音頻大地電磁法在貴州遵義隱伏錳礦找礦勘查中的應(yīng)用

肖 林，陳云明，劉志臣，2，4，楊炳南，陳 登，2，4，肖 亮，王家俊，代 迪，楊佳鑫，茍 熠

(1.貴州省地礦局102地質(zhì)大隊(duì)，貴州 遵義 563003；2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)，湖北 武漢 430074；3.貴州省地礦局103地質(zhì)大隊(duì)，貴州 銅仁 554300；4.自然資源部基巖區(qū)礦產(chǎn)資源勘查工程技術(shù)創(chuàng)新中心，貴州 貴陽(yáng) 550081)

1 引言

貴州遵義錳礦自上世紀(jì)40年代發(fā)現(xiàn)以來(lái)，一直是研究的熱點(diǎn)，先后許多學(xué)者專家對(duì)遵義錳礦的礦床地質(zhì)特征(劉巽鋒 等，1989；陶平 等，2005；林貴生 等，2006；陳登 等，2019)、礦床成因(韓忠華 等，2007；劉平 等，2008；楊瑞東 等，2009，2018；劉志臣 等2013，2015，2016；Xu et al，2021)、成礦環(huán)境(楊瑞東 等，1993；劉巽鋒 等，2001；崔忠強(qiáng) 等，2014；Deng et al，2016)、成礦模式(陳文一 等，2003；魏澤權(quán) 等，2011)、成礦時(shí)代(程瑪莉 等，2011；劉志臣 等，2018)、巖相古地理和構(gòu)造古地理(劉志臣 等，2019；汪洋 等，2020；Liu et al，2021)等方面開(kāi)展了不同程度的研究，并取得了豐富的成果。最近研究認(rèn)為，貴州遵義二疊紀(jì)錳礦屬氣液噴溢沉積型錳礦床(劉志臣 等，2019；汪洋 等，2018)，遵義次級(jí)裂谷盆地結(jié)構(gòu)控制了遵義錳礦帶的分布，錳礦在地塹盆地中沉積成礦，在地壘區(qū)無(wú)錳礦分布(劉志臣 等，2019)。

在研究黔東大塘坡錳礦時(shí)，(杜遠(yuǎn)生 等，2015)、(周琦 等，2017)和(楊炳南 等，2018)應(yīng)用音頻大地電磁法探尋深部地層、構(gòu)造、含錳巖系及其盆地特征等，取得了較好進(jìn)展。

經(jīng)過(guò)對(duì)比研究貴州遵義錳礦區(qū)地層、構(gòu)造和含錳盆地等特征，該區(qū)具備應(yīng)用音頻大地電磁法的條件，因此，首次應(yīng)用了該方法，進(jìn)行數(shù)據(jù)精細(xì)反演，指導(dǎo)找礦預(yù)測(cè)和找礦勘查工作，取得了較好效果。

2 區(qū)域地質(zhì)概況

按照中國(guó)成礦區(qū)帶的劃分(陳毓川 等，2010)，貴州遵義錳礦屬于濱太平洋成礦域揚(yáng)子成礦省，III級(jí)成礦單元中屬上揚(yáng)子中東部(臺(tái)褶帶)鉛、鋅、 銅 、銀、鐵、錳、汞、銻、磷、鋁土礦、硫鐵礦成礦帶。區(qū)內(nèi)礦產(chǎn)極為豐富，礦產(chǎn)有煤、硫鐵礦、錳礦、鋁土礦、石灰?guī)r等，主要礦產(chǎn)為錳礦，僅產(chǎn)于二疊系地層中。大地構(gòu)造位置位于羌塘-揚(yáng)子-華南板塊-揚(yáng)子陸塊，上揚(yáng)子地塊-黔北隆起區(qū)的畢節(jié)弧形褶皺代與鳳岡南北向隔槽式褶皺變形區(qū)交接部位，區(qū)域內(nèi)構(gòu)造發(fā)育，以褶皺為主，呈北東、北北東向分布；斷層走向與褶皺軸線基本一致，以高角度斷層為主。區(qū)域出露地層為寒武系、奧陶系、二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系地層，缺失志留系地層，均為沉積巖地層(圖1)。

