李相民,夏明飛,朱首峰

(江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院,江蘇 南京 210018)

大功率電法勘探技術(shù)在航磁異常地面查證中的應(yīng)用效果

李相民,夏明飛,朱首峰

(江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院,江蘇 南京 210018)

引起航磁異常的原因有多種,對(duì)于金屬礦勘查而言,研究航磁異常的意義不僅在于發(fā)現(xiàn)磁性礦體,不少內(nèi)生金屬礦床的成因及其產(chǎn)出位置與磁性侵入體有著密切的關(guān)系,然而,僅僅依靠磁測方法并不能解決非磁性礦體的空間定位問題。因此,多方法、多參數(shù)的綜合運(yùn)用勢在必行。在長江中下游成礦帶東段,運(yùn)用大功率電法勘探技術(shù)勘查金屬礦,已取得了令人鼓舞的成果。通過一個(gè)應(yīng)用實(shí)例的介紹,說明方法的應(yīng)用效果。

大功率;電法勘探;金屬礦;航磁異常;江蘇段;長江中下游

0 引言

在航磁異常地面查證中,過去通常以地面磁測、地球化學(xué)測量和鉆探等作為主要手段,借以發(fā)現(xiàn)以磁鐵礦為主的工業(yè)礦床,地質(zhì)效果顯著。

隨著地質(zhì)工作程度的提高,金屬礦勘查已從淺部轉(zhuǎn)向第二深度空間,因此,無論是磁性礦體還是與航磁異常源有成生聯(lián)系的其他礦產(chǎn),僅用地面磁測的方法已難以對(duì)其作準(zhǔn)確定位。

大功率電法勘探系指在建立人工場源時(shí)采用大功率發(fā)射設(shè)備的一類方法,其突出優(yōu)勢是：①通過加大供電電流,提高信噪比,從而提高數(shù)據(jù)采集的效率和質(zhì)量。②通過改變裝置大小,從而提高分辨率,以獲得更大的探測深度。

筆者在長江中下游成礦帶江蘇段的金屬礦勘查中,運(yùn)用大功率電法勘探技術(shù),已發(fā)現(xiàn)多處有意義的地球物理異常,有的異常已經(jīng)鉆探驗(yàn)證,見厚層銅礦體,地質(zhì)效果明顯。

1 方法簡介

在金屬礦勘查中,目前最常用的大功率電法勘探方法有激發(fā)極化法和可控源音頻大地電磁法。

1.1 激發(fā)極化法

激發(fā)極化法以巖、礦石的電化學(xué)性質(zhì)的差異為前提,通過觀測和研究激電效應(yīng),達(dá)到找礦和解決其他地質(zhì)問題的目的,是金屬礦勘查中最常用的物探方法之一。

激發(fā)極化法可采用多種裝置形式,面積性工作通常采用中間梯度裝置,用以快速發(fā)現(xiàn)異常。剖面性工作更多地采用對(duì)稱四極測深裝置或偶極 -偶極測深裝置,用以了解異常源的空間位置和產(chǎn)狀。

激發(fā)極化法的觀測參量有多個(gè),金屬礦勘查中過去常用極化率作為觀測參量,其定義為關(guān)斷激發(fā)電流后某一時(shí)刻的二次場電位差與一次場電位差的比值,單位為百分比,近年來這一參量逐漸被充電率所代替,充電率的定義是關(guān)斷激發(fā)電流后的某個(gè)時(shí)間段中的二次場電位差對(duì)時(shí)間的積分值與一次場電位差的比值,單位為毫秒,2個(gè)參量具有近似的線性相關(guān)關(guān)系。

1.2 可控源音頻大地電磁法

可控源音頻大地電磁法是基于電磁波在介質(zhì)中傳播的趨膚效應(yīng)原理,通過改變?nèi)斯鲈吹念l率,實(shí)現(xiàn)不同深度的探測,該方法具有分辨率高、經(jīng)濟(jì)快速等特點(diǎn),同時(shí),由于在人工場源中采用大功率發(fā)射設(shè)備,使其具有較強(qiáng)的抗干擾能力。

