CSAMT法在江西銀珠山銅多金屬礦區(qū)水文地質(zhì)勘查中的應(yīng)用

楊 強(qiáng)，余越星，孟濤濤，方 磊，高海東，曾廣亮

(1.江西省核工業(yè)地質(zhì)調(diào)查院， 江西 南昌 330038；2. 江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局九〇二地質(zhì)大隊，江西 新余 338000)

隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，銅多金屬礦的需求量與日俱增，老礦山的資源枯竭日益臨近，開發(fā)利用新礦山迫在眉睫。銀珠山銅多金屬礦區(qū)地質(zhì)情況復(fù)雜，斷裂縱橫交錯，地下水含量豐富，對銅多金屬的開發(fā)利用提出了嚴(yán)峻的考驗。在礦山開采前需通過水文地質(zhì)勘查為礦山的開發(fā)利用方案提供基礎(chǔ)水文資料，為開采方案的比選提供技術(shù)支持(王家映，1997)。可控源音頻大地電磁法(CSAMT)是一種具有探測深度大、分辨率高、抗干擾能力強(qiáng)等特點的地球物理勘探新技術(shù)。該方法已受到人們的廣泛認(rèn)可，在金屬礦產(chǎn)、地下水、地?zé)岬瓤碧街邪l(fā)揮著重要作用(王若等，2003；任宏等，2017；林建勇等，2020;曾昭發(fā)等,2020;張利,2020;張思遠(yuǎn),2020;張西君等,2020)。

筆者利用CSAMT法對江西銀珠山銅多金屬礦區(qū)進(jìn)行水文地質(zhì)勘查，結(jié)合該地區(qū)已有地質(zhì)及地球物理資料進(jìn)行分析與解譯，基本查明了區(qū)內(nèi)的水文地質(zhì)情況，為下一步礦山開發(fā)利用提供了參考。

1 礦區(qū)地質(zhì)與地球物理特征

1.1 礦區(qū)地層

礦區(qū)廣泛出露的地層有震旦系上統(tǒng)老虎塘組、侏羅系上統(tǒng)，零星出露石炭系下統(tǒng)及第四系等。

(1)震旦系上統(tǒng)老虎塘組(Z2l)，主要分布在礦區(qū)北西及南西部，變質(zhì)程度較深，巖性主要有云母石英片巖、石英云母片巖、黑云斜長片麻巖等。巖石有不同程度的混合巖化作用，形成混合巖化巖石或混合巖等。

(2)石炭系僅在礦區(qū)北部及北東部出露，為一套海陸交互相—淺海相含煤建造及碳酸鹽巖建造。該系劃分為下統(tǒng)梓山組(C1z)和上統(tǒng)黃龍組(C2h)，梓山組(C1z)巖性主要有石英砂礫巖、石英砂巖及紫紅色粉砂巖，間夾炭質(zhì)泥巖及煤線；黃龍組(C2h)為灰白色、紫灰色厚層狀灰?guī)r夾紫紅色薄層狀含泥灰?guī)r、粉砂質(zhì)泥巖。黃龍組與梓山組呈假整合接觸；石炭系與下伏地層呈不整合接觸。

(3)侏羅系在礦區(qū)及外圍廣泛出露，為一套鈣堿性-堿鈣性系列的陸相火山巖系。該系劃分為打鼓頂組(J3d)和鵝湖嶺組(J3e)，二者為假整合接觸或噴發(fā)不整合接觸。

1.2 構(gòu)造

本區(qū)主要構(gòu)造為逆掩推覆構(gòu)造(FD2)，是勘查區(qū)重要控巖控礦構(gòu)造，控制長度約6 km。FD2上盤變質(zhì)巖厚數(shù)十米至數(shù)百米不等，總體走向為北東，傾向北西，傾角變化較大。

1.3 巖漿巖

區(qū)內(nèi)主要出露燕山期花崗巖和加里東期混合花崗巖?；旌匣◢弾r和石英正長斑巖非侵入態(tài)。燕山中期主要形成花崗斑巖、石英正長斑巖及火山碎屑巖，燕山晚期則主要形成流紋斑巖和鉀長花崗斑巖。

