大功率电法勘探技术在航磁异常地面查证中的应用效果

李相民,夏明飞,朱首峰

(江苏省地质调查研究院,江苏 南京 210018)

大功率电法勘探技术在航磁异常地面查证中的应用效果

李相民,夏明飞,朱首峰

(江苏省地质调查研究院,江苏 南京 210018)

引起航磁异常的原因有多种,对于金属矿勘查而言,研究航磁异常的意义不仅在于发现磁性矿体,不少内生金属矿床的成因及其产出位置与磁性侵入体有着密切的关系,然而,仅仅依靠磁测方法并不能解决非磁性矿体的空间定位问题。因此,多方法、多参数的综合运用势在必行。在长江中下游成矿带东段,运用大功率电法勘探技术勘查金属矿,已取得了令人鼓舞的成果。通过一个应用实例的介绍,说明方法的应用效果。

大功率;电法勘探;金属矿;航磁异常;江苏段;长江中下游

0 引言

在航磁异常地面查证中,过去通常以地面磁测、地球化学测量和钻探等作为主要手段,借以发现以磁铁矿为主的工业矿床,地质效果显著。

随着地质工作程度的提高,金属矿勘查已从浅部转向第二深度空间,因此,无论是磁性矿体还是与航磁异常源有成生联系的其他矿产,仅用地面磁测的方法已难以对其作准确定位。

大功率电法勘探系指在建立人工场源时采用大功率发射设备的一类方法,其突出优势是：①通过加大供电电流,提高信噪比,从而提高数据采集的效率和质量。②通过改变装置大小,从而提高分辨率,以获得更大的探测深度。

笔者在长江中下游成矿带江苏段的金属矿勘查中,运用大功率电法勘探技术,已发现多处有意义的地球物理异常,有的异常已经钻探验证,见厚层铜矿体,地质效果明显。

1 方法简介

在金属矿勘查中,目前最常用的大功率电法勘探方法有激发极化法和可控源音频大地电磁法。

1.1 激发极化法

激发极化法以岩、矿石的电化学性质的差异为前提,通过观测和研究激电效应,达到找矿和解决其他地质问题的目的,是金属矿勘查中最常用的物探方法之一。

激发极化法可采用多种装置形式,面积性工作通常采用中间梯度装置,用以快速发现异常。剖面性工作更多地采用对称四极测深装置或偶极 -偶极测深装置,用以了解异常源的空间位置和产状。

激发极化法的观测参量有多个,金属矿勘查中过去常用极化率作为观测参量,其定义为关断激发电流后某一时刻的二次场电位差与一次场电位差的比值,单位为百分比,近年来这一参量逐渐被充电率所代替,充电率的定义是关断激发电流后的某个时间段中的二次场电位差对时间的积分值与一次场电位差的比值,单位为毫秒,2个参量具有近似的线性相关关系。

1.2 可控源音频大地电磁法

可控源音频大地电磁法是基于电磁波在介质中传播的趋肤效应原理,通过改变人工场源的频率,实现不同深度的探测,该方法具有分辨率高、经济快速等特点,同时,由于在人工场源中采用大功率发射设备,使其具有较强的抗干扰能力。

该方法目前多采用电性场源 (电偶极源),即在接地导线中供以音频电流,以产生相应频率的电磁场。工作中多采用赤道偶极装置标量测量方式,通过观测测点上一组频率的相互正交的电场水平分量和磁场水平分量,进而得到卡尼亚电阻率 -频率曲线。用相关软件对实测的卡尼亚电阻率 -频率曲线进行拟合,就可得到不同深度介质的电阻率。通过多测点、多深度的电阻率数据构建立体电性结构,以及对电性结构特征的研究,从而达到解决地质构造问题的目的。

2 应用实例

2.1 地质概况

工作区隶属于长江中下游铁铜多金属成矿带东段,溧水火山岩成矿区北部。

20世纪 50年代发现东岗航磁异常,20世纪 70年代,围绕该异常,地质、冶金等系统相继开展了以地面磁测和钻探为主要手段的地面查证工作,分别在石坝、东岗以及石头山等地见低品位、小规模磁铁矿和薄层铜矿。

