激發(fā)極化法在西剛果造山帶尼阿里裂谷盆地銅多金屬礦勘查中的應(yīng)用

雷清 程勝紅 潘 登 姬磊喆 薛凱夫 王一昕 王賀 葉高峰

1）中國(guó)天津300170天津市地球物理勘探中心

2）剛果共和國(guó)黑角市黑角索瑞米股份有限公司

3）中國(guó)北京100083中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）地球物理與信息技術(shù)學(xué)院

4）中國(guó)北京100083陸內(nèi)火山與地震教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京））

0 引言

資源和能源的供應(yīng)對(duì)一個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展至關(guān)重要。中國(guó)各類探明礦產(chǎn)資源總量可觀，但人均資源量全球排名靠后。近十年來，我國(guó)的產(chǎn)業(yè)升級(jí)和出口轉(zhuǎn)型導(dǎo)致新能源車、超高壓輸電和光伏等行業(yè)發(fā)展迅猛，對(duì)銅、鋰和鈷等金屬礦產(chǎn)的需求量急劇上升。眾多中資企業(yè)在非洲、南美等地開展了礦產(chǎn)資源的勘查與開發(fā)等工作，獲得了一定成就與收益。在眾多勘查目標(biāo)區(qū)中，非洲中西部的新元古代西剛果超群一直是銅、金、鈷、鐵和鉛鋅等礦床的重點(diǎn)勘查區(qū)域（余金杰等，2015）。

對(duì)于銅鉛鋅多金屬礦，比較便捷和有效的勘查手段是利用礦體的極化率異常進(jìn)行探測(cè)的激發(fā)極化法，尤其是該方法的中間梯度裝置，能迅速圈定極化率異常的平面分布范圍，為詳細(xì)勘查確定目標(biāo)區(qū)（Kumar et al，2019；Revil et al，2022）。本文采用激發(fā)極化法，在中國(guó)黃金集團(tuán)剛果共和國(guó)合資子公司索瑞米（SOREMI）采礦權(quán)和探礦權(quán)區(qū)域開展勘探工作，分析研究區(qū)激電異常特征，確定找礦靶區(qū)，為西剛果超群金屬礦探測(cè)提供方法技術(shù)組合。

1 地質(zhì)與地球物理背景

從大地構(gòu)造位置看，索瑞米（SOREMI）采礦權(quán)和探礦權(quán)區(qū)域位于西剛果造山帶東南部尼阿里裂谷盆地（Niari Basin）（圖1）。西剛果造山帶整體呈NW—SE向展布，自加蓬向南穿過剛果共和國(guó)（剛果布）西南部、剛果民主共和國(guó)（剛果金）西部，到達(dá)安哥拉東北部，總長(zhǎng)超過1300 km，寬度約160 km（Tack et al，2001；葉浩等，2014；盧樹東等，2017；Mfere et al，2020）。其北—北東部為柴魯?shù)貕K，東部為貝特克高原，西部為海岸盆地。尼阿里裂谷盆地則呈弓形貫穿西剛果造山帶中段，長(zhǎng)度約300 km。剛果布南部尼阿里裂谷盆地中東部的弧形轉(zhuǎn)折部位內(nèi)地層主要為上元古界西剛果超群，構(gòu)成寬緩的尼阿里復(fù)式向斜，研究區(qū)南部處于復(fù)向斜核部，斷裂構(gòu)造較發(fā)育，是剛果布南部重要的銅多金屬礦成礦遠(yuǎn)景區(qū)（圖2）。區(qū)域內(nèi)金屬礦產(chǎn)資源豐富，主要礦種有Fe、Au、Cu、Pb、Zn、Ag、Ba、W、Sn、Nb、Ta、Re、Be、Ti、Zr、Cr、Ni、Pt等，金屬礦產(chǎn)多具成群成帶分布特點(diǎn)（李如滿等，2009；余金杰等，2015；盧樹東等，2017）。

圖1 剛果共和國(guó)（剛果布）西部地質(zhì)簡(jiǎn)圖[圖1(a)改自Mfere等(2020)]Fig.1 Simplified geological map of the western part of Republic of the Congo[Fig.1 (a) modified from Mfere et al,2020]

區(qū)內(nèi)地層屬于西剛果超群（West Congolian Group）。西剛果超群自底部往上被2個(gè)礫巖單元（1個(gè)含礫片巖、混積巖和1個(gè)雜礫巖層）分隔為3個(gè)群，即：Diamictites-Gres群（簡(jiǎn)稱DG群，以石英巖、片巖為主）、Schisto-Calcaire群（簡(jiǎn)稱SC群，以碳酸鹽巖為主）和Schisto-Gresseux群（簡(jiǎn)稱SG群，以砂巖、粉砂巖為主），其總厚度大于3500 m，以SC群分布最廣（Mfere et al，2020）。

