双频激电仪在牡丹江地区某铜钼矿的新应用

董传统,杨增武，谢天坤

黑龙江省有色金属地质勘查局七〇二队，黑龙江 牡丹江 157020

0 引言

在勘查金属硫化物型矿床时，尤其是对热液型矿床中斑岩型矿种所特有的地质属性，物探的激发极化法发挥了重要作用[[1--2]。但在激发极化法的应用中，如果碳质地层与含金属硫化物的岩体或地层混杂在一起时，激电参数都会很高，导致全部为激电异常，矿致异常和非矿异常无法区分。在金属硫化物矿产勘查中经常遇到此类问题，尤其在中国东北地区植被覆盖普遍发育且部分地段覆盖较厚，化探土壤测量工作无法取到目标层[3]，就更增加了找矿的难度。由于长时间的热液作用，使含矿岩体产生退磁现象，所以高磁工作在矿化范围内，经常出现一个相对于围岩更为平静的磁场低值带[4]，而围岩(碳质地层)的场值与矿化岩体磁场场值又没有明显区别，导致高磁工作也失去作用。激电中梯扫面工作会全部是激电异常，导致区分不出哪里为矿致异常，哪里为非矿异常(由含碳地质体引起)。据笔者多年工作经验，解决这一问题的实验依据是：在频率域激发极化方法中，碳(含碳地质体或地层)与金属(金属硫化物)二次场对不同频率响应是不同的，基于这一点在牡丹江地区某铜钼矿进行了实验研究并取得良好的地质找矿成果，使物探激电工作在矿区及外围勘查工作中发挥重要作用。

1 区域地质概况

1.东北东部火山岩带；2.辽吉东部火山岩带；3.断裂；4.推覆体前缘接触带；5.矿区；6.国界线。图1 大地构造位置简图Fig.1 Sketch map of tectonic location

研究区位于西太平洋活动陆缘控制下的中国东北东部火山岩带与辽吉东部火山岩带交汇部位，大地构造位置处于兴凯湖—布列亚山地块区张广才岭—太平岭边缘隆起带的北东段，敦化—密山深大断裂的东南侧(图1)。属延边斑岩铜金矿成矿带，其成矿特征与滨太平洋地槽系相似。太平岭褶皱束上，燕山期由于太平洋板块向欧亚大陆俯冲，使黑龙江省山系与大型盆地相间出现[5--6]，并产生一系列的走滑断裂和推覆构造[7]，同时形成强烈的陆相火山喷发，这使得中国东部中生代火山岩广泛分布，尤其以东北东部中生代火山岩分布最为广泛，构成北东向东宁—鸡东中生代火山岩带及侵入岩带，并有较多的中酸性浅成超浅成--中深成侵入体出现。部分地区还出露有印支晚期花岗岩。构造单元上，广泛出露着上元古代地层，断裂构造北东向最为明显[8]。此外，还有南北向、北西向断裂构造。太平岭金铜多金属成矿带是黑龙江省东部地区重要的成矿远景区之一。目前已发现金场沟铜钼矿床、洋灰洞子铜钼矿床、金厂金矿床和九佛沟金铅锌矿床等。矿床基本均处于两组构造，即北东向构造与北西向构造或南北向与北东向构造的交汇部位，成矿与燕山晚期中--酸性超浅成--浅成侵入体关系密切。

研究区位于黑龙江省东南部的太平岭隆起和老黑山晚古生代断陷的衔接部位[8]，太平岭隆起的边缘，共和—双桥子北东向断裂带的北东部和太平岭金、铜多金属成矿带的中亚带上。出露的地层主要为上元古界黄松群杨木组(Pt3y)和阎王殿组(Pt3yn)[9]，上古生界二叠系双桥子组和少量的中生界下侏罗统绥芬河组及第三系船底山组玄武岩。其中阎王殿组(Pt3yn)地层主要为含碳绢云母千枚岩，其次为黑云母石英片岩、斜长石英片岩，在研究区大面积分布。

