激電中梯和激電測深在石英脈型金礦勘查中的應(yīng)用研究

沈立軍，朱裕振，李小彥

(山東省煤田地質(zhì)規(guī)劃勘察研究院，中國地球物理學(xué)會(huì)煤田地球物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 濟(jì)南 250104)

0 引言

激發(fā)極化法作為電法勘探的方法之一，是金屬礦床預(yù)測及找礦勘探中的最常用的地球物理方法[1]。激電中梯和激電測深在鉛鋅礦[2-4]、銅礦[5-7]、鉬礦[8-9]、鎢礦[10]及金礦[11-12]等與硫化物有關(guān)的金屬礦床勘查中發(fā)揮了重要作用。膠東金礦有多種金礦化類型，以蝕變巖型金礦和石英脈型金礦為主[13-14]，金礦的形成常與黃鐵礦等硫化物等有密不可分的聯(lián)系，這為采用激發(fā)極化法尋找深部金礦體奠定了基礎(chǔ)[15]。

范家莊金礦位于牟乳金成礦帶內(nèi)，該成礦帶為膠東三大成礦帶(膠西北、棲蓬福、牟乳)之一[16-17]，近年在下潘格莊[18]、雙山屯[19]等地均取得了一定的找礦進(jìn)展，范家莊即為在下潘格莊及雙山屯金礦東側(cè)新發(fā)現(xiàn)的金礦床。前人對該范家莊金礦開展了一定的研究工作，沈立軍等[20]總結(jié)了礦床基本地質(zhì)特征，分析了找礦潛力；黃鑫[21]研究了區(qū)內(nèi)圍巖蝕變特征，并劃分了成礦期次；張銘等[22]通過穩(wěn)定同位素分析認(rèn)為礦床成礦物質(zhì)來源于地殼和地幔的混合，且以地幔物質(zhì)為主；王懷洪等[23]利用原生暈地球化學(xué)方法分析了礦床深部成礦潛力；劉曉陽等[24]通過對區(qū)內(nèi)埃達(dá)克質(zhì)巖研究認(rèn)為區(qū)內(nèi)花崗巖侵位于晚侏羅世，低鎂埃達(dá)克巖的地球動(dòng)力學(xué)背景為軟流圈上涌導(dǎo)致加厚地殼部分熔融。以往研究集中于地質(zhì)特征和礦床成因的總結(jié)，尚缺乏地球物理找礦方法的系統(tǒng)研究。本文對激電中梯和激電測深方法在本礦床的應(yīng)用進(jìn)行了系統(tǒng)研究，探討了該方法在石英脈型金礦勘查中方法有效性，指出了該區(qū)找礦方向，為方法應(yīng)用和該區(qū)進(jìn)一步勘查工作奠定基礎(chǔ)。

1 礦區(qū)地質(zhì)與地球物理特征

范家莊金礦位于秦嶺—大別—蘇魯造山帶內(nèi)昆崳山—乳山凸起的西北部(圖1)[25]。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，金礦床多沿NNE向或NE向的含礦斷裂帶分布，成礦地質(zhì)條件優(yōu)越。

圖1 范家莊金礦大地構(gòu)造位置圖Fig.1 Tectonic location map of Fanjiazhuang gold deposit牟平凹陷冶頭凹陷王格莊凸起昆崳山—乳山凸起

1.1 地質(zhì)特征

區(qū)內(nèi)基巖出露情況較好，基巖出露區(qū)面積約占普查區(qū)總面積的2/3。出露地層有古元古界荊山群祿格莊組；第四系更新統(tǒng)大埠組、全新統(tǒng)沂河組(圖2)。古元古界荊山群僅出露在礦區(qū)西南部，巖性以灰綠色、灰色黑云斜長片麻巖為主。第四系更新統(tǒng)大埠組由褐黃色含礫中細(xì)砂組成，沂河組下部多為粗粒相的砂卵礫石，上部多為灰黃色含礫砂質(zhì)黏土。

