重磁電三維反演在下嘎來奧伊河上游礦區(qū)中的應(yīng)用

李少朋，李桐林，鄭軍，陳漢波，張忠禹

1．吉林大學(xué) 地球探測科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，長春 130026；2．黑龍江省地球物理勘查院，哈爾濱 150036；3．中國石油集團 東方地球物理勘探有限責(zé)任公司，天津 300457

0 引言

近些年，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，中國對多金屬礦產(chǎn)的需求越來越大?？辈橹攸c逐漸由淺層向中深部隱伏礦床轉(zhuǎn)移，隨之而來的就是找礦難度的不斷加大，作為中深部找礦的重要手段，綜合物探方法起著越來越重要的作用。

大興安嶺是中國重點成礦區(qū)之一，可劃分出4個成礦帶，從南到北包括：①華北地臺北(外)緣早古生代增生造山帶西拉木倫鉬鉛鋅銅鈾銀成礦帶；②大興安嶺中南段晚古生代增生造山帶大興安嶺中南段鉛鋅銀銅錫鐵鉬成礦帶；③大興安嶺中北段晚古生代增生造山帶大興安嶺中北段銅鉬鉛鋅鐵成礦帶；④德爾布干斷裂帶北西側(cè)額爾古納河流域的新元古代興凱期增生造山帶額爾古納銅鉛鋅銀鉬成礦帶[1]。本次研究區(qū)下嘎來奧伊河上游礦區(qū)屬于額爾古納銅鉛鋅銀鉬成礦帶(圖1)，位于額爾古納地塊的額木爾山中間隆起帶與大興安嶺中斷陷帶(火山巖帶)接合部位的西段，研究區(qū)域具體范圍是122°55′23″～122°55′27″E，52°12′44″～52°13′42″N。

在本研究區(qū)，2001年黑龍江省地礦局對滿歸幅進行了1∶20萬重力測量(包括本區(qū))；2008年，黑龍江省物勘院對本工作區(qū)進行普查工作，主要包括1∶10 000地質(zhì)簡測10.5 km2，1∶5 000高精度磁測15.31 km2等，編寫了《黑龍江省大興安嶺呼中區(qū)下嘎來奧伊河上游鉛鋅多金屬礦普查報告》；2009—2011年黑龍江省物勘院又對工區(qū)內(nèi)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ號礦帶開展詳查工作，其中包括1∶2 000地質(zhì)簡測4.25 km2，1∶10 000水文地質(zhì)簡測16.31 km2，激電聯(lián)剖點378個，激電測深點30個，并進行了二維反演[2-3]，編寫了《黑龍江省大興安嶺呼中區(qū)下嘎來奧伊河上游鉛鋅多金屬礦Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ號礦帶詳查報告》。

這些以往的工作中，雖然對下嘎來奧伊河上游礦區(qū)內(nèi)矽卡巖礦體的成礦區(qū)域進行了預(yù)測，并且對一些預(yù)測區(qū)域進行了打鉆驗證，取得一些成果。但還是存在以下不足：①以往采取的物探方法不能較好地突出矽卡巖礦體的地球物理特征，從而對一些隱伏礦體的預(yù)測不夠準確；②數(shù)據(jù)處理采用的都是二維反演，而淺層的地質(zhì)目標多表現(xiàn)為三維電性結(jié)構(gòu)，若僅進行一維或二維的反演解釋，不可避免地將會受到三維不均勻性影響[4-5]，所以在數(shù)據(jù)處理上也不能夠保證準確性。只有在數(shù)據(jù)采集上采用適合矽卡巖型礦區(qū)地質(zhì)條件、礦體特征的野外物探方法，在數(shù)據(jù)處理上采用三維反演[6-8]，才能更加準確地對隱伏礦體進行預(yù)測。

研究何種物探組合方法更加適合矽卡巖[9-11]礦區(qū)，國內(nèi)已經(jīng)有了實際案例。周立國[12]將高精度磁測、激電中梯和四極測深法應(yīng)用于青海省哈德爾甘南地區(qū)和阿日特克山地區(qū)矽卡巖礦區(qū)，結(jié)果表明，采用的綜合物探方法在追索矽卡巖礦化帶、確定目標體產(chǎn)狀等方面發(fā)揮著重要作用。任喜榮等[13]將綜合物探方法應(yīng)用于青海省鴨子溝矽卡巖礦區(qū)，利用激電中梯、地面高精度磁測和電測深剖面對地下矽卡巖礦體進行追蹤，圈定預(yù)測成礦區(qū)，對下一步的鉆探工作起到有效地指導(dǎo)作用。