圖1 遵義錳礦區(qū)區(qū)域地質(zhì)簡(jiǎn)圖(據(jù)貴州省地礦局102地質(zhì)大隊(duì)2019，2021改編)

研究區(qū)地層屬羌塘-揚(yáng)子-華南地層大區(qū)之揚(yáng)子地層區(qū)，黔北地層分區(qū)，畢節(jié)-甕安地層小區(qū)(貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局，2017)。出露地層均為沉積巖地層，自老至新為：二疊系陽(yáng)新統(tǒng)茅口組(P2m)，二疊系樂(lè)平統(tǒng)龍?zhí)督M(P3l)、長(zhǎng)興組(P3ch)，三疊系下統(tǒng)夜郎組(T1y)、三疊系下-中統(tǒng)嘉陵江組(T1-2j)、三疊系中統(tǒng)關(guān)嶺組(T2g)。

3 地球物理特征

采用小四極法在研究區(qū)內(nèi)謝家壩地區(qū)二疊系茅口組、龍?zhí)督M、長(zhǎng)興組，三疊系夜郎組、嘉陵江組及第四系中采集了包括灰?guī)r、白云巖、粘土巖、泥巖、塊狀錳礦石、粘土等不同巖礦石，實(shí)測(cè)了155個(gè)物性點(diǎn)，歸納總結(jié)了研究區(qū)的視電阻率參數(shù)物性特征(表1)。測(cè)量?jī)x器為重慶地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)的DZD-6A電法儀。

表1 遵義錳礦整裝勘查區(qū)巖礦石電性參數(shù)測(cè)定結(jié)果統(tǒng)計(jì)表Table 1 Statistics of measurement results of rock and ore electrical parameters in ZunyiManganese filly equipped exploration area

第四系粘土、夜郎組三段、龍?zhí)督M泥巖及塊狀錳礦石電阻率值較低，其平均值低于400 Ω·m；嘉陵江組(T1-2j)白云巖電阻率平均值為1 498.65 Ω·m；夜郎組第二段(T1y2)、長(zhǎng)興組(P3ch)、茅口組(P2m)灰?guī)r電阻率較高，其電阻率平均值大于4 000 Ω·m。

研究區(qū)含錳巖系位于龍?zhí)督M與茅口組之間，主要由茅口組三段的含錳粘土巖及碳酸錳礦層等組成，含錳巖系綜合電性特征為低電阻率，其上覆的長(zhǎng)興組灰?guī)r和下伏茅口組灰?guī)r同為高電阻率特征，是判斷含錳巖系存在的間接標(biāo)志，含錳巖系與其它巖性差異明顯，具備電法物探勘查條件。

4 工作原理及數(shù)據(jù)處理

4.1 方法原理

野外觀測(cè)時(shí)(如圖2所示)，所有的儀器盒子使用兩個(gè)電極來(lái)測(cè)量一個(gè)電道的數(shù)據(jù)，電道的終端為埋置于25 cm深的鹽水泥漿坑的不極化電極罐，電極線組成一個(gè)直角十字架，采集盒子位于正中。

A—輔助站；B—主測(cè)站圖2 V8-AMT測(cè)量裝置布置圖(據(jù)楊炳南 等，2018)Fig.2 Layout of V8-AMT measuring device

野外施工時(shí)，用高精度eTrex手持GPS衛(wèi)星定位儀找到測(cè)點(diǎn)位置，并在此位置用羅盤(pán)指揮工作人員在測(cè)網(wǎng)坐標(biāo)系“北”“南”“東”“西”(這里的方向有測(cè)網(wǎng)坐標(biāo)系而定，此處說(shuō)的北不一定是正北)四個(gè)方向距測(cè)站20 m±(每個(gè)電道電極距40 m)埋設(shè)四個(gè)不極化電極，方位角的誤差±1°；然后按對(duì)應(yīng)電極方向，將四條電極線連接到對(duì)應(yīng)的終端上。用萬(wàn)用表測(cè)量Ex和Ey兩個(gè)電道的接地電阻(盡可能保證小于2 000 Ω·m)、DC電位及AC電位，并記錄到班報(bào)表上；同時(shí)，分別垂直于Ex、Ey方向水平放置兩根磁棒Hx、Hy。