礦區(qū)位于牟平—即墨斷裂帶北端東側(cè)，區(qū)內(nèi)主要構(gòu)造特征表現(xiàn)為斷裂構(gòu)造。斷裂以NNE向、NE向斷層為主，也發(fā)育少量NW向斷層。NNE向斷層為本區(qū)主要構(gòu)造(圖2)，也是主要的控礦構(gòu)造。NNE向斷層延伸長度一般較大，為0.5～5 km。走向一般為5°～20°，傾角一般為65°～85°，多為壓扭性斷層，為成礦期構(gòu)造。

區(qū)內(nèi)僅發(fā)育侵入巖，遍布全區(qū)。其巖性主要為中生代玲瓏序列九曲單元弱片麻狀黑云二長花崗巖和新元古代榮成序列玉林店單元片麻狀中粒含黑云二長花崗巖。九曲單元弱片麻狀黑云二長花崗巖主要發(fā)育于除東南部外的普查區(qū)大部，巖石呈淺灰色、灰白色，風(fēng)化后呈淺黃褐色。鱗片狀花崗結(jié)構(gòu)、交代結(jié)構(gòu)，弱片麻狀構(gòu)造。主要組成礦物：鉀長石(31.64%)、斜長石(31.28%)、石英(30.84%)、黑云母(4.19%)、角閃石(8.57%)。玉林店單元片麻狀中粒含黑云二長花崗巖主要發(fā)育于區(qū)內(nèi)東南部，少量發(fā)育于西南部，北部零星發(fā)育，顏色為淺灰色、灰白色，細(xì)?；◢徑Y(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造，成分主要由斜長石、鉀長石、石英、微量黑云母等組成，斑晶含量一般約占5%，粒徑為5～7 mm，基質(zhì)粒徑為0.3～2 mm，該巖體是本區(qū)金礦的次要圍巖。

1.2 地球物理特征

礦區(qū)內(nèi)主要巖、礦石物性參數(shù)測定結(jié)果見表1，可見區(qū)內(nèi)大理巖幅頻率平均值為0.44%，黑云二長花崗巖幅頻率一般為0.24%～2.08%，平均為1.06%，花崗巖分布區(qū)幅頻率低而穩(wěn)定。花崗巖經(jīng)褐鐵礦化蝕變后幅頻率變化不大(1.16%)，但經(jīng)黃鐵礦化蝕變后幅頻率明顯升高，最高達(dá)97.42%，平均為22.67%，與正常巖性有明顯的差異。由此可知，黃鐵礦化蝕變巖則會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的極化場，從而在平穩(wěn)的背景場中形成局部異常。在蝕變巖型金礦中，金礦以不同形態(tài)沿黃鐵礦裂隙或晶隙充填，因此黃鐵礦化強(qiáng)的地段，往往金品位也高，也就是說，一般幅頻率高的異常見礦率高。所以，可根據(jù)局部異常的分布，判斷含金蝕變帶內(nèi)硫化物富集體的存在。

圖2 礦區(qū)地質(zhì)簡圖Fig.2 Geological sketch map of Fanjiazhuang gold mining area1—沂河組 2—大埠組 3—祿格莊組 4—九曲單元 5—玉林店單元 6—地質(zhì)界線 7—壓性斷層及編號 8—壓扭性斷層及編號 9—實(shí)測性質(zhì)不明斷層及編號 10—推測性質(zhì)不明斷層及編號 11—金礦化帶及編號 12—金礦體及編號 13—金礦區(qū)范圍

表1 巖礦石物性參數(shù)測量結(jié)果Table 1 List of physical parameter of rock and ore

區(qū)內(nèi)高阻巖性為花崗巖，其電阻率平均值為3296 Ω·m，褐鐵礦化蝕變巖的電阻率較低，電阻率平均值為505 Ω·m。所以，當(dāng)花崗巖區(qū)內(nèi)存在破碎蝕變帶時(shí)，一般會(huì)形成低阻異常帶，值得注意的是往往成礦較好的地段會(huì)形成低阻帶內(nèi)的局部高阻，這是因?yàn)楹鸬V石與石英物質(zhì)相伴，從而使其電阻率升高，采集到的黃鐵礦化石英巖電阻率152～6093 Ω·m，平均值為1699 Ω·m，形成低阻帶內(nèi)的局部高阻。