区内第四系 (Q)广布,基岩露头稀少 (图 1)。地层主要为中生界侏罗系龙王山组 (J3l),局部分布有大王山组 (J3d)。龙王山组 (J3l)分上、下二段,上段厚度大于 622m,岩性有玄武岩、安山玄武岩、角砾熔岩等;下段厚度大于 400m,岩性有安山岩、辉石安山岩等。

图1 东岗地区地质、物探综合平面图

矿区构造以断裂为主。主要有东西向、北西向、北北西向、北东向 4组及弧形构造带。断裂带内均以碎裂岩、构造角砾岩为主,矿化蚀变强烈,主要有黄铜矿化、黄铁矿化、磁铁矿化、赤铁矿化、天青石化、硅化等。

矿区构造控矿明显,已发现的多层铜、铁、硫、锌、锶矿,主要分布于北西向近平行的一组断裂破碎带中。

矿区内侵入岩主要有辉石闪长玢岩、辉长闪长玢岩、闪长玢岩等,与铜、铁矿有着密切的成因关系。

2.2 地球物理特征

区内岩石电性具如下特征。

沉积岩、火山岩的电阻率较低,一般在 n×102Ω·m。次火山岩、岩脉的电阻率达 n×103～ n×104Ω·m。天青石电阻率最高,可达 n×106Ω·m。

沉积岩、火山岩的极化率较低,一般在 1%左右,次火山岩的极化率略高,在 2%～3%左右,矿石、黄铁矿化岩石的极化率均较高,可达 10%以上。

矿体受断裂破碎带控制,断裂破碎带内硅化、黄铁矿化强烈。因此,断裂破碎带可作为物探探测的目标物,目标物具有高电阻率、高极化率特征,可引起高阻、高极化组合异常。

2.3 主要方法技术

数据采集使用美国 Zonge公司研制的 GDP-32Ⅱ电法工作站,该系统发射机最大输出功率达 30kW,接收机具 8个常规通道。

据已有地质资料,东岗矿段和石坝矿段的控矿断裂破碎带的走向分别为北西和北东向,因而在上述 2个矿段布置了不同方向的测线 (图 2),其中,东岗矿段的测线方向为 40°,石坝矿段的测线方向为130°,而在两矿段之间布设了东西方向的测线。

图2 东岗地区物探测线分布图

工作方法为激发极化法和可控源音频大地电磁法。激发极化法采用中间梯度装置,供电极距 AB=1 800m,测量极距 MN=50m,点距 50m,工作频率0.125Hz,占空度 50%,观测参量为充电率。可控源音频大地电磁法采用标量测量方式,发射偶极距 AB=1 500m,测量偶极距 MN=50m,点距 50m,收发距r=4 500m,工作频率 1Hz～8 192Hz。

2.4 异常特征

测区内东岗矿段 D-1线工程控制程度较高,DZK1010孔于-200m附近见多层薄层低品位铜矿体和铁矿体,CK18孔于-200m附近见小规模富铁矿。图 3为该线上的激电异常及 CSAMT反演的电阻率断面,由图 3可见,视充电率 Ms异常,总体西高东低,在矿体密集部位上方有宽度不大的高值异常显示。视电阻率ρs异常也有类似的特征,只是异常峰值位置与视充电率异常峰值位置稍有不同,矿体密集部位对应于视电阻率异常峰值位置旁侧的过渡部位。CSAMT法反演的电阻率断面上,显示出呈似层状的低阻体与高阻体交替出现的电性结构,且各层的厚度自浅往深逐步加大。横向上于剖面的中部,浅部高阻体与深部高阻体连为一体,该部位的电剖面异常为局部高阻显示。总体上,2种方法的视电阻率异常能较好地对应,视电阻率与视充电率异常强度有同步变化的特点。

平面上,视电阻率与视充电率异常总体上具北窄南宽、北弱南强、呈弧形带状展布的特点 (图 4),北部东岗矿段视充电率异常一般小于 15ms,宽度多不大于 100m,往南异常宽度和强度都逐渐增大,异常中心位于石坝附近,异常峰值部位附近,宽约400m,强度近 30ms,异常呈向东突出的弧形展布。

视充电率异常与视电阻率异常总体上具正相关关系,即视充电率高值异常部位对应有视电阻率高值异常,视充电率低值异常处,视电阻率异常值也较低。

据东岗矿段和石坝矿段的钻孔揭示,含矿破碎带内硅化、黄铁矿化强烈,其走向在上述 2个矿段分别为 330°和 40°,虽然带内仅见薄层、低品位矿体,但破碎带上仍有视电阻率、视充电率同高异常反映,因此,认为视电阻率和视充电率高值异常为同源异常,为含矿断裂破碎带引起。

