萬戰(zhàn)生 李祥新 于建文3

（1.河北省地質(zhì)礦產(chǎn)研究中心；2.河北省地球物理勘查院）

蔡家營鉛、鋅、銀多金屬礦床［1-6］位于河北省張北縣北東65 km，面積9.59 km2。成因類型為典型的變質(zhì)巖中的火山中溫?zé)嵋盒偷V床。礦區(qū)礦體規(guī)模大，品位高（鋅最高品位可達(dá)49.0%），伴生有益元素豐富（Pb、Au、Ag、Ga、S 等），成為華北地臺北緣一個具有代表性的鉛、鋅、銀多金屬礦床。自從1959年該礦發(fā)現(xiàn)以來，河北省地礦局第三地質(zhì)大隊、國土資源部地球物理地球化學(xué)研究所、河北省地球物理勘查院等在該區(qū)投入了大量的地質(zhì)、物化探調(diào)查以及鉆探工作，取得了大量的生產(chǎn)及科研成果。張長江、張素蘭、曹洛華等［6-12］通過該區(qū)區(qū)域的地質(zhì)、地球物理、地球化學(xué)等的研究，構(gòu)建了地質(zhì)—地球物理—地球化學(xué)找礦模型。然而由于種種原因，雖然區(qū)域上講具有形成熱液型多金屬礦的地層、構(gòu)造、巖漿“三位一體”的成礦背景，但是到目前為止，蔡家營外圍找礦一直并未獲得突破［10-12］。鑒于此，本研究在蔡家營多金屬礦區(qū)采用了較為全面的物化探綜合方法，包括高精度重力、磁法，直流激電（剖面、測深）、巖石地球化學(xué)測量以及目前較先進(jìn)的瞬變電磁測深（TEM）、可控源音頻大地測量（CSAMT）等，力求尋找合適的找礦模式，為今后在鄰區(qū)以及相關(guān)工作提供作業(yè)依據(jù)。

1 礦區(qū)及外圍地質(zhì)背景

蔡家營鉛、鋅、銀多金屬礦床位于華北地臺北緣中段，北側(cè)由康?！獓鷪雠c南側(cè)的尚義—平泉2條近EW 向深斷裂所狹持的內(nèi)蒙地軸的中部，冀北斷陷東緣沽源臺凹西側(cè)，蔡家營凸起東緣，是蘭城子—蔡家營—青羊溝成礦帶中最主要的礦床［2］。

蔡家營鉛、鋅、銀多金屬礦包括6個礦帶，礦體形態(tài)以脈狀為主，形態(tài)非常復(fù)雜，產(chǎn)狀陡傾，厚度不一。礦石構(gòu)造以脈狀、塊狀和稠密—稀疏浸染狀為主。太古代紅旗營子群角閃斜長變粒巖為潛在的礦源層，燕山期酸性—超酸性次火山巖為成礦提供了熱源、成礦流體以及有益元素富集條件。深大構(gòu)造康保—圍場與尚義—平泉2 條深斷裂及其派生的次級斷裂形成區(qū)內(nèi)的主要導(dǎo)礦和容礦構(gòu)造，不同方向斷裂交匯部位，火山機(jī)構(gòu)的存在，特別是斷裂與火山機(jī)構(gòu)交匯部位，是成礦的有利地段，也控制著與成礦有關(guān)的斑巖體的分布。礦體主要賦存于三級羽狀構(gòu)造裂隙帶發(fā)育部位。

1.1 地 層

區(qū)內(nèi)出露地層簡單，僅有紅旗營子群大同營子組，侏羅系白旗組、張家口組和第四系。

大同營子組主要巖石類型有矽線斜長變粒巖、石榴斜長變粒巖、綠泥石化角閃斜長變粒巖。侏羅系白旗組分布于礦區(qū)北部，主要巖石類型為凝灰質(zhì)角礫巖、砂巖、砂質(zhì)頁巖、安山巖、玄武安山巖。張家口組在礦區(qū)南部大面積出露，主要巖石類型為流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r、流紋巖和粗面巖。第四系松散物分布在平坦及溝谷地帶，面積較大。

