武軍杰，楊 毅，王興春，張 杰，鄧曉紅

(中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所，河北廊坊 065000)

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瞬變電磁法在新疆東天山天宇銅鎳礦區(qū)的應(yīng)用效果

武軍杰，楊 毅，王興春，張 杰，鄧曉紅

(中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所，河北廊坊 065000)

為認(rèn)識(shí)新疆東天山地區(qū)與基性-超基性巖體有關(guān)的巖漿型硫化物銅鎳礦床的電性特征，在天宇銅鎳礦區(qū)開展了TEM方法試驗(yàn)研究。通過TEM試驗(yàn)，獲取了地面及地-井裝置瞬變電磁法TEM響應(yīng)、時(shí)間常數(shù)、電阻率等參數(shù)，并分析了它們與礦體、斷裂、巖體等地質(zhì)特征的關(guān)系。試驗(yàn)結(jié)果表明，瞬變電磁法在硫化物銅鎳礦床應(yīng)用效果良好，能為該種類型礦床的勘查提供一定的參考。

天宇 瞬變電磁 硫化物銅鎳礦床 電性特征

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1 引言

新疆東天山地區(qū)是我國(guó)重要的Cu-Ni-Au-Fe成礦帶(秦克章等，2002、2007；唐冬梅等，2009；焦建剛等，2013；馮宏業(yè)等，2014)。該地區(qū)產(chǎn)出一系列銅鎳礦化鎂鐵-超鎂鐵巖體(黃山、香山、圖拉爾根、葫蘆、馬蹄、土墩等)，其中黃山、圖拉爾根為大型銅鎳礦床，香山、葫蘆為中型礦床，還有一系列小型銅鎳礦床(唐冬梅等，2009)。另外，從成礦地質(zhì)環(huán)境與相關(guān)礦床類型來看，東天山地區(qū)也具有很好的巖漿型鉑族元素礦床的成礦條件(唐冬梅等，2009)。

白石泉-天宇銅鎳礦區(qū)是新疆地礦局地質(zhì)六大隊(duì)在東天山地區(qū)發(fā)現(xiàn)的兩處鎂鐵-超鎂鐵雜巖體有關(guān)的銅鎳礦床(唐冬梅等，2009)。該地區(qū)出露的地層為一套古老的變質(zhì)巖系，古老基底經(jīng)歷了多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，伴隨著構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，巖漿活動(dòng)極為活躍，侵入巖大面積展布，其漫長(zhǎng)的地質(zhì)活動(dòng)不但使該地塊內(nèi)構(gòu)造格架極為復(fù)雜，同時(shí)也為Fe、Cu、Ni、Pb、Zn、Au、Ag等礦床的形成提供了有利條件(秦克章等，2002；唐冬梅等，2009；鄧剛等，2012)。區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)了白石泉、天宇、天香等銅鎳礦床(點(diǎn))，同時(shí)分布有大量的基性-超基性巖體(鄧剛等，2012)。

目前國(guó)內(nèi)對(duì)于天宇礦區(qū)的研究較多，相關(guān)學(xué)者對(duì)于礦區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造、巖相地球化學(xué)特征、巖漿演化、成礦模式、同位素物質(zhì)來源示蹤、造巖礦物特征、地質(zhì)特征找礦方向等方面進(jìn)行了系統(tǒng)研究，取得了豐碩的科研成果(花林寶等，2002；肖昱，2003；徐國(guó)端等，2003；方維萱等，2006；宋林山等，2008、2014；唐冬梅等，2009；鄧剛等，2012；黃小文等，2012)。中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所在天宇銅鎳礦區(qū)建立了野外實(shí)驗(yàn)基地，并且開展了大量的物化探工作，以期總結(jié)該種類型的銅鎳硫化物礦床的地球物理特征及地球物理模型，從而為新疆東天山一帶尋找相同類型的礦床提供有效的勘查技術(shù)。

瞬變電磁法(TEM)屬于時(shí)間域人工源電磁方法，是以大地中巖(礦)石的導(dǎo)電性和導(dǎo)磁性為物性前提，根據(jù)電磁感應(yīng)原理觀測(cè)、研究電磁場(chǎng)空間和時(shí)間分布規(guī)律，以尋找地下良導(dǎo)礦體或解決相關(guān)地質(zhì)問題的一種勘查方法。由于TEM方法是通過不接地回線發(fā)射，探頭接收，不存在接地問題，適合在新疆干旱戈壁地區(qū)開展勘查工作。在金屬礦勘查中，瞬變電磁法主要用于尋找良導(dǎo)性的致密塊狀、團(tuán)塊狀、網(wǎng)脈狀硫化物礦體并取得了良好應(yīng)用效果(薛國(guó)強(qiáng)等，2011；丁志強(qiáng)等，2012；于淼等，2013；張龍飛等2014)。本文試圖通過TEM方法的應(yīng)用來總結(jié)天宇礦區(qū)內(nèi)主要目標(biāo)地質(zhì)體的電性特征規(guī)律。

