电法在菲律宾AREA矿区红土镍矿勘探中的应用

行英弟 ,叶 胜

(有色金属矿产地质调查中心，北京 100012)

0 引言

红土镍矿资源为硫化镍矿岩体风化-淋滤-沉积形成的地表风化壳性矿床(崔敏利等，2009；付伟等，2010；高俊等，2013)，世界上红土镍矿集中分布在环太平洋的热带-亚热带地区(刘庆成和李洪元，2006)，如印度尼西亚、菲律宾等(李艳军等，2010；高树起和刘青，2013；张亮等，2016；张邦胜等，2020)，菲律宾红土镍矿为基性、超基性岩体风化壳中的红土镍矿(戴自希，2001；潘建，2019；李成伟等，2020)。

AREA勘探区位于菲律宾Zambales省，位于首都马尼拉西北300 km处，面积3.96 km2，地理坐标为119°59′11″～120°00′30″E，15°45′23″～15°46′30″N，工作区为中低山区，地势平坦。本矿区资料较少，几乎没有进行过地质工作。2003～2004年，Benguet公司在该矿区进行了浅井勘探，认为本矿区范围内有大量的镍矿资源，本次工作主要目的是圈出矿化富集区段。红土镍矿的勘探方法根据其生成条件，一般是通过物化探圈出矿化富集区段，再在矿化最好的区段布置工程进行勘探(冯建忠和刘洪波，2012；王庆文，2014)。

根据矿区含矿风化基岩与围岩存在明显的电阻率差异的特征，本次物探主要采用电法(电阻率法)进行勘查。电法勘探具有效率高、成本低、适应性广等优点，在金属与非金属勘查中都有着广泛的应用(程志平，2007)。而电阻率法是目前应用最广泛的方法之一，本次研究利用对称四极法发现异常并圈定找矿有利地段，再选择高密度电法进行剖面测深(傅良魁，1983；程志平，2007；刘天佑，2007)，利用层析分析技术，通过数据处理反演出剖面在垂直方向上电阻率分布形态，对异常进行评价和解释，最后圈定镍矿富集地段和部位，为钻探等工程提供依据。

1 地质概况

1.1 地质矿产特征

该区大地构造位置处于太平洋板块与印度板块结合部的岛弧带