区域内岩浆活动强烈，岩浆岩分布广泛，以中深成的花岗岩为主，主要有新元古代南华纪花岗闪长岩(Nhγδ)，三叠纪二长花岗岩(Tηγ)、花岗闪长岩(Tγδ)，早白垩世花岗闪长岩(K1γδ)、花岗闪长斑岩(K1γδπ)、流纹斑岩(K1λπ)及花岗斑岩(K1γπ)。新元古代南华纪侵入岩：主要分布于区域的北西部干饭盆、东南部的三道沟两侧及南西侧绥阳镇附近，呈岩基状侵入于黄松群阎王殿组地层中，出露面积约400 km2，系太平岭岩体的一部分，其岩性为花岗闪长岩(Nhγδ)。三叠纪侵入岩：呈岩株状分布于工作区北西部和南部，侵入到阎王殿组地层和二叠系地层及新元古代南华纪花岗闪长岩(Nhγδ)体内，其岩性为二长花岗岩(Tηγ)和花岗闪长岩(Tγδ)，其中二长花岗岩(Tηγ)出露在双桥子—绥阳之间，呈岩株状产出，侵入到新元古代南华纪花岗闪长岩(Nhγδ)中，红哥山铜金矿点产于该岩体中；花岗闪长岩(Tγδ)出露于陆角岭西，呈岩株状产出。早白垩世侵入岩分布于研究区西部、南部和中部，呈岩株状产出，北东向展布，侵入到阎王殿组地层，其岩性主要为花岗闪长岩(K1γδ)、花岗闪长斑岩(K1γδπ)、流纹斑岩(K1λπ)和花岗斑岩(K1γπ)，其中花岗闪长斑岩(K1γδπ)出露于矿区内及外围研究区，呈规模不等的岩脉、岩株群产出，为铜钼矿床成矿母岩[10]；花岗闪长岩(K1γδ)主要分布于研究区内；花岗斑岩(K1γπ)分布在陆角岭的西侧和南侧，呈岩株状产出，侵入到三叠纪和新元古代南华纪花岗闪长岩体内中；流纹斑岩(K1λπ)出露在双桥子西部(图2)。

1.低河漫滩堆积层；2.绢云母千枚岩；3.黑云母石英片岩；4.花岗闪长斑岩；5.似斑状花岗闪长岩；6.花岗闪长岩；7.石英脉；8.霏细岩；9.云斜煌斑岩；10.黑云母--石英--绢云母化带；11.石英--绢云母化带；12.绿泥石--绿帘石--碳酸盐化带；13.见矿钻孔；14.未见矿钻孔；15.外围勘查区。图2 牡丹江地区某铜钼矿床综合地质图(据矿区综合地质图修编)Fig.2 Comprehensive geological map of a copper molybdenum mine in Mudanjiang area

1.1 矿体特征

矿区的铜、钼矿(化)较多，其中只对主要矿体进行了编号，包括8条钼矿体、1条铜矿体及1条金矿体，均为盲矿体。矿体的空间位置明显受北东向花岗闪长斑岩控制。矿体主要赋存在Ⅴ号花岗闪长斑岩体内及其外接触带中，矿体形态受岩体形态产状制约[11]。

Ⅰ号钼矿体分布在40--44线，长250 m，宽150 m，厚0.63～1.26 m，走向40°，倾向SE，倾角67°，平均品位0.068%，围岩岩性为花岗闪长斑岩，由ZK40--1、ZK44--1、ZK44--2三个钻孔控制；Ⅱ号钼矿体分布在44线，长100 m，宽90 m，均厚2.34 m，走向40°，倾向SE，倾角55°，平均品位0.048%，围岩岩性为花岗闪长斑岩，由ZK44--1钻孔控制；Ⅲ号钼矿体分布在44--56线，长500 m，宽150 m，平均厚1.59～2.62 m，走向48°～54°，倾向SE，倾角62°～74°，平均品位0.049%，围岩岩性为黑云母石英片岩、花岗闪长斑岩，由ZK0704、ZK0703、ZK0702三个钻孔控制；Ⅳ号钼矿体分布在56线，长100 m，宽260 m，平均厚度0.27～1.06 m，走向54°，倾向SE，倾角63°，平均品位0.136%，围岩岩性为花岗闪长斑岩，由ZK0701、ZK0702、ZK0606三个钻孔控制；Ⅴ号钼矿体分布在52--56线，长250 m，宽115 m，平均厚度0.53～1.34 m，走向54°，倾向SE，倾角63°，平均品位0.076%，围岩岩性为花岗闪长斑岩，由ZK0701、ZK0702、ZK0703三个钻孔控制；Ⅵ号钼矿体分布在56线，长60 m，宽160 m，平均厚度0.34～0.97 m，走向54°，倾向SE，倾角66°，平均品位0.072%，围岩岩性为花岗闪长斑岩，由ZK0701、ZK0702两个钻孔控制；Ⅶ号钼矿体分布在56线，长100 m，宽107 m，平均厚度0.59～1.50 m，走向54°，倾向SE，倾角59°，平均品位0.067%，围岩岩性为花岗闪长斑岩，由ZK0701钻孔控制；Ⅷ号钼矿体分布在72线，长100 m，宽90 m，平均厚0.95 m，走向50°，倾向SE，倾角70°～72°，平均品位0.155%，围岩岩性为花岗闪长斑岩，由ZK7201钻孔控制。