綜合上述實際應(yīng)用分析，結(jié)合此次研究區(qū)域的特點，確定采用以三維激電為主，地面高精度磁法[14]和高精度重力為輔的綜合物探方法，對采集到的數(shù)據(jù)進行三維反演，建立下嘎來奧伊河上游礦區(qū)的三維重、磁、電地球物理模型。分析總結(jié)工區(qū)內(nèi)兩處已知矽卡巖礦體在三維反演結(jié)果上的對應(yīng)規(guī)律，圈定新的成礦預(yù)測區(qū)。

1 礦區(qū)地質(zhì)概況

礦區(qū)內(nèi)地層有上元古界—下寒武統(tǒng)倭勒根巖群吉祥溝組和早白堊世光華組。出露的地層主要為上元古界—下寒武統(tǒng)倭勒根巖群變質(zhì)巖，侵入巖呈基底產(chǎn)出，中生代早白堊世火山巖及侵入巖相伴產(chǎn)出，構(gòu)成蓋層。礦區(qū)受區(qū)域上的北東向盤古河—卡馬蘭河深大斷裂南段的次一級北西向蘇魯烏亞河斷裂和東西向的下嘎來奧伊河斷裂控制。礦體的圍巖為大理巖、矽卡巖、閃長巖及角巖，局部有角巖化片巖(圖2)，且多呈脈狀、似脈狀、似層狀、扁豆狀和巢狀等，較大礦體具膨脹收縮和分支復(fù)合現(xiàn)象。

圖1 研究區(qū)域位置圖Fig.1 Location of study area

1.現(xiàn)代沖積層、砂、砂礫；2.凝灰?guī)r、凝灰熔巖、含礫凝灰?guī)r、含角礫凝灰熔巖；3.英安巖、流紋質(zhì)英安巖；4.流紋巖、流紋質(zhì)凝灰熔巖、英安質(zhì)流紋巖；5.石英巖、變砂巖；6.片理化變酸性砂巖、變流紋巖；7.片理化變中性火山巖、變安山巖；8.片巖、絹云母片巖、絹云綠泥石片巖、石英片巖；9.厚層狀大理巖、局部夾薄層狀大理巖；10.花崗閃長巖；11.細?；◢弾r；12.斜長花崗巖；13.二長花崗巖；14.花崗斑巖；15.閃長巖；16.中-中細?；◢忛W長巖；17.中細?；◢弾r；18.流紋巖；19.石英巖；20.花崗斑巖；21.閃長巖；22.矽卡巖；23.角巖；24.地質(zhì)界線；25.不整合界線；26.推測斷層及編號；27.鐵礦體；28.鉛鋅礦體；29.研究區(qū)范圍。圖2 研究區(qū)地質(zhì)圖Fig.2 Geological map of study area

2 數(shù)據(jù)采集

2.1 野外測網(wǎng)布置

在下嘎來奧伊河上游礦區(qū)布置測網(wǎng)，測區(qū)內(nèi)共有32條測線，測線方位為北東45°。測點間距與測線間距都是40 m，每條測線上有20個測點。圖3為測點位置示意圖，其中五角星標出的測線為供電點位置，1線、2線為反演的三維地質(zhì)模型切片位置。

圖3 三維激電測量布極位置Fig.3 Polar position of 3D IP measurement

2.2 野外數(shù)據(jù)采集

三維激電野外工作采用加拿大GDD instrumentation公司的大功率直流激電系統(tǒng)。采用三極測深裝置，將多道接收機布設(shè)于多條測深剖面上。工區(qū)內(nèi)共用一個“無窮遠”極，“無窮遠”A極布設(shè)在垂直面元主測深剖面的中垂線上。供電電極B布設(shè)31個，分布在垂直、平行于測線的兩個方向上。在多道接收電極MN全部布設(shè)完畢后，逐點移動供電電極B，獲取不同位置的多道數(shù)據(jù)，進行垂直、平行于測線的兩個方向的MN測量。

重力工作采用的儀器為加拿大Scintrex公司生產(chǎn)的全自動型CG-5型重力儀，對重力儀進行靜態(tài)試驗、動態(tài)試驗和多臺重力儀的一致性試驗后，完成了工區(qū)的重力數(shù)據(jù)測量。高精度磁測工作使用的是加拿大GEM公司生產(chǎn)的GSM-19T型高精度微機質(zhì)子旋進磁力儀。對磁力儀進行儀器噪聲水平、儀器一致性測定，完成工區(qū)的磁法數(shù)據(jù)測量。