通過標(biāo)本的物性參數(shù)可知，利用幅頻率及電阻率參數(shù)，根據(jù)局部異常圈定礦化蝕變帶及硫化物富集體具備較好的地球物理前提。

2 礦體地質(zhì)特征

普查區(qū)內(nèi)圈定礦體7個(gè)，編號分別為Ⅰ-1、Ⅰ-2、Ⅰ-3、Ⅱ-1、Ⅵ-1、Ⅵ-2、Ⅺ-1號。礦體總體走向總體為NNE向或NE向，傾向SEE或西，傾角一般大于65°，Ⅰ-1號～Ⅰ-3號3條礦體均受同一條斷層控制，Ⅵ-1、Ⅵ-2受同一斷裂控制，呈現(xiàn)“尖滅再現(xiàn)”特征。其中Ⅵ-1號礦體為主礦體。

Ⅵ-1號礦體：賦存于Ⅵ號礦化蝕變帶中，礦體呈脈狀產(chǎn)出，傾向125°，傾角69～85°，向深部延伸傾角有變陡趨勢。區(qū)內(nèi)控制長約240 m，傾斜控制深約280 m，賦存高程-215～+60 m；厚1.00～1.60 m，平均真厚度為1.25 m，厚度變化系數(shù)為24.98%，屬厚度變化穩(wěn)定礦體。金品位為2.20×10-6～16.00×10-6，平均品位為4.98×10-6，品位變化系數(shù)為69.11%，屬有用組分分布均勻礦體。賦礦巖性為含金黃鐵礦化石英脈或黃鐵礦化絹英巖，圍巖主要為黑云二長花崗巖。圍巖蝕變主要有鉀化、硅化、綠泥石化、絹英巖化、黃鐵礦化、褐鐵礦化等。礦體深部見礦化，仍有一定找礦前景。

Ⅵ-2號礦體：賦存于Ⅵ號礦化蝕變帶中，礦體呈脈狀產(chǎn)出，礦體傾向112°，傾角62～69°。延伸長約240 m，傾向控制深約135m，賦礦高程-40 m～+90 m，礦體厚0.94～2.17 m，平均真厚度為1.67 m，厚度變化系數(shù)為55.93%，屬厚度變化穩(wěn)定礦體。金品位為1.91×10-6～3.23×10-6，平均品位為2.59×10-6，品位變化系數(shù)為35.70%，屬有用組分分布均勻礦體。賦礦巖性為含金黃鐵礦化石英脈或含金黃鐵絹英巖化碎裂巖，地表礦體為褐鐵礦化硅化碎裂巖，礦體圍巖主要為黑云二長花崗巖。圍巖蝕變主要有硅化、絹英巖化、黃鐵礦化、褐鐵礦化、高嶺土化等。礦體具尖滅再現(xiàn)特點(diǎn)，NE向走向及深部延深未得到完全控制，SW走向延伸見礦化，仍有一定找礦前景。

礦石結(jié)構(gòu)主要為半自形粒狀結(jié)構(gòu)、壓碎結(jié)構(gòu)，次為他形交代結(jié)構(gòu)，礦石構(gòu)造以浸染狀、脈狀為主，見少量角礫狀構(gòu)造。

礦石內(nèi)金屬礦物以黃鐵礦為主，少量黃銅礦、磁黃鐵礦、方鉛礦、閃鋅礦、磁鐵礦、輝鉬礦、毒砂、褐鐵礦、自然金、銀金礦等。非金屬礦物主要為石英、絹云母、綠簾石、綠泥石及次生碳酸鹽礦物等。金礦物主要為自然金，其中黃鐵礦為主要載金礦物。

