吳 飛， 易 露， 尚世超， 徐富文， 楊 幼， 劉 敏， 閆 芳

(1.湖北省地質勘查基金管理中心，湖北 武漢 430071； 2.大冶有色金屬集團控股有限公司，湖北 黃石 435005；3.湖北省地質局 第一地質大隊，湖北 大冶 435100)

隨著中國幾十年高強度的金屬礦產勘查及開發(fā)，地表礦、淺部礦大多已被發(fā)掘，在淺部找到金屬礦產資源的概率正逐步減小，找礦目標已逐步向深部傾斜，深部找礦已成為未來礦產勘查的重要方向。銅綠山礦田處于鄂東南礦集區(qū)中部，是礦集區(qū)最重要的礦田之一。截至2019年底，銅綠山礦田累計查明金、銅資源量占湖北省相應累計查明資源量的近一半，在全省礦產資源供給方面具有重要地位。銅綠山礦田自2006年開展危機礦山接替資源勘查以來，在深部取得了重大找礦進展，顯示區(qū)內深部找礦潛力巨大。但隨著找礦深度的加大，深部礦及深部地質信息在地表的反映變弱，提取難度加大，嚴重制約了深部找礦工作的開展。圍繞制約鄂東南礦集區(qū)深部找礦的深部探測物探方法技術問題，以鄂東南礦集區(qū)銅綠山礦田為試點，開展了廣域電磁法、微動勘探等大測深、高精度物探方法的應用試驗工作，初步認為這兩種方法在區(qū)內深部地質結構探測及找礦方面均有較好的效果，取得了階段性成果。

1 區(qū)域地質背景

鄂東南礦集區(qū)在大地構造位置上位于揚子板塊北緣、大別造山帶的西南部，是一個北東由襄樊—廣濟斷裂、北西由麻城—團風斷裂、南部由雞籠山—高橋斷裂所圈定的呈三角形分布的Ⅳ級構造—巖漿巖分布區(qū)。

區(qū)內地層發(fā)育齊全，從元古界至新生界除缺失中—下泥盆統(tǒng)、下石炭統(tǒng)外，其余均有出露。其中，三疊系大冶組和嘉陵江組的碳酸鹽巖是區(qū)內矽卡巖型礦床的主要賦礦圍巖，其次為二疊系棲霞組和茅口組碳酸鹽巖地層。

區(qū)內構造復雜，顯著特征是燕山期北北東向斷裂和褶皺疊加改造印支期北西西向褶皺及斷裂，形成網(wǎng)狀構造格架，控制了區(qū)內巖體的侵入與礦體的定位。

區(qū)內燕山期中酸性巖漿巖十分發(fā)育，共發(fā)育鄂城、鐵山、金山店、靈鄉(xiāng)、殷祖、陽新六大巖體及銅綠山、銅山口、付家山、阮家灣等多個小巖體，與區(qū)內矽卡巖型礦床關系密切，是矽卡巖型礦床的成礦母巖，控制了區(qū)內矽卡巖型礦床的分布。

2 礦田地質特征

銅綠山礦田位于鄂東南礦集區(qū)的中心，大冶復式向斜南翼，陽新巖體西北端。地層以三疊系大冶組和嘉陵江組灰?guī)r、白云質灰?guī)r為主，其次為三疊系蒲圻組砂巖，白堊系下統(tǒng)馬架山組角礫巖，靈鄉(xiāng)組砂巖，大寺組流紋巖、凝灰?guī)r地層。與成礦關系密切的是大冶組和嘉陵江組地層，分布于銅綠山巖株體周緣或呈殘留體分布于銅綠山巖株體內(圖1)。

圖1 銅綠山礦田地質略圖Fig.1 Geological map of Tonglushan ore field1.白堊系—第三系公安寨組;2.白堊系下統(tǒng);3.三疊系中統(tǒng)蒲圻組;4.三疊系下—中統(tǒng)嘉陵江組;5.三疊系下統(tǒng)大冶組;6.石英二長閃長巖;7.斑狀石英二長閃長巖;8.石英二長閃長玢巖;9.石英閃長巖;10.閃長巖;11.閃長玢巖;12.鈉長斑巖;13.玄武巖;14.正斷層;15.逆斷層;16.性質不明斷層;17.復合斷層;18.礦體;19.銅鐵礦床;20.銅金礦床;21.銅鉬礦床;22.綜合剖面位置及測點編號。

