CSAMT觀測參數(shù)在銀鉛礦深部勘查中的應(yīng)用研究

魏繼祖， 張 晨， 閆晉龍， 梁芳敏， 段長生

(1.河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局 第六地質(zhì)大隊,洛陽 450018;2.成都理工大學(xué),成都 610059；3.贛中南地質(zhì)礦產(chǎn)勘查研究院，南昌 330000)

0 引言

河南龍門店銀鉛礦是河南省較大的金、銀、鉛礦之一，地理位置處于洛寧縣的熊耳山北坡，北面的鐵爐坪是大型銀鉛礦，在區(qū)域上控礦構(gòu)造主要是馬超營斷裂和山前大斷裂，礦床類型為低溫?zé)嵋簶?gòu)造蝕變巖型。

前人在該區(qū)開展了大量的研究工作，獲得了有關(guān)銀鉛礦地質(zhì)找礦、生產(chǎn)勘探和綜合研究等地質(zhì)成果。喻廣軍[1]對龍門店銀鉛礦的地質(zhì)背景、地質(zhì)特征進(jìn)行分析，認(rèn)為龍門店地區(qū)具有多種金屬良好的找礦前景；范少軍等[2]根據(jù)瞬變電磁法物探成果及成礦條件綜合分析，推斷礦區(qū)31條主要礦脈在200 m標(biāo)高左右存在成礦有利地段，預(yù)測本區(qū)遠(yuǎn)景銀金屬量近千噸礦床；龐緒成等[3]綜合溫度測溫與礦物學(xué)研究成果結(jié)論：鹽度平均為31.35 wt%NaCl.eqv，礦床屬中高鹽度低溫?zé)嵋盒豌y鉛礦床；劉智琳等[4]通過對龍門店銀鉛礦床鉛同位素分析認(rèn)為，礦石鉛以幔源為主，具殼幔混合特征；龐緒成等[5]龍門店銀鉛礦區(qū)巖石和礦石均有輕重稀土分異明顯的特征，結(jié)合石英、黃鐵礦、方鉛礦及圍巖的稀土元素配分模式對比，基本確定成礦物質(zhì)主要來自巖漿熱液。

礦區(qū)地球物理勘查手段主要為大功率激電面積性勘查工作，近年來通過1∶10 000激電掃面圈定了銀鉛礦致異常，根據(jù)礦脈特征通過坑探驗證深部含礦情況，共計發(fā)現(xiàn)6條規(guī)模較大的含礦蝕變帶，揭露了四個礦體。但前期主要工作區(qū)深部工程較少，控制深度有限，礦體深部延伸未得到控制，深部資源前景有待進(jìn)一步查明?？煽卦匆纛l大地電磁法(CSAMT)因其勘探深度大、抗干擾能力強及對異常體有良好的反映等優(yōu)點，因而在礦產(chǎn)勘查等領(lǐng)域得到了廣泛地應(yīng)用[6-10]，也是本區(qū)深部勘查首選的地球物理方法。

筆者首先收集龍門店銀鉛礦區(qū)已有地球物理資料，分析開展CSAMT工作前提，通過收發(fā)距試驗、抗干擾試驗及頻點選擇試驗優(yōu)選采集參數(shù)，使用目前最先進(jìn)的采集系統(tǒng)V8 2000.net電法工作站進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，后期鉆探成果與CSAMT采集資料反演結(jié)果有較好的對應(yīng)關(guān)系。

1 研究區(qū)地球物理前提

研究區(qū)龍門店礦床為石英脈-破碎蝕變巖型礦床，中低溫?zé)嵋撼梢?。成礦作用為：區(qū)域變質(zhì)-混合巖化-重熔花崗巖侵入-中低溫?zé)嵋撼涮罱淮?。礦體的主要有用元素為銀，伴生金、銅、鉛等其他多金屬，礦床工業(yè)類型為脈狀銀多金屬礦床，找礦標(biāo)志主要為：北東向構(gòu)造蝕變帶中金屬硫化物(礦化)發(fā)育帶。

