 (圖 1)。

區(qū)內基底地層為：下元古界東海群變質雜巖;中上元古界海州群片麻巖、大理巖、含藍晶石白云石英片巖以及上元古界震旦系淺變質的板巖、千枚巖、變質砂巖等。蓋層主要有紫紅色砂巖、砂礫巖等,分布于局部斷陷盆地中。本區(qū)第四系覆蓋廣泛,厚度一般 1m～3m,局部大于 5m。

區(qū)內巖漿活動強烈,在元古代呂梁期有基性、超基性巖漿侵入。超基性巖經區(qū)域變質作用己變質為蛇紋巖,其原巖為純橄欖巖 -輝橄巖;基性巖主要為榴輝巖和角閃巖;中生代燕山晚期有大規(guī)?；◢弾r侵入,主要有花崗閃長巖、二長花崗巖、石英二長巖等,主要分布在郯廬斷裂帶東側,多呈北北東向展布。喜山期局部仍有小規(guī)模的玄武巖噴發(fā)。

區(qū)內斷裂構造比較發(fā)育,主要為北東向及北北東向,局部北西向。北東向斷裂主要有邵桑斷裂,該斷裂控制了中生代沭陽凹陷盆地和龍苴凹陷盆地的展布。北北東向斷裂有郯廬斷裂和海泗斷裂,它控制著中生代白堊系的沉積和燕山晚期二長花崗巖的侵入。北西向斷裂規(guī)模較小,多為北北東向斷裂的派生斷裂。

由于揚子板塊向華北板塊多期次的碰撞俯沖,使這一帶遭受擠壓并不斷抬升,形成了多期次規(guī)模不等的韌性剪切帶。這些韌性剪切帶對該區(qū)石英脈的形成具有一定的控制作用。

區(qū)內石英脈產狀決定于形成時構造裂隙形狀,與片麻理多為斜切、橫截、沿節(jié)理裂隙縫貫入,往往成群成帶出現,分片集中,走向與超高壓變質帶走向一致,以北東—南西向為主。圍巖以黑云斜長片麻巖類、榴輝巖類為主,蝕變較復雜。一般圍巖為榴輝巖的,蝕變主要為綠簾石化、綠泥石化;圍巖為片麻巖時,蝕變帶從里向外一般為蛭石化、綠簾石化,絹云母化、白云母化、高嶺土化、硅化等。蝕變帶寬度隨石英脈大小而變化,從數厘米到數米不等。

3 石英脈的地球物理找礦方法試驗

本區(qū)石英脈單體規(guī)模較小,多呈脈狀、透鏡狀、不規(guī)則狀等,且連續(xù)性差,產狀較陡。前人主要采用淺層地震折射波法、面波法、高密度電法、探地雷達法及瞬變電磁法等方法,效果并不理想。鑒于工作區(qū)巖石類型較少,高阻礦物 (主要為石英、云母、長石、蛭石)較簡單,考慮以巖 (礦)石間電磁學性質及電化學性質的差異為基礎,選擇激電中梯 (電阻率)法和聯合剖面法進行了對比實驗研究。采集視電阻率ρ α和視極化率η α兩個參數。

研究區(qū)選擇有代表性的贛榆縣石橋地區(qū)和東?？h的尤莊地區(qū)。其中,贛榆縣石橋地區(qū)的第四系覆蓋較淺且在東海縣朱溝—贛榆石橋的石英脈成礦帶上,主要進行方法有效性研究。東?？h尤莊地區(qū)在東?？h的埠后—牛山—新沂市阿湖鎮(zhèn)的石英脈成礦帶上,第四系覆蓋較深,主要進行方法的可行性和電測深研究。

3.1 巖 (礦)石電性特征

本區(qū)石英脈的圍巖主要為各種片麻巖、片巖、榴輝巖。一般無裂隙的石英脈可視為絕緣體,片麻巖、片巖、變粒巖、榴輝巖的電阻率盡管較高,但遠低于石英脈的電阻率,二者之間存在著明顯的電阻率差異,這就為電法尋找石英脈提供了地球物理前提條件。

