于 淼，梁 鋒，申茂德，郭正林，王鐵軍

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)，北京 100083 2.中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，北京 100037;3.新疆有色地質(zhì)勘查局，新疆烏魯木齊 830000;4.中鋼集團(tuán)天津地質(zhì)研究院，天津 300181)

1 引言

阿爾泰造山帶南部邊緣位于中國新疆北部，在中亞造山帶中占有重要的構(gòu)造位置。由于完整出露有蛇綠巖、增生楔等有重要意義的地質(zhì)塊體，阿爾泰造山帶已成為研究俯沖與地殼增生的重要地區(qū)。至今學(xué)者仍無法對該地區(qū)的大地構(gòu)造背景有統(tǒng)一認(rèn)識。部分學(xué)者主張?jiān)摰貐^(qū)為被動陸緣(陳毓川等，1996;王京彬等，1998;韓寶富等，1999)，同時也有研究者認(rèn)為該區(qū)屬于主動邊緣。而同樣認(rèn)為是主動邊緣的學(xué)者對該造山帶的成因也無統(tǒng)一認(rèn)識，有學(xué)者認(rèn)為該帶是多地體多次碰撞(Coleman，1989;Mossakovsky et al.，1994;何國琦等，1995)，也有學(xué)者主張是沿單一巖漿弧的巨型俯沖-增生雜巖不斷增生的弧前增生(Seng?r et al.，1993)。正是在這個有著復(fù)雜地質(zhì)背景的地區(qū)，在其早-中泥盆世火山-沉積盆地內(nèi)陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了阿舍勒、鐵木爾特、阿巴宮、可可塔勒、喬夏哈拉、蒙庫等大批銅、鉛鋅、鐵等重要礦床(廖啟林，2000)(圖1)。由于該帶富含多種金屬礦床(銅、鉛、鋅、鐵、金礦)，并且規(guī)?？捎^，為加速勘查開發(fā)鉛鋅、銅鎳、金礦床，查明各礦區(qū)礦化延伸及其變化情況，評價其資源遠(yuǎn)景，為下一步鉆探提供依據(jù)，因而發(fā)展高精度、大深度的物探方法來圈定深部礦體的空間展布規(guī)律具有重要意義。

近年來，電磁類探測方法已成為深部(＜2000m)找礦的主要技術(shù)手段，前人在這方面已做了大量研究(董樹文等，2010)。近年來，已有一些將電磁法應(yīng)用于深部隱伏礦定位及深部構(gòu)造探測的實(shí)例。Grant et al.(2008)在Shea河鈾礦化帶部署了各種電磁類方法(TEM、AMT)，查明了砂巖中低阻異常的反映，證實(shí)了熱液蝕變帶的存在。Craven et al.(2000)在Cosmos鎳硫化物礦床發(fā)現(xiàn)了隱伏礦體。薛國強(qiáng)等(2011)年在西藏山南澤當(dāng)?shù)V田用大回線源TEM法探測，反演結(jié)果成功地分辨出了含礦構(gòu)造破碎蝕變帶，經(jīng)鉆探驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)了銅、鉬礦化體。周平等(2007)年總結(jié)了瞬變電磁法在各類礦床深部預(yù)測的進(jìn)展，總結(jié)出了在電性差異明顯的礦區(qū)，尤其對低阻體可以取得很好的找礦效果。結(jié)合理論及實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，可以看出TEM對高激化低電阻的金屬礦體響應(yīng)敏感(虞景敏，1991;金中國等，2002;張林，2007)，能和周圍的高阻體形成鮮明的對比。

圖1 阿爾泰南緣區(qū)域及礦產(chǎn)分布圖(據(jù)王京彬等修改，1998)Fig.1 Map showing regional geology and distribution of mineral deposits in the southern margin of the Altai Mountains(modified from Wang et al.，1998)