1.4 地球物理特征

(1)地磁異常。根據(jù)2010年1∶1萬地面高精度磁測成果(1)江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局九〇二地質(zhì)大隊，2010.江西省貴溪市冷水坑礦田燕山-麻地礦區(qū)1∶1萬地面高精度磁測勘查報告[R].，在區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)有二個正負(fù)梯度較大的磁異常，異常大致呈馬蹄形，一般正值為100～400 nT，負(fù)值為100～200 nT，屬弱磁異常。異常分布于巖體與火山巖的接觸帶，其特征與冷水坑礦田相吻合。區(qū)內(nèi)磁性較強(qiáng)的巖石主要有中細(xì)粒輝石正長巖和鐵錳碳酸鹽巖。根據(jù)異常的分布位置，初步推斷該磁異常為鐵錳碳酸鹽巖所引起。

(2)電性異常。根據(jù)2010年在工作區(qū)北部施測的3條剖面可控源音頻大地電磁測深和15個復(fù)電阻率法測點資料(2)江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局九〇二地質(zhì)大隊，2010.江西省貴溪市冷水坑礦田燕山-麻地礦區(qū)復(fù)電阻率(CR)法補(bǔ)充勘查報告[R].，認(rèn)為①推斷地表出露的震旦系屬推覆體，厚度為200 m左右，局部較厚；基底為震旦系或前震旦系。②勘查區(qū)范圍內(nèi)普遍存在巖體侵入。③發(fā)現(xiàn)的4處相對較高的充電率異常，認(rèn)為其中3處與礦化現(xiàn)象相關(guān)，與地球化學(xué)異常有一定的相關(guān)性。

(3)巖石電性特征。根據(jù)以往對ZK10025，ZK10026，ZK15701，ZK12580，ZK21101，ZK21102，ZK21103等7個鉆孔巖芯電性的測定結(jié)果(表1)，并結(jié)合地表巖石標(biāo)本電性測定資料，本區(qū)可分為3個電性層。①高阻電性層，主要巖性為混合花崗巖、流紋斑巖、熔結(jié)凝灰?guī)r、正長斑巖、玢巖、偉晶巖類等，其實測電阻率相對較高，一般大于1 500 Ω·m，構(gòu)成本區(qū)高阻背景場，即加里東期巖漿巖以脈狀形式穿插各地層之中，規(guī)模不大。②中阻電性層，屬震旦系老虎塘組淺變質(zhì)巖系。③低阻電性層，主要巖性為花崗斑巖、晶屑凝灰?guī)r，其量值一般低于800 Ω·m，花崗斑巖規(guī)模相對較小，低阻異常背景主要反映侏羅系晶屑凝灰?guī)r。若花崗斑巖侵位于晶屑凝灰?guī)r，僅靠電阻率特性難以區(qū)分，此2類巖性均為本區(qū)控礦層組。在對各電性層具體地質(zhì)屬性劃分時，需結(jié)合區(qū)內(nèi)地層巖性分布及時空組合關(guān)系綜合考慮。視電阻率斷面異常表現(xiàn)形式取決于電性層的厚度、深度及空間組合關(guān)系。

表1 銀珠山銅多金屬礦區(qū)外圍鉆孔巖芯電性參數(shù)Table 1 Electrical parameters of drill core in Yinzhushan copper poly-metallic deposit

侏羅系晶屑凝灰?guī)r可作為工作區(qū)標(biāo)志性電性層，因其相對其他地層低阻特征十分明顯。震旦系變質(zhì)雜砂巖、千枚巖及混合花崗巖電阻率相對較高，一般都可達(dá)數(shù)千 Ω·m，呈高阻異常特征，與巖體(花崗斑巖除外)電阻率在同一個量級，單從電阻率差異上難以將其劃分，但巖體與震旦系巖性異常形態(tài)特征不同，前者主要為不同規(guī)則可疊加于其他早時代地層之上，后者異常范圍嚴(yán)格受地層分布范圍控制。

2 野外工作方法與技術(shù)