Au①矿体走向48°，倾向SE，倾角75°，由44线ZK44--2钻孔控制，平均品位3.63 g/t，赋存在黑云母石英片岩中。Cu①矿体走向48°，倾向SE，倾角73°，由80线ZK8001钻孔控制，平均品位0.40%，赋存在绢云千枚岩中。

由于覆盖层较厚，各矿体地表均未出露。

1.2 矿床成因

如前所述，矿区所处的大地构造条件优越，成矿岩体受北东向阎王殿背斜轴和南北向断裂的交汇部位控制，呈被动侵位。成矿岩体属于浅成侵入体，岩石类型属于花岗闪长岩类，其化学类型属中酸性、钙碱性、铝过饱和系列的岩石。矿体受岩体及其与围岩接触带控制，其形态和产状与岩体及接触带相一致。矿床发育广泛的硅化、绢云母化等热液蚀变，绿泥石化、绿帘石化和碳酸盐化也很发育， 并且具有较明显的蚀变分带(图3)。 硫同位素组成具均一性，硫同位素组成测定值为2.7～3.8，接近陨石型，说明成矿物质主要来源于地壳深部或上地幔。铜、钼矿石呈细脉浸染状，品位低，矿化均匀，品位稳定。且工业矿体均受斑岩体及内外接触带控制，上述特征说明矿床应属于斑岩型铜钼矿床。

1.上元古界阎王殿组绢云母千枚岩；2.早白垩世花岗闪长斑岩；3.硅化--绢云母化带；4.绿泥石化--绿帘石化--碳酸盐化带；5.铜钼矿体；6.钻孔位置及编号；7.钻孔孔深。图3 外围108线综合剖面图Fig.3 Comprehensive cross-sectional profile of peri pheral 108 line

1.3 找矿潜力评价

已发现的洋灰洞子铜矿床的成矿母岩为花岗闪长斑岩，地表距南东侧矿区以外的大面积花岗闪长斑岩体400～1 000 m，成矿岩体向南东倾伏，深部有增大趋势，而普查区刚好包含外延的花岗闪长斑岩岩体。推测成矿岩体与大面积花岗闪长斑岩有成因上的联系，为母子关系。矿区中花岗闪长斑岩体的南东侧深部仍有小的花岗闪长斑岩岩脉群，且普遍含有星点的黄铜矿化，浅部原生晕测量仍有铜的异常，丰度为800×10-6。研究区深部具有找矿的良好条件，拥有进行找矿和深部验证的迫切需要。控制成矿岩体沿北东方向展布的阎王殿背斜轴向，基本上平行于区域上的花岗岩与围岩的接触带。研究区岩体由北东向南西的侵位深度越来越大，沿背斜轴向南西方向上有断裂构造交汇部位为寻找新的隐伏含矿岩体的前提条件，应进一步进行找矿工作。综上所述，优越的区域地质背景为形成斑岩型矿床及其他类型热液矿床提供完备的成因要素。太平岭金、铜等多金属成矿带绵延几百km，宽数十km，成矿带以往的地质工作和研究工作程度均较低，迄今为止在相同的地质背景条件下，又发现金场沟斑岩型铜钼矿床和砍椽沟斑岩型钼矿床，可工作的空白区广阔，潜力巨大,已成为中国东部金、铜等多金属重要的成矿区段。

1.4 物探以往工作存在的主要问题

由于含碳绢云母千枚岩类在工作区的广泛分布及金属硫化物特别发育(图1)，导致激电中梯扫面工作成果全部为异常(图4)。幅频率最低为0.4%，最高达24.8%，一般>3%，因此，对下一步的工作失去指导意义。由于含碳绢云母千枚岩类与含矿岩体的磁化率近乎相等，致使地面高精度磁测成果显示平静的负磁场或平静的正磁场，对指导地质工作也失去作用。由于植被覆盖厚，化探土壤测量采样深度不够，异常仅为分散的点异常,因此，化探效果不明显。

图4 研究区激电中梯视幅频率Fs等值线平面图Fig.4 Plane map of equivalent line of apparent amplitude-frequency rate(Fs) in study area