3 激電異常特征

3.1 技術(shù)方法

本次在范家莊金礦區(qū)內(nèi)開展了1∶1萬激電中梯測量和激電測深工作，推斷深部硫化物富集體分布，為分析金礦(化)體分布提供依據(jù)。

工作使用的儀器為DQ1000型雙頻激電儀，選用5 kW發(fā)電機(jī)作為供電電源。發(fā)送機(jī)工作頻率4 Hz及4/13 Hz，發(fā)送電壓≤800 V，發(fā)送電流≤20 A；接收機(jī)工作頻率4 Hz及4/13 Hz，電位差測量范圍為1 mV～2000 mV，幅頻率測量范圍為-99%～+99%。

激電測深工作選擇“一發(fā)三收”的工作方式，發(fā)送極距AB=1300 m，接收極距MN=20 m，點(diǎn)距20 m，記錄點(diǎn)為MN的中點(diǎn)，旁測距為100 m，測量AB中間860 m段，長剖面的裝置接頭點(diǎn)一般為2個(gè)。根據(jù)采集的ΔU(電位差)、I(電流強(qiáng)度)參數(shù)及K值(裝置系數(shù))，采用公式ρs=K×ΔU/I計(jì)算出視電阻率ρs值。

激電測深工作采用等比對稱四極測深裝置，其主要特點(diǎn)是測量電極M、N隨供電電極A、B的增大對稱地逐漸向兩邊拉開，通過不斷加大AB的距離，以達(dá)到了解地下電性(導(dǎo)電性和激電性)從淺到深變化的目的。

3.2 激電異常平面特征

礦區(qū)視幅頻率背景值(Fa)為2.09%，標(biāo)準(zhǔn)差(σ)為0.51，異常下限確定為Fsx=Fa+σ=2.6。

測區(qū)視幅頻率以低幅頻率背景場為主(圖3a)，數(shù)值多小于2.5%，主要是黑云二長花崗巖圍巖的反映；數(shù)值>2.6%的視幅頻率高值區(qū)集中在測區(qū)西南部，多呈帶狀分布，走向?yàn)镹NE，沿走向方向數(shù)值變化較緩，峰值>3.5%。結(jié)合已有的地質(zhì)資料和實(shí)地踏勘情況分析，視幅頻率高值區(qū)域多數(shù)對應(yīng)礦化蝕變帶、斷裂、裂隙或巖脈發(fā)育部位，推斷這些高值區(qū)礦化發(fā)育，金屬硫化物含量相對較高，是金礦成礦重點(diǎn)區(qū)域。

由測區(qū)激電中梯視電阻率等值線平面圖(圖3b)可知，視電阻率大部分在1000～2000 Ω·m之間，變化范圍較大。在脈巖發(fā)育區(qū)及基巖出露區(qū)，地形復(fù)雜、地勢較高，地表覆蓋層較淺，多分布NNE向的條帶狀高阻異常，同時(shí)由于局部地形起伏較大，對應(yīng)的視電阻率高阻區(qū)呈現(xiàn)一定的跳躍變化特征；在斷裂及礦化蝕變帶附近多分布NNE向低阻異常帶；在測區(qū)西部的第四紀(jì)分布區(qū)，低阻覆蓋層較厚，表現(xiàn)為大面積的低阻區(qū)。

3.3 激電異常推斷解釋

礦區(qū)內(nèi)共圈定出18處激電異常，多呈中低阻高極化特征，視電阻率值為800～2000 Ω·m，視幅頻率為2.6%～6.9%。均呈條帶狀分布，走向多為NNE或近SN向。選取典型激電異常JD11和JD13進(jìn)行推斷解釋。CS1線、CS2線、CS3線、CS4線的視幅頻率擬斷面圖與視電阻率擬斷面圖見圖4。

圖3 范家莊金礦區(qū)激電中梯測量視幅頻率(a)和視電阻率(b)等值線平面圖Fig.3 Contour map of apparent amplitude frequency (a) and apparent resistivity (b) of IP mid-ladder survey in Fanjiazhuang gold mining area