2.1 CSAMT方法原理

CSAMT法是針對大地電磁測深法(MT)的場源隨機(jī)性、信號微弱和觀測困難的弱點，改用人工控制場源以獲得更好的探測效果的一種電磁測深法。它通過改變發(fā)射源的發(fā)射頻率達(dá)到測深目的，用測量相互正交的電場和磁場分量計算卡尼亞視電阻率和阻抗相位(林建勇等，2020)。

卡尼亞視電阻率：

阻抗相位：

φz=φEx-φHy

式中，ρs為卡尼亞視電阻率(Ω·mv)；f為頻率(Hz)；Ex為水平電場分量(V/m)；Hy水平磁場分量(A·m)，φz為阻抗相位。

CSAMT采用人工源，具有較強(qiáng)的抗干擾能力，且更容易獲得對地電變化較靈敏的相位信息、野外數(shù)據(jù)質(zhì)量高、重復(fù)性好，解釋與處理方法簡單、解釋剖面橫向分辨率高、勘探深度較大及工作成本低廉、高阻層屏蔽作用小等特點；其不足之處是場源效應(yīng)影響時常存在，靜偏移嚴(yán)重，受地形的影響較大(傅良魁，1983；葛純樸等，2007)。

2.2 工作布置

結(jié)合礦區(qū)地質(zhì)特征及工作目的，布置3條CSAMT法測線(圖1)，分別為L133線、L123線、L3線，剖面總長6.12 km，測點點距40 m。L133線、L123線剖面方位135°，測點樁號從北西至南東按順序編號；L3線剖面方位45°，測點樁號從南西至北東按順序編號。收發(fā)距為18.8 km，供電偶極距為1.4 km，人工場源布置方位與測線方向平行，測線觀測范圍在場源偶極AB中垂線兩側(cè)30°夾角范圍內(nèi)。CSAMT法測量采用V8系統(tǒng)主機(jī)接收。布置6個電道(Ex)和1個磁道(Hy)，最低工作頻率為1 Hz，最高工作頻率為9 600 Hz。磁探頭長軸方向垂直于電偶極方向布設(shè)；發(fā)射與接收采用GPS衛(wèi)星時間同步，精度為0.1 ns。

圖1 礦區(qū)CSAMT法測線布置圖Fig.1 The arrangement sketch showing the CSAMT method of the mining area1.第四系；2.侏羅系鵝湖嶺組；3.震旦系老虎塘組；4.混合花崗巖；5.石英正長斑巖；6.燕山早期花崗斑巖；7.燕山晚期流紋斑巖；8.燕山晚期正長花崗斑巖；9.石炭系梓山組；10.CSAMT法實測點位及測線編號；11.SIP測線及實測極(點)位

3 資料處理與成果解釋

3.1 資料處理

數(shù)據(jù)采用成都理工大學(xué)MTsoft2D軟件進(jìn)行處理，包括近場校正、去除跳點、靜態(tài)位移校正、電阻率反演結(jié)果成圖等數(shù)據(jù)處理流程(葛純樸等，2007)。電法的地質(zhì)解釋主要是根據(jù)實測視電阻率斷面圖結(jié)合區(qū)內(nèi)地表地質(zhì)及鉆孔情況進(jìn)行電阻率對比判斷，從而確定異常源的地質(zhì)屬性，最終繪制地質(zhì)推斷成果圖(雷曉東等，2018；余永鵬等，2012；龔顯坤等，2014；何國麗等2018)。

3.2 成果解釋

3.2.1 解釋依據(jù)

