馮軍，蔣文，張征

(1.甘肅省地質(zhì)調(diào)查院，甘肅 蘭州 730000； 2.新疆地礦局第一地質(zhì)大隊，新疆 昌吉 838200)

0 引言

石英脈型金礦是我國重要的金礦工業(yè)類型，在西北地區(qū)多有分布。含金地質(zhì)體的產(chǎn)出嚴(yán)格受斷裂體系控制，含金脈體成分簡單，主要為石英、以黃鐵礦為主的硫化物和自然金等，含金脈體通常為單脈或由一條主脈與若干副脈組成復(fù)脈帶，脈體在走向、傾向上延伸穩(wěn)定，蝕變圍巖及礦圍巖蝕變常見硅化、絹云母化、黃鐵礦化等[1-4]。利用地球物理方法技術(shù)勘探石英脈型金礦，已在山東、河南、新疆等地有很多應(yīng)用[5-7]。在實際工作中，由于地球物理勘查觀測結(jié)果的多解性，影響資料的正確推斷解釋，因此，如何正確選擇和合理運用這些方法，充分發(fā)揮方法技術(shù)各自的優(yōu)勢，就顯得尤為重要[8]。

筆者在西北多年的找礦實踐過程中接觸過大量該類礦床，其特點是：受主斷裂及次級斷裂構(gòu)造控制，礦體與硫化物帶密切相關(guān)，含礦的熱源(簡稱為母巖)可能是巖漿巖體、火山巖體等以硅酸鹽巖為主的巖體，在母巖與圍巖進行熱交換過程中，接觸帶及礦(化)體多有硅化、絹英巖化、黃鐵礦化等蝕變。在物探特征上，該類礦床母巖多表現(xiàn)有重、磁異常特征，控礦構(gòu)造表現(xiàn)為低阻帶，含硫礦體及接觸蝕變帶表現(xiàn)為高激電異常特征，礦體及接觸帶多出現(xiàn)在重、磁、激電異常與背景過渡帶上。本次研究采用綜合物探方法技術(shù)，通過正反演計算建立解釋模型，定量推斷解釋賦礦體，以期在查找石英脈型金礦隱伏礦體的方面取得得合理有效方法組合，為勘探提供依據(jù)。

1 地質(zhì)與地球物理特征

研究區(qū)出露地層較單一(圖1)，主要有石炭系中上統(tǒng)太勒古拉組上亞組(C2-3tb)凝灰質(zhì)砂巖、凝灰質(zhì)粉砂巖、硅質(zhì)凝灰粉砂巖和東南角的石巖系下統(tǒng)希貝庫拉斯組(C1x)含礫晶屑巖屑沉凝灰?guī)r與泥質(zhì)粉砂巖。巖漿活動不發(fā)育，僅出露有少量石英鈉長斑巖脈、玄武巖脈、石英脈等酸性脈巖。

區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造較發(fā)育，早期為近EW向的斷裂，屬成礦前斷裂。中期有兩組平推斷層，走向與區(qū)域構(gòu)造線方向基本一致，為成礦期斷裂(容礦構(gòu)造)，沿斷裂面巖石發(fā)生蝕變和破碎，出現(xiàn)碎裂巖和糜棱巖，并有含金石英脈充填，形成金礦脈或含金礦化帶。中晚期有兩組斷裂，近EW向， 為成礦期后斷裂，多被晚期乳白色無蝕變、無礦化石英脈所充填。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)及勘查工作分布Fig.1 The map of geology and prospecting work arrangement in the area

礦區(qū)以動力變質(zhì)作用為主，疊加有熱液變質(zhì)作用。動力變質(zhì)作用發(fā)育在斷裂構(gòu)造帶及其旁側(cè)。熱液變質(zhì)作用在構(gòu)造開放部位，由于這兩種變質(zhì)作用的疊加及斷裂構(gòu)造的發(fā)育程度，使巖石具強烈的片理化和碎裂巖化。其中常見變質(zhì)礦物有高嶺土化和綠泥石化、硅化等。

區(qū)內(nèi)共發(fā)現(xiàn)4條金礦帶，均為蝕變破碎帶—石英脈型金礦脈，含金石英脈在蝕變破碎帶中，且蝕變破碎帶一般都比石英脈寬數(shù)10 cm～2 m。礦體以含金石英脈為主，蝕變破碎帶為次，金品位與石英脈正相關(guān)，蝕變破碎帶—石英脈金礦體長260～1 600 m、寬一般0.47～2.1 m，蝕變破碎帶最寬處7 m，礦體平均金品位(3.45～17.5)×10-6g/t。