1.2 構(gòu) 造

礦區(qū)內(nèi)構(gòu)造較復(fù)雜，基底構(gòu)造是疊加在復(fù)式向斜北翼的一系列近南北向陡傾的緊閉褶皺，蓋層為一單斜。斷裂構(gòu)造主要有F17 和F45，它們均經(jīng)歷了先張后扭的活動過程。F17 為一隱伏斷裂，控制著礦床北部邊界；F45 位于礦床南側(cè)，走向北東東，傾向南東，傾角65°～70°，斷裂帶寬度20～50 m，主要由斷層角礫巖組成，并伴有褐鐵礦化、方鉛礦化和閃鋅礦化。兩斷裂在其挾持地帶派生的旁側(cè)羽狀裂隙常成群成帶出現(xiàn)，呈雁行狀排列，且共軛產(chǎn)出，北西向裂隙發(fā)育，北東向裂隙次之，是礦體賦存空間。此外還有一些近南北向斷裂如F47 等對礦體起一定的破壞作用。

1.3 巖漿巖

礦區(qū)內(nèi)巖漿巖只有燕山期花崗斑巖巖株及派生的脈巖—石英斑巖。礦區(qū)附近有薛家溝花崗斑巖和白水淖花崗斑巖，分別出露于礦區(qū)北東、西南部。

早期石英斑巖主要分布在礦區(qū)西部，多呈脈狀，常見絹云母化、黃鐵礦化、方鉛礦化和閃鋅礦化；中期石英斑巖分布在礦區(qū)中部，呈不規(guī)則長橢圓形，切穿更早期礦脈，蝕變礦化較強(qiáng)，局部富集形成鉛鋅銀礦體；晚期石英斑巖脈廣泛分布，呈不規(guī)則狀，方向雜亂。

礦區(qū)內(nèi)與成礦直接相關(guān)的為燕山期酸性淺成侵入巖。石英斑巖密集分布于Ⅲ級斷裂構(gòu)造的兩側(cè)，分早、晚兩期：早期石英斑巖被熱液交代可形成工業(yè)礦體，晚期石英斑巖則切穿礦體。

1.4 火山巖

火山巖主要是由安山巖、安山玄武巖、流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r、流紋巖、粗面巖?；◢彴邘r、石英斑巖、流紋巖等一套酸性—超酸性火山—次火山巖巖石組成，三者同源異象。與成礦直接相關(guān)的為石英斑巖。

2 礦區(qū)及外圍地球物理和地球化學(xué)特征

2.1 重 力

由蔡家營礦區(qū)布格重力異常（圖1（b））可見：蔡家營礦區(qū)處在規(guī)模較大的北東向重力梯級帶北側(cè)，西南部重力異常具有明顯北西向重力梯級帶特征。北東向梯級帶重力值西北高、東南低，主要反映了F45 大斷裂特征；西南部北西向重力梯級帶由北西向斷裂引起。北東向、北西向斷裂構(gòu)造交點以北、東區(qū)域重力高異常總體反映了太古界基底隆起。自蔡家營礦區(qū)往東北方向，為明顯北東向局部重力高值異常，反映了太古界紅旗營子群地層高密度的特征。

2.2 航空磁測

蔡家營礦區(qū)處在較大范圍低緩磁異常區(qū)（圖2）南部邊緣，南鄰北東向高值異常區(qū)。該異常帶位置大致與重力異常梯級帶相吻合，反映了北東向斷裂構(gòu)造特征。蔡家營礦區(qū)所處低緩異常區(qū)范圍較大，與周邊高值異常（區(qū)）差異迥然且分界清楚，顯示了所在區(qū)域塊體構(gòu)造特征。周邊高值異常區(qū)磁異常幅值高、變化強(qiáng)，主要與火山巖分布及磁性侵入巖作用有關(guān)。

礦區(qū)及附近存在低緩磁異?？傮w為北東向條帶狀，起伏明顯。表明了太古代變質(zhì)巖基底磁性較弱，與成礦關(guān)系密切的燕山期中酸性侵入巖磁性略強(qiáng)，是形成低緩高值局部異常的產(chǎn)因。