參考區(qū)內(nèi)2008年施測的SIP法L123(圖2)參數(shù)異常特征及資料解釋結(jié)論(3)江西省地質(zhì)礦產(chǎn)開發(fā)局九○二地質(zhì)大隊，2008.江西省貴溪市冷水坑礦安燕山-麻地礦區(qū)頻譜激電法(SIP)勘查報告[R].，其中與CSAMT法關(guān)系密切的為視電阻率參數(shù)異常，ρs異常斷面圖反映地電結(jié)構(gòu)為3層地電結(jié)構(gòu)單元。ρs1異常區(qū)量值達(dá)1 000 Ω·m以上，為相對高阻電性層；ρs2異常區(qū)范圍較大，與東南段ρs5相連為一整體低阻異常，呈一底部寬大的“U”形圍繞上部高阻電性層分布，其阻值<400 Ω·m，該區(qū)域等值線分布均勻，走向明顯，向高阻異常中心勻緩遞增，反映其電性層厚度相對穩(wěn)定，規(guī)模較大，屬侏羅系火山巖；ρs3異常區(qū)主要反映上部推覆體的分布，在斷面圖上，ρs3異常值<1 000 Ω·m，反映較高阻地質(zhì)體主體在斷面控制深度以淺，推覆體自西南向東北呈臺階式減薄，一方面反映推覆構(gòu)造的多期次性，另一方面預(yù)示著測區(qū)存在北西向斷裂。ρs1與ρs2高、低阻異常以較密集梯級帶過渡，兩種巖性的接觸面亦是FD2斷裂位置。

圖2 L123線SIP法電阻率參數(shù)異常圖(4)江西省地質(zhì)礦產(chǎn)開發(fā)局九○二地質(zhì)大隊，2008.江西省貴溪市冷水坑礦安燕山-麻地礦區(qū)頻譜激電法(SIP)勘查報告[R].Fig.2 Resistivity parameter anomaly of SIP method of Line123

通過以上研究認(rèn)為：①上部加里東期混合花崗巖與震旦系老虎塘組是以推覆體形式覆蓋于侏羅系火山巖之上，似一柄朝東之“勺”狀，西厚東薄呈臺階式變化；本次測線L133及L123北西段過推覆體，厚度往南東逐漸變??；②侏羅系主要分布于在推覆體之下，呈東部厚度較大之特征；③燕山期巖體較發(fā)育，穿插于推覆體、侏羅系及其深部；④高充電率異常主要分布在L123線北西部，550 m深度以淺，具較大分布范圍，為成礦有利部位。

3.2.2 各條測線成果解譯

本次研究對L133、L123、L3線反演電阻率斷面分別進(jìn)行了地質(zhì)解譯(圖3，4)。

圖3 L133線反演電阻率斷面及地質(zhì)解釋圖Fig.3 Diagram showing the inversion resistivity cross section of L133 line and the geological interpretation map

(1)L133線反演電阻率斷面及地質(zhì)解譯成果。圖3為CSAMT法L133線視電阻率反演斷面及推斷地質(zhì)成果圖，測線方位135°，剖面長2 880 m。其中頻譜曲線類型小號端大部分為“H型曲線”，樁號1 360號點兩側(cè)曲線差異較大，推測為電阻率過渡界面，樁號1 500至2 800段“H型曲線”中部電阻率值明顯低于高頻段和低頻段，推測中部為一相對低阻地層所致，樁號3 100南東曲線形態(tài)由“H型”向“A型”過渡，說明巖性已發(fā)生變化，南東端淺部呈低阻異常特征，深部呈相對高阻異常特征。

視電阻率反演斷面垂向上總體呈高—低—高的3層“H型”空間分布特征，結(jié)合鉆孔ZK13307揭露的地層分布規(guī)律，推斷淺部為震旦系老虎塘組與混合花崗巖，中部為侏羅系火山巖，底部為石炭系與震旦系老虎塘組。其中1 000樁號地表至1 800樁號-500 m標(biāo)高一線存在一條低阻異常帶，并在1 500樁號-300 m標(biāo)高處左右兩側(cè)具有明顯的電阻率差異，結(jié)合地質(zhì)資料推斷為斷裂破碎帶(FD4)的反映，該斷裂傾向南東、傾角>40°；2 000樁號地表至2 300樁號-100 m標(biāo)高一線的低阻異常帶，推斷為斷裂破碎帶FD3，其傾向東南，傾角>40°；2 500樁號地表往北西端1 000樁號-300 m標(biāo)高一線存在一條明顯視電阻率異常梯級帶，根據(jù)ZK13307鉆孔，在標(biāo)高-65～-85 m揭露到構(gòu)造角礫巖。因此推斷該視電阻率異常梯級帶應(yīng)為推覆斷裂FD2的反映，該斷裂為巖性分界面，上部為震旦系老虎塘組與混合花崗巖、下部為侏羅系鵝湖嶺組；3 300樁號地表往北西2 000樁號-1 300 m標(biāo)高一線兩側(cè)具有明顯不同的電性異常特征，其北西側(cè)為低阻、東南側(cè)為總體高阻特征，其空間位置與區(qū)域斷裂FD1相吻合，因此推斷該視電阻率異常梯級帶應(yīng)為區(qū)域斷裂FD1的反映。