2 礦區(qū)地質(zhì)概況

新疆東天山天宇銅鎳礦區(qū)位于新疆哈密市東南方向約170km，礦區(qū)為起伏的低山丘陵區(qū)。礦區(qū)位于塔里木板塊(Ⅰ級(jí))北東側(cè)中天山地塊(Ⅱ級(jí))北緣(圖1)(唐冬梅等，2009)。該地塊為一古陸塊，北以阿齊克庫都克—沙泉子深大斷裂為界與覺羅塔格晚古生代島弧帶相接，南以卡瓦布拉克—紅柳河深斷裂為界與北山裂谷帶相鄰，呈近東西帶狀，略向南突的弧形分布(鄧剛等，2012)。礦區(qū)出露的地層主要為中元古界長(zhǎng)城系星星峽群、薊縣系卡瓦布拉克群，其次有古生界石炭系雅滿蘇組、底坎爾組、二疊系阿其克布拉克組，局部地勢(shì)低洼處有第四系沖積砂礫石覆蓋。長(zhǎng)城系星星峽群整體為一套淺海-濱海相正常沉積碎屑巖與其后中基性-酸性侵入巖經(jīng)受區(qū)域變質(zhì)作用形成，為區(qū)內(nèi)基性-超基性雜巖體的主要圍巖(唐冬梅等，2009)。區(qū)內(nèi)構(gòu)造較復(fù)雜，主要為斷裂、褶皺和單斜構(gòu)造。斷裂構(gòu)造主要為沙泉子深大斷裂及其次級(jí)斷裂，北部及中部表現(xiàn)為單斜構(gòu)造，南部褶皺構(gòu)造主要為白虎關(guān)復(fù)背斜(鄧剛等，2012)。華力西期晚期侵入巖是區(qū)內(nèi)基性-超基性雜巖體形成的主要階段。天宇鎳礦、白石泉銅鎳礦均與華力西晚期的侵入巖關(guān)系密切。礦區(qū)根據(jù)基性-超基性雜巖體分布特征及規(guī)律劃分為兩個(gè)雜巖帶：天宇雜巖帶和白石泉雜巖帶。天宇雜巖帶中Σ20號(hào)雜巖體規(guī)模相對(duì)較大，具全巖礦化特征，天宇鎳礦1號(hào)主礦體產(chǎn)于該雜巖體中。在雜巖體深部超基性巖類(輝石巖、橄欖輝石巖、橄欖巖)全巖礦化，而且橄欖巖即為礦體，一般都產(chǎn)于深部，以盲礦體為主，金屬硫化物以磁黃鐵礦、磁鐵礦為主，鎳黃鐵礦、黃銅礦、紫硫鎳礦、輝銅礦次之。Σ19號(hào)雜巖體在淺部具全蝕變，深部與圍巖接觸部位橄欖巖具弱礦化，部分可達(dá)到邊界品位。區(qū)內(nèi)超基性巖相對(duì)電阻率一般在87Ω·m～1857Ω·m，異常段極化率值一般為1.05%～1.41%，最高可達(dá)2.74%，呈低阻高極化特征。輝長(zhǎng)巖、片巖、花崗巖、閃長(zhǎng)巖等均呈高阻低極化特征。鎳礦體主要產(chǎn)出雜巖體中部或中南部，多呈條帶狀、脈狀，個(gè)別呈透鏡狀。含礦巖石主要為橄輝巖及(含橄)輝石巖，次為橄欖巖。礦體圍巖主要為輝石巖、橄輝巖，次為元古界的花崗質(zhì)糜棱巖、片麻狀花崗巖、云母斜長(zhǎng)片(麻)巖、變粒巖(鄧剛等，2012)。