2.3 激電異常特征

礦區(qū)區(qū)內(nèi)極化率背景場值在0.4%～2%，屬于弱極化特征。礦區(qū)及外圍有明顯的激電異常，異常值在1.5%～5.0%，激電異?？傮w上呈近等軸狀，面積約10 km2，邊界清楚，內(nèi)部變化較為復(fù)雜。已知礦帶主要對應(yīng)2%≤η≤5%極化率異常的分布范圍內(nèi)。據(jù)經(jīng)驗總結(jié)，這類高異常范圍及附近深部賦存有鉛鋅多金屬硫化物礦體，與之伴生有黃鐵礦化，二者均可形成激電異常，以后者形成的異常范圍較大，且往往強(qiáng)度較高。

2.4 地球化學(xué)特征

由1∶20萬水系沉積物異?？梢姡▓D3），本礦區(qū)位于明顯的綜合異常內(nèi)，異常西部延伸到工區(qū)之外未封閉，工區(qū)之內(nèi)呈半橢圓形，長軸方向近東西，長半軸7.8 km，短半軸4.1 km，測區(qū)內(nèi)面積為41.82 km2。

蔡家營礦區(qū)及外圍元素組合為Ag、As、Bi、Cd、Pb、Sb、W、Zn 等。除Bi、W 外，其余元素具較好的三級濃度分帶。除W 外，其余元素異常形態(tài)呈半個橢圓形，元素套合非常好，異常向西未封閉，異常NAP值排序為As-Pb-Sb-Ag-Zn-Cd-B-Bi-W。蔡家營礦區(qū)位于異常內(nèi)帶邊緣。

3 綜合物化探方法勘查應(yīng)用

本區(qū)物化探綜合工作選擇在南部未開采的Ⅱ號礦帶進(jìn)行。綜合物化探剖面布置在第200～215 勘探線，共布置3 條綜合剖面，剖面方向垂直礦體。Ⅱ號礦體位于所布置的3條綜合方法試驗剖面中部。

3.1 礦區(qū)巖、礦石的物性特征

（1）巖礦石的密度與磁性特征見表1 可見，區(qū)內(nèi)礦石密度大都高于其它巖石。巖石密度最高者為蝕變巖，砂巖及其它侵入巖均小于其它巖石。

礦石的磁性微弱，與圍巖間差異較??；沉積砂巖以及斑巖、花崗巖磁性均微弱。

（2）巖礦石的電性特征見表2?？梢姡瑓^(qū)內(nèi)各類礦石的極化率均明顯高于圍巖。最高者為多金屬礦（含黃鐵礦），極化率均值達(dá)45%，其余均在7.6%～11.4%。礦石的電阻率以閃鋅礦為最高，與圍巖相當(dāng)。鉛鋅礦的電阻率也較高，但明顯低于圍巖。多金屬礦、含黃鐵礦的礦石及石墨化圍巖的電阻率均會明顯降低，而極化率值明顯增高，以石墨化影響最大。閃鋅礦礦石的電性與圍巖相當(dāng)，其極化率稍高于圍巖，電阻率則偏低；多金屬礦石為中阻—高極化特征，且與礦化巖層及石墨化蝕變巖電性差異不大。

圍巖呈弱極化率—高阻特征。圍巖的極化率值微弱，而黃鐵礦化、石墨化變粒巖的極化率值與礦體相當(dāng)。

3.2 面積性物探工作

蔡家營試驗區(qū)3 條試驗剖面的重、磁、電異常平面圖反映了對于地層、斷裂構(gòu)造、Ⅱ號礦帶的勘查效果，分別敘述如下。

（1）剩余重力異常是從布格重力異常中去掉區(qū)域重力異常后的剩余部分，其主要反映的是局部地質(zhì)構(gòu)造、成礦體等的剩余質(zhì)量影響，成為研究局部地質(zhì)構(gòu)造和礦產(chǎn)勘探的重要資料。由剩余重力異常上延200 m 等值線平面圖可見，剩余重力異?？傮w呈現(xiàn)為西北高向東南降低的特征，異常出現(xiàn)突變位置出現(xiàn)在深斷裂F45 的兩側(cè)，其表現(xiàn)北東向梯級帶特征。東南部為低密度的中生界盆地砂巖的地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征。西北高重力異常反映了高密度紅旗營子群變質(zhì)巖與變質(zhì)二長花崗巖，兩者的界限表現(xiàn)為北東向（F45 斷裂）和近南北向的密集低級帶（F47 斷裂），其東側(cè)陡降為重力低異常，西部梯級帶較緩。重力等值線走向的改變反映了隱伏斷裂的存在（1 剖面170點附近）。F45 斷裂西北部局部重力異常與的對應(yīng)關(guān)系明顯，宏觀上指示了多金屬礦的有利地質(zhì)背景范圍。Ⅱ號礦體即位于重力高異常東南部邊緣的梯級帶西側(cè)，局部重力高異常與礦帶大致對應(yīng)。