4.2 數(shù)據(jù)處理及反演

對(duì)AMT數(shù)據(jù)處理和反演，是采用鳳凰地球物理有限公司提供的SSMT-2000和成都理工大學(xué)開(kāi)發(fā)的MTsoft2D數(shù)據(jù)處理反演軟件。數(shù)據(jù)處理過(guò)程為：導(dǎo)入SSMT2000軟件，輸入時(shí)間序列文件、標(biāo)定文件、測(cè)點(diǎn)參數(shù)文件，生成傅立葉變換因子，所有同時(shí)選擇的采集數(shù)據(jù)必須有同樣的傅立葉變換頻率參數(shù)，這些參數(shù)是以二進(jìn)制保存在Fourier Transform Parameters(PFT)文件中，然后從參考點(diǎn)的數(shù)據(jù)中用robust程序進(jìn)行再處理，輸出MTPlot軟件可讀的數(shù)據(jù)處理文件，輸出文件中包含每個(gè)頻點(diǎn)的crosspower(一個(gè)單頻的疊加因子)，SSMT2000數(shù)據(jù)處理的最終過(guò)程是將離散傅立葉變換(DFT)的結(jié)果進(jìn)行再處理生成crosspower數(shù)據(jù)。crosspower會(huì)保存在輸出結(jié)果中，它即可圖形顯示，也能被用MT2D-soft這個(gè)軟件進(jìn)行反演。數(shù)據(jù)處理包括“編輯平滑”、“測(cè)點(diǎn)處理”、“曲線擬合”、“靜態(tài)校正”、“空間濾波”等(Jiracek，1990)。

完成各種地形校正(韓騎 等，2015)、數(shù)據(jù)平滑(即對(duì)干擾信息的壓制和有用信號(hào)識(shí)別等)、二維空間濾波等方法后，可進(jìn)行起伏地形下的二維反演和成像解釋。

本次物探工作數(shù)據(jù)反演參考已知地質(zhì)資料，將各種反演方法逐一反演，與已知地質(zhì)資料進(jìn)行詳細(xì)對(duì)比后，選擇帶地形非線性共軛梯度反演(Fletcher R et al.，1964；Siripunvaraporn W et al.，2000；Rodi W et al.，2001；韓波 等，2012；康敏 等，2017)，以一維Bostick反演結(jié)果為初始模型，反演深度為2.0 km，最大迭代次數(shù)為20次，最小擬合精度設(shè)置為0.05，平滑系數(shù)為0.05。

5 成果解釋及鉆探驗(yàn)證

5.1 異常的判別

研究區(qū)斷層異常特征總體是二維板狀體形態(tài)特征，向下延伸較深。相對(duì)于圍巖介質(zhì)的電阻率，斷層可表現(xiàn)為低阻斷層和高阻斷層，決定于斷層的物質(zhì)成分、膠結(jié)程度、破碎帶寬度、含水性等特性和圍巖電阻率特性。一般來(lái)說(shuō)，活動(dòng)斷層電阻率值較低，斷層越老，膠結(jié)程度越強(qiáng)，電阻率值越高；斷層破碎帶越寬，越破碎，電阻率相對(duì)較??；地下和地表水越豐富，電阻率越??；壓性斷層少水，則為高阻，張性斷層富水，則為低阻。因此，判斷斷層最直接的依據(jù)是視電阻率斷面圖的橫向電性是否連續(xù)。也就是說(shuō)，橫向電性即橫向的視電阻率曲線發(fā)生了較明顯的下陷或上凸，使其兩側(cè)的電性差異明顯，表現(xiàn)為一個(gè)很明顯的不連續(xù)性。

在地層分層效果上表現(xiàn)為：位于龍?zhí)督M下伏地層茅口組第三段的含錳巖系和龍?zhí)督M以泥巖、粉砂質(zhì)泥巖為主的地層呈低電阻率電性特征，其上覆的長(zhǎng)興組、三疊系地層和下伏的茅口組地層以灰?guī)r為主，呈高阻電性特征。