該金礦區(qū)地表及垂深100～200 m的石英脈礦體大多已開采完，下一步的開采具有盲目性。在此之前，未進行過物探工作。本次試圖通過開展重力、磁法、激發(fā)極化法面積測量、偶極測深和可控源音頻大地電磁(CSAMT)剖面測量等綜合物探工作，為下一步驗證提供靶區(qū)位置和布置鉆探數(shù)據(jù)。

區(qū)內(nèi)砂巖、粉砂巖、凝灰質(zhì)砂巖、凝灰質(zhì)粉砂巖、凝灰?guī)r、硅質(zhì)巖等具中等密度，花崗巖、花崗斑巖、超基性巖密度較低。

超基性巖在本區(qū)磁性最強，其感磁為(1 600～3 200)×10-64πSI，剩磁為(1 300～2 800)×10-64πSI。除凝灰?guī)r、硅質(zhì)巖有弱磁到中等磁性外，其余巖石基本無磁性。

區(qū)內(nèi)第四系和斷裂破碎帶的電阻率較低，平均為182 Ω·m；玄武巖電阻率中等，約270 Ω·m；砂巖、含金石英脈具有明顯的高阻特征。砂巖、凝灰?guī)r、硅質(zhì)巖和玄武巖的極化率值低且穩(wěn)定，平均值約為2.5% ；含金蝕變破碎帶極化率較高，為 5.56%；，含金石英脈具有最高的極化率，可達(dá) 10.21%。故利用低阻異常可圈定斷裂破碎帶，高極化率可圈定含金蝕變破碎帶。

2 研究區(qū)地球物理平面特征

從圖2a可看出，剩余重力異常呈寬緩的帶狀展布，走向近NE，其值自SE向NW逐漸降低，反映了從高密度火山碎屑巖向低密度火山沉積巖過渡的特征。

從圖2b可看出，航磁異常(ΔT)也呈帶狀展布，走向近NE。磁場值自西向東、由南到北逐漸遞增，反映了火山巖頂面抬升的現(xiàn)象。

從圖2c可看出，電阻率明顯呈高低相間的帶狀分布，走向與航磁異常相同，出現(xiàn)“四高夾三低”的特征，反映了工作區(qū)構(gòu)造及地層接觸帶的分布特征。

從圖2d可看出，極化率與電阻率基本對應(yīng)，亦呈帶狀分布，呈現(xiàn)出3個高極化帶。自SE向NW，第1個高極化帶與東南部的低阻帶基本吻合；第2個高極化帶與測區(qū)中部的高阻帶錯峰對應(yīng)，大致疊合；第3個高極化帶與研究區(qū)中部最寬的低阻帶對應(yīng)。已知礦體分別分布在低阻高極化帶和與高低阻過渡帶對應(yīng)的高極化帶上，反映了工作區(qū)不同類型控礦構(gòu)造蝕變帶的分布特征。

圖2 研究區(qū)綜合物探平面異常Fig.2 Dissecting map of integrated geophysical prospecting in the area

3 綜合地球物理剖面特征

由于礦區(qū)東段已開采完畢，本次重點研究工作選在礦區(qū)第二個高極化帶的西段1000號剖面，布設(shè)重力、磁法、激發(fā)極化法、偶極測深和可控源音頻大地電磁(CSAMT)測量，采用1∶2 000比例尺，異常區(qū)加密。

3.1 重磁剖面分析

如圖3a所示，重、磁場均在640～780點間出現(xiàn)高值異常。其中，剩余重力異常較寬緩、形態(tài)規(guī)整；磁異常形態(tài)較陡，并伴隨高頻磁異常特征；兩者總體上能夠?qū)?yīng)。在平面異常圖(圖2)上，均處在重、磁異常過渡帶和低阻高極化異常帶上，反映了斷裂構(gòu)造的特征。

根據(jù)重磁異常特征，可以推斷在剖面中部存在一個高密度、高磁性的Ⅰ號地質(zhì)體(圖3b)。結(jié)合本區(qū)地質(zhì)和已知礦體分布情況認(rèn)為，Ⅰ號地質(zhì)體是受主斷裂構(gòu)造控制的以硅酸鹽巖為主的巖體，是金礦床的成礦母巖。

