楊 濤,葉穎穎,李坤鵬

(湖南省地球物理地球化學(xué)勘查院, 湖南 長沙 410116)

0 引 言

地球物理勘探方法是利用地下地質(zhì)體之間的導(dǎo)電性、導(dǎo)磁性、密度、導(dǎo)熱性、波速等物性參數(shù)的差異,通過專用的地球物理儀器來觀測由此引起的地球物理場的變化,并對測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、解釋來達(dá)到勘探的效果。地球物理勘探方法可用于尋找金屬礦、尋找地下水、探測石油天然氣等[1]。

隨著物探方法的發(fā)展,礦產(chǎn)勘查工作不斷深入,淺層礦產(chǎn)日益減少,深部隱伏礦成為了目前物探工作的主要對象[2]。而單一的物探方法,往往僅能了解某一種物性差異,但目標(biāo)體的探測具有多解性[3],且受到地質(zhì)及地球物理條件限制,難以取得高質(zhì)量實測資料,精度會受到影響。因此,在實際工作中,往往運用多種勘探方法同時對研究區(qū)開展地質(zhì)研究。多種物探方法組合模式可以實現(xiàn)物探方法之間的優(yōu)勢互補(bǔ)[4],提高物探結(jié)果的精確度。

其中,重力勘探利用的重力場主要是通過測量地下密度不均勻體所引起的重力異常來推斷測區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造或礦產(chǎn)資源分布情況等[5]。早在1963年,我國就已經(jīng)有專家開始利用重力方法來對鉛鋅礦進(jìn)行探測[6]。隨著重力勘探方法的不斷發(fā)展,該方法的使用范圍也越來越廣。到目前為止,該方法已經(jīng)在劃分大地構(gòu)造單元、石油天然氣勘探、金屬礦勘探、鹽礦探測等領(lǐng)域得到了應(yīng)用[7]。

可控源音頻大地電磁測深是20世紀(jì)80年代興起的一種電磁勘探技術(shù)。該方法利用人工場源,通過測量電場的水平分量(Ex)與磁場的水平分量(By),從而求取地下介質(zhì)的電阻率。該方法在地下水資源勘探、地?zé)峥辈?、工程物探、金屬礦勘查等領(lǐng)域的實際應(yīng)用中取得了顯著的效果。

為了探測錫田地區(qū)鎢錫礦成礦規(guī)律及分布,筆者根據(jù)該地區(qū)地層、巖體的物性特征,選用了重力勘探與可控源音頻大地電磁法相結(jié)合來進(jìn)行綜合地球物理勘探,取得了較好的結(jié)果。

1 工區(qū)地質(zhì)概況和地球物理特征

本文所研究的區(qū)域——湖南錫田地區(qū),位于南嶺鎢錫鉛鋅多金屬成礦帶湖南段東部北側(cè),郴州－茶陵北東向鎢錫多金屬成礦帶北東段,武功山加里東隆褶帶與羅霄山海西印支凹陷帶接合部的轉(zhuǎn)折處(見圖1)。

圖1 區(qū)域構(gòu)造綱要

工區(qū)地層出露較為完全,其中分布最廣的地層是早古生帶地層,其次為晚古生代和白堊紀(jì)地層。區(qū)內(nèi)巖漿巖較為發(fā)育,主要是錫田巖體、鄧阜仙巖體。測區(qū)位于揚子陸塊與華南板塊交接部位,屬南嶺東西向構(gòu)造－巖漿成礦帶中北緣。根據(jù)前期地質(zhì)資料可知,該工區(qū)經(jīng)受了幾次大的構(gòu)造運動,形成了不同的構(gòu)造層次,即寒武紀(jì)－奧陶紀(jì)地層組成基底構(gòu)造層;中上泥盆統(tǒng)至下三疊統(tǒng)組成的蓋層構(gòu)造層和白堊紀(jì)地層組成的紅色盆地構(gòu)造層。

根據(jù)航磁測量編圖成果,本區(qū)處于羅霄山－攸縣－安仁磁異常帶上,航磁異常較為發(fā)育,總體特征是由東南向西北逐步增強(qiáng),異常多為渾圓狀,異常中心突出,中心面積數(shù)平方千米至數(shù)十平方千米,均伴有負(fù)值(見圖2)。航磁異常反映了巖體侵入與磁性蝕變信息。

圖2 航磁ΔT異常

從最新的1∶5萬布格重力異常資料上可以看出,測區(qū)總體表現(xiàn)為布格重力低異常帶特征,走向為北北西向轉(zhuǎn)南北向。沿巖體軸線分布有3個圈閉重力低異常,巖體兩側(cè)為明顯的重力梯級帶異常,在測區(qū)邊界局部有重力高異常。重力高異常主要是石炭紀(jì)灰?guī)r、泥盆紀(jì)灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、二疊紀(jì)灰?guī)r等巖性的反映。重力低值區(qū)位于錫田、鄧阜仙巖體中,與低密度的花崗巖體有關(guān)(見圖3)。

2 物探數(shù)據(jù)處理與分析

2.1 物性結(jié)果與分析

據(jù)地層(巖體)巖石密度資料,測區(qū)中生界白堊系、侏羅系及古近系巖石密度平均值為2.60(g/cm3),三疊系和上古生界巖石密度平均值為2.71(g/cm3),下古生界巖石密度平均值為2.69(g/cm3),元古界巖石密度平均值為2.71(g/cm3)?；◢弾r的密度值在2.60～2.64(g/cm3)之間,與圍巖(泥盆系、奧陶系、二疊系地層)亦存在著明顯的密度差異。