該方法目前多采用電性場源 (電偶極源),即在接地導(dǎo)線中供以音頻電流,以產(chǎn)生相應(yīng)頻率的電磁場。工作中多采用赤道偶極裝置標(biāo)量測量方式,通過觀測測點(diǎn)上一組頻率的相互正交的電場水平分量和磁場水平分量,進(jìn)而得到卡尼亞電阻率 -頻率曲線。用相關(guān)軟件對(duì)實(shí)測的卡尼亞電阻率 -頻率曲線進(jìn)行擬合,就可得到不同深度介質(zhì)的電阻率。通過多測點(diǎn)、多深度的電阻率數(shù)據(jù)構(gòu)建立體電性結(jié)構(gòu),以及對(duì)電性結(jié)構(gòu)特征的研究,從而達(dá)到解決地質(zhì)構(gòu)造問題的目的。

2 應(yīng)用實(shí)例

2.1 地質(zhì)概況

工作區(qū)隸屬于長江中下游鐵銅多金屬成礦帶東段,溧水火山巖成礦區(qū)北部。

20世紀(jì) 50年代發(fā)現(xiàn)東崗航磁異常,20世紀(jì) 70年代,圍繞該異常,地質(zhì)、冶金等系統(tǒng)相繼開展了以地面磁測和鉆探為主要手段的地面查證工作,分別在石壩、東崗以及石頭山等地見低品位、小規(guī)模磁鐵礦和薄層銅礦。

區(qū)內(nèi)第四系 (Q)廣布,基巖露頭稀少 (圖 1)。地層主要為中生界侏羅系龍王山組 (J3l),局部分布有大王山組 (J3d)。龍王山組 (J3l)分上、下二段,上段厚度大于 622m,巖性有玄武巖、安山玄武巖、角礫熔巖等;下段厚度大于 400m,巖性有安山巖、輝石安山巖等。

圖1 東崗地區(qū)地質(zhì)、物探綜合平面圖

礦區(qū)構(gòu)造以斷裂為主。主要有東西向、北西向、北北西向、北東向 4組及弧形構(gòu)造帶。斷裂帶內(nèi)均以碎裂巖、構(gòu)造角礫巖為主,礦化蝕變強(qiáng)烈,主要有黃銅礦化、黃鐵礦化、磁鐵礦化、赤鐵礦化、天青石化、硅化等。

礦區(qū)構(gòu)造控礦明顯,已發(fā)現(xiàn)的多層銅、鐵、硫、鋅、鍶礦,主要分布于北西向近平行的一組斷裂破碎帶中。

礦區(qū)內(nèi)侵入巖主要有輝石閃長玢巖、輝長閃長玢巖、閃長玢巖等,與銅、鐵礦有著密切的成因關(guān)系。

2.2 地球物理特征

區(qū)內(nèi)巖石電性具如下特征。

沉積巖、火山巖的電阻率較低,一般在 n×102Ω·m。次火山巖、巖脈的電阻率達(dá) n×103～ n×104Ω·m。天青石電阻率最高,可達(dá) n×106Ω·m。

沉積巖、火山巖的極化率較低,一般在 1%左右,次火山巖的極化率略高,在 2%～3%左右,礦石、黃鐵礦化巖石的極化率均較高,可達(dá) 10%以上。

礦體受斷裂破碎帶控制,斷裂破碎帶內(nèi)硅化、黃鐵礦化強(qiáng)烈。因此,斷裂破碎帶可作為物探探測的目標(biāo)物,目標(biāo)物具有高電阻率、高極化率特征,可引起高阻、高極化組合異常。

2.3 主要方法技術(shù)

數(shù)據(jù)采集使用美國 Zonge公司研制的 GDP-32Ⅱ電法工作站,該系統(tǒng)發(fā)射機(jī)最大輸出功率達(dá) 30kW,接收機(jī)具 8個(gè)常規(guī)通道。

據(jù)已有地質(zhì)資料,東崗礦段和石壩礦段的控礦斷裂破碎帶的走向分別為北西和北東向,因而在上述 2個(gè)礦段布置了不同方向的測線 (圖 2),其中,東崗礦段的測線方向?yàn)?40°,石壩礦段的測線方向?yàn)?30°,而在兩礦段之間布設(shè)了東西方向的測線。