該區(qū)褶皺構(gòu)造總體表現(xiàn)為一個(gè)巨型寬緩復(fù)式向斜，屬于區(qū)域性尼阿里復(fù)向斜的一段。在研究區(qū)范圍，該復(fù)向斜總體呈近EW走向，其核部位于BokoSongho（博科松戈）、Mfouati（姆富瓦提）、Luangu（盧安谷）一帶。該復(fù)向斜北翼寬緩，南翼產(chǎn)狀變化較大，其核部帶次級(jí)褶皺發(fā)育，多以緊閉的背斜和寬緩的向斜相間為特征，其中緊閉背斜軸部及破碎帶對(duì)區(qū)內(nèi)礦化有明顯的控制作用。研究區(qū)斷裂構(gòu)造的空間分布與復(fù)向斜的核部帶一致，以NW向和NEE向?yàn)橹?，是次?jí)皺褶的伴生產(chǎn)物，斷裂性質(zhì)多為張—張剪性，已知銅礦床（點(diǎn)）主要沿NEE向斷裂帶分布。區(qū)域巖漿活動(dòng)主要發(fā)生于中元古代之前，在研究區(qū)范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)巖漿巖。

索瑞米礦區(qū)（圖1中藍(lán)色多邊形）位于銅鉛鋅多金屬成礦帶。該成礦帶呈近EW向延伸，東西長(zhǎng)約150 km，南北寬約30 km，產(chǎn)出的銅鉛鋅多金屬礦床（點(diǎn)）近百處，均產(chǎn)于尼阿里裂谷盆地的碳酸鹽巖—碎屑巖地層。礦床類型主要有2類，一類為受地層接觸帶和NEE及近NS向斷裂構(gòu)造控制的原生透鏡狀和不規(guī)則形態(tài)礦床（少量為層狀礦床），另一類為產(chǎn)于碳酸鹽巖風(fēng)化侵蝕面之上或喀斯特溶腔中的粘土型風(fēng)化礦床。

近年來，區(qū)內(nèi)先后開展了航磁、放射性、航空電磁、瞬變電磁等物探工作。但是其工作比例尺偏小，精度較低，未開展更高分辨率的工作（盧樹東等，2017；肖淳等，2018）。

地球物理特征是衡量一個(gè)地區(qū)是否具備地球物理勘查前提的條件，物性參數(shù)測(cè)定與統(tǒng)計(jì)分析，是物探資料的解譯基礎(chǔ)。礦區(qū)地層巖性主要為砂巖、白云巖及含礦（礦化）巖石，因此在礦區(qū)開展激電中梯測(cè)量的同時(shí)，對(duì)鉆探巖芯標(biāo)本及出露地層露頭位置進(jìn)行巖（礦）石的電性參數(shù)測(cè)定，并分別對(duì)測(cè)定結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果見表1。

表1 2021年露頭巖（礦）石電性參數(shù)測(cè)定結(jié)果統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistics of measurement results of electrical parameters of outcrop rocks (mines) in 2021

由表1可見，砂巖電阻率變化范圍50.6—800.2 Ω·m，平均值398.90 Ω·m，其極化率變化范圍0.08%—2.35%，平均值0.69%；白云巖電阻率最高，變化范圍300.3—2165.1 Ω·m，平均值882.8 Ω·m，其極化率最低，變化范圍0.07%—1.23%，平均值0.52%；含礦（礦化）砂巖電阻率最低，變化范圍為11.9—473.9 Ω·m，平均值109.60 Ω·m，且其極化率最高，變化范圍0.90%—7.24%，平均值3.80%。含礦（礦化）巖石表現(xiàn)為明顯的低阻高極化特征，表明在該區(qū)進(jìn)行激發(fā)極化找礦在技術(shù)上是可行的。

2 數(shù)據(jù)采集與整理

野外數(shù)據(jù)采集于2021年7—12月，在索瑞米礦區(qū)100 km2范圍內(nèi)完成1:25000激電中梯掃面工作，采取網(wǎng)度為250 m×20 m。在激電中梯測(cè)量工作中，根據(jù)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，結(jié)合工區(qū)自然地理、交通條件、地質(zhì)等情況進(jìn)行測(cè)線布設(shè)，測(cè)線盡可能穿過不同地層構(gòu)造單元。在垂直礦區(qū)內(nèi)，沿主要構(gòu)造總體走向布設(shè)測(cè)線，其中：采礦權(quán)區(qū)域測(cè)線方向：Sangola工作區(qū)測(cè)線布設(shè)方向90°，Kimbenza工作區(qū)測(cè)線布設(shè)方向90°，Yocolo工作區(qū)測(cè)線布設(shè)方向0°；探礦權(quán)區(qū)域測(cè)線方向：Mouyondzi工作區(qū)測(cè)線布設(shè)方向340°，Madingou工作區(qū)測(cè)線布設(shè)方向0°，Sonel-Louamb工作區(qū)內(nèi)S1、S2、S3區(qū)塊測(cè)線布設(shè)方向均為0°。