圖1 天宇礦區(qū)構(gòu)造位置略圖(據(jù)唐冬梅等，2009)Fig.1 Map showing geology and deposits in the Tianyu area (after Tang et al.,2009)1-吐哈盆地；2-大南湖島??；3-覺羅塔格構(gòu)造帶；4-中天山地塊；5-斷裂構(gòu)造線；6-鎂鐵-超鎂鐵巖體；7-小型Cu-Ni礦床；8-中型 Cu-Ni礦床；9-大型Cu-Ni礦床；10-大型V-Ti磁鐵礦床1-Tuha basin; 2-Dnanhu island area; 3-Jueluotage tectonic belt; 4-Central Tianshan massif; 5-Fault; 6-Mafie ultramafic intrusions; 7-Small scale Cu-Ni deposits; 8-Middle sized Cu-Ni deposits; 9-Large-scale Cu-Ni deposits; 10-Large V-Ti magnetite deposits

3 野外工作方法

根據(jù)地質(zhì)資料按照從已知到未知的部署原則，進(jìn)行了地面TEM方法面積性的布置。圖2為TEM方法測(cè)線布置示意圖，測(cè)線范圍為L(zhǎng)33～L26，測(cè)線與原地質(zhì)勘探線重合，并在兩端延長(zhǎng)，測(cè)線長(zhǎng)度2.5km，線距100m，點(diǎn)距50m。共布置測(cè)線17條。

圖2 天宇礦區(qū)地面TEM方法工作布置圖Fig.2 TEM survey layout in Tianyu deposit area1-中元古界長(zhǎng)城系星星峽組：1a-中亞組第五巖性段花崗質(zhì)糜棱巖為主、黑云母石英片巖；1b-中亞組第四巖性段花崗片麻巖、角閃斜長(zhǎng)片麻巖；1c-中亞組第三巖性段黑云母斜長(zhǎng)片麻巖；1d-中亞第一巖性段云母石英片巖；1e-下亞組混合巖化花崗巖；2-片麻狀花崗巖；3-輝長(zhǎng)巖； 4-以輝石巖、橄輝巖、橄欖巖、為主的基性-超基性巖體；5-片理化細(xì)粒閃長(zhǎng)巖；6-鎳礦體； 7-斷裂；8-TEM測(cè)線1-Meso-Proterozoic Changcheng series Xingxingxia formation stratum：1a-No.5 lithology granitemylonite,mica quartz slot of middle sub-formation; 1b-No.4 lithology granitic gneiss, hornblende plagioclase gneiss slot of middle sub-formation; 1c-No.3 lithology biotite plagioclase gneiss slot of middle sub-formation; 1d-No.1 lithology mica quartz slot of middle sub-formation; 1e-hybrid granite of lower sub-formation;2-gneissose granite; 3-gabbro; 4-basic-ultrabasic rock bodies; 5-foliated fine-grained diorite; 6-Ni-ore body; 7-faults; 8-TEM survey lines

TEM儀器使用加拿大Crone公司Digital PEM型瞬變電磁儀，裝置為中心回線，發(fā)射框100m×100m，發(fā)射電流15A，發(fā)射時(shí)基20ms(基頻12.5Hz)，下降沿500μs,疊加次數(shù)512。同步使用無線電同步，接收使用PEM探頭(等效面積3850m2)測(cè)量Z分量感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)dB/dt數(shù)據(jù)。

4 TEM成果

圖3為試驗(yàn)礦區(qū)TEM場(chǎng)值平面圖。圖中利用了實(shí)測(cè)第10道感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)值。圖中給出了區(qū)內(nèi)幾條主要斷裂以及鎳礦體出露地表的大致位置?？梢钥闯鲈?70～220點(diǎn)號(hào)之間出現(xiàn)一條瞬變響應(yīng)高值異常帶。根據(jù)地質(zhì)資料，該異常帶反應(yīng)的低阻體應(yīng)為鎳礦體下延部分，可以看出礦體整體上是向北傾的。出現(xiàn)的高值異常位置與TEM發(fā)射框的耦合關(guān)系有關(guān)，礦體由于陡傾使得TEM在礦體露頭正上方并非最佳耦合位置，異常主要反映礦體下延部位。在位置關(guān)系上，礦體異常帶基本位于F4和F5斷裂之間，說明礦體受此兩斷裂控制。