本文以可可塔勒鉛鋅礦床為研究對象，采用大回線源瞬變電磁法進(jìn)行工作，探明礦區(qū)深部礦體的空間展布特征，為礦區(qū)的長久發(fā)展提供后備資源，擴(kuò)大資源儲量，同時為后續(xù)其它礦區(qū)開展深部礦體定位預(yù)測提供借鑒。在該區(qū)布置了2條TEM勘探線，經(jīng)分析處理、鉆探驗(yàn)證，取得了很好的效果。本文將分析TEM的探測結(jié)果及依據(jù)探測結(jié)果取得的找礦效果。

2 礦區(qū)地質(zhì)概況

可可塔勒鉛鋅礦床位于阿爾泰山南緣可可塔勒鉛鋅多金屬成礦帶麥茲泥盆紀(jì)火山沉積盆地內(nèi)，受麥茲復(fù)式向斜控制，礦體主要位于向斜北東翼近南東轉(zhuǎn)折端部位(王書來等，2005)(圖2)。該礦區(qū)是新疆北部大型鉛鋅礦之一，其北西-南東長6km，寬1km，面積6km2(郭正林等，2006)。含礦層形成于兩次火山活動間隙期，以火山機(jī)構(gòu)旁側(cè)和古沉積洼地中的含礦層含礦性最好，往往形成多層塊狀硫化物礦層。礦體主要富集在康布鐵堡組上亞組第二巖性段中上部黑云母石英片巖和黑云變粒巖互層，及黑云母變粒巖、鐵錳質(zhì)大理巖、凝灰質(zhì)砂巖中。礦體與地層產(chǎn)狀一致，7號礦體為主礦體，產(chǎn)于黑云母變粒巖中，9號礦體產(chǎn)于主礦體上部的鐵錳質(zhì)大理巖中(張進(jìn)紅等，1999)。礦床具有層控特性，礦石類型有塊狀硫化物型、條帶狀、浸染硫化物型和細(xì)脈稠密浸染型等。礦石構(gòu)造包括:浸染狀、塊狀、條帶狀、角礫狀及網(wǎng)脈狀等，表現(xiàn)出低阻高級化特性。礦石結(jié)構(gòu)有中細(xì)粒自形-半自形粒狀結(jié)構(gòu)、斑狀結(jié)構(gòu)等。礦石礦物主要為黃鐵礦、磁黃鐵礦、方鉛礦和閃鋅礦。不同類型礦石的礦物組成存在明顯差異，塊狀礦石一般為磁黃鐵礦發(fā)育，浸染狀礦石一般為黃鐵礦發(fā)育。礦床地表露頭表現(xiàn)為硫化物鐵帽，形態(tài)多為層狀、似層狀、透鏡狀展布于地表。

圖2 可可塔勒礦區(qū)地質(zhì)圖(據(jù)王京彬等修改，1998)Fig.2 Geological sketch of the Keketale Pb － Zn ore district(modified from Wang et al.，1998)

3 方法原理

瞬變電磁法是通過測量由一次電流脈沖場激勵而產(chǎn)生的二次渦旋場隨時間的衰減規(guī)律來探測異常體空間分布的一種電磁類方法。在均勻大地表面，由單匝線圈通以脈沖電流激發(fā)，回線中部場近于均勻的部分，以接收線圈進(jìn)行觀測，可得磁場垂直分量的響應(yīng)為:

在遠(yuǎn)區(qū)(晚期)τ0≥1時，上式可以簡化為

從而可得電阻率

式中:ρτ為電阻率，單位為Ω·m;εI為感應(yīng)電動勢，單位為μV;I為電流，單位為A;t為時間，單位為ms;AR為接收線圈有效面積，單位為m2;b為發(fā)射線框邊長，單位為m;σ為均勻半空間電導(dǎo)率，單位為S/m;α為發(fā)射回線半徑，單位為m;μ0為空氣磁導(dǎo)率，單位為H/m;Φ為磁通量，單位為Wb;τ0為綜合參數(shù)，其值為 ρt/(μ0α2)。