區(qū)內褶皺和斷裂發(fā)育，以北西西向和北北東向為主，其次為北西向。印支期形成的北西西向構造奠定了本區(qū)構造格架的基礎，燕山期的北北東向構造疊置于早期構造之上，它們彼此復合交織，構成復雜而有規(guī)律的構造格局。其中，北西西向斷裂構造控制了區(qū)內巖體的侵入定位，北北東向構造則控制了區(qū)內礦體的展布。

巖漿巖主要為銅綠山巖株體，巖株體平面上東西長4 km，南北寬3.5 km，呈不規(guī)則短軸橢圓狀，出露面積約11 km2。巖株體的東部與陽新主巖體的石英二長閃長巖呈港灣狀接觸，總體西傾，是一個向南超覆、向南東傾斜的偏心蘑菇狀巖株體。銅綠山巖株體是一個多種巖性共存的復式雜巖體，以石英二長閃長玢巖為主，其次為石英閃長巖和閃長巖。巖株體內部還發(fā)育有安山玢巖、鈉長斑巖、閃長玢巖巖脈。銅綠山巖株體是區(qū)內矽卡巖型礦床的成礦母巖，其中與成礦關系最密切的是石英二長閃長玢巖，據(jù)統(tǒng)計，90%的鐵、銅、金礦床與其有關[1]。

前人對區(qū)內的礦床成因及成礦規(guī)律進行了大量的研究工作，區(qū)內礦床類型主要為接觸交代矽卡巖型，如銅綠山銅鐵礦、雞冠咀銅金礦等，少量的高中溫熱液型礦床，如猴頭山鉬銅礦等[2]。區(qū)內礦體主要賦存于巖體與大理巖的接觸帶及其附近，如銅綠山銅鐵礦主要賦存于銅綠山背斜兩翼大理巖殘留體與銅綠山石英二長閃長玢巖的褶皺—斷裂—侵入接觸帶上，少量賦存于接觸帶附近的大理巖層間及巖體裂隙中；雞冠咀銅金礦主要賦存于銅綠山巖株體西北邊緣盆地下部中—下三疊統(tǒng)嘉陵江組的白云質大理巖與石英二長閃長玢巖、石英閃長巖的接觸帶和白云質大理巖的層間雁狀裂隙及不同巖性的分界面附近。區(qū)內巖漿巖與成礦關系密切，主要賦礦圍巖為大理巖，主要控礦構造為侵入接觸構造、斷裂—侵入接觸復合構造。

3 深部探測方法技術及成礦預測

深部礦體具有埋藏深、淺部指示信息弱的特點，物探一般難以直接探測定位礦體，多以尋找與成礦有關的地質體及控礦構造為主。本次深部探測工作即以解剖巖體、大理巖及斷裂的分布情況為主，通過地質研究掌握區(qū)內已知巖漿巖、大理巖、斷裂及侵入接觸帶的分布特征，利用深部探測物探技術大致圈定深部巖漿巖、大理巖及斷裂分布范圍，圈定主要控礦構造即侵入接觸帶，與控制已知礦體的接觸帶分布規(guī)律進行對比，圈定深部找礦靶區(qū)。

銅綠山礦田位于大冶市西南約3 km處，區(qū)內銅綠山銅鐵礦、雞冠咀銅金礦、石頭咀銅鐵礦等均是在產礦山，同時區(qū)內居民密布，干擾強烈。區(qū)內巖礦石視電阻率總體呈現(xiàn)出大理巖>巖漿巖>碎屑巖>礦石的特征，巖礦石物性差異明顯，具備地球物理探測的條件。銅綠山礦區(qū)4勘查線鉆孔視電阻率剖面圖(圖2)顯示，大理巖分布區(qū)總體呈現(xiàn)出高阻異常特征，巖漿巖呈現(xiàn)出中高阻異常特征，接觸帶及礦體呈現(xiàn)出低阻異常特征；南東部接觸帶以東巖漿巖由于斷裂破碎、礦化蝕變等影響呈現(xiàn)出明顯低阻異常特征。本次深部探測工作選擇了抗干擾能力強的廣域電磁法、微動勘探測量開展應用試驗工作，取得了階段性成果，對指導深部找礦具有一定借鑒作用。

圖2 銅綠山銅鐵礦4勘查線鉆孔視電阻率剖面圖Fig.2 Profile of apparent resistivity of borehole in No.4 explorationline of Tonglushan copper and iron mine1.三疊系中下統(tǒng)嘉陵江組;2.三疊系下統(tǒng)大冶組;3.石英二長閃長玢巖;4.地質界線;5.侵入接觸界線;6.礦體。