图3 东岗矿段 D-1线地质、物探综合图

从异常的规模和强度看,石坝附近为高值激电异常的中心部位,Z-4线上激电异常及 CSAMT反演的电阻率断面异常形态与东岗矿段D-1线上的异常类似,但无论是异常规模还是异常强度,Z-4线较D-1线都要大得多 (图 5),因此,石坝附近应存在规模较大的含矿断裂破碎带,更具找矿意义。此外,视电阻率、视充电率弧形高值异常带,可能反映东岗火山“穹窿”构造的东侧部分。

2.5 异常验证及结果

在研究区内成矿规律、异常特征以及异常与矿体对应关系的基础上,提出了“首先在弧形高阻、高充电率异常中心部位进行钻探验证,如果见矿,则进一步沿异常走向方向进行追索”的验证方案。

在异常中心部位 Z-4线 108点先行施工的ZK01孔,钻遇主断裂构造破碎蚀变带,带内分布碎裂岩和构造角砾岩,硅化、黄铁矿化、黄铜矿化强烈。带内铜、硫矿层钻厚 61.94m,其中,铜矿层钻厚11.85m,平均品位 Cu 0.52%;铜硫矿层钻厚14.66m,平均品位 Cu 0.79%、S 16.28%;硫矿层钻厚 9.70m,平均品位 S 15.70%;低品位铜矿层钻厚8.32m,平均品位 Cu 0.23%;低品位硫矿层钻厚17.41m,平均品位 S 11.24%。

图4 东岗地区激电异常平面图

该区已施工验证孔 10个 (图 6),其中 8个孔见钻厚 3m以上工业矿体。

2.6 结果讨论

视充电率、视电阻率同高异常带呈弧形展布,推测为矿化蚀变断裂带引起,经钻探验证,带内赋存铜、硫、锶矿层,构造控矿明显,矿层沿走向和倾向均有延伸趋势。一般在视电阻率、视充电率高值异常附近矿 (化)体富集。

通过以大功率激电为主的电法工作和钻探验证,在东岗—石坝见到了规模较大的视充电率异常带,并与稀有金属、多金属矿化断裂破碎带相吻合,勘查工作取得了突破性进展,丰富了宁芜—溧水地区金属矿床成矿预测理论,为该区进一步开展矿产普查工作,特别是在溧水火山岩盆地周边寻找同类矿床,提供了重要依据和找矿方向。

3 结 语

运用大功率电法勘探技术结合地面磁测方法,探测与磁性地质体有成因和空间联系的非磁性矿产,事实证明是有效的。在当前固体矿产勘探以“攻深找盲”为主基调的背景下,利用人工场源的大功率,可以实现大深度探测的优势,大功率电法勘探必将发挥更大的作用,取得更好的地质效果。

[1]刘天佑.地球物理勘探概论 [M].北京：地质出版社,2007.

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[5]江苏省地质局地球物理化学探矿队.江苏省溧水地区物化探工作总结[R].1979.

Application effect ofmass power electricity prospecting technology in ground check of aeromagnetic anomaly

L I X iang-m in,XI A M ing-fei,ZHU Shou-feng

(Geological Survey of Jiangsu Province,Nanjing 210018,China)

In ter ms ofmetallic deposits,the significance of studying aeromagnetic anomaly was helpful to find magnetic ore bodies,the origin and occurrence of some endogenetic metallic deposits were closely related with magnetic intrusions,while magnetic survey was unable to solve the space orientation of non-magnetic ore bodies.So a synthetic use ofmulti-method and multi-parameterswas imperative,the use ofmass power electricitymethod to investigate the metallic deposits had

satisfactory results.The method was depicted in the text through a case analysis.

Mass power;Electricity method prospecting;Metallic deposits;Aeromagnetic anomaly;Jiangsu sectMiddle and lower reaches of Yangtze River

P631

A

1674-3636(2010)04-0406-06

2010-01-12;编辑：侯鹏飞

李相民(1962—),男,高级工程师,长期从事固体矿产与地下水地球物理勘探工作.

10.3969/j.issn.1674-3636.2010.04.406

图5 Z-4线物探异常及其验证结果