（2）剖面控制范圍內(nèi)大部地段的磁異常變化平緩，在Ⅱ號礦帶西側(cè)磁異常起伏較大，并出現(xiàn)北北東向的局部高值磁異常，與西部低緩磁異常的邊界陡立。已知礦帶及附近異常起伏較小，其分布與構(gòu)造裂隙帶及巖脈發(fā)育地段相對應(yīng)。

（3）視充電率（Ms）、視電阻率（ρs）等值線平面圖上，整體上紅旗營子群變質(zhì)巖與變質(zhì)二長花崗巖均表現(xiàn)為高阻、高極化的特征，侏羅紀(jì)流紋巖、砂巖等均表現(xiàn)為低阻、低極化的特征。

已知礦帶位于視充電率高值局部異常峰值的東側(cè)變化帶上，Ms值在50%左右的中等異常地帶（背景場為25%左右）。視電阻率異常為明顯的“高中低”異常，展布方向與礦體一致。礦體為中等極化—中低阻組合異常特征。

視電阻率、視充電率出現(xiàn)的陡變、狹長的部位均反映了深斷裂構(gòu)造的存在。

3.3 剖面性物化探工作

物化探掃面工作反映了在某一平面上的各種地層、構(gòu)造、礦體、巖漿巖的不同的物性差異的特點，物探異常在某種程度上反映了所探測目標(biāo)體的平面走向以及傾向。物探剖面則可以在剖面方向上由淺入深從縱向上給出異常體的分布特征，進(jìn)而達(dá)到識別不同深度目標(biāo)體的目的，以1剖面為例，闡述不同方法及參數(shù)對已成礦帶及所處地質(zhì)環(huán)境所反映的異常特征如下。

（1）剖面西側(cè)較大范圍的剩余重力（Δg）高值異常主要反映紅旗營子群（礦源層）高密度巖石的分布范圍。高異常東側(cè)剖面240 測點附近剩余重力異常上延200、500、1 000 m 出現(xiàn)明顯局部數(shù)值“跳動”的部位正好對應(yīng)于礦帶附近，西側(cè)Δg剖面低值異常是低密度體第四系、侏羅系砂巖、砂質(zhì)頁巖等的綜合反映，重力高低異常同時反映了斷裂構(gòu)造的存在，但是具體位置不能清晰解譯，總體而言，剩余重力異常能夠反映地層、礦帶及所在控礦構(gòu)造帶的特征。

（2）高值激電異常是對本區(qū)熱液礦化作用的直接反映，巖石的黃鐵礦化、多金屬礦（化）體均具有形成激電異常的產(chǎn)因。激電測深斷面異常大體反映了金屬硫物礦化（體）的斷面形態(tài)。礦帶位置處于斷面異常邊緣接觸帶中部偏東側(cè)，反演極化率值最高可達(dá)6%～8%，對應(yīng)的電阻率值整體上中等偏低，約200～400 Ω·m，西側(cè)為強(qiáng)極化體，對應(yīng)的電阻率值為高阻，600～400 Ω·m。東側(cè)為低極化體，極化率值均小于＜1%。相對應(yīng)位置的電阻率為低值異常，小于100 Ω·m。上述特征與激電中梯剖面異常相吻合，均說明了礦體所在部位的低電極且能夠反映地層、礦帶及所在控礦構(gòu)造帶的電性特征。

（3）根據(jù)單極—偶極相位激電測深視相位φs等值線斷面圖，視相位異常清楚地反映了深部礦體及西部礦化體的斷面異常特征。在測點218～246 的300 m 深度內(nèi)存在明顯的高值異常，其視相位最高值大于180 mrad，同已知勘探剖面的礦體的位置及深度具有較好的對應(yīng)關(guān)系。

