基于大比例尺物探技術(shù)的類比求同法對隱伏礦床(體)的預(yù)測與評價研究

周 寧， 雷 科

(四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局 物探隊，成都 610072)

隱伏礦床(體)的預(yù)測在成礦預(yù)測中難度相對較大，一般通過在礦區(qū)范圍內(nèi)開展大比例尺成礦預(yù)測研究來實現(xiàn)。在相似的成礦地質(zhì)環(huán)境具有相似的成礦地質(zhì)產(chǎn)物的前提下，通過對已知礦床成礦地質(zhì)條件、成礦規(guī)律及成礦標(biāo)志認(rèn)識的基礎(chǔ)上，類比分析，進(jìn)行深部以及外圍隱伏礦床(體)的預(yù)測與評價。

就目前而言，成因完全相同的礦產(chǎn)幾乎沒有，即使礦化類型相同的兩個礦床，其特征也存在差異。因此，單純依靠已知礦床綜合模型對未知區(qū)進(jìn)行找礦預(yù)測，其預(yù)測結(jié)果會有所偏差。另外，已知礦區(qū)的勘查、研究程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于未知區(qū)，工作程度的不均衡性，同時已知區(qū)與未知區(qū)由于物性密度、磁性以及電性參數(shù)的不均一性，都會使兩個區(qū)之間資料難以逐一對比。已知礦產(chǎn)模型的認(rèn)識(包括成礦模式和成礦識別標(biāo)志)和建立是預(yù)測與評價的基礎(chǔ)，其又不完全等同于找礦的預(yù)測模型，兩者之間聯(lián)系和差異共存。針對隱伏礦床(體)的預(yù)測與評價，就預(yù)測模型的建立而言，其內(nèi)容既與已知礦床模型相聯(lián)系(即能客觀反映礦床(體)的客觀存在)，又能通過其他某一項資料進(jìn)行比較分析，提取類似標(biāo)志和因素。

因此作者針對工程實際，在某地區(qū)一大型火山巖成因塊狀硫化物礦床上，通過已知礦產(chǎn)模型的認(rèn)識分析，結(jié)合已知成礦地質(zhì)環(huán)境，利用大比例尺重力、磁法以及電法等綜合物探方法對礦區(qū)外圍進(jìn)行了類比求同分析，對外圍隱伏礦床(體)進(jìn)行了預(yù)測與遠(yuǎn)景評價。

1 物探方法簡介

1.1 重力勘探

由于地下巖(礦)石密度分布不均勻而引起的重力變化產(chǎn)生重力異常，它是地質(zhì)體的剩余質(zhì)量所產(chǎn)生的引力在重力方向的分量。重力勘探[2]就是以地球的重力場作為被探測物體的引力場，利用重力儀器觀測被探測物體受地球的吸引所產(chǎn)生的重力異常來達(dá)到探測目的。

通過高精度重力儀器獲得的觀測數(shù)據(jù)，經(jīng)過混合零點位移和固體潮改正以后得到各測點相對于總基點的相對重力值，其包含了因地下密度不均勻的地質(zhì)體所產(chǎn)生的異常、因各測點周圍地形不同、所處位置的緯度不同等因素的影響，為了單純獲得并比較各測點處重力異常及其大小，必須將各測點的相對重力值按照同一個標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行相應(yīng)改正，從而獲得單一地質(zhì)因素，即地下地質(zhì)體密度分布不均勻所引起的重力異常值。

重力異常改正包括以下幾個方面：

1)地形改正。測點周圍的地形起伏將會對測點處的重力值產(chǎn)生吸引從而減小其值，故就大比例尺重力勘探而言，對測點需進(jìn)行近區(qū)(0 m～20 m)、中區(qū)(20 m～500 m)、遠(yuǎn)區(qū)(500 m～2 000 m)分別進(jìn)行改正計算。

2)布格改正。它包括中間層改正和高度改正。由于測點還受到中間層及不同高度的影響，因此在對重力值進(jìn)行地形改正以后還需要進(jìn)行布格改正。

3)緯度改正。經(jīng)過地形、布格改正以后，由于所處緯度不同還存在其正常重力值的不同，這一影響必須去掉。

對觀測值進(jìn)行地形、布格以及緯度改正以后獲得布格重力異常值，即：

ΔgB=g-g0+δgB+δgT

其中g(shù)為測點重力值；g0為正常重力值；δgB為布格改正值；δgT為地形改正值。

1.2 磁法勘探

由于地下巖(礦)石磁性分布不均勻從而引起磁性變化所產(chǎn)生磁異常。磁法勘探以地球的磁場作為被探測物體的磁化場，通過磁力儀其觀測被探測物體被地磁場磁化后所產(chǎn)生的磁異常來達(dá)到探測目的。