從表1可見，方鉛礦石、礦化礦石電阻率較低，與其他巖石的高電阻率特性相比，具有明顯的電性差異，因此該區(qū)具備開展CSAMT勘探工作的地球物理前提。根據(jù)已有的區(qū)域地質(zhì)資料，方鉛礦石、礦化礦石主要賦存在北東向構(gòu)控蝕變帶中，因此可以初步地認(rèn)為，在CSAMT電性剖面圖上梯度變化帶低阻異常為礦體可能的富集區(qū)，這是進(jìn)行地球物理綜合解釋的認(rèn)知基礎(chǔ)。

表1 龍門店巖礦石電性統(tǒng)計表Tab.1 Resistivity statistics of rocks and minerals in Longmendian

2 采集參數(shù)優(yōu)選試驗

2.1 收發(fā)距試驗

為了選擇合理的收發(fā)距及發(fā)射偶極位置，對收發(fā)距為14 km和16.5 km處分別進(jìn)行了供電實驗，發(fā)射點AB處挖了深坑，最后根據(jù)當(dāng)?shù)氐匦蔚孛布暗刭|(zhì)概況，供電偶極距AB選擇1 500 m供電，AB方向誤差小于4°，供電A、B電極采用60*30鋁板組合的鋁板作為供電電極，埋上12塊，埋入地下1 m深，并澆灌鹽水以保持接地條件良好，減小接地電阻。供電電流在低頻時可達(dá)16 A，信號發(fā)射時接收機電位信號可達(dá)10 u～200 u，供電效果較好。實驗結(jié)果表明，當(dāng)收發(fā)距=14 km時，進(jìn)入近場的時間大約是頻率為500 Hz，而當(dāng)收發(fā)距=16.5 km時，進(jìn)入進(jìn)場的時間大約是頻率為10 Hz (圖1)，為了采集更多的遠(yuǎn)區(qū)數(shù)據(jù)，在測量時，選擇收發(fā)距為16.5 km的場源進(jìn)行測量，在其他線測量時，在保證供電信號強度的前提下，盡量選取收發(fā)距較大的場源。

圖1 收發(fā)距等于16.5 km接收數(shù)據(jù)曲線Fig.1 Graph of distance from transceiver to receives(16.5 km)

圖2 收發(fā)距等于14 km接收數(shù)據(jù)曲線Fig.2 Graph of distance from transceiver to receives(14 km)

2.2 頻點優(yōu)選試驗

CSAMT法同樣地隨著頻率的降低分辨力也會降低，雖然理論上頻點設(shè)置越多對反演結(jié)果越有幫助，但從實際施工角度出發(fā)，考慮到工作效率的問題，應(yīng)當(dāng)有針對性的優(yōu)選頻點值及數(shù)量，既滿足生產(chǎn)需求又能使目標(biāo)體的異常信息更為豐富，因此在目標(biāo)體對應(yīng)深度相應(yīng)的增加頻點，可提高數(shù)據(jù)中的原始信息，從而獲得更為準(zhǔn)確的反演結(jié)果。

2.3 抗干擾試驗

在CSAMT大地電磁測深中，數(shù)據(jù)質(zhì)量的好壞是取得理想地質(zhì)效果的關(guān)鍵，而評價數(shù)據(jù)質(zhì)量主要取決于信噪比。目前CASMT法野外施工都會遇到電磁干擾，干擾因素有很多，不同地域、時間、空間都會遇到各種各樣的干擾問題，干擾信息會掩蓋地質(zhì)體的真實信息，從而干擾我們對地質(zhì)目標(biāo)體的客觀評價。解決電磁干擾問題是CSAMT法必須解決的問題。