激電中梯測(cè)量及激電測(cè)深工作采用南方測(cè)繪S750型手持GPS（水平定位精度為1 m）結(jié)合衛(wèi)星影像布設(shè)測(cè)網(wǎng)。激電中梯剖面測(cè)量采用北京桔燈公司穩(wěn)流發(fā)射機(jī)SuperTXU08和3臺(tái)美國(guó)Crystal地球物理公司Horn3D全功能激電儀接收機(jī)（儀器編號(hào)：302、304、306）。該接收機(jī)能直接測(cè)量并存儲(chǔ)自然電位、一次場(chǎng)電位、12個(gè)連續(xù)不同延時(shí)窗口視極化率，具有精度高、功能強(qiáng)、可靠性高的特點(diǎn)。在激電（IP）中梯測(cè)量過程中，其供電電流為1—10 A，觀測(cè)并儲(chǔ)存每個(gè)點(diǎn)的測(cè)量數(shù)據(jù)，主要記錄線號(hào)、供電電壓、供電電流，以及每個(gè)測(cè)點(diǎn)的一次電位（Vp）和視極化率（ηs），并于當(dāng)日傳輸至電腦備份。

為提高工作效率，取得較好的測(cè)量效果，在激電中梯測(cè)量野外施工前需進(jìn)行儀器的技術(shù)試驗(yàn)（李忠平等，2022），以便合理確定電法工作技術(shù)參數(shù)。為此開展了儀器一致性、極距、供電時(shí)間等參數(shù)的選擇試驗(yàn)工作。根據(jù)工區(qū)條件和探測(cè)要求，最終確定供電極距為1800 m，供電時(shí)間為16（s占空比1:1），觀測(cè)延時(shí)為100 ms，窗口寬度為40 ms。3套儀器開工、收工過程中一致性均滿足規(guī)范要求（圖3），表明儀器設(shè)備精度高、性能穩(wěn)定。

圖3 Horn3D全功能激電儀接收機(jī)視極化率一致性觀測(cè)結(jié)果Fig.3 Consistency observation results of apparent polarizability of receivers of Horn3D full-function IP instrument

對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了檢查觀測(cè)，檢查率3.09%，視電阻率的均方相對(duì)誤差為2.93%，視極化率的總均方誤差為0.0263，滿足規(guī)范要求。室內(nèi)工作內(nèi)容如下：對(duì)當(dāng)天采集的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，主要檢查每個(gè)測(cè)點(diǎn)各延時(shí)窗口視極化率衰減曲線是否平滑，核實(shí)觀測(cè)畸變點(diǎn)、突變點(diǎn)、異常點(diǎn)等是否進(jìn)行了必要的檢查觀測(cè)、異常是否完整等。

3 異常與解釋

3.1 異常圈定依據(jù)

由巖礦石電性數(shù)據(jù)（表1）可知，含礦巖石一般呈現(xiàn)低阻高極化特征。工作區(qū)原生礦規(guī)模較小，多為氧化礦，礦石多呈松散土狀、砂狀，金屬礦物成分主要為氧化碳酸鹽礦物，如孔雀石、藍(lán)銅礦、白鉛礦（鉛礬）、菱鋅礦、赤鐵礦、褐鐵礦等。因此，據(jù)礦體特征判斷，礦體相對(duì)于圍巖應(yīng)呈現(xiàn)低阻高極化異常，但極低異常幅值不會(huì)太高。根據(jù)2019年礦區(qū)已知地段的激電中梯測(cè)量試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合礦區(qū)地質(zhì)資料和銅礦化特點(diǎn)分析，工作區(qū)視極化率背景值較低，一般在0.5%左右。本區(qū)域極化率異常較弱，經(jīng)8個(gè)測(cè)區(qū)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，工作區(qū)視極化率平均值為0.5%，標(biāo)準(zhǔn)差為0.17%，故確定以視極化率0.5%為工作區(qū)背景值，以視極化率1.0%為異常下限，圈出正確、可靠的異常。