1)JD11異常解釋

JD11異常走向NE，近橢圓狀，長約350 m，寬約150 m，面積約0.05 km2，視幅頻率值為2.6%～3.3%，視電阻率值為1200～1500 Ω·m，呈中阻高極化特征。異常分布于中生代侏羅紀(jì)燕山早期玲瓏序列九曲單元中，緊鄰控礦斷層F6、F11，該異常面積中等，強(qiáng)度中等，經(jīng)槽探、鉆探驗(yàn)證，在異常西部分布NE向的Ⅵ、Ⅺ號金礦化蝕變帶，經(jīng)鉆探驗(yàn)證為為礦致異常。為推斷異常及礦化體在深部的形態(tài)，實(shí)施了CS1線激電測深。

由CS1線視電阻率擬斷面圖(圖4a)，在-2號點(diǎn)及14～24號點(diǎn)附近各有一“V”形低阻異常，推斷點(diǎn)位出發(fā)育斷裂；由視幅頻率擬斷面圖分析，在-6～10號點(diǎn)AB/3=160～550 m處出現(xiàn)了1處激電異常，視幅頻率為2.6%～3.4%；在10～32號點(diǎn)AB/3=0～400 m處出現(xiàn)了1處激電異常，視幅頻率為2.6%～3.2%，異常傾向東，傾角較大。該剖面位于JD11激電異常北端，受F6、F11斷層控制，Ⅵ號礦化蝕變帶位于10號點(diǎn)附近，Ⅺ號礦化蝕變帶位于18號點(diǎn)附近，且激電異常為低阻高極化率異常，推斷為硫化物富集體引起。在18號點(diǎn)附近施工鉆孔，在孔深85～90 m處見絹英巖化黃鐵礦化石英脈；在28號點(diǎn)附近施工鉆孔，在孔深120～125 m和310～315 m段見兩處絹英巖化黃鐵礦化石英脈，分別對應(yīng)Ⅵ、Ⅺ號礦化蝕變帶，帶內(nèi)賦存Ⅵ-1礦體、Ⅺ-1礦體，其中Ⅵ-1礦體是目前已發(fā)現(xiàn)的規(guī)模最大的礦體。

2)JD13異常解釋

JD13異常位于上潘格莊村東北約2 km，L21～L38線210～250號點(diǎn)之間，走向NNE，條帶狀，長約1700 m，寬約200 m，面積約0.38 km2，異常有兩處濃集中心，視幅頻率值為2.6%～3.7%，視電阻率值為1200～1800 Ω·m，呈中阻高極化特征。異常分布于中生代侏羅紀(jì)燕山早期玲瓏序列九曲單元中，F(xiàn)1、F2斷裂NNE向延伸方向。該異常面積較大，強(qiáng)度較大，經(jīng)槽探驗(yàn)證，在異常北端分布3條金礦化蝕變帶，推斷成礦條件有利。為了研究異常深部的形態(tài)，實(shí)施了CS2、CS3等激電測深剖面。

由CS2線視電阻率擬斷面圖(圖4b)，在24～46號點(diǎn)出現(xiàn)一“V”形低阻異常，推斷該點(diǎn)位下方具斷裂發(fā)育；由視幅頻率擬斷面圖分析，在18～42號點(diǎn)AB/3=0～650 m處出現(xiàn)了2處激電異常，視幅頻率為2.6%～4.1%，異常傾向東，傾角約80°。該異常位于JD13激電異常北部，F(xiàn)1、F2斷層北延方向，具低阻高極化率特征，推斷成礦條件有利。推斷在34號點(diǎn)附近為黃鐵礦化蝕變帶，受F2斷層控制，傾向東，傾角大于80°，埋深約100 m；推斷在22點(diǎn)附近為黃鐵礦化蝕變帶，受F1斷層控制，傾向東，傾角70°～80°，埋深約550 m。

圖4 CS1、CS2、CS3、CS4激電測深線綜合剖面圖Fig.4 Comprehensive section map of CS1，CS2，CS3 and CS4 IP sounding lines