本次工作在布置測線和實際施工時應(yīng)盡量遠(yuǎn)離干擾源，由于山區(qū)人口分布特殊性，本次測量大部分都在山上，人文的電磁干擾相對較少，但部分測點近距人文活動區(qū)，其各道的視電阻率和相位曲線跳躍厲害，誤差棒較大，曲線不圓滑，而且重復(fù)采集后并無改善。分析干擾源主要為地域干擾，有方向性的特點，因而對測線方位進(jìn)行了適當(dāng)調(diào)整，經(jīng)對比發(fā)現(xiàn)適當(dāng)偏離原測線10°后，數(shù)據(jù)質(zhì)量得到了一定程度地提高(圖3、圖4)。

表2 龍門店CSAMT工作頻率表Tab.2 CSAMT working frequency table in Longmendian

圖3 受干擾點原測線方向視電阻率曲線圖Fig.3 Apparent resistivity curve of interference point with the original line-direction

圖4 受干擾點偏離原測線方向100視電阻率曲線圖Fig.4 Apparent resistivity curve of interference point deviated from the original line direction of 10 degrees

3 資料處理及鉆孔驗證

3.1 資料處理

研究區(qū)共布置了2條CSAMT電法剖面(Y01號、Y02號)，兩剖面方位角均為NW60°，與北東向控礦構(gòu)造大體垂直(圖5)。

使用MTsoft2.3商業(yè)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，對比BOSTIC、OCCAM、RRI和NLCG(非線性共軛梯度法)等反演方法，選擇了NLCG法反演電性斷面圖作為進(jìn)一步解釋的物探依據(jù)，地質(zhì)地球物理綜合推斷解釋圖見圖6、圖7。

兩條測線擬斷面總體上看，電性特征橫向上均勻分布，縱向上相間變化，高低阻異常明顯。自上而下可分為五個電性層：最上面的第四系覆蓋物為低阻層，部分樁號因地表接地電阻較高而呈現(xiàn)中阻特征，本次工作區(qū)第四系覆蓋較少；往下為中元古界熊耳群許山組(Pt2x)中低阻層；再往下為石板溝及龍?zhí)稖辖M地層接觸帶的中高阻層；在下為含礦蝕變條帶或圈閉，屬于低阻或中低阻特征；最下為古老的結(jié)晶基底高阻層。

根據(jù)電性層的變化情況，結(jié)合普查區(qū)地質(zhì)資料，推斷在標(biāo)高800 m處為熊耳群許山組地層與太華群石板溝組地層接觸界線，自界線至地表為熊耳群許山組地層，地層產(chǎn)狀平穩(wěn)，傾向南東，傾角25°左右，平均厚度約300 m；標(biāo)高500 m處為太華群石板溝組地層與太華群龍?zhí)稖辖M地層接觸界線，界線上方為石板溝組地層，下方為龍?zhí)稖辖M地層，兩地層總體產(chǎn)狀相對穩(wěn)定，傾向南東，傾角22°左右，石板溝組地層厚約500 m,龍?zhí)稖辖M地層厚約600 m。

兩條剖面斷裂構(gòu)造發(fā)育，在太華群石板溝組地層與熊耳群許山組地層及太華群龍?zhí)稖辖M地層的接觸帶上形成兩處主要斷裂(F1、F2)，F(xiàn)1斷裂在測線上主要位于Y01線1500樁號，Y02線2250樁號附近；F2斷裂在測線上主要位于Y01線3950樁號，Y02線4850樁號附近。F1、F2兩個深大斷裂深部1 000 m位置處均存在明顯的低阻異常圈閉，同時Y02線斷面圖中兩斷裂在深部標(biāo)高0 m位置處，出現(xiàn)明顯的高阻異常體。F1、F2斷裂產(chǎn)狀較陡，傾向不一，傾角為75°～82°；在兩深大斷裂中間，地層經(jīng)過多期地質(zhì)構(gòu)造運動，以及長期的變形變質(zhì)作用改造，形成不同性質(zhì)、不同方向的次級斷裂構(gòu)造，各次級斷裂按測線相應(yīng)命名為FY01-1、FY01-2、FY01-3 、FY01-4及FY02-1、FY02-2、FY02-3 、FY02-4、FY02-5(如圖6所示)，次級斷裂產(chǎn)狀陡立，傾向不一，傾角在70°～80°。