3.2 激電剖面分析

從圖3c可以看出，整條剖面的視極化率較高，在580～820點出現(xiàn)兩個峰值，分別位于Ⅰ號地質(zhì)體的兩側(cè)。根據(jù)異常形態(tài)可以推斷存在Ⅱ號和Ⅲ號兩個高極化地質(zhì)體。本區(qū)控礦構(gòu)造表現(xiàn)為低阻特征，接觸蝕變帶表現(xiàn)為高極化特征，礦體及接觸蝕變帶出現(xiàn)在重、磁、激電異常及過渡帶附近，以上物探特征與已知礦體特征相似，表明Ⅱ號和Ⅲ號體亦為本區(qū)礦床的賦礦體。

3.3 偶極激電測深斷面分析

頻率域偶極激電測深斷面(圖3d～f)上，視電阻率低阻在540～860點呈“U型”分布，視極化率(>6%)呈不對稱“八字型”分布。這與傾斜板狀體理論異常特征高度一致?！癠型”和“八字型”的下部，分別呈現(xiàn)出高梯度的波浪狀高、低電阻率和高、低極化率曲線束，反映了第一層的下界深度，即第一層的底界線，也是傾斜板狀體的底部界限位置。

若把Ⅰ號、Ⅱ號、Ⅲ號體合成一體，成為巨厚傾斜板狀體(深度坐標(biāo)為收發(fā)距的對數(shù))，其曲線束反映的巨厚傾斜板狀體的底部位置在250 m。

3.4 CSAMT一維測深剖面分析

如圖4a所示，CSAMT測深斷面整體上表現(xiàn)為3層H型地電結(jié)構(gòu)。第1層高程1 100～850 m，電阻率0～500 Ω·m，為電性不均勻?qū)?；?層高程850～650 m，電阻率0～150 Ω·m，為均勻低阻層；第3層高程450～750 m，電阻率150～900 Ω·m，為高阻層。

圖3 重、磁、激電綜合物探解釋成果Fig.3 Interpreted results by gravi-mag-IP integrated geophysical prospecting model

根據(jù)CSAMT相關(guān)理論[9-11]，在垂向電性分界面附近會形成顯著的電阻率梯度帶。當(dāng)存在多個電性分界面時，會將形成高阻“牛眼狀異?！弊鳛榕袛嘟佑|帶的標(biāo)志。如圖4所示，淺部賦存有3個不規(guī)則同心狀等值線束，其中，左起第2與第3個高阻異常之間的低阻區(qū)對應(yīng)高重、高磁和高極化率異常，這也反映出該區(qū)間是本區(qū)成礦的重要構(gòu)造蝕變帶。Ⅰ號地質(zhì)體附近第一的層底面約為250 m，與偶極測深結(jié)果一致。

4 定量解釋與定位預(yù)測

影響地球物理觀測幅值及形態(tài)的參數(shù)有3類[12-15]：一是裝置參數(shù)，包括了發(fā)射和接收參數(shù)，這些參數(shù)在實際工作中已確定；二是物性參數(shù)，指異常體與圍巖物性參數(shù)，它決定剖面上的曲線幅值；三是異常體空間分布參數(shù)，它決定剖面上的曲線形態(tài)，這也是我們在找礦預(yù)測中需要的信息。

由于多數(shù)情況下，受覆蓋層的限制，物性參數(shù)難以取樣實測。為了更好地推斷3個地質(zhì)體的空間參數(shù)，采用了一種根據(jù)異常特征自動獲取物性參數(shù)的方法，使得正演曲線與實測曲線基本達(dá)到吻合。在重磁剖面正演計算時，取其曲線上最大值為異常體物性值，最小值為圍巖物性值。Ⅱ號、Ⅲ號體屬低阻高極化體，取其視電阻曲線的最小值為異常體電阻率，最大值為圍巖的電阻率，取其視極化曲線的最小值為圍巖極化率，最大值為異常體的極化率。其結(jié)果見表1。