4 數(shù)據(jù)采集處理

本次工作在野外布設(shè)了兩條勘探線，使用MSD-1型瞬變電磁測深儀，采用大回線裝置形式，經(jīng)試驗(yàn)，確定工作參數(shù)為:發(fā)射線圈為200m×300m;分別采用8.3Hz和25Hz基頻進(jìn)行工作，共40道;時間范圍分別為:0.0725～8.64ms，0.0725 ～8.64ms;疊加次數(shù)為100次;抑制系數(shù)為8;磁探頭接收面積為:10000m2。

對TEM數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。理論發(fā)射波形為階躍波，實(shí)際工作中由于發(fā)射線框與大地間存在電容和線框存在電感，致使發(fā)射電流關(guān)斷時，不為階躍波，而為一個有一定后沿時間的關(guān)斷波形，故必須將其校正到理想波形狀態(tài)，包括關(guān)斷時間toff的影響及其校正。另外，由于各類干擾的影響，往往使實(shí)測V/I曲線尾枝出現(xiàn)波動，為此必須對實(shí)測曲線進(jìn)行圓滑。通?？刹捎梦妩c(diǎn)圓滑公式進(jìn)行，但當(dāng)尾枝波動過大時，常常效果不佳。本次采用自編的人機(jī)對話程序?qū)η€進(jìn)行圓滑。

反演中為了減少多解性，采用改進(jìn)的阻尼最小二乘可行方向法，結(jié)果能夠很好地反應(yīng)地下電阻率分布情況。其最優(yōu)化問題歸結(jié)為求解下列法方程:

(ATA+aI)ΔX=ATB

式中A稱為雅可比矩陣，I為單位陣，a為阻尼因子，B為已知函數(shù)，ΔX為目標(biāo)函數(shù)。

5 結(jié)果解釋

巖石物性參數(shù)是研究地球物理場響應(yīng)的基礎(chǔ)。本文對收集到的礦區(qū)的物性測量進(jìn)行了匯總和分析(表1)。從表1的數(shù)據(jù)分析可知:圍巖電阻率較高、極化率較低、密度較小、磁性微弱，表現(xiàn)為中高電阻率、低極化、低密度、微磁或無磁性的物性特征。鉛鋅礦石從浸染狀到塊狀，極化率從18.1增至66.5，電阻率從30Ω·m到2000Ω·m;密度從3g/cm3到3.5g/cm3;磁化率6000×10-6CGSM增加到8000×10-6CGSM，表明塊狀硫化物型礦體具有高極化、高密度、中等磁性、低電阻率特征，這為進(jìn)行TEM方法提供了很好的物性前提。

35線位于7號和9號礦體之間，其淺部異常經(jīng)鉆孔查證，探明了淺部礦體的空間形態(tài)，見圖3內(nèi)的紅色圈閉。47線位于9號礦體上方，已進(jìn)行了鉆探工作，且本次的探測結(jié)果異常與已知礦體的空間位置對應(yīng)很好(圖4內(nèi)的紅色圈閉表示已知礦體范圍)。35線和47的詳細(xì)解釋如下。

