冀魯雪，牟路路，張 南，崔樂航，韓蘭臻

(中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心山東總隊(duì)，山東 濟(jì)南 250100)

石墨具有耐高溫性、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、潤滑性、抗熱震性等優(yōu)異性能，廣泛應(yīng)用于冶金、機(jī)械、電器電子、環(huán)保、新能源汽車、航空航天、國防等工業(yè)領(lǐng)域，是支撐高新技術(shù)發(fā)展的戰(zhàn)略資源[1]。山東省不僅是我國石墨資源大省，也是我國重要的石墨成礦區(qū)，南墅地區(qū)晶質(zhì)石墨更是因其鱗片大而聞名[2]。1943年日軍占領(lǐng)南墅石墨礦區(qū)，開始形成真正意義上的開采。至20世紀(jì)80年代中期，經(jīng)歷了40余年的開采高峰期，石墨低成本的開采期早已結(jié)束，大鱗片晶質(zhì)石墨資源嚴(yán)重匱乏。部分石墨企業(yè)已遷移到黑龍江等地重新組建或合作開發(fā)，跨區(qū)域調(diào)運(yùn)石墨資源，提高了企業(yè)的生產(chǎn)成本[3]。

南墅地區(qū)第四系覆蓋較厚，石墨含礦地層地表出露較少，但預(yù)測(cè)具有較好的晶質(zhì)石墨資源潛力。石墨礦具有低阻高極化的物性特征，尤其在第四系覆蓋較厚的地區(qū)，利用該物性特征圈定石墨異常是十分有效的物探工作手段。為此，中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心山東總隊(duì)積極在南墅地區(qū)成礦有利位置開展了物探工作，共圈定激電異常10處，為下一步地質(zhì)工作提供了依據(jù)，取得了較好的找礦效果。

1 調(diào)查區(qū)地質(zhì)概況

調(diào)查區(qū)位于華北陸塊(Ⅰ)膠遼隆起區(qū)(Ⅱ)的膠北隆起(Ⅲ)和膠萊盆地西部(Ⅲ)中，膠北斷隆(Ⅳ)南部，萊西—即墨斷陷(Ⅳ)北部，包括膠北凸起(Ⅴ)、棲霞—馬連莊凸起(Ⅴ)、南墅—云山凸起(Ⅴ)、夏格莊凹陷(Ⅴ)。構(gòu)造行跡多樣，巖石類型復(fù)雜，東部及東北部出露太古宙變質(zhì)深成侵入體及唐家莊巖群變質(zhì)巖，西部出露中生代晚侏羅世玲瓏序列花崗巖，二者以招平斷裂為界[4]，中南部為荊山群變質(zhì)巖，與上述侵入巖成斷層或韌性變形帶接觸。其中荊山群及西水夼單元細(xì)粒變輝長巖經(jīng)歷了麻粒巖相變質(zhì)和脆—韌性變形作用改造，形成規(guī)模較大的近東西向展布的褶皺構(gòu)造和韌性變形帶。區(qū)內(nèi)出露的地層由老至新可分為中太古代唐家莊巖群、古元古代荊山群、中生代青山群及第四系(圖1)。

圖1 調(diào)查區(qū)區(qū)域地質(zhì)圖

區(qū)內(nèi)石墨礦床成因類型為沉積變質(zhì)型晶質(zhì)石墨礦床，控礦因素包括地層、構(gòu)造、區(qū)域變質(zhì)作用和混合巖化作用[5]。成礦嚴(yán)格受地層層位控制，賦存于古元古代荊山群陡崖組徐村段，其底板為古元古代荊山群野頭組地層，頂板為古元古代荊山群陡崖組水桃林段地層；礦體常呈層狀、似層狀、透鏡狀、馬鞍狀等形態(tài)，其產(chǎn)狀多與地層產(chǎn)狀相一致，且與圍巖具有清晰的地質(zhì)界線；礦體多分布于褶皺構(gòu)造的兩翼和轉(zhuǎn)折部位，褶皺構(gòu)造可將含礦層彎曲折疊，使礦體厚度增大；礦石具有明顯的變質(zhì)巖結(jié)構(gòu)和片麻狀構(gòu)造，石墨鱗片主要分布于脈石顆粒間，與圍巖片理方向一致；含石墨巖系大多遭受了不同程度的混合巖化作用，混合巖化作用越強(qiáng)，石墨品質(zhì)越高[5-7]。