為了解釋推斷的準確性和可靠性,進行了野外露頭小四極法電性測量,采集了大量巖 (礦)石的電性參數 (表 1)。

表1 巖礦石電性參數測定結果

由表 1可以看出,片麻巖、片巖、變粒巖、榴輝巖的電阻率在 1 000Ω·m左右,石英脈的電阻率平均為1 225Ω·m,二者之間差異明顯。石英脈與其他幾類巖石的極化率值都在 0.8～2.8之間,一般為1.35～2.20,相差不大,用極化率參數不易區(qū)分石英脈與圍巖的界線。

3.2 點、線距的試驗

以石橋地區(qū)為例,為了確定最佳點距,筆者在石橋地區(qū)的兩條試驗剖面上進行了激電中梯和激電聯剖兩種方法的不同點距對比。

首先,在石橋朱官莊正北正在開采的石英脈礦坑 (石英脈可見寬度約 1.5m,距地面 2.5m左右)邊布置了 1號試驗剖面 (大致垂直于石英脈延伸方向),該剖面距石英脈采坑邊緣 20m處,測線方位150°。采用激電中梯裝置,AB=1 000m,MN=點距 =20m,礦坑附近MN=點距 =10m。測試結果未發(fā)現異常,分析認為,該石英脈己經尖滅,后經槽探揭露確認。

其次,在石橋大溫莊東北約 0.5km處布置了 2號試驗剖面,剖面布設在已知的 1號石英脈上。剖面長度 100m,測線方位 5°,分別進行了激電中梯和激電聯剖兩種方法試驗。激電中梯采用AB=300m,MN和點距相等,分別使用 2m、5m、10m、20m進行試驗。激電聯剖采用 AO=10m、MN=點距 =2m和AO=20m、MN=4m、點距 =10m兩種極距。

2號試驗剖面上進行了激電中梯和激電聯剖兩種裝置的測量,每種裝置又用了不同的點距進行對比。試驗過程中,在已知的 1號礦脈以北 222號—233號點的范圍內發(fā)現一范圍更大、峰值更高的異常 (圖 2)。經槽探驗證,為 1條 5m多寬的石英脈。

從圖 2可以看出,在石英脈之上,4條激電中梯曲線都有異常顯示。但點距為 5m、10m的兩條曲線最清楚,20m的曲線較圓滑;點距為 2m的曲線由于受淺層干擾而出現鋸齒狀跳躍。因此,選用 5m、10m點距的異常曲線最清晰。在各種點距都能發(fā)現異常的前提下,點距越大,效率就越高。因此,普查時宜采用的點距為 20m,異常處加密至 10m。

本剖面上,中梯裝置的勘探深度大于聯剖裝置的勘探深度,聯剖曲線的異常點 (B點)在 233號,中梯曲線的異常點在 220號—225號,說明石英脈向南傾斜。

視極化率曲線中,各種點距的視極化率曲線在石英脈上都無異常表示 (圖 3)。所以,在本區(qū)尋找石英脈時,不需使用激發(fā)極化法,只使用電阻率法即可。

圖3 激電中梯裝置視電阻率異常曲線圖

為了找到最大有效線距,在本區(qū)預測成礦帶上及其附近共布置了 15條剖面,線距為 50m、100m。采用激電中梯裝置,AB=1 000m,MN=點距 =20m,在發(fā)現異常處,點距加密至 10m,共圈定異常 16個。經探槽和淺鉆驗證了 11個,其中 7個異常是由石英脈引起的,揭露的石英脈寬度最小僅 0.5m,最大寬度為 8m,1個為蛭石片巖引起的異常,其余 3個可能為石英脈引起的異常,但由于埋藏較深,探槽深度不夠而未能確定。