此外，在1 500至3 000樁號段的中深部存在大范圍的低阻異常區(qū)，而地層均為侏羅系火山巖，此處地表河流水系發(fā)育，ZK13307鉆孔在鉆進(jìn)過程中有揭涌、漏水現(xiàn)象。因此推斷該低阻異常區(qū)是由于侏羅系火山巖強(qiáng)賦水性引起。

(2)L123線反演電阻率斷面及地質(zhì)解譯成果。圖4a為L123線視電阻率反演與推斷地質(zhì)成果圖，測線方位315°，測線剖面長1 440 m(36個CSAMT法物理點)，北西段與2008年施測的L123線SIP法部分重合，SIP法樁號9 300至10 300與CSAMT法樁號1 200至2 200段重合。CSAMT法L123線視電阻率異常特征與L133線異常特征類似。斷面中部的相對低阻異常規(guī)模從L133線的樁號1 500至3 000縮小至L123線樁號1 800至2 600，垂向上變化不大。

圖4 L123和L3線反演電阻率斷面及地質(zhì)解釋圖Fig.4 Diagram showing the inversion resistivity cross section of L123 and L3 lines and the geological interpretation map

(3)L3線反演電阻率斷面及地質(zhì)解譯成果。圖4b為L3線CSAMT法視電阻率反演與推斷地質(zhì)成果圖，測線方位45°，剖面總長1 800 m。圖4b中上部頻譜曲線圖中大部分曲線以高頻(淺部)視電阻率偏高、低頻(深部)視電阻率相對偏低異常特征，樁號1 900至2 000段及2 300至2 400段曲線中部呈相對低阻異常特征，推測為一套相對低阻異常的地層反映。

視電阻率反演斷面圖從縱向上分析，呈淺部高阻、深部低電阻率異常特征。其中相對高電阻率異常區(qū)推斷為震旦系老虎塘組與混合花崗巖的綜合反映，相對低阻異常區(qū)為侏羅系鵝湖嶺組火山巖反映，二者分界面推斷為構(gòu)造斷裂帶(FD2)的反映，斷裂走向與測線近似平行。橫向上1 000樁號地表至1 400樁號-500 m標(biāo)高以及1 850樁號地表至1 750樁號-400 m標(biāo)高兩處的相對低阻異常帶推斷為含水?dāng)嗔哑扑閹D3的反映；2 400樁號地表至2 300樁號-150 m標(biāo)高的相對低阻異常帶推斷為傾向北西的次級含水?dāng)嗔哑扑閹У姆从场?/p>

4 結(jié)論

通過本次CSAMT法勘探工作，有如下認(rèn)識：

(1)驗證了北東向主斷裂構(gòu)造FD1、FD2的空間分布特征，且FD2為主導(dǎo)水構(gòu)造帶，并推斷了北西向次級含水?dāng)嗔褬?gòu)造帶FD3、FD4。

(2)受導(dǎo)水?dāng)嗔褬?gòu)造帶作用，區(qū)內(nèi)圈定了一個封閉于侏羅系鵝湖嶺組之中的相對低阻異常區(qū)，并推測該低阻異常區(qū)地層中充填水。

(3)利用CSAMT法在低阻區(qū)域進(jìn)行斷裂儲水構(gòu)造的區(qū)分和對礦區(qū)深部進(jìn)行水文地質(zhì)勘查具有較好的效果。