大比例尺磁測工作中觀測的是磁場總場，因而為了獲得單一因素引起的磁異常，需要對觀測值進(jìn)行日變改正、磁基點改正、緯度改正和高度改正后才能獲得磁異?！鱐。

1.3 電法勘探

本次研究主要是通過V8多功能電法儀，采用可控源音頻大地電磁測深(CSAMT)方法[3]。可控源音頻大地電磁測深法CSAMT方法工作原理是基于地下巖(礦)石電性差異性，利用接地偶極按一定的頻率序列(最大范圍2-13Hz～213Hz)向地下發(fā)送一次脈沖電流，觀測端(測深點)位于距場源較遠(yuǎn)地段(依觀測裝置、目標(biāo)勘查深度而定)，通過觀測不同發(fā)射頻率下電磁場的正交電磁分量及其相位差，計算出不同頻率下的視電率。由于不同頻率的激勵場具有不同的的趨膚深度，因而觀測結(jié)果可以反映測點下電阻率隨深度的變化特征。通過對各測深點數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、處理及反演計算，則可以得到整個測區(qū)內(nèi)電阻率的空間分布狀態(tài)，為進(jìn)一步地地質(zhì)解釋提供詳實可靠的深部資料。

CSAMT方法是基于電磁波傳播理論和麥克斯韋方程組[4]導(dǎo)出的水平電偶源在地面上的電場及磁場公式：

式中I為供電電流強度；AB為供電偶極長度；r為場源到接收點之間的距離。

將上面所列式子中的電場Ex與磁場Hy相比，并經(jīng)過一些簡單運算，就可獲得地下的視電阻率ρs公式：

式中f代表頻率。由視電阻率公式可見，只要在地面上能觀測到兩個正交的水平電磁場(Ex，Hy)就可獲得地下的視電阻率ρs，也稱卡尼亞電阻率。

工作中可以通過人工調(diào)整二次場觀測頻率進(jìn)而采集各觀測點不同頻率下不同方位的電、磁場振幅及相位數(shù)據(jù)，通過各種復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理、反演手段，最終反映出地下電阻率三維分布特征，從而達(dá)到測深的目的。

2 礦區(qū)成礦模型

成礦作用的發(fā)生必然與其周圍的巖石在地質(zhì)、地球物理、地球化學(xué)等方面具有一定的聯(lián)系，并以一定的特征表現(xiàn)出來?？偨Y(jié)前人資料，對于本次研究區(qū)成礦模型[5]，其成礦條件、控礦因素、成礦標(biāo)志以及地球物理成礦信息標(biāo)志如下：

2.1 地質(zhì)特征

1)地層。為中泥盆統(tǒng)中酸性火山碎屑巖層，火山-沉積巖夾碳酸鹽巖建造，是礦區(qū)主要的賦礦層位。

2)火山巖。含礦層位為遠(yuǎn)火山巖相。巖性主要為火山角礫巖、晶屑凝灰?guī)r、凝灰?guī)r夾集塊巖、角礫凝灰?guī)r、沉凝灰?guī)r，附近有中基性火山巖侵入。

3)構(gòu)造。處于北北西向、北西向兩組壓性或壓扭性斷裂帶內(nèi)。

2.2 成礦標(biāo)志

1)礦化標(biāo)志。地表有褐鐵礦化、孔雀石化。

2)蝕變標(biāo)志。其蝕變類型有硅化、綠泥石化、絹云母化、黃鐵礦化(褐鐵礦化)、綠簾石化。

2.3 地球物理標(biāo)志

1)重力。在礦化蝕變帶上一側(cè)有明顯的剩余重力異常，△Gmax=0.3×10-5m/s2。

2)磁法。在重力異常一側(cè)及礦體對應(yīng)位置有明顯的長軸條帶狀的高磁異常，△Tmax≥1 000 nT。

3)電法。在重力異常一側(cè)及礦體對應(yīng)位置表現(xiàn)為明顯的中低電阻率異常。

3 綜合數(shù)據(jù)處理

3.1 綜合數(shù)據(jù)處理流程

根據(jù)研究區(qū)實際地質(zhì)環(huán)境，結(jié)合預(yù)測和遠(yuǎn)景評價的目的任務(wù)，有選擇性的對物探數(shù)據(jù)進(jìn)行了各種數(shù)據(jù)整理與處理，其流程如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)處理流程圖Fig．1 Data processing flow chart