2 双频激电仪创新应用试验

2.1 实验依据

不同性质的极化体对不同工作频率的频散率异常响应是不同的[12]。图5给出了不同性质的极化体上不同工作频率的视频散度剖面水槽实验结果。由图5可以看出，不同性质极化体的Ps异常大小与工作频率有密切关系。如对石墨而言，Ps异常峰值随工作频率的升高而减小(由12%减小至5%，再降至不及1%)；但对铜板来说，与石墨相反，它的Ps异常峰值则是随着工作频率的升高而增大的(由10%增加到12%，再增至19%)；而在浸染石墨板上，可以看到Ps异常峰值当工作频率改变时，基本无变化(3组工作频率的异常峰值均近于8%)。

中间梯试装置：AB=100 cm, MN=20 cm, h=2 cm1-f1=0.1 Hz, f2=1 Hz; 2-f1=0.3 Hz, f2=3 Hz; 3-f1=1 Hz, f2=10 Hz。图5 不同性质极化体上不同工作频率的Ps实验剖面曲线[12]Fig.5 Ps experimental profiles of different working frequencies on different properties of polarizable bodies

2.2 物性条件

为使测出的参数值更为精确，把采集的标本切割成规则的长方体，并把标本用当地的天然水浸泡>72 h 。测量仪器采用湖南继善高科生产的SQ--3C型双频激电仪[13]。选择强迫电流法[14]进行测量。频率为：低频f1=1/13 Hz，f2=1 Hz(仪器的0频点)；高频f1=8/13 Hz，f2=8 Hz(仪器的3频点)。测量结果统计见表1。

表1 岩(矿)石标本幅频率参数高低频比值统计表

从表1可以看出，含碳绢云母千枚岩和矿石(含大量金属硫化物花岗闪长斑岩)的幅频率对高低频的响应有较明显的差异，高低频比值变化范围上虽有极少一部分重叠，大部分高低分明，含碳绢云母千枚岩比值范围在0.84～1.21；矿石(含大量金属硫化物花岗闪长斑岩)比值变化范围则在0.91～1.87。两者比值的算数平均值分别为1.07和1.43，矿石(含大量金属硫化物花岗闪长斑岩)比含碳绢云母千枚岩和矿石高出0.36,这为采用多频点区分地层与矿体提供物性依据。

2.3 研究剖面试验

在研究区通过已知矿体布设一条剖面，采用中梯装置：供电极距AB=600 m，测量极距MN=20 m。仪器采用湖南继善高科生产的SQ--3C双频激电仪。频点选择同参数测量，即0频点：f1=1/13 Hz，f2=1 Hz；3频点：f1=8/13 Hz，f2=8 Hz。从图6可以看出，含碳绢云母千枚岩与含矿岩体之间接触带曲线跳跃明显，为下一步物探激电工作打开思路。

图6 研究区剖面实验Fsh/Fsl曲线图Fig.6 Fsh/Fsl curves of section experiment in study area

3 矿区外围工作

根据物性的测定结果及剖面试验成果，在矿区外围开展了1∶10 000网度的激电中梯测量。仪器仍然采用湖南继善高科生产的SQ--3C双频激电仪。频点选择同参数测量，即0频点：f1=1/13 Hz，f2=1 Hz；3频点：f1=8/13 Hz，f2=8 Hz。采用中梯装置：供电极距AB=1 200 m，测量极距MN=20 m。

测量成果见图7，数据的测量精度：视幅频率的均方相对误差MF=1.35%±。在Fsh/Fsl比值>1.15的异常区域钻孔均见矿，Fsh/Fsl比值<1.15的范围内均未见矿。从2频点的视幅频率Fs等值曲线看，测量成果全部为异常，分辨不出哪里是矿致异常，何处是含碳绢云母千枚岩(图8)。

图7 外围8区激电中梯Fsh/Fsl等值线平面图Fig.7 Fsh/Fsl contour plan of IP intermediate gradient in peripheral zone 8

图8 外围8区2频点激电中梯视幅频率Fs等值线平面图Fig.8 Fs contour plan of 2nd frenquency IP intermediate gradient in peripheral zone 8

4 结论

(1)证实含碳地层与含金属硫化物矿体对高低频响应存在较明显差异，用此可以将含碳地层与矿(化)体区分开，从而解决了利用激电参数不能区分矿致异常和非矿异常的难题。

(2)对于确定矿体或矿化体(有一定厚度的)的空间产状，可采用此方法的垂向测深法也是行之有效的。

(3)物探的激电工作利用双频激电法在有碳质地层干扰的环境中也能取得良好的地质找矿效果。

(4)由于工作中采用两个频点工作，相当于每个测点测量两次，因此工作效率降低一倍，因此建议采用湖南继善高科生产的多频伪随机测量，可提高效率近一倍。