3.1 微動勘探

微動勘探方法是以平穩(wěn)隨機過程理論為依據(jù)，從微動信號中提取面波頻散曲線，通過對頻散曲線的反演得到地下介質的橫波速度結構，從而進行巖性分層及構造分析的地球物理勘探方法[3]。

3.1.1剖面布設及參數(shù)選擇

本次剖面布設垂直于區(qū)內主要控礦構造——北北東向構造，在3 500- 4 100號點附近與銅綠山礦區(qū)4勘查線重疊,測量點距為200 m。

本次微動勘探測量采用重慶地質儀器廠的Mob-10D寬頻地震儀進行，選擇四重圓形臺陣方式進行數(shù)據(jù)采集，共布設13個檢波器，將1個檢波器布設在圓心即測點處，另外12個檢波器呈等邊三角形分別布設在四個同心圓的圓周上，四個同心圓半徑依次為75 m、150 m、300 m、600 m(圖3)。每次測量時，13個臺站同時觀測、記錄數(shù)據(jù)。采樣頻率為100 Hz，單點采集時間>4 h。

圖3 四重圓形臺陣觀測系統(tǒng)示意圖Fig.3 Schematic digaram of observation system of quadruple circular array

3.1.2應用效果分析

本次深部探測試驗未開展巖礦石橫波速度測試工作，通常認為橫波速度與巖礦石密度具正相關關系[4]，巖石的密度越大越致密，其橫波速度越大。斷裂部位由于巖石破碎等原因導致其橫波速度明顯減小。

微動勘探視橫波速度剖面圖(圖4)顯示，視橫波速度在-1 000 m標高以淺總體表現(xiàn)為近水平中速背景場夾近水平分布的低速區(qū)和高速區(qū)，-1 000 m標高以下總體呈現(xiàn)出近垂直的高速帶和低速帶。-1 000 m標高以下高速區(qū)中分布的近垂直或串珠狀低速異常區(qū)均位于已知斷裂的延伸部位，顯示微動勘探測量在識別深部斷裂方面具有很好的效果。視橫波速度剖面圖顯示北北東向的F1、F2、F3斷裂向深部延伸穩(wěn)定，而北西向次級斷裂F4向深部延伸不大，與前人對區(qū)內構造延伸情況的認識一致。

3.2 廣域電磁法

廣域電磁法通過人工接地場源向地下發(fā)射不同頻率的交變電流建立諧變電磁場，一次發(fā)送包含多個頻率成分的偽隨機信號電流，在不局限于傳統(tǒng)“遠區(qū)”的區(qū)域內觀測一個或多個電磁場分量，采用電磁場的全域精確公式求取視電阻率，達到探測不同埋深地質目標體的一種頻率域電磁測深方法。廣域電磁法繼承了可控源音頻大地電磁法場源可控的優(yōu)點，克服了大地電磁法場源隨機性和信號微弱的缺點，具有探測深度大和精度高等特點[5-7]，并且在固體礦產勘查領域發(fā)揮了重要作用。

3.2.1剖面布設與參數(shù)選擇

本次廣域電磁法剖面布設位置與微動勘探測量一致，測量點距為50 m,目的是相互驗證方法的適用性。

廣域電磁法測量工作采用湖南繼善高科技有限公司與中南大學聯(lián)合研制的廣域電磁儀器系統(tǒng)，采用的形式為E-Ex裝置。場源位于綜合剖面西南，收發(fā)距為10 km，平行綜合剖面布設。發(fā)射裝置供電電流>80 A。通過干擾監(jiān)測工作，發(fā)現(xiàn)在凌晨01:00～06:00，電磁干擾較小，滿足廣域電磁法數(shù)據(jù)采集要求。為減少電磁干擾帶來的影響，只在凌晨01:00～06:00開展數(shù)據(jù)采集工作。本次數(shù)據(jù)共采集11個頻組、74個頻點(3個重復頻點)，頻點分布范圍為8 192～3/256 Hz(表1)。

表1 廣域電磁法數(shù)據(jù)采集頻組Table 1 Acquisition frequency group of wide areaelectromagnetic method data