圖2 東崗地區(qū)物探測線分布圖

工作方法為激發(fā)極化法和可控源音頻大地電磁法。激發(fā)極化法采用中間梯度裝置,供電極距 AB=1 800m,測量極距 MN=50m,點(diǎn)距 50m,工作頻率0.125Hz,占空度 50%,觀測參量為充電率?？煽卦匆纛l大地電磁法采用標(biāo)量測量方式,發(fā)射偶極距 AB=1 500m,測量偶極距 MN=50m,點(diǎn)距 50m,收發(fā)距r=4 500m,工作頻率 1Hz～8 192Hz。

2.4 異常特征

測區(qū)內(nèi)東崗礦段 D-1線工程控制程度較高,DZK1010孔于-200m附近見多層薄層低品位銅礦體和鐵礦體,CK18孔于-200m附近見小規(guī)模富鐵礦。圖 3為該線上的激電異常及 CSAMT反演的電阻率斷面,由圖 3可見,視充電率 Ms異常,總體西高東低,在礦體密集部位上方有寬度不大的高值異常顯示。視電阻率ρs異常也有類似的特征,只是異常峰值位置與視充電率異常峰值位置稍有不同,礦體密集部位對(duì)應(yīng)于視電阻率異常峰值位置旁側(cè)的過渡部位。CSAMT法反演的電阻率斷面上,顯示出呈似層狀的低阻體與高阻體交替出現(xiàn)的電性結(jié)構(gòu),且各層的厚度自淺往深逐步加大。橫向上于剖面的中部,淺部高阻體與深部高阻體連為一體,該部位的電剖面異常為局部高阻顯示。總體上,2種方法的視電阻率異常能較好地對(duì)應(yīng),視電阻率與視充電率異常強(qiáng)度有同步變化的特點(diǎn)。

平面上,視電阻率與視充電率異?？傮w上具北窄南寬、北弱南強(qiáng)、呈弧形帶狀展布的特點(diǎn) (圖 4),北部東崗礦段視充電率異常一般小于 15ms,寬度多不大于 100m,往南異常寬度和強(qiáng)度都逐漸增大,異常中心位于石壩附近,異常峰值部位附近,寬約400m,強(qiáng)度近 30ms,異常呈向東突出的弧形展布。

視充電率異常與視電阻率異?？傮w上具正相關(guān)關(guān)系,即視充電率高值異常部位對(duì)應(yīng)有視電阻率高值異常,視充電率低值異常處,視電阻率異常值也較低。

據(jù)東崗礦段和石壩礦段的鉆孔揭示,含礦破碎帶內(nèi)硅化、黃鐵礦化強(qiáng)烈,其走向在上述 2個(gè)礦段分別為 330°和 40°,雖然帶內(nèi)僅見薄層、低品位礦體,但破碎帶上仍有視電阻率、視充電率同高異常反映,因此,認(rèn)為視電阻率和視充電率高值異常為同源異常,為含礦斷裂破碎帶引起。

圖3 東崗礦段 D-1線地質(zhì)、物探綜合圖

從異常的規(guī)模和強(qiáng)度看,石壩附近為高值激電異常的中心部位,Z-4線上激電異常及 CSAMT反演的電阻率斷面異常形態(tài)與東崗礦段D-1線上的異常類似,但無論是異常規(guī)模還是異常強(qiáng)度,Z-4線較D-1線都要大得多 (圖 5),因此,石壩附近應(yīng)存在規(guī)模較大的含礦斷裂破碎帶,更具找礦意義。此外,視電阻率、視充電率弧形高值異常帶,可能反映東崗火山“穹窿”構(gòu)造的東側(cè)部分。

2.5 異常驗(yàn)證及結(jié)果

在研究區(qū)內(nèi)成礦規(guī)律、異常特征以及異常與礦體對(duì)應(yīng)關(guān)系的基礎(chǔ)上,提出了“首先在弧形高阻、高充電率異常中心部位進(jìn)行鉆探驗(yàn)證,如果見礦,則進(jìn)一步沿異常走向方向進(jìn)行追索”的驗(yàn)證方案。