5.1 35線反演結(jié)果及解釋

測線35位于7～9號礦體之間，呈北東東-南西西方向展布。根據(jù)剖面的反演結(jié)果(圖3)，可以將地下的電性結(jié)果分為四個大的部分。在0～250點(diǎn)之間，地表出露巖性為互層狀變鈣質(zhì)砂巖和流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r，傾向北東東，電阻率表現(xiàn)為中、高阻特征，電阻率范圍在350～850Ω·m之間，延伸至300m處電阻率發(fā)生了變化，表現(xiàn)為低阻，繼續(xù)向下延伸至剖面底部，然而，在這個低阻帶內(nèi)，存在一個電阻率更低的閉合異常，電阻率大概在0～100Ω·m之間，符合塊狀鉛鋅礦體電阻率特征，推測其為鉛鋅礦體異常。沿測線在600～1000點(diǎn)之間，地表巖性往北北東方向，依次為矽線堇青石英片巖夾石榴黑云石英片巖和變酸性熔巖，電阻率表現(xiàn)為高阻異常，往下延伸至200多米處，形成了一個高阻圈閉，再往下，電阻率呈現(xiàn)低阻異常，一直延深到剖面底部。35線剖面引人注目的是250～600點(diǎn)之間的這個區(qū)間，電阻率從上到下都變現(xiàn)為低阻異常，而且向北北東傾，與地層的傾向方向一致，從250～600點(diǎn)，地表巖性主要為方解黑云變粒巖(鈣質(zhì)粉砂巖)、黑云變粒巖(泥質(zhì)粉砂巖)、鐵錳質(zhì)大理巖、黑云母片巖等，是該區(qū)域主要的含礦層位，傾向北東東。從電阻率低阻異常和地層的傾向以及該區(qū)的含礦層位的特征來看，250～600點(diǎn)之間的這個北東東傾的低阻長條帶異常最有可能是鉛鋅礦體異常。

表1 可可塔勒礦區(qū)巖石物性參數(shù)統(tǒng)計(jì)(據(jù)胡劍輝等修改，1996)Table 1 Statistics of physical property parameters for rocks from the Keketale deposit(modified from Hu et al.，1996)

圖3 35線反演結(jié)果Fig.3 Inversion result of line 35

5.2 47線反演結(jié)果及解釋

47線與35線的地表巖性出露特征基本相同，不同的是，在47線的360～400點(diǎn)之間的淺表出露鐵帽礦化異常，已進(jìn)行了鉆探驗(yàn)證，證實(shí)礦體在深部仍有延伸，傾向北東東(圖4)。從47線的反演結(jié)果來看，已有鉆孔控制的部位在剖面上表現(xiàn)為一個低阻圈閉，延伸至600多米處。另外，從剖面的電阻率分布特征來看，除了已有鉆孔驗(yàn)證的低阻異常外，在200～300點(diǎn)之間的300～600m之間，也存在一個低阻異常體，但是傾向與地層傾向方向不一致，所以不能肯定的推測其為礦化異常。然而沿測線往北北東方向，在600～1000點(diǎn)之間，可以明顯看到一個呈北東東方向展布的呈低阻特征的異常帶，且一直向下延伸沒有尖滅，反而有變寬的趨勢。綜合地質(zhì)和電阻率空間分布特征，推測這個低阻異常帶是礦體的可能性很大。

6 討論

可可塔勒鉛鋅礦帶自20世紀(jì)80年代中期發(fā)現(xiàn)以來，雖經(jīng)多年工作，但其研究程度仍然較低，只有部分地段淺部達(dá)到了詳查，隨著地質(zhì)找礦工作的不斷進(jìn)行，越來越多的信息顯示其深部存在很大的找礦潛力(秦克章等，1998;郭正林等，2007)。本次勘探從前期設(shè)計(jì)到野外采集，再到室內(nèi)的預(yù)處理以及避免多解性的改進(jìn)的阻尼最小二乘可行方向反演法的使用，保證了最終勘探結(jié)果的可信度，35線的鉆探驗(yàn)證結(jié)果可得到有力的證實(shí)。