結果顯示線距為 100m時能發(fā)現延伸較長的石英脈,但容易漏掉較小的石英脈,線距為 50m時才不至于漏掉較小的石英脈,從而得出：普查時用線距100m掃面,在異常地段,線距加密至 50m。

3.3 電阻率測深試驗

為了進一步驗證石橋地區(qū)試驗結果,探測石英脈埋深方法的有效性,以尤莊地區(qū)為例,進行了電測深試驗工作。

3.3.1 電阻率掃面 尤莊地區(qū)電阻率掃面仍采用AB=1 000m、MN=點距 =20m,觀測區(qū)段 2/3AB,旁測距最大 1/6AB。測線方位 121°(大致垂直石英脈的走向)。完成視電阻率中梯剖面總長度 40.44km。其中測網網度為 100m×20m,長度為 34.96km,異常地段網度加密為 50m×10m,共發(fā)現 35個異常體。

根據平面異常等值線的輪廓的光滑性、規(guī)整性,結合地形起伏分析,石英脈沿走向有分枝復合與膨縮現象;在同一平面內,根據異常的強度、寬度、梯度的變化,推斷異常體的側伏和產狀的變化,推斷異常體位置。在異常中心位置布置工程進行了揭露、驗證,結果有 11個異常見到石英脈,占驗證異常的 34.4%。

3.3.2 電阻率測深實驗 ①異常體選擇及剖面布設。在上述掃面所圈定的 35個異常體中,選出 5個規(guī)模較大、形態(tài)較好的異常,布設 5條測深剖面。電阻率測深采用不等比對稱四極垂向電測深,AB/2分別為 1.5m、2.5m、4.0m、6.0m、9.0m、15.0m、25.0m、40.0m、65.0m、100.0m、150.0m、220.0m、340.0m。最大 AB/2為 340.0m,AB與 MN方向一致,與異常 (礦)體基本垂直。野外工作選擇極差 ＜2mV,內阻 ＜1 000Ω的不極化電極配對進行測量,每個裝置的觀測前后都進行 AB和MN導線的對地絕緣電阻的檢查,從而保證了 AB導線絕緣電阻 ＞2m·Ω,MN導線的絕緣電阻 ＞5m·Ω。解釋軟件采用 2W的電法數據處理軟件。

施測過程中,當發(fā)現有明顯干擾現象,難以保證最終結果精度和視電阻率異常的突變點以及儀器顯示超差錯誤指示等三種情況之一時均進行了重復觀測,并以合格觀測結果的平均值作為最終觀測結果。

②測深結果驗證。根據測深試驗結果,布施鉆孔 ZK3、ZK2,分別對測深剖面進行了鉆探驗證,結果如下：A.T17異常體 T17-1測深剖面。T17-1測深剖面,沿 T17異常體傾向,進行電阻率測深測量。根據不對稱四極測深推斷,地質體傾向東南,傾角60°左右,頂端埋深約 5m ～7m,經鉆孔 ZK3驗證,由石英長石脈引起,頂板埋深 18.55m,與測深推測相差 11m左右 (圖 4)。

B.T17異常體 T17-3測深剖面。T17-3測深剖面,沿 T17異常體傾向,從 1號采坑北邊通過,做了電阻率測深測量,根據不對稱四極測深推斷,地質體傾向東南,傾角 60°左右,頂端埋深約 5m～7m,經鉆孔 ZK2驗證,由 3層石英脈引起,頂板埋深分別為4.70m、10.97m、14.39m,與測深推測基本相符 (圖5)。

圖4 尤莊礦區(qū) T17-1異常體視電阻率測深及地質剖面圖

上述試驗結果表明,一般相同大小的異常體,埋深越大,則異常強度越緩,引起異常的范圍越大,埋深淺的則強度越強,引起的異常峰值就高,異常范圍相對較小。不同大小的異常體,埋深相同,大的異常體的異常強度強,異常峰值高,異常范圍大,小的異常體異常強度低,異常峰值小,異常范圍亦小。