由CS3線視電阻率擬斷面圖(圖4c)，在14～22號點(diǎn)與30～34號點(diǎn)各出現(xiàn)一“V”形低阻異常，推斷點(diǎn)位處發(fā)育斷裂，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)圖該異常大致對應(yīng)F1、F2斷裂；由視幅頻率擬斷面圖分析，在14～34號點(diǎn)AB/3=100～950 m處出現(xiàn)了2處激電異常，視幅頻率為2.6%～4.0%，異常傾向東，傾角70°～80°。該異常位于JD13激電異常南部，F(xiàn)1、F2斷層北延方向，且表現(xiàn)為低阻高極化率現(xiàn)象，推斷成礦條件較好。推斷在26號點(diǎn)附近為隱伏黃鐵礦化蝕變帶，受F2斷層控制，傾向東，傾角約70°，埋深為100～250 m；推斷在14點(diǎn)附近為隱伏黃鐵礦化蝕變帶，受F1斷層控制，傾向東，傾角大于80°，埋深為100～600 m。

3)JD17異常解釋

D17異常位于碾子頭村西南約1.1 km，L37～L39線118～126號點(diǎn)之間，走向NNE，近橢圓狀，長約300 m，寬約60 m，面積約0.02 km2，視幅頻率值2.6%～3.3%，視電阻率值為1500～1800 Ω·m，呈中阻高極化特征。異常分布于中生代侏羅紀(jì)燕山早期玲瓏序列九曲單元中，F(xiàn)6斷裂以東。該異常面積與強(qiáng)度一般，西鄰Ⅵ號金礦化蝕變帶，經(jīng)鉆孔驗(yàn)證為礦致異常。為研究異常(礦化體)在深部的形態(tài)，在異常北端部署了CS4線激電測深。

由CS4線視電阻率擬斷面圖(圖4d)，在14號點(diǎn)淺部和18號點(diǎn)深部各存在一“V”形低阻異常，推斷點(diǎn)位處發(fā)育斷裂，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)圖該異常大致對應(yīng)F6斷裂；由視幅頻率擬斷面圖分析，在14號點(diǎn)30 m以淺存在團(tuán)塊狀激電異常，在18號點(diǎn)深部處出現(xiàn)1處串珠狀激電異常，視幅頻率約2.2%～3.4%。該剖面位于JD17激電異常北端，受F6斷層控制，Ⅵ號礦化蝕變帶位于14號點(diǎn)附近，具中阻高極化率特征，推斷為硫化物富集體引起。在該剖面以南40 m號點(diǎn)附近施工探槽及鉆孔，在孔深80.1～81.3 m處見黃鐵絹英巖化碎裂巖，經(jīng)綜合分析認(rèn)為是Ⅵ號礦化蝕變帶，圍巖主要為黑云二長花崗巖。礦化蝕變主要有鉀化、硅化、綠泥石化、絹英巖化、黃鐵礦化、褐鐵礦化等。由此可知，JD17異常為礦致異常，該處Ⅵ號蝕變帶埋深約150 m。

區(qū)內(nèi)另有JD13激電異常雖未進(jìn)行鉆探驗(yàn)證，但異常強(qiáng)度及規(guī)模都較高，且位于F2斷裂帶北延方向，成礦條件較為有利；JD12、JD16、JD18、JD19激電異常位于礦化蝕變帶或斷裂帶附近，成礦條件有利；JD20激電異常規(guī)模較大，呈明顯的低阻、高極化特征，局部見有礦化蝕變現(xiàn)象，也應(yīng)重視。

4 結(jié)論

1)范家莊金礦區(qū)視幅頻率的Fs值一般比背景場高0.5%～1.5%，異常強(qiáng)度中等，F(xiàn)s值最高值約6.9%，一般大于2.6%。

2)區(qū)內(nèi)激電異常多呈條帶狀展布，走向基本與構(gòu)造走向一致，明顯受構(gòu)造控制。

3)經(jīng)鉆探和槽探驗(yàn)證，證實(shí)JD11、JD14、JD17激電異常為礦致異常，證明了激電中梯測量及激電測深方法在區(qū)內(nèi)石英脈型金礦勘查工作中是有效的。

4)礦區(qū)內(nèi)JD13、JD12、JD16、JD18、JD19等異常強(qiáng)度及規(guī)模都較高，成礦條件較為有利，應(yīng)為進(jìn)一步勘查工作的重點(diǎn)。