單極—偶極相位激電測深與對稱四極激電測深視極化率ηs的斷面異常特征基本相似。相比之下，單極—偶極測深裝置的數(shù)據(jù)信息較大，對隱伏礦體的識別效果較強(qiáng)；在相同極距情況下，勘查深度較大；單極—偶極裝置在斷面內(nèi)觀測到的視相位值多在130～180 mrad，說明該種裝置所獲得的二次場信號強(qiáng)度較大，有利于提高抗干擾能力。

（4）可控源音頻大地電磁測深具有勘探深度最大、效率高的優(yōu)點，其反演電阻率斷面反映了較為豐富的電性結(jié)構(gòu)信息。對宏觀地質(zhì)結(jié)構(gòu)、礦帶及附近的圍巖構(gòu)造裂隙帶、已知斷裂、隱伏斷裂及破碎帶、侵入巖體及巖脈均有明顯的反映。如260 測點（F45斷裂）東西兩側(cè)分別為紅旗營子群變粒巖與早白堊世張家口組火山巖的分界線，斷面異常有較清楚的特征；對應(yīng)礦帶部位，斷面圖中出現(xiàn)了明顯的低阻變異，電阻率小于100 Ω·m，在500 m 深度內(nèi)均表現(xiàn)為低阻特征；170測點以西出露侵入巖體，210測點附近的已知斷裂等均有清楚的顯示。

（5）瞬變電磁測深（TEM）的反演電阻率斷面圖可見：剖面西側(cè)太古代紅旗營子群變質(zhì)巖與變質(zhì)二長花崗巖整體表現(xiàn)為高阻，西部反映了低阻的侏羅系凝灰質(zhì)角礫巖、砂巖、流紋巖等巖層以及斷裂的電性特征，但是對于礦體的低阻特征反映不明顯。

（6）蔡家營1 剖面巖石化學(xué)測量結(jié)果顯示，對應(yīng)礦Ⅱ號礦帶Pb、Zn、Au、Ag 等成礦元素均出現(xiàn)突出高值異常，均高出均值幾倍～幾十倍，顯示找礦效果明顯。

4 結(jié)論和建議

（1）由于該區(qū)的太古代紅旗營子群變質(zhì)巖與變質(zhì)二長花崗巖、侏羅系凝灰質(zhì)角礫巖、砂巖、流紋巖等具有明顯的密度、電阻率、極化率等差異，高精度面積性重力清晰地分辨地層、斷裂及其相對位置。面積性的視充電率（Ms）、視電阻率（ρs）等值線平面圖上同樣有清晰的反映。

（2）地磁異常ΔT曲線在該區(qū)整體表現(xiàn)為平緩特征。對于具有磁性的侵入巖（脈）有明顯的反映。

（3）瞬變電磁測深（TEM）反映了太古代紅旗營子群變質(zhì)巖與變質(zhì)二長花崗巖、侏羅系凝灰質(zhì)角礫巖、砂巖、流紋巖等巖層以及斷裂的電性高低差異，但是對于礦體不明顯。

（4）可控源音頻大地電磁測深具有探測深度大、效率高的優(yōu)點，且在該區(qū)對宏觀地質(zhì)結(jié)構(gòu)、礦帶及附近的圍巖構(gòu)造裂隙帶、已知斷裂、隱伏斷裂及礦體、破碎帶、侵入巖體及巖脈均有明顯的反映。

（6）蔡家營Ⅱ號礦帶Pb、Zn、Au、Ag 等成礦元素均表現(xiàn)為突出異常，顯示找礦效果明顯。

（7）通過以上方法的實驗結(jié)果來看，在張北地區(qū)特別是同蔡家營鉛鋅礦具有相似地質(zhì)條件的地區(qū)，首先進(jìn)行高精度重力掃面，其效率較高，通過分析淺部剩余重力異常，合理圈定地層、深大斷裂的分布、走向等。然后進(jìn)行激電中梯掃面和巖石化學(xué)元素分析，再次對于地層、斷裂給予定位，并且進(jìn)一步確定低阻、高極化率礦體平面位置，在此基礎(chǔ)之上，采用可控源音頻大地電磁法（CSAMT）確定低阻體的走向、傾向、埋深等，最后合理布鉆，會得到較好的地質(zhì)效果。