圖3 試驗(yàn)區(qū)TEM場(chǎng)值等值線圖Fig.3 Contours of TEM response in the test area

圖4為試驗(yàn)礦區(qū)L2線TEM擬二維反演電阻率斷面等值線圖。圖中在160～195點(diǎn)號(hào)范圍內(nèi)出現(xiàn)相對(duì)低阻異常，電阻率約為100Ω·m，為已知Σ20號(hào)含礦雜巖體的反應(yīng)。圖中130、160、200點(diǎn)處分別為F5、F12和F4斷裂的顯示。在此斷面上圖中Σ19雜巖體反應(yīng)明顯，在230～310點(diǎn)號(hào)下方顯示為低阻異常反應(yīng)，電阻率約為100Ω·m。該低阻異常反應(yīng)可能為Σ19號(hào)巖體在地下延伸部分的反應(yīng)，而且局部電阻率與Σ20號(hào)含礦巖體反演電阻率接近，此部分巖體可能含礦。

圖5為L(zhǎng)14線TEM擬二維反演電阻率斷面等值線圖。圖中在170～220點(diǎn)號(hào)以及240～260點(diǎn)號(hào)范圍內(nèi)出現(xiàn)相對(duì)低阻異常。圖中可以看出兩異常應(yīng)均為Σ20號(hào)含礦巖體的反應(yīng)。在此測(cè)線上Σ20號(hào)巖體異常范圍有所擴(kuò)大。160點(diǎn)號(hào)處為F5斷裂的反應(yīng)。此外290號(hào)點(diǎn)下方的異常顯示應(yīng)為巖性變化界面的反應(yīng)。

圖4 L2線TEM電阻率斷面等值線圖Fig.4 Contour profile of TEM apparent resistivity of Line 2

圖5 L14線TEM電阻率斷面等值線圖Fig.5 Contour profile of TEM apparent resistivity of Line 14

圖6為L(zhǎng)18線TEM擬二維反演電阻率斷面等值線圖。圖中在170～200點(diǎn)號(hào)以及260～275點(diǎn)號(hào)范圍內(nèi)出現(xiàn)相對(duì)低阻異常。根據(jù)地質(zhì)資料并結(jié)合L14線反演結(jié)果，這兩處低阻異常顯示應(yīng)均為Σ20號(hào)含礦巖體的反應(yīng)。說明礦體在L14線開始出現(xiàn)分叉，在L18測(cè)線分叉更為明顯。160、210點(diǎn)號(hào)處應(yīng)

圖6 L18線TEM電阻率斷面等值線圖Fig.6 Contour profile of TEM apparent resistivity of Line 18

為F5、F4斷裂的反應(yīng)。

在電阻率反演斷面圖中可以看出，礦體呈低阻顯示，基性-超基性雜巖體由于具有礦化或者蝕變的性質(zhì)，而顯示出低阻的特性。斷裂在反演圖中反應(yīng)明顯，主要體現(xiàn)在高低阻的過渡帶上。長(zhǎng)城系背景地層一般顯示為高阻，并且在巖性的分界面上電阻率略有所變化。

不同目標(biāo)地質(zhì)體在衰減曲線的顯示也不相同。圖7為L(zhǎng)11線上不同目標(biāo)地質(zhì)體上方實(shí)測(cè)TEM衰減曲線。圖中列出了Σ20號(hào)雜巖體正上方、邊界部位，Σ19號(hào)雜巖體以及研究區(qū)南部和北部長(zhǎng)城系地層背景部位的瞬變響應(yīng)曲線對(duì)比情況。圖中可以看出，Σ20號(hào)巖體為賦礦巖體，礦體為致密塊狀硫化物銅鎳礦體，電阻率很低，其反映到瞬變響應(yīng)曲線上則表現(xiàn)為衰減較慢，而長(zhǎng)城系地層背景的瞬變響應(yīng)曲線則較陡，衰減較快。Σ20號(hào)巖體的邊界以及Σ19號(hào)巖體的瞬變響應(yīng)曲線則介于兩者之間。

圖7 L11線不同地質(zhì)體衰減曲線對(duì)比圖Fig.7 Decay curves of d1fferent bodies

圖8為礦區(qū)不同目標(biāo)地質(zhì)體τs(時(shí)間常數(shù))值對(duì)比圖。選取全部區(qū)內(nèi)實(shí)測(cè)曲線，根據(jù)每一測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)曲線計(jì)算τs值。共計(jì)完成785個(gè)測(cè)點(diǎn)的計(jì)算，其中礦體上方測(cè)點(diǎn)63個(gè)，τs平均值為0.50ms。不含礦雜巖體上(Σ20邊緣、Σ19巖體)測(cè)點(diǎn)65個(gè)，τs平均值為0.33ms。背景地層測(cè)點(diǎn)657個(gè)，τs平均值為0.23ms?？梢钥闯龅V體衰減時(shí)間常數(shù)較大，不含礦巖體次之，背景長(zhǎng)城系地層最低。