3 數(shù)據(jù)處理與解釋

對野外所采集的數(shù)據(jù)進行三維反演，得到密度、磁化率、極化率和電阻率的三維地質(zhì)模型。

礦區(qū)內(nèi)早寒武世倭勒根巖群、早白堊世的侵入巖中成礦物質(zhì)含量偏高，為成礦作用提供了充分的物質(zhì)來源。北東向盤古河—卡馬蘭河作為工區(qū)內(nèi)的深大斷裂，為成礦熱液流動和沉淀提供了重要場所。下嘎來奧伊河上游矽卡巖礦區(qū)就是在這樣的條件下形成的，中酸性的早白堊世花崗侵入巖作為侵入體與倭勒根巖群吉祥溝組大理巖接觸交代形成矽卡巖和礦體。

分析兩處已知礦體在反演結(jié)果中的對應(yīng)規(guī)律:已見礦體1：①在工區(qū)內(nèi)，花崗閃長巖的磁性較強，因為矽卡巖礦體的形成與早白堊世花崗閃長巖、花崗斑巖有直接關(guān)系，所以在反演結(jié)果上對應(yīng)高磁化率(圖4a、圖5a);②倭勒根巖群吉祥溝組的大理巖、早白堊世的花崗閃長巖本身都為高電阻率，但是在矽卡巖化后，成礦區(qū)域電阻率明顯降低，使得賦礦區(qū)域?qū)?yīng)低阻(圖4d、圖5d、圖6d);③工區(qū)內(nèi)的極化率背景較低，大理巖本身極化率也較低，但是當(dāng)成礦熱液與大理巖發(fā)生接觸交代后，經(jīng)過蝕變的大理巖表現(xiàn)為高阻。所以礦體在極化率上對應(yīng)高極化率(圖4c、圖5c、圖6c)。綜合上述分析，已見礦體1在反演結(jié)果上對應(yīng)著低阻、高極化。已見礦體2：分布在區(qū)域的北東部(圖4a)，主要是大理巖、矽卡巖，其在反演結(jié)果上也對應(yīng)著低阻(圖4d)、高磁化率(圖4a)和高極化率(圖4c)。

根據(jù)已見礦體在磁化率、密度、極化率和電阻率的對應(yīng)規(guī)律，對研究區(qū)域內(nèi)可能見礦的區(qū)域進行分析，圈定一處成礦預(yù)測區(qū)(圖4a-d)。在該預(yù)測礦區(qū)分布著凝灰?guī)r與斜長花崗巖，凝灰?guī)r富含CaCO3，與花崗巖易發(fā)生交代作用，形成矽卡巖礦體。且該預(yù)測區(qū)在反演結(jié)果上也對應(yīng)著高磁化率、高極化和低阻異常。在深度上，異常范圍可以延伸至100 m±(圖5c、d，圖6a、c、d)，因此把該預(yù)測區(qū)域作為目標區(qū)域，可做進一步研究。

a.磁化率；b.密度；c.極化率；d.電阻率。圖5 三維反演結(jié)果沿xz方向切片圖(切片位置如圖3中2線)Fig.5 3D inversion results slice along xz direction

a.磁化率；b.密度；c.極化率；d.電阻率。圖6 三維反演結(jié)果沿yz方向切片圖(切片位置如圖3中1線)Fig.6 3D inversion results slice along yz direction

4 結(jié)論

(1)在黑龍江省大興安嶺呼中區(qū)下嘎來奧伊河上游矽卡巖礦區(qū)開展綜合物探工作，對采集到的數(shù)據(jù)進行三維反演，通過總結(jié)工區(qū)內(nèi)兩處已知礦體在反演結(jié)果上的對應(yīng)規(guī)律，得出低阻、高極化率和高磁化率異常是矽卡巖型礦體的重要標志。根據(jù)該找礦標志，在工區(qū)內(nèi)圈定一處新的成礦預(yù)測區(qū)。

(2)采用的三維激電法、地面高精度磁法和高精度重力是勘查矽卡巖型礦區(qū)的有效物探方法組合，可為大興安嶺成礦帶北段勘查同類型礦產(chǎn)提供借鑒和指導(dǎo)。