在異常中心部位 Z-4線 108點(diǎn)先行施工的ZK01孔,鉆遇主斷裂構(gòu)造破碎蝕變帶,帶內(nèi)分布碎裂巖和構(gòu)造角礫巖,硅化、黃鐵礦化、黃銅礦化強(qiáng)烈。帶內(nèi)銅、硫礦層鉆厚 61.94m,其中,銅礦層鉆厚11.85m,平均品位 Cu 0.52%;銅硫礦層鉆厚14.66m,平均品位 Cu 0.79%、S 16.28%;硫礦層鉆厚 9.70m,平均品位 S 15.70%;低品位銅礦層鉆厚8.32m,平均品位 Cu 0.23%;低品位硫礦層鉆厚17.41m,平均品位 S 11.24%。

圖4 東崗地區(qū)激電異常平面圖

該區(qū)已施工驗(yàn)證孔 10個(gè) (圖 6),其中 8個(gè)孔見鉆厚 3m以上工業(yè)礦體。

2.6 結(jié)果討論

視充電率、視電阻率同高異常帶呈弧形展布,推測為礦化蝕變斷裂帶引起,經(jīng)鉆探驗(yàn)證,帶內(nèi)賦存銅、硫、鍶礦層,構(gòu)造控礦明顯,礦層沿走向和傾向均有延伸趨勢。一般在視電阻率、視充電率高值異常附近礦 (化)體富集。

通過以大功率激電為主的電法工作和鉆探驗(yàn)證,在東崗—石壩見到了規(guī)模較大的視充電率異常帶,并與稀有金屬、多金屬礦化斷裂破碎帶相吻合,勘查工作取得了突破性進(jìn)展,豐富了寧蕪—溧水地區(qū)金屬礦床成礦預(yù)測理論,為該區(qū)進(jìn)一步開展礦產(chǎn)普查工作,特別是在溧水火山巖盆地周邊尋找同類礦床,提供了重要依據(jù)和找礦方向。

3 結(jié) 語

運(yùn)用大功率電法勘探技術(shù)結(jié)合地面磁測方法,探測與磁性地質(zhì)體有成因和空間聯(lián)系的非磁性礦產(chǎn),事實(shí)證明是有效的。在當(dāng)前固體礦產(chǎn)勘探以“攻深找盲”為主基調(diào)的背景下,利用人工場源的大功率,可以實(shí)現(xiàn)大深度探測的優(yōu)勢,大功率電法勘探必將發(fā)揮更大的作用,取得更好的地質(zhì)效果。

[1]劉天佑.地球物理勘探概論 [M].北京：地質(zhì)出版社,2007.

[2]李金銘,羅延鐘.電法勘探新進(jìn)展 [M].北京：地質(zhì)出版社,1996.

[3]劉瑞德,黃力軍,楊進(jìn),等.綜合電法在有色金屬礦產(chǎn)勘查中的應(yīng)用實(shí)例 [J].物探與化探,2006,30(4)：322.

[4]于昌明.CSAMT方法在尋找隱伏金礦中的應(yīng)用[J].地球物理學(xué)報(bào),1998,41(1)：133.

[5]江蘇省地質(zhì)局地球物理化學(xué)探礦隊(duì).江蘇省溧水地區(qū)物化探工作總結(jié)[R].1979.

Application effect ofmass power electricity prospecting technology in ground check of aeromagnetic anomaly

L I X iang-m in,XI A M ing-fei,ZHU Shou-feng

(Geological Survey of Jiangsu Province,Nanjing 210018,China)

In ter ms ofmetallic deposits,the significance of studying aeromagnetic anomaly was helpful to find magnetic ore bodies,the origin and occurrence of some endogenetic metallic deposits were closely related with magnetic intrusions,while magnetic survey was unable to solve the space orientation of non-magnetic ore bodies.So a synthetic use ofmulti-method and multi-parameterswas imperative,the use ofmass power electricitymethod to investigate the metallic deposits had

satisfactory results.The method was depicted in the text through a case analysis.

Mass power;Electricity method prospecting;Metallic deposits;Aeromagnetic anomaly;Jiangsu sectMiddle and lower reaches of Yangtze River

P631

A

1674-3636(2010)04-0406-06

2010-01-12;編輯：侯鵬飛

李相民(1962—),男,高級(jí)工程師,長期從事固體礦產(chǎn)與地下水地球物理勘探工作.

10.3969/j.issn.1674-3636.2010.04.406

圖5 Z-4線物探異常及其驗(yàn)證結(jié)果