圖3 布格重力異常

從電性特點分析,礦田附近主要有花崗巖,視電阻率為4000～6000Ω·m,屬于中電阻率地質(zhì)體;早古生界砂巖視電阻率為500～700Ω·m,為低電阻率層;晚古生界泥盆系與石炭系灰?guī)r與白云巖地層視電阻率為10000～20000Ω·m,為高電阻率層;中生代白堊系泥質(zhì)巖視電阻率為30～200 Ω·m,為超低電阻率層。它們之間存在數(shù)量級的差異,用電磁法較容易分辨出來。

上述密度、電阻率等參數(shù)的差異為重力、電法類的物探方法順利開展提供了良好的物性基礎(chǔ)。

2.2 重力數(shù)據(jù)處理與分析

將野外觀測得到的重力數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,包括地形校正、高度校正、布格校正、正常重力值校正及重力異常等各項計算。本文中以該工區(qū)170號線為例進(jìn)行說明。數(shù)據(jù)處理后得到圖4所示的重力異常曲線,利用該數(shù)據(jù)進(jìn)行反演,可以得到如圖5所示的密度異常分布。

圖4 區(qū)域重力異常與局部重力異常

2.3 可控源音頻大地電磁勘查數(shù)據(jù)處理與分析

圖5 鄧阜仙－錫田隱伏巖體2D密度反演

此次可控源音頻大地電磁測深數(shù)據(jù)為TM模式標(biāo)量采集,數(shù)據(jù)處理使用PROCSAMT軟件進(jìn)行,首先對原始數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行判斷,對相位反向或者誤差偏大數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)核;對合格數(shù)據(jù)進(jìn)行靜態(tài)校正,中遠(yuǎn)區(qū)數(shù)據(jù)篩選及相位處理。再使用SCS2D反演軟件進(jìn)行反演,反演算法采用Bostick算法對卡尼亞電阻率及阻抗相位進(jìn)行迭代計算,確定反演模型的電性分布特征,反演中加入了地形數(shù)據(jù)進(jìn)行地形改正,最終計算并編繪出電阻率反演圖(見圖6)。

3 綜合地球物理方法解譯

圖7所示為170線綜合地質(zhì)物探解釋圖。從地質(zhì)剖面來看,170線位于鄧阜仙巖體南緣,穿越巖體與白堊系紅盆,南端位于錫田巖體邊緣。地層出露簡單,僅為白堊系紅色砂巖,兩端為花崗巖,重力異常表現(xiàn)為北低南高,最低值在鄧阜仙出露巖體外圍約1 km寬范圍,剖面點號930～1020,布格異常最小值為－74×10－5m/s2。

圖6 170線二維反演電阻率成果解釋

圖7 170線綜合地質(zhì)物探解釋

電阻率測深剖面顯示772～900點之間明顯處于高阻異常區(qū),結(jié)合地表出露以及重力布格異常在該段處于明顯重力低異常,認(rèn)為該異常為鄧阜仙巖體引起,同時電阻率及布格曲線變化劇烈,說明此處構(gòu)造較為復(fù)雜。剖面西南端隆起的高阻異常,結(jié)合地質(zhì)情況,認(rèn)為是錫田巖體引起,巖體從西南往北西侵入。1452～1812點深部的高阻異常,結(jié)合布格重力異常,認(rèn)為該異?？赡転槭肯堤妓釒r引起,從北西往南東布格重力異常逐漸升高,而高阻異常深度同樣從北西往南東逐漸變淺,從物性資料可分析出,該高阻異常不應(yīng)是巖體引起,故推斷為石炭系碳酸巖引起。此高阻異常不連續(xù),而南東側(cè)為推斷的錫田巖體,認(rèn)為該區(qū)域構(gòu)造較為復(fù)雜,斷裂破碎較為發(fā)育,同時是成礦的有利地段,從空間位置及巖性特征來分析,該位置也是尋找矽卡巖型礦產(chǎn)的有利空間。

4 結(jié) 論

受地質(zhì)和地球物理條件的限制,單一的地球物理方法有時難以取得高質(zhì)量的探測結(jié)果。使用綜合地球物理方法進(jìn)行勘探,多種參數(shù)的反演結(jié)果相互印證,可以提高物探結(jié)果的分析質(zhì)量和地質(zhì)解釋精度。在湖南錫田地區(qū)鎢錫礦成礦規(guī)律及靶區(qū)預(yù)測工作時,筆者根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)和地球物理特征,選取了重力勘探和可控源音頻大地電磁法來對該區(qū)進(jìn)行探測工作。

錫田地區(qū)鎢錫多金屬礦床受巖體及斷裂構(gòu)造控制,巖體、矽卡巖、地層之間存在明顯的密度差異,利用重力測量具備尋找?guī)r體接觸帶位置,推斷蓋層的厚度及其空間展布形態(tài)的可能;由于白堊系砂巖與巖體均為低密度,然而卻有較大的電性差異,因此利用電阻率測深法可劃分白堊系地層及其下覆的碳酸巖地層或者巖體,同時結(jié)合重力異常也能預(yù)測出成礦的有利地段。

綜合多種物探方法的結(jié)果,可以有效解決由于物性相近造成的單一方法劃分缺陷,取長補(bǔ)短,盡可能地達(dá)到尋找多種目標(biāo)體的找礦目的。