5.2 異常解釋推斷

研究區(qū)內(nèi)共實(shí)測(cè)了1條剖面，為100剖面。經(jīng)過(guò)對(duì)AMT數(shù)據(jù)處理和反演，生成了AMT反演成果圖，研究區(qū)錳礦層位于茅口組第三段含錳巖系，被上覆二疊系樂(lè)平統(tǒng)龍?zhí)督M平行不整合覆蓋，整合覆蓋于下伏二疊系陽(yáng)新統(tǒng)茅口組第二段(P2m2)硅質(zhì)灰?guī)r之上，其分布范圍嚴(yán)格受硅質(zhì)灰?guī)r分布范圍控制(劉巽鋒 等，1989)。含錳巖系底板為較厚的茅口組第二段硅質(zhì)灰?guī)r，頂板為厚度巨大的龍?zhí)督M泥巖、粉砂質(zhì)泥巖及灰?guī)r，二者間出現(xiàn)了較為明顯的低阻區(qū)。根據(jù)含錳巖系頂?shù)装咫娦圆町?，可圈定出含錳巖系的空間分布位置、形態(tài)和深部的延伸情況，以及深部構(gòu)造分布特征，為鉆探施工和找礦預(yù)測(cè)提供一定的依據(jù)。

通過(guò)對(duì)研究區(qū)地質(zhì)特征和物性特征進(jìn)行綜合分析研究，對(duì)100剖面反演結(jié)果進(jìn)行解釋(圖3)。

圖3 100剖面地球物理綜合成果解釋圖(據(jù)貴州省地礦局102地質(zhì)大隊(duì)，2019；汪洋 等，2020改編)

(1)圖面電阻率垂向上及橫向上變化明顯。垂向上對(duì)探測(cè)區(qū)域各傾斜巖層分層效果較好，剖面北段101-160號(hào)點(diǎn)大體表現(xiàn)為兩層電性結(jié)構(gòu)特征，由地表往下總體表現(xiàn)為“低—高”的變化模式；剖面南段160-228號(hào)點(diǎn)大體表現(xiàn)為四層電性結(jié)構(gòu)特征，由地表往下總體表現(xiàn)為“低-高-低-高”的變化模式。關(guān)嶺組泥巖、泥質(zhì)白云巖顯示相對(duì)低阻電性，嘉陵江組灰?guī)r、白云巖顯示高阻電性，夜郎組和龍?zhí)督M泥巖、砂巖、粘土巖顯示低阻電性，茅口組-奧陶系灰?guī)r顯示高阻電性。

(2)橫向上根據(jù)電阻率的不連續(xù)性，推測(cè)在110、130、152、211、226號(hào)點(diǎn)附近存在同沉積斷層，其中110、226號(hào)點(diǎn)處的斷層為控制Ⅲ級(jí)深溪-八里地塹盆地的同沉積斷層；130、152、211處的斷層為控制Ⅳ地塹盆地的同沉積斷層。銅鑼井背斜核部位于155號(hào)點(diǎn)附近。162號(hào)點(diǎn)附近推測(cè)有1條次級(jí)斷裂異常，編號(hào)為F1，推測(cè)為后期構(gòu)造。

5.3 鉆探驗(yàn)證

6 結(jié)論

(1)遵義錳礦整裝勘查區(qū)不同巖礦石的電性特征差異明顯，含錳巖系底板的茅口組灰?guī)r顯示高阻電性，以泥巖為主的龍?zhí)督M以及龍?zhí)督M下伏茅口組第三段的含錳巖系顯示低阻電性，其上覆蓋的長(zhǎng)興組灰?guī)r顯示高阻電性。

(2)在遵義錳礦整裝勘查區(qū)采用音頻大地電磁法開(kāi)展工作，通過(guò)電性特征的差異，音頻大地電磁法物探成果總體上能夠反映該區(qū)地層、構(gòu)造及含礦巖系的展布特征，效果明顯，具有較好的指導(dǎo)意義。

(3)經(jīng)施工的鉆探驗(yàn)證，揭露的巖礦石層位和音頻大地電磁法解釋的吻合程度較高，找礦效果較為顯著，該方法有望為后續(xù)研究區(qū)內(nèi)錳礦勘查工作和區(qū)域同類型的錳礦找礦預(yù)測(cè)提供詳實(shí)有效的依據(jù)。