通過前期開展的地質(zhì)測(cè)量工作發(fā)現(xiàn)，調(diào)查區(qū)內(nèi)大東館—李家洼一帶石墨礦(化)體分布較密集，多呈北東、北西或近東西向展布，均賦存于荊山群陡崖組徐村段，含礦巖性以石墨變粒巖、石墨黑云斜長片麻巖等為主，圍巖主要為荊山群野頭組定國寺段透輝巖、透輝大理巖、荊山群野頭組祥山段淺粒巖、萊州序列西水夼單元細(xì)粒變輝長巖及玲瓏序列花崗巖等。物探工作的重點(diǎn)即大東館—李家洼一帶，在前期的填圖工作中，未在該區(qū)域發(fā)現(xiàn)黃鐵礦、黃銅礦等金屬硫化物出露，工區(qū)兩側(cè)分別為北墅水庫及李家洼水庫，為避免水的影響，物探開展時(shí)避免靠近水庫太近。

2 物探工作

在石墨礦找礦工作中，最有效的物探方法是激發(fā)極化法[8-10]，有時(shí)也應(yīng)用自然電位法[11]或是二者結(jié)合使用[12-13]。在第四系覆蓋較厚、地表露頭較少時(shí)更能發(fā)揮物探方法的作用。經(jīng)分析區(qū)內(nèi)石墨礦床地質(zhì)特征及石墨物性特征，認(rèn)為可以利用激電中梯法進(jìn)行面積性工作圈定石墨異常邊界，利用激電測(cè)深法了解石墨異常體深部特征。

首先選定一條典型的地質(zhì)剖面，進(jìn)行物探技術(shù)參數(shù)選擇試驗(yàn)，最終確定了物探工作參數(shù)分別為：供電極距1 200m、測(cè)量極距40m、供電周期16s、斷電延時(shí)150ms、采樣寬度40ms。然后在民采坑內(nèi)及巖性露頭發(fā)育較好的位置，使用野外露頭小四極法，對(duì)區(qū)內(nèi)出露的各巖、礦石電性特征進(jìn)行了測(cè)試(表1)，結(jié)果表明含石墨礦石極化率最高可達(dá)到26.89%，平均值可達(dá)到7.5%左右，而圍巖的極化率基本都在3%以下，含石墨礦石的極化率平均值約為圍巖的3～7倍；與之相反，含石墨礦石的電阻率明顯較低，其平均值可與圍巖差出一個(gè)量級(jí)以上，電阻率和極化率差異均較明顯，表現(xiàn)出明顯的低阻高極化特性，具有開展激電工作的良好物性條件。

表1 巖礦石電性參數(shù)統(tǒng)計(jì)

激電中梯面積性工作主要布置在大東館—李家洼一帶，少量布置在下莊測(cè)區(qū)，共11km2。采用100m×40m的網(wǎng)度進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，在礦體發(fā)育較好的位置加密到50m×20m。測(cè)線方位角0°(下莊測(cè)區(qū)90°)，與區(qū)內(nèi)的主要含石墨地層、構(gòu)造的走向基本垂直。共計(jì)完成物理點(diǎn)3623點(diǎn)，質(zhì)量檢查點(diǎn)115點(diǎn)，占總點(diǎn)數(shù)的3.2%，視電阻率均方相對(duì)誤差3.79%，視極化率均方誤差3.26%，滿足標(biāo)準(zhǔn)Z/T0070-2016《時(shí)間域激發(fā)極化法技術(shù)規(guī)程》D中A級(jí)精度要求。對(duì)野外采集的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，并經(jīng)過自檢互檢確認(rèn)質(zhì)量合格后，進(jìn)行后續(xù)的處理與解釋工作。由于測(cè)區(qū)內(nèi)覆蓋較厚，視電阻率值整體不高，且視電阻率易受地形影響呈現(xiàn)出假異常，尤其是石墨礦體及其周邊區(qū)域，受體積效應(yīng)的影響，視電阻率值對(duì)石墨礦體與圍巖的界線反應(yīng)不明顯，表現(xiàn)為大片的低阻區(qū)域，此種現(xiàn)象在圖6中可明顯看出，圖中下半部分幾乎全是低阻區(qū)域，難以圈定礦體邊界；反之，極化率異常則具有專屬性，有極化率異常，一定有對(duì)應(yīng)的異常源存在，地形不會(huì)對(duì)其造成假異常，而且對(duì)礦體界線的反應(yīng)較明顯，一般表現(xiàn)為閉合的高極化異常，因此在異常圈定過程中，采用視極化率值圈定異常，視電阻率值作為參考。