3.2.2應用效果分析

為驗證廣域電磁法測量的適用性，將廣域電磁法視電阻率剖面成果與銅綠山銅鐵礦4勘查線鉆孔視電阻率剖面圖進行比對，發(fā)現(xiàn)兩者趨勢較一致，在重疊區(qū)總體均呈現(xiàn)出東南低阻、西北高阻、深部低阻異常的特征。

廣域電磁法視電阻率等值線剖面圖(圖4)顯示，銅綠山礦田北西部馬架山組、靈鄉(xiāng)組地層分布區(qū)總體顯示出近水平的低阻異常特征，與區(qū)內其他地區(qū)總體呈現(xiàn)出近垂直的高低阻相間異常不一致，反映出馬架山組、靈鄉(xiāng)組以碎屑巖為主的特征。3 500- 4 100號點附近0～-1 000 m標高已有鉆孔控制的大理巖分布區(qū)總體呈現(xiàn)出高阻異常特征，接觸帶附近呈現(xiàn)出低阻異常特征，與接觸帶附近的蝕變、破碎及產于接觸帶附近的礦體有關。4 700-5 300號點0～-2 000 m標高近垂直分布的高低阻異常區(qū)推測主要由巖漿巖巖性不均一及蝕變等引起。已知斷裂所在部位總體表現(xiàn)為低阻異?；蛘吒叩妥璁惓Ｌ荻葞?，如F1斷裂為低阻異常帶，F(xiàn)2、F3斷裂為高低阻異常梯度帶，且低阻異常及高低阻異常梯度帶向深部有延伸，反映出區(qū)內斷裂向深部延伸，與微動勘探測量成果一致。

3.3 靶區(qū)圈定及驗證

根據(jù)物探解譯成果，結合對區(qū)內地質規(guī)律的分析，認為綜合剖面2 850-3 250號點標高-900～-1 300 m區(qū)域(圖4紫色方框區(qū)域)為區(qū)內成礦有利地區(qū)，將其圈定為找礦靶區(qū)。其依據(jù)如下：①該區(qū)呈現(xiàn)出高阻異常特征，與其右上已被證實由大理巖引起的高阻異常類似，推測該高阻異常區(qū)為大理巖；②該區(qū)大理巖與巖體接觸，其周邊均呈現(xiàn)出低阻特征，與銅綠山礦區(qū)4勘查線已知接觸帶及其附近礦體呈現(xiàn)低阻異常特征類似；③該區(qū)域位于銅綠山背斜西翼大理巖殘留體與巖體接觸帶及產于接觸帶礦體的傾向延伸部位。

圖4 微動勘探和廣域電磁法測量成果圖Fig.4 Results of microtremor exploration and wide area electromagnetic method1.白堊系下統(tǒng)靈鄉(xiāng)組;2.白堊系下統(tǒng)馬架山組;3三疊系中統(tǒng)蒲圻組;4.三疊系下—中統(tǒng)嘉陵江組;5.三疊系下統(tǒng)大冶組;6.石英二長閃長玢巖;7.地質界線;8.侵入接觸界線;9.實測/推測斷裂;10.礦體;11.鉆孔;12.找礦靶區(qū);13.4勘查線鉆孔視電阻率剖面圖范圍(圖2)。

布設ZK409孔對其進行驗證。ZK409孔在銅綠山背斜西翼大理巖與巖體的上下接觸帶均揭露到礦體，激電測井顯示大理巖與巖體的上下接觸帶由于礦化蝕變等均呈現(xiàn)出低阻異常特征，但廣域電磁法測量成果只在上接觸帶附近具明顯的低阻異常顯示，在下接觸帶部位未見低阻異常顯示，推測深部巖漿巖的電阻率較高，與上部大理巖的電阻率相近，隨著探測深度的加大，廣域電磁法探測的精度有所降低，下接觸帶附近引起的低阻異常被周圍的高阻異常所遮蓋。

4 結論

深部找礦是未來礦產勘查的主要方向，深部探測物探方法是深部找礦的重要技術支撐。通過本次應用試驗工作，認為微動勘探和廣域電磁法在銅綠山礦田均有較好的適用性。微動勘探測量在識別區(qū)內斷裂方面具有很好的應用效果，廣域電磁法則能夠圈定區(qū)內大理巖、巖體及碎屑巖分布范圍，有效支撐深部探測工作的開展。但上述兩種方法也有其局限性，如廣域電磁法探測精度隨深度加大逐漸降低。在深部探測工作中，各種方法必須互相配合、互相驗證，才能有效識別銅綠山礦田深部地質結構，支撐區(qū)內深部探測工作的開展。