4 預(yù)測區(qū)地質(zhì)-地球物理模型建立

為了完成本次研究，在某地區(qū)通過1:10 000重力、磁法掃面工作，對預(yù)測區(qū)進(jìn)行了基礎(chǔ)性物探調(diào)查，通過符合本區(qū)地質(zhì)環(huán)境的數(shù)據(jù)處理[6]過后，針對提取的有意義異常地段開展了1∶10 000可控源音頻大地電磁測深(CSAMT)工作。根據(jù)所取得工作成果，現(xiàn)總結(jié)其地質(zhì)地球物理模型如下：

4.1 地質(zhì)特征

1)地層。為中泥盆統(tǒng)中酸性火山碎屑巖層，火山-沉積巖夾碳酸鹽巖建造。

2)火山巖。具火山口相和石英角斑質(zhì)凝灰?guī)r、晶屑凝灰?guī)r，沉凝灰?guī)r?；曰鹕綆r與中酸性火山巖廣泛發(fā)育。

3)構(gòu)造。受近南北向或北西向中—強變形變質(zhì)構(gòu)造帶控制。

4.2 成礦標(biāo)志

1)礦化標(biāo)志。地表有褐鐵礦化、見鐵帽現(xiàn)象。

2)蝕變標(biāo)志。圍巖見黃鐵礦化、絹云母化、硅化(次生石英巖化)、綠泥石化蝕變組合。

4.3 地球物理標(biāo)志

1)重力。在蝕變帶對應(yīng)一側(cè)有明顯的剩余重力高異常，△Gmax≥0.2×10-5m/s2；

2)磁法。在蝕變帶對應(yīng)位置有明顯的長軸條帶狀的高磁異常，△Tmax=4 500 nT。

3)電法。在蝕變帶對應(yīng)一側(cè)位置表現(xiàn)為明顯的中低電阻率異常。

5 類比分析應(yīng)用研究

據(jù)研究區(qū)所取得的成果和建立的地質(zhì)地球物理模型，與已知區(qū)進(jìn)行了類比分析，其情況如表1及圖2、圖3所示。

表1 類比分析表

圖2 已知礦床(體)特征Fig．2 Known deposits (body) features(a)剩余重力異常；(b)磁異常；(c)礦體位置及地質(zhì)

經(jīng)過已知礦床(體)地質(zhì)-地球物理模型的對比分析可知，研究區(qū)所處的地質(zhì)環(huán)境與已知區(qū)近于相同，具有相同的礦化和蝕變特征，同樣表現(xiàn)出了高重、高磁、中低電阻率的地球物理特征。因此鑒于預(yù)測區(qū)與已知礦床(體)的相似特點，推斷預(yù)測在異常區(qū)范圍內(nèi)存在一隱伏礦床(體)，成礦可能性很大,后經(jīng)鉆孔驗證在該異常區(qū)內(nèi)多個鉆孔約在210 m處見礦。

6 結(jié)論與建議

類比求同分析方法在對隱伏礦床(體)的預(yù)測與評價中具有重要的作用，對隱伏礦床(體)在成礦預(yù)測中難度較大的實際情況，根據(jù)預(yù)測區(qū)地質(zhì)環(huán)境和物性差異，通過大比例尺的物探方法技術(shù)，進(jìn)一步剖析預(yù)測區(qū)與已知區(qū)的地質(zhì)-地球物理特征的相似性，建立兩者之間的類比關(guān)系，從而對隱伏礦床(體)進(jìn)行推斷預(yù)測將是以后成礦預(yù)測的又一重要指導(dǎo)。

本次研究不僅涉及地質(zhì)資料的深度解析，同時涵蓋了物探技術(shù)[7-8]范疇，因此為了更好地提出預(yù)測模型，更加準(zhǔn)確地完成類比分析，就需要對地質(zhì)和物探方法的多解性進(jìn)行經(jīng)驗試驗，針對實際情況提取出單一地質(zhì)因素引起的地質(zhì)-地球物理模型場，以期對隱伏礦床(體)作出更加合理的預(yù)測與評價。

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圖3 已知礦床(體)特征Fig．3 Geophysical forecast - geological features(a)剩余重力異常；(b)磁異常；(c)橫穿異常剖面視電阻率異常；(d)異常區(qū)地質(zhì)圖

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