從這兩條TEM探測結(jié)果可以清晰地看出，低阻異常帶傾向北東東，且向下延伸沒有尖滅，這個與胡劍輝等(1994)建立的地球化學(xué)異常模型相一致，模型表明，主成礦元素Pb、Zn和伴生元素Ag以及前緣元素As、Sb等在下部的強(qiáng)度和規(guī)模沒有降低的趨勢，判斷深部有富厚的盲礦體存在。另外，由于礦床整體位于復(fù)式倒轉(zhuǎn)向斜北東翼，因此礦體深部存在倒轉(zhuǎn)的可能性(郭正林等，2006)，且已進(jìn)行了鉆探驗(yàn)證，結(jié)果與推斷相一致。盡管從這兩條TEM的探測結(jié)果上沒有看到明顯的低阻異常翻轉(zhuǎn)特征，但由于呈北東東傾的低阻異常帶底部在剖面上沒有封閉，因此結(jié)合元素模型異常，倒轉(zhuǎn)向斜深部翻轉(zhuǎn)和鉆探資料，從TEM的勘探結(jié)果上可以看出(圖3和4)，深部仍存在盲礦體，而且有向南西方向翻轉(zhuǎn)的可能性。另外從圖3和4可看出，7號和9號礦體的深部傾向一致，變化特征幾乎相同，不同的是47線地表有鐵帽露頭，而35線則不存在，然而，通過TEM的探測結(jié)果和鉆探驗(yàn)證效果可以推斷，7號和9號礦體在深部是相互連通的，這個認(rèn)識已經(jīng)為鉆探結(jié)果所證實(shí)。

圖4 47線反演結(jié)果Fig.4 Inversion result of line 47

7 結(jié)論

本次瞬變電磁工作取得了很好的效果。在無地表鐵帽找礦標(biāo)志的35線深部，發(fā)現(xiàn)了盲礦體，表明7號與9號礦體在深部是相互連通的，這與以前推斷的結(jié)果相一致。另外通過鉆探驗(yàn)證了35線剖面中部的低阻異常，結(jié)果表明，礦體向北東東傾，與地層產(chǎn)狀一致，且仍有向深部延伸的可能性。除了35線中部的低阻異常取得了驗(yàn)證外，在兩條剖面的大號點(diǎn)位下放，低阻異常空間展布規(guī)模更大，表明礦體規(guī)模大，延伸深，應(yīng)再對這兩處異常進(jìn)行鉆探驗(yàn)證，以期擴(kuò)大資源量。同時，結(jié)合化探和復(fù)式向斜反傾的特征，可以認(rèn)為兩條勘探剖面的低阻體在空間上有從傾向北東東向南西西方向轉(zhuǎn)化的可能性。

另外，從瞬變電磁在可可塔勒鉛鋅礦床的應(yīng)用效果來看，其對低阻高激化體響應(yīng)敏感，能夠很好的分辨出礦與非礦的界限。因此結(jié)合前人在該區(qū)進(jìn)行的物探工作及該區(qū)的物性特征，可以肯定的是，TEM法對于在該區(qū)域查找低阻高激化體礦異常是可行的。鑒于此，應(yīng)該以可可塔勒礦區(qū)的深部勘探經(jīng)驗(yàn)來指導(dǎo)鐵木爾特、阿巴宮、喬夏哈拉、蒙庫等深部盲礦體的預(yù)測。然而，結(jié)合該方法原理本身及可可塔勒礦區(qū)的物性和地質(zhì)特征，其勘探深度不會超過800m。另外，從方法本身來說，由于TEM采集的是斷電后的二次響應(yīng)，在斷電與儀器開始采集之間存在微小的時間延時，會影響淺部的分辨率，即使進(jìn)行了關(guān)斷時間的影響及其校正處理，淺表幾十米的結(jié)果還是可信度低。因此為了更好的勘查礦帶內(nèi)其它礦床的深部礦體展布，應(yīng)該結(jié)合CSAMT和AMT等其它電磁類方法，一方面是增加勘探深度;另一方面是彌補(bǔ)TEM二次場接收的單一性。

致謝在工作過程中得到了中鋼地質(zhì)院戴立軍教授和新疆有色地質(zhì)勘查局706隊(duì)郭旭吉工程師及李學(xué)凱工程師的大力支持和幫助，在此表示衷心的感謝!同時對專家提出的寶貴意見一并表示謝忱!

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