CSAMT法在湖南某金屬礦床的應(yīng)用

王飛榮，付 波

（江西省煤田地質(zhì)勘察研究院，江西 南昌 330001）

湖南省金井-九嶺地區(qū)位于欽杭成礦帶中，區(qū)內(nèi)冷家溪群古老地層發(fā)育，經(jīng)歷了各期構(gòu)造變動(dòng)、變質(zhì)作用及多期內(nèi)生成礦作用，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，巖漿巖活動(dòng)頻繁，各類異常套合較好，具備良好的成礦地質(zhì)條件和找礦前景，是湖南省十分重要的金、銅、鈷、鉛、鋅等多金屬成礦帶。

可控音頻大地電磁法（簡稱CSAMT）是通過有限長接地導(dǎo)線電流源向地下發(fā)送不同頻率的交變電流，在地面一定范圍內(nèi)測量正交的電磁場分量，計(jì)算卡尼亞電阻率及阻抗相位，達(dá)到探測不同埋深地質(zhì)目標(biāo)體的一種頻率域電磁測深方法。 自80年代以來，方法理論和儀器得到了很大發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展到煤田普查、石油勘探、天然氣、地?zé)帷⒔饘俚V產(chǎn)、水文、環(huán)境等各個(gè)方面。該方法與其它地球物理方法相比，具有工作效率高、勘探深度范圍大、垂向分辨能力好、水平方向分辨能力高、地形影響小、高阻層的屏蔽作用小等特點(diǎn)。因此，根據(jù)評(píng)價(jià)區(qū)實(shí)際情況，本次物探工作采用CSAMT法，作為探礦化帶的主要手段。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

金井-九嶺地區(qū)位于欽-杭結(jié)合帶中段的轉(zhuǎn)彎處，揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)（Ⅰ）江南地軸之湘東隆斷帶（Ⅱ）之瀏陽—衡東斷隆帶（Ⅳ）北東段，是湘東北金礦帶的重要組成部分。北東與江西九嶺隆起相連呈東西向，西與雪峰弧形構(gòu)造帶相接，同屬江南地軸，有相近的發(fā)展歷史，自中元古代（武陵運(yùn)動(dòng)）以來，經(jīng)歷了多次構(gòu)造巖漿活動(dòng)。

1.1 地層

區(qū)內(nèi)出露有中元古界薊縣系、長城系，中生界白堊系及新生界第四系，其中中元古界地層分布最廣，占圖幅面積的五分之三左右，包括長城系與薊縣系，均由具復(fù)理式建造特征的淺海變質(zhì)碎屑巖、變質(zhì)粘土巖組成，分布在金井-九嶺組東西兩段，形成區(qū)內(nèi)的構(gòu)造窿起帶。中元古界地層是區(qū)域內(nèi)金礦的主要賦礦巖石。次為中生界白堊系、新生界第四系；中生代紅層（白堊系）分布在工作區(qū)的中部，為長平盆地的一部分，包括戴家坪組和東塘組，為一套山麓相至湖泊相類磨拉石紅色砂巖、礫巖建造；白堊系地層與中元古界地層呈不整合接觸。其東側(cè)受長坪斷裂控制。

1.2 地質(zhì)構(gòu)造

工作區(qū)位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)南緣之江南地軸中部，地跨幕阜山穹斷、長沙-平江凹斷帶及瀏陽-衡東穹斷3個(gè)Ⅳ級(jí)構(gòu)造單元，構(gòu)造組合復(fù)雜。

圖1 區(qū)域礦產(chǎn)圖

1.3 巖漿巖

工作區(qū)內(nèi)巖漿巖較發(fā)育，其中規(guī)模較大的有3個(gè)：連云山巖體、望湘巖體及金井巖體，均為侏羅世酸性侵入體。其中連云山巖體為早侏羅世侵入體，分布于連云山斷褶束內(nèi)，其主巖體分布于思村-大巖南側(cè)，南部延伸出圖幅范圍，巖性為片麻狀中細(xì)粒斑狀黑云母二長花崗巖和細(xì)粒二云母二長花崗巖。

1.4 礦產(chǎn)特征

區(qū)內(nèi)礦產(chǎn)資源豐富，目前已發(fā)現(xiàn)主要礦產(chǎn)有17種，包括金、銅、鈷、鉛、鋅、鉬、鎢、鈮、鉭、鈹及非金屬礦石膏、高嶺土等，共發(fā)現(xiàn)各種礦產(chǎn)地42處。其中大型礦床2處（大洞及萬古金礦），中型礦床處2處（金枚金礦、青山石膏礦），小型礦床6處（指泉嶺金礦、戴公嶺金礦、戴家洞銅鉬礦、橫洞鈷礦、樟樹托鈮鉭礦、蘆頭鉛鋅礦），礦點(diǎn)27處，礦化點(diǎn)5處(圖1)。以思村—塔洞斷裂帶（即長平斷裂帶）為界，圖區(qū)分為東西兩個(gè)成礦區(qū)，西部成礦區(qū)以金、鉛、鋅、銅、鉬為主，西部成礦區(qū)以金、鉛、鋅、銅、鎢、鈮、鉭、鈹為主，礦床成因類型主要有沉積型、中—高溫?zé)嵋盒?、中—低溫?zé)嵋盒秃蝹ゾr型。其中金、銅、鈷、鉛、鋅為區(qū)內(nèi)的優(yōu)勢礦種，金的遠(yuǎn)景資源量在100噸以上。