采用中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)的MAGS4.0軟件對Ⅰ號體進行了重、磁正演。即利用截面為多邊形的二度半解析式，計算出重、磁異常曲線，當(dāng)實測曲線與理論計算曲線基本吻合時，給定的空間參數(shù)就為預(yù)測的模型空間參數(shù)。

a—CSAMT測深斷面;b—綜合物探定量解釋成果a—section of CSAMT sounding; b—interpreted results by integrated geophysical prospecting圖4 CSAMT測深斷面及綜合物探定量解釋成果Fig.4 Section of CSAMT sounding and interpreted results

表1 各異常體的物性參數(shù)

對Ⅱ號、Ⅲ號體進行了激電中梯正演計算擬合。激電中梯正演擬合計算的程序是基于MATLAB平臺編制的，利用有限延伸傾斜橢球體的解析式，通過多次迭代正演，使正演曲線與實測曲線基本吻合，實現(xiàn)反演的目的。擬合過程中分段對每個極化率異常進行處理，對于疊加的極化率異常，手動分離每一異常，即外擴、補充測點，實現(xiàn)“分段、分異常體對比擬合，多次改變模形體形態(tài)、頂部埋深、“四參數(shù)”(即圍巖電阻率和極化率，異常體的電阻率和極化率)，達(dá)到理論與實測曲線吻合。理論計算結(jié)果為剩余極化率異常，把剩余極化率異常減去剩余極化率異常平均值，得到“歸一化的剩余極化率異常”，再用實測極化率平均值加“歸一化極化率異?！?，就得到正演極化率曲線。經(jīng)過多次這樣的“正演”，使實測與理論曲線的擬合誤差小于5%，即認(rèn)為達(dá)到了反演的目的。電阻率擬合與上述方法一致。

通過歸一化計算的視極化率與實測曲線吻合時，其空間參數(shù)就為預(yù)測的模型空間參數(shù)。

從CSAMT的兩不規(guī)則等值線獲得Ⅰ號體的寬度，根據(jù)不規(guī)則等值線的位置，來確定Ⅰ號體的上頂、下底埋深。利用兩個不規(guī)則等值線的主軸線，確定Ⅰ號體邊界傾角。利用重磁異常中心確定Ⅰ號體中心。從激電中梯剖面上的視極化率曲線最大值確定了Ⅰ號體兩側(cè)極化體(Ⅱ號、Ⅲ號體)中心位置。剖面兩最高視極化率曲線的兩側(cè)最小值點，確定極化體的寬度，其傾角和上頂、下底的埋深與Ⅰ號體相同。

由于線距為200 m，所以異常體半走向長確定為400 m。即異常體在走向上至少外延兩條線是連續(xù)的。

以Ⅰ號體的底界線為深度的判斷標(biāo)準(zhǔn)，以偶極測深的視極化率底界線深度為標(biāo)準(zhǔn)，建立第一層底界面起伏情況。

通過定量解釋建立了三個模型，其空間特征參數(shù)見表2。對礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造、成礦特征和綜合物探異常特征分析，推斷Ⅱ、Ⅲ模型體為高極化的蝕變破碎帶—石英脈型金礦脈，預(yù)測Ⅰ模型體為高磁性、低極化低阻侵入硅酸鹽巖為主的構(gòu)造帶。根據(jù)定量解釋模型設(shè)計了2個鉆孔，為礦區(qū)下一步找礦工作部署提供依據(jù)。

表2 1000線推斷Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ號體模型空間特征

5 總結(jié)

本次綜合物探工作采用了5種方法，其中面積工作采用常規(guī)的重、磁、激電法3種方法，剖面工作采用了CSAMT和偶極測深2種方法。各方法互相銜接，互相驗證，在綜合物探解釋和定量預(yù)測工作中均有重要的作用，結(jié)合地質(zhì)成礦條件、物探異常特征和正反演計算模型，重磁異常推斷了主斷裂構(gòu)造和控礦巖體；偶極激電測深推斷了巖體的底部位置；CSAM推測了成礦的構(gòu)造蝕變帶，驗證了巖體的底部位置；激電推測了高極化地質(zhì)體和接觸蝕變帶。通過建立的解釋模型，定量推測了本區(qū)的賦礦體。 本次研究采用綜合物探方法技術(shù)，通過正反演計算建立解釋模型，定量推斷解釋賦礦體，以期在查找石英脈型金礦隱伏礦體的方面取得合理有效方法組合，為勘探提供依據(jù)。