對(duì)整個(gè)測(cè)區(qū)的視極化率數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，按照異常下限公式[14]計(jì)算如下。

異常下限=背景值+(1.5～2.5)N

式中：ηs為各個(gè)測(cè)點(diǎn)的視極化率值(%)；ηs為全區(qū)所有測(cè)點(diǎn)視極化率值的平均值(%)；n為測(cè)點(diǎn)數(shù)量；N值前的系數(shù)為置信度系數(shù)，數(shù)據(jù)質(zhì)量可靠，異常點(diǎn)數(shù)占比高，則置信度高，該系數(shù)可取小值[14]。此處背景值取平均值4.87%，經(jīng)計(jì)算N為±1.46，置信度系數(shù)取1.5，經(jīng)計(jì)算異常下限為7.06%，四舍五入確定以極化率7%作為異常下限進(jìn)行異常圈定工作。全區(qū)共圈定極化率異常10處，也屬于低阻區(qū)，其中李家洼測(cè)區(qū)4處(圖2)、大東館測(cè)區(qū)5處(圖3)、下莊測(cè)區(qū)1處。各異常區(qū)均位于石墨的含礦層位荊山群陡崖組徐村段內(nèi)，異常范圍內(nèi)均可見礦(化)體出露，部分異常在后期進(jìn)行了槽探驗(yàn)證，為礦致異常。受北墅水庫、李家洼水庫、北墅監(jiān)獄及測(cè)區(qū)內(nèi)村莊的影響，部分異常未封閉。

3 物探異常解釋

區(qū)內(nèi)各異常表現(xiàn)為明顯的低阻高極化特征，基本呈條帶狀分布。通過槽探工程對(duì)IP1號(hào)、IP2號(hào)、IP3號(hào)、IP5號(hào)、IP6號(hào)、IP10號(hào)物探異常進(jìn)行了驗(yàn)證，均揭露有礦體發(fā)育；IP4號(hào)、IP8號(hào)、IP9號(hào)異常雖未布設(shè)槽探工程，但在異常范圍內(nèi)均有民采坑分布，坑內(nèi)可見含石墨巖性發(fā)育；IP7號(hào)異常范圍內(nèi)雖然沒有民采坑分布，但地表可見明顯礦化現(xiàn)象，有含石墨巖性出露，推測(cè)均為礦致異常。本次物探工作取得了較好的效果。

圖2 李家洼測(cè)區(qū)物探視極化率異常圖

圖3 大東館測(cè)區(qū)物探視極化率異常圖

以IP5號(hào)激電異常為例進(jìn)行詳細(xì)分析(圖4～圖6)，該異常位于石廟村、大東館村南側(cè)，皮家園村、北墅監(jiān)獄北側(cè)，起自北墅水庫終至大東館村以南，條帶狀，走向南東東，長約2 300m，平均寬度約120m。該異?；径急坏谒南蹈采w，在整個(gè)異常區(qū)范圍內(nèi)斷續(xù)分布有大量民采坑，坑內(nèi)可見含石墨巖性發(fā)育，采坑的走向與異常走向基本一致。異常幅值高，連續(xù)性好，極化率為8%～10%，最大值位于北墅水庫東側(cè)200線1 000點(diǎn)，達(dá)到23.66%，后期經(jīng)探槽揭露有含石墨巖性。異常西側(cè)為北墅水庫，無法繼續(xù)向西追索，異常西側(cè)未封閉，結(jié)合異常形態(tài)及大小，推測(cè)異常體向西仍有延伸，且寬度有變大的趨勢(shì)。異常東端在軸向上發(fā)生錯(cuò)斷，推測(cè)該處有構(gòu)造發(fā)育(即圖4右下角斷層)。從視電阻率等值線圖上來看(圖6)，異常區(qū)基本位于低阻區(qū)域，僅東端錯(cuò)斷部分位于由高阻向低阻過渡的梯度帶上。除個(gè)別測(cè)點(diǎn)外，視電阻率值基本在10～120Ω·m之間，呈低阻高極化特征。圖中并沒有形成閉合的低阻異常，而是表現(xiàn)為大片的低阻區(qū)域，與異常區(qū)南側(cè)圍巖的界限不明顯，推測(cè)應(yīng)為體積效應(yīng)的影響。