貴金屬礦產(chǎn)有巖金與砂金兩種類型。區(qū)內(nèi)巖金其成因類型均屬低溫?zé)嵋盒汀?/p>

萬古、大洞金礦床：兩礦床均達(dá)到大型規(guī)模。礦區(qū)內(nèi)出露主要地層均為中元古界薊縣系坪原組，斷裂構(gòu)造主要有北西（西）向和北東向兩組，均具多期次活動(dòng)特征，其中北西（西）向斷裂與金礦化關(guān)系密切。兩礦區(qū)內(nèi)目前共發(fā)現(xiàn)礦脈30余條，主要礦脈有Ⅰ號(hào)、Ⅴ號(hào)、Ⅷ號(hào)及20號(hào)脈等，礦脈長350m～2900m，厚0.33m～15.5m，全區(qū)共圈出礦體56余個(gè)，均受北西（西）向斷裂破碎帶控制，走向北西（西），傾向北東，傾角中等。

1.5 地球物理特征

金雖然具有高導(dǎo)電性，但對(duì)電法勘探而言，當(dāng)導(dǎo)電礦物連通時(shí)，它對(duì)巖、礦石的導(dǎo)電性才有明顯的影響；當(dāng)導(dǎo)電礦物為球粒狀時(shí)，其含量占巖、礦石體積60%以上時(shí)，對(duì)巖、礦石的導(dǎo)電性才有明顯影響。由于金在巖、礦石中含量極低且呈星點(diǎn)狀分布，故對(duì)巖、礦石的導(dǎo)電性無任何影響。因此，在自然界中不具備用地球物理方法直接尋找金礦床的地球物理前提，即地球物理方法不能作為一種找金礦的直接手段，只能作為一種間接的找金礦手段，主要用來解決與金礦成礦有關(guān)的地質(zhì)問題。因而此次物探工作，應(yīng)采取間接手段，采用尋找金礦的的可行性前提，應(yīng)是能夠通地CSAMT方法發(fā)現(xiàn)北西向或北西西向斷層破碎帶或者冷家溪群層間破碎帶，圈出破碎帶異常區(qū)域，再通過地質(zhì)工作篩查異常區(qū)域是否為含金礦床。

1.5.1 礦化帶地球物理特征。

第一種情況：如果存在厚而完整的石英脈，電阻率值很高。石英電阻率值往往達(dá)到上萬至十幾萬Ω.m。厚而完整的石英脈與圍巖間具有極明顯的電性差異?？梢暂^容易地圈定石英脈的范圍規(guī)模及走向。

第二種情況：當(dāng)石英脈較小而破碎時(shí)，往往與圍巖間無明顯的電性電性差異，電阻率法不會(huì)取得好的效果。若這類石脈含有較多硫化物時(shí)，采用激電法將是有效的。

第三種情況：當(dāng)小而破碎的石英脈賦存于斷裂破碎帶或?qū)娱g破碎帶中時(shí)，盡管石英脈本身為高阻，但其總體反映為低阻異常。

1.5.2 冷家溪群坪原組電阻率特征。

冷家溪群坪原組巖層巖性主要分為三種：灰色絹云母板巖，偶夾含凝灰質(zhì)石英砂巖?；疑駥咏佋颇赴鍘r與灰綠色塊狀含凝灰質(zhì)板巖互層。深灰色薄層狀含凝灰質(zhì)砂巖與薄層條帶狀粉砂質(zhì)板巖交替出現(xiàn)。通過野外采集的坪原組板巖物性參數(shù)測定分析，坪原組各巖性段物性差異不是很明顯，電阻率值在500—1000Ω.m間，但坪原組巖層電阻率卻因?yàn)轱L(fēng)化、變質(zhì)、礦化、硅化、吸水性、破碎等因素呈現(xiàn)迵異的電阻率差異。因此，在做解釋工作時(shí)，更因偏重外因?qū)訋r電阻率差異的影響。

1.5.3 白堊系與第四系電阻率特征。

測區(qū)內(nèi)白堊系與第四系電阻率均較低，電阻率值在300Ω.m以下。

2 工作原理和方法

可控源音頻大地電磁法，最早是由加拿大多倫多大學(xué)的D.W.strangway教授和他的研究生于1971提出的。針對(duì)大地電磁法場源信號(hào)的隨機(jī)性和信號(hào)弱以致觀測十分困難這一狀況，提出了采用可以人工控制的場源的方法。自70年代中期，CSAMT得到實(shí)際應(yīng)用。