圖5 研究區(qū)CSAMT工作布置簡圖Fig.5 A CSAMT work-arrangement schematic diagram of the study area

圖6 Y01線反演異常斷面地質(zhì)推斷圖Fig.6 Diagram of comprehensive inference and interpretation(Y01)

圖7 Y02線反演異常斷面地質(zhì)推斷圖Fig.7 Diagram of comprehensive inference and interpretation(Y02)

圖8 綜合解釋成果與后期鉆孔驗證成果對比圖Fig.8 Graph contrast comprehensive interpretation results with drilling results

1)甲類異常。在F1、F2兩個主要深大斷裂構(gòu)造帶深部1 000 m位置，兩斷面上有明顯的低阻異常圈閉，電阻率值在200 Ω·m以內(nèi)，將異常命名為甲類異常。Y01線塊狀低阻異常圈閉規(guī)模大而均勻，異常中心深度在1 000 m左右，異常沿斷裂走向方向穩(wěn)定變化；Y02線豆莢狀低阻異常圈閉規(guī)模相對狹窄、破碎，異常中心深度在700 m左右，異常沿斷裂傾向穩(wěn)定變化。推斷巖體對甲類異常有明顯影響。

2)乙類異常。在兩深大斷裂之間的次級斷裂根部，在劃分地層界線的下方，異常呈脈狀或豆莢狀產(chǎn)出，具舒緩波狀變化，電性特征為中低阻表現(xiàn)，將此類異常命名為乙類異常。

在Y02線F1、F2斷裂深部，電阻率等值線橫向上梯級變化較陡，且下方有明顯的高阻體存在，結(jié)合地質(zhì)資料推斷為巖體。巖體在Y02線深部有表征，而在Y01線無明顯存在跡象，推斷巖體在Y01線的深度較大，巖體自北東往南西下傾。

綜上所述，結(jié)合已有化探資料分析，兩測線在地表諸多點位有明顯化探異常，且根據(jù)異常發(fā)現(xiàn)多處礦脈，如K9-1、K4礦脈分布在測線兩端，礦脈異常的形態(tài)和分布嚴(yán)格受蝕變破碎帶的控制，異常規(guī)模與蝕變破碎帶規(guī)模成正相關(guān)，在F1、F2等斷裂的膨大和分枝部位及斷裂交匯處異常強度增高，規(guī)模增大。

3.2 鉆探驗證

根據(jù)地質(zhì)地球物理綜合解釋成果后期在Y01線樁號2 200處，推斷F1控礦構(gòu)造帶深部布置一鉆孔ZK901，在甲類異常右側(cè)揭露近100 m厚的礦體、礦化體或蝕變破碎帶，與推斷解釋基本吻合，達(dá)到了預(yù)期勘探效果。

4 結(jié)論

CSAMT由于其信號強、抗干擾能力強、勘探深度大、分辨率高等優(yōu)點，在隱伏銀鉛礦勘查中有著廣泛的應(yīng)用前景，但CSAMT卻又有近場效應(yīng)、分辨力與頻率同步下降等問題的存在，而且抗干擾能力也僅僅是相比較天然場源方法，遠(yuǎn)不能滿足人文干擾越趨嚴(yán)重的當(dāng)代對方法本身的要求，使得其實際應(yīng)用效果大打折扣。筆者通過實例試驗對上述問題進(jìn)行討論，獲得勘探區(qū)最佳采集參數(shù)，再對實測數(shù)據(jù)優(yōu)選反演方法獲得實際資料的CSAMT電阻率反演斷面圖，進(jìn)而進(jìn)行地質(zhì)地球物理綜合解釋，后期鉆探成果與解釋結(jié)果有較好的對應(yīng)關(guān)系，為CSAMT工作提供了方法借鑒，并為在理論上進(jìn)行觀測系統(tǒng)設(shè)計提供了實例參考。

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