圖4 5號(hào)激電異常地質(zhì)簡圖

圖5 5號(hào)異常視極化率平面等值線圖

圖6 5號(hào)異常視電阻率平面等值線圖

為了解異常體在深部的形態(tài)特征，在IP5號(hào)異常中段偏西位置布設(shè)大東館測(cè)區(qū)1號(hào)激電測(cè)深剖面(圖5、圖7)，同樣按照極化率7%異常下限圈定異常，在1號(hào)測(cè)深剖面120～320號(hào)點(diǎn)下方，存在明顯高極化異常，傾向南，覆蓋層較厚，推測(cè)覆蓋厚度約為10～20m，異常寬約200m，向下延伸至剖面底部仍未閉合。異常區(qū)位置與地質(zhì)剖面中的荊山群陡崖組徐村段地層基本吻合，在異常范圍內(nèi)圈定出大東館Ⅰ號(hào)礦體(圖4)，與視極化率擬斷面圖中異常區(qū)最高值(195號(hào)點(diǎn)下方)對(duì)應(yīng)較好。

4 結(jié)論與建議

圖7 1號(hào)激電測(cè)深剖面視極化率擬斷面圖

通過物性測(cè)試，表明含石墨巖性相對(duì)圍巖具有明顯的低阻高極化特征，利用該物性特征，選用激電中梯測(cè)量和激電測(cè)深測(cè)量分別圈定異常體的平面和深部形態(tài)特征，以極化率7%作為異常下限，共圈定10處物探異常，為閉合的高極化異常，條帶狀分布，除下莊測(cè)區(qū)為南北向外，其余均為近東西向，各異常推測(cè)均為礦致異常，表明應(yīng)用激發(fā)極化法在覆蓋區(qū)尋找石墨礦可以取得較好的效果，為圈定石墨礦體范圍及找礦靶區(qū)提供了依據(jù)。有以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)。

(1)石墨礦體具有明顯的低阻高極化特征，與圍巖存在明顯的物性差異是開展物探工作的前提，也是物探工作可以取得較好成果的保證。

(2)要與地質(zhì)調(diào)查相結(jié)合，一定要選好典型的地質(zhì)剖面，進(jìn)行技術(shù)參數(shù)選擇實(shí)驗(yàn)，確定合適的供電極距、測(cè)量極距、供電周期、斷電延時(shí)、采樣寬度等技術(shù)參數(shù)，以取得質(zhì)量較好的觀測(cè)數(shù)據(jù)。

(3)物探野外施工過程中，要注意觀察地表有無礦(化)體出露，以及民采坑的分布情況，記錄其位置、地層產(chǎn)狀等，這些均可作為數(shù)據(jù)處理過程中圈定異常的依據(jù)。在異常圈定過程中，還要結(jié)合地質(zhì)工作取得的成果，合理圈定異常。

(4)要探討可能會(huì)對(duì)物探施工造成影響的因素，如地形、覆蓋層以及硫化物等。視電阻率易受地形影響造成假異常，正地形易形成低阻異常，負(fù)地形易形成高阻異常；在覆蓋層較厚的情況下，視電阻率值也會(huì)受此影響而降低，若覆蓋層導(dǎo)電性良好，甚至?xí)纬傻妥杵帘?；硫化物、水等也表現(xiàn)為低阻高極化的物性特征，與含石墨巖性類似，異常解釋時(shí)應(yīng)排除此類影響。

(5)在實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)，極化率的高低與固定碳含量有一定的關(guān)系，固定碳含量越高，極化率越高，在接下來的工作中，可以加強(qiáng)該方面的研究，以發(fā)現(xiàn)其中規(guī)律，為野外初步估計(jì)固定碳含量提供依據(jù)。