可控源音頻大地電磁法（以下簡稱CSAMT法）是通過有限長接地導(dǎo)線電流源向地下發(fā)送不同頻率的交變電流，在地面一定范圍內(nèi)測量正交的電磁場分量，計(jì)算卡尼亞電阻率［見公式（1）］及阻抗相位［見公式（2）］，達(dá)到探測不同埋深地質(zhì)目標(biāo)體的一種頻率域電磁測深方法。

用發(fā)電機(jī)通過電極A、B向地下供交變電流，在地下形成交變電磁場。電流的頻率可在一定范圍內(nèi)按需要改變。在接地困難的情況下，可以用不接地的回線作垂直偶極子，發(fā)射電磁場。在距離AB相當(dāng)遠(yuǎn)的地方進(jìn)行測量，所謂“相當(dāng)遠(yuǎn)”是指在這些地方，電磁場己經(jīng)十分接近平面波。從而可以使用卡尼亞提出的計(jì)算視電阻率的公式。從高到低，逐個(gè)改變頻率，每個(gè)頻率得到一個(gè)卡尼亞電阻率，從而得到卡尼亞電阻率隨電阻率變化的曲線。隨著頻率降低，勘探深度加大，因而也得到了卡尼亞電阻率的測深曲線。下圖為標(biāo)量CSAMT測量方式示意圖。

圖2 標(biāo)量CSAMT測量方式示意圖

3 CSAMT法結(jié)果分析

本次CSAMT法共布設(shè)了5條線，其平面布置如圖5所示。以其中的3線和5線兩條線分析，從3線剖面圖（圖3）中發(fā)現(xiàn)兩條異常帶，命名為K4、K5。K4異常上端點(diǎn)不在3線剖面內(nèi)，剖面圖上顯示其深部一段，該異常交3線起點(diǎn)于標(biāo)高-250m處，傾角70度左右，傾向北東。5線剖面圖（圖4）發(fā)現(xiàn)異常帶兩個(gè)，命名為K8、K9異常帶。K8異常上端點(diǎn)位于5線距起點(diǎn)200m處，標(biāo)高20m左右，傾向北東，傾角約70°。K9異常上端點(diǎn)位于5線距起點(diǎn)700m處，標(biāo)高-100m左右，傾向北東，傾角70°左右。經(jīng)推斷K4、K8為同一礦化帶，K5、K9也為同一礦化帶。兩條線上定位異常帶的原則都滿足以下四條原則：①低阻異常。②異常在傾向滿足傾向北東或北北向，傾角應(yīng)與坪原組地層傾角相近。③測線間低阻異常能被所有或者多數(shù)測線探測到，測線與測線之間能夠相互驗(yàn)證，測線間在位置上和深度上合理。④測線間同一異常在平面圖的連線延伸方向應(yīng)滿足萬古構(gòu)造控礦特征，即北西向或北西西向。通過以上四條原則，分析5條線的電阻率剖面圖，共發(fā)現(xiàn)了三條礦脈，其平面走向如圖5所示。

圖3 3線視電阻率剖面圖

圖4 5線視電阻率剖面圖

對(duì)于無法探測到的金礦化帶。分析認(rèn)為測區(qū)內(nèi)有兩種情況的金礦化帶被CSAMT法所忽略。當(dāng)?shù)V化帶為石英脈型且石英脈較小時(shí)或者破碎帶規(guī)規(guī)模較小時(shí)，無法被電阻率法探測到。還有一個(gè)情況是斷層在深部由于構(gòu)造應(yīng)力及上覆巖層的重力，導(dǎo)致古斷層擠壓致密，破碎帶內(nèi)破碎帶巖石重結(jié)晶等情況，導(dǎo)致斷層不容易被探測到。對(duì)于深部異常體來說，只有當(dāng)厚度埋深比大于異常體與圍巖電阻率比的平方根的0.2倍，異常體才能夠被分辯出來。如下圖（圖6）在有鉆孔驗(yàn)證下的試驗(yàn)剖面所示，在鉆孔驗(yàn)證的深部礦脈在視電阻率剖面圖上很難分辨出來。

圖5 物探平面成果圖

圖6 試驗(yàn)電阻率剖面圖和對(duì)應(yīng)的地質(zhì)剖面圖

4 結(jié)語

CSAMT方法作為電法勘探的一種，只能區(qū)分出有電阻率差異，而金雖然有高導(dǎo)電體，但其在巖、礦石中含量極低且呈星點(diǎn)狀分布對(duì)巖、礦石的導(dǎo)電性無任何影響，只能通過間接的方法尋找。本文通過CSAMT方法發(fā)現(xiàn)北西向或北西西向斷層破碎帶或者冷家溪群層間破碎帶，間接的先圈出破碎帶異常區(qū)域，再通過地質(zhì)工作篩查異常區(qū)域是否為含金礦床。