圖8 不同目標(biāo)地質(zhì)體時(shí)間常數(shù)對(duì)比圖Fig.8 Time constants of d1fferent bodies

圖9為礦區(qū)反演電阻率三維表面圖，圖中展示了低阻異常在空間的分布形態(tài)。整體東部電阻率相對(duì)較高，西部較低。從圖中低阻異常的分布看出，東面異常較淺、范圍小，西面有變寬變深的趨勢(shì)。局部來看，礦體在一些位置出現(xiàn)規(guī)模不大的分叉，可能與小的斷裂構(gòu)造有關(guān)。

圖9 試驗(yàn)礦區(qū)TEM反演電阻率三維表面圖Fig. 9 3D diagram of TEM apparent resistivity from data inversion of study area

圖10為礦體上見礦鉆孔地-井裝置瞬變電磁法Z分量實(shí)測(cè)曲線。為展示實(shí)測(cè)剖面曲線隨時(shí)間變化的特征，圖中將實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分成早中晚三組分別繪制。圖中1～8道為早期道，曲線圖中可以看出在礦體下方數(shù)據(jù)突然變小且聚集在一起。而在中期道(9～16道)中在礦體位置處為正值異常(見礦異常)，礦體上方230m處以及礦體下方270m處曲線開始出現(xiàn)負(fù)異常的趨勢(shì)。在晚期道(17～24道)曲線中異常特征更加明顯，礦體位置較強(qiáng)的正異常，對(duì)應(yīng)礦體中心，在230m和270m處出現(xiàn)負(fù)異常，對(duì)應(yīng)礦體的上下邊界。通過對(duì)比可以看出地-井瞬變電磁裝置由于探頭在鉆孔內(nèi)，更接近礦體，因此異常反應(yīng)更明顯和可靠。不同時(shí)間道對(duì)于異常的反應(yīng)形態(tài)有所不同，可以看出，晚期道曲線更加可靠些。這是因?yàn)榱紝?dǎo)異常體TEM響應(yīng)在晚期道還很強(qiáng)，而背景響應(yīng)到晚期道已經(jīng)很弱，因此使得異常對(duì)比更加明顯。

5 結(jié)論

在新疆天宇銅鎳礦開展的TEM勘查工作，并且對(duì)目標(biāo)地質(zhì)體開展了TEM特征的對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，瞬變電磁方法在新疆東天山天宇銅鎳礦區(qū)獲得了良好的應(yīng)用效果，能夠反映控礦斷裂和礦體以及巖體的分布狀態(tài)。天宇銅鎳礦是與基性-超基性巖體有關(guān)的硫化物銅鎳礦，連通性較好，適合瞬變電磁法的勘查。本項(xiàng)工作對(duì)于總結(jié)該種類型的礦床電性特征規(guī)律能夠起到一定的參考作用。

圖10 地-井TEM剖面曲線Fig.10 Ground-well TEM response curves

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Application of TEM in the Tianyu Cu-Ni Deposit in East Tian Shan, Xinjiang

WU Jun-jie, YANG Yi, WANG Xing-chun, ZHANG Jie, DENG Xiao-hong

(InstituteofGeophysicalandGeochemicalExplorationCAGS,Langfang,Hebei065000)

An experiment of the transient electromagnetic method (TEM) was carried out in the Tianyu Cu-Ni deposit in East Tian Shan, Xinjiang. The purpose was to investigate the electrical characteristic of magmatic sulfide Cu-Ni deposits related to basic ultrabasic rock bodies. This test has collected the data of TEM response, time constant and resistivity using the ground-based and ground-borehole devices. This work also analyzed the relationship of these electric features with ore bodies, rock bodies and faults. The experimental results show a good application effect of the TEM in the sulfide Cu-Ni deposit, which can provide some reference for exploration of deposits of the same type.

Tianyu, transient electromagnetic method (TEM), sulfide Cu-Ni deposit, electrical characteristic

2014-12-14；

2015-08-03；[責(zé)任編輯]陳偉軍。

老礦山深部和外圍找礦專項(xiàng)(編號(hào)：12120113085800)、國(guó)土資源大調(diào)查項(xiàng)目(編號(hào)：12120113100500)和中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金(編號(hào)：AS2012P03)資助。

武軍杰(1979年-)，男，高級(jí)工程師，長(zhǎng)安大學(xué)在讀博士生，主要從事電磁法應(yīng)用研究。E-mail:wujunjie@igge.cn。

P631

A

0495-5331(2015)05-0970-07