另外,同一深度異常體的強度與異常體厚度關系不大,而與異常體的面積呈正比。一般面積越大,則往往異常強度越大,電阻率值高;面積越小,則往往異常強度越小,電阻率值越低。

4 結 語

通過本區(qū)石英脈物探找礦方法的實驗研究,認為物探工作不僅可以尋找石英脈,而且經濟高效,為本區(qū)開展大規(guī)模石英脈找礦工作探索了一條新路子。物探試驗與工程驗證表明,物探電法是淺覆蓋區(qū)石英脈找礦的一種有效方法。在物探方法中,電阻率法優(yōu)于其他方法,而中間梯度裝置比聯合剖面裝置的異常更加明顯,效率更高。一般采用線距100m、點距 20m,在異常地段加密到線距 50m、點距10m,即可滿足普查的精度要求。電阻率測深用于確定異常體的空間形態(tài),可以初步確定石英脈的頂板埋深以及垂向上的變化,為工程驗證提供依據。

圖5 T17-3異常體視電阻率測深及地質剖面圖

[1]江蘇省地質礦產局區(qū)域地質調查大隊.江蘇省區(qū)域礦產總結[R].1986.

[2]王登紅,徐鈺,陳毓川,等.蘇北榴輝巖中水晶的形成時代及其對超高壓變質帶折返的示蹤意義[J].地質學報 ,2003,77(4)：544-548.

[3]徐莉,孫曉明,翟偉,等.中國大陸科學鉆探 (CCSD)HP-UHP變質巖中流體包裹體δD-δ18O同位素組成及其意義[J].巖石學報,2006,22(7)：2009-2017.

[4]邵世才.華北地臺南緣金礦床的成因和成礦模式[J].華北地質礦產雜志,1997,12(4)：358-363.

[5]潘明寶,張慶龍,陳火根,等.蘇魯造山帶南緣巖石 -地層格架[J].地質通報,2002,21(12)：848-854.

[6]李海負.水晶之最 [J].地球,1996(1)：15-17.

[7]鄭大中,鄭若鋒.蘇北東海水晶礦床的形成機理初探[J].地質學刊 ,2009,33(3)：239-244.

[8]胡文宣,孫睿,張文蘭,等.金礦成礦流體特點及深—淺部流體相互作用成礦機制 [J].地學前緣,2001,8(4)：281-288.

Quartz vein mineral exploration test in Donghai area of south margin in Sulu Orogen

XUE L in-jia1,XUE Hua i-you2,W EI X iao-p ing1,XIA Guo-tian2,YAO W ei-jun2

(1.Party 6 of Jiangsu Bureau of Geology and Minerals Prospecting,Donghai 222300,Jiangsu;2.Jiangsu Institute of Geology and Minerals Investigation,Nanjing 210018,China)

The high purity silica resourcewasmostly derived from quartz vein inDonghai area of Jiangsu Province.Alongwith the development of national silica industry,the consumption of silica was increased and upper resourceswere nearly exhausted and an effective method to search silica in the buried zonewas urgent.Based on the analyses and studieson the geologicaloccurrence and occurring characteristics in quartz vein area and the difference of electrical resistivity on the wall rock,the authors conducted,based on the known ore bodies,a contrast test in ter ms of diversified spot distance,line distance and depth,and the results demonstrated that the geophysical electricitymethod was feasible.

Quartz vein;Electrical resistivity;Exploration grid;Burial;Donghai,Jiangsu

P631.3+22

A

1674-3636(2010)02-0178-05

2010-03-04;

2010-03-18;編輯：侯鵬飛

薛林家 (1958—),男,高級工程師,主要從事地質礦產資源勘探工作.

10.3969/j.issn.1674-3636.2010.02.178