3.2 異常特征與解譯

受篇幅所限，文中僅介紹Sonel-Louamb工作區(qū)內(nèi)S3區(qū)塊（Mankala，曼卡拉）的探測(cè)成果（圖2中紅方塊所示）。

Mankala區(qū)塊視極化率、視電阻率平面剖面圖和平面等值線見圖4—圖7，可以看出，該工作區(qū)視極化率背景場(chǎng)整體較低，而異常幅值較高。從局部高極化率異常的空間分布來看，則主要分布在白云巖地層及白云巖與砂巖接觸帶附近。以視極化率高異常值為主，電阻率呈相對(duì)低阻，由西向東依次進(jìn)行編號(hào)，共圈定2個(gè)激電異常區(qū)，分別為T4異常區(qū)和T5異常區(qū)。

圖4 Mankala區(qū)塊激電中梯測(cè)量ηs平面剖面圖Fig.4 Plan view of ηs profiles of IP intermediate gradient survey in the Mankala area

圖5 Mankala區(qū)塊激電中梯測(cè)量ρs平面剖面圖Fig.5 Plan view of ρs profiles of IP intermediate gradient survey in the Mankala area

圖6 Mankala區(qū)塊激電中梯測(cè)量ηs等值線平面圖Fig.6 Contour map of ηs measured by IP intermediate gradient survey inthe Mankala area

圖7 Mankala區(qū)塊激電中梯測(cè)量ρs等值線平面圖Fig.7 Contour map of ρs measured by IP intermediate gradient survey inthe Mankala area

（1）T4異常區(qū)：為一低阻高極化帶狀異常，寬度最大處約500 m，長(zhǎng)度大于750 m，異常區(qū)位于工區(qū)西部L39—L41線北段，向西未封閉，極化異常幅值相對(duì)背景值較高，異常規(guī)模較大，近EW向分布，主要出露為白云巖地層，極化率異常幅值較高，工作區(qū)內(nèi)有銅礦化點(diǎn)出露，推測(cè)本異常可能由銅礦化體引起。

（2）T5異常區(qū)：為一低阻高極化帶狀異常，寬度約300 m，長(zhǎng)度大于500 m，異常區(qū)位于工區(qū)西部L48—L50線北段，極化異常較連續(xù)，幅值極值達(dá)3.4%，異常規(guī)模較大，近EW向分布，主要出露砂巖地層，其西部邊界附近為砂巖與白云巖接觸帶，工作區(qū)內(nèi)有銅礦化點(diǎn)出露，推測(cè)本異常可能由銅礦化體引起。

Mankala區(qū)塊巖層主要為Mpioka組，巖性以砂巖、粉砂巖、燧石條帶塊狀白云巖為主。通過地質(zhì)、物探異常分析，在Mankala勘查區(qū)圈定2處物探異常驗(yàn)證鉆探靶區(qū)（T4和T5）。T5異常區(qū)共布設(shè)施工鉆孔11個(gè)，目前鉆孔驗(yàn)證結(jié)果顯示，鉆孔見明顯礦體，白云溶蝕孔較發(fā)育，主要為塊狀白云巖及條帶狀白云巖，斷裂接觸帶蝕變強(qiáng)烈（圖8）。通過鉆探驗(yàn)證，顯示該區(qū)物探異常主要由輝銅礦化引起，且該原生輝銅礦床在T5異常深度70—90 m處，延伸長(zhǎng)度400 m、寬度100 m，銅品位為3%—6%，表明采用激發(fā)極化法在索瑞米礦權(quán)區(qū)開展找礦工作，效果良好。

圖8 Mankala區(qū)塊激電異常與地層疊加圖Fig.8 Overlapped map of IP anomalies and strata of the Mankala area

4 結(jié)論

在剛果布索瑞米公司礦權(quán)區(qū)開展激電中梯測(cè)量工作，獲得極化率異常區(qū)，由于該區(qū)沒有石墨化、黃鐵礦化等引起的假異常，且圍巖極化率值低，利用激電中梯測(cè)量方法圈定的異常在無露頭、化探和鉆探數(shù)據(jù)情況下，直接服務(wù)于找礦工作，取得了良好效果。該方法成本低、施工效率高，值得在適合區(qū)域繼續(xù)開展相關(guān)工作。

但由于激電中梯測(cè)量獲得的異常沒有深度概念，而該區(qū)域主要是構(gòu)造控礦，后續(xù)將投入音頻大地電磁測(cè)深工作（楊宗耀等，2020），獲得研究區(qū)三維電阻率結(jié)構(gòu)模型，并對(duì)構(gòu)造、地層界面進(jìn)行推斷解釋，結(jié)合激電異常，更好地服務(wù)于找礦工作。

感謝中國(guó)黃金、中金香港和剛果（布）黑角索瑞米股份有限公司各部門人員的支持與配合，感謝野外組的艱辛工作。感謝“銅多金屬控礦條件分析預(yù)測(cè)與找礦靶區(qū)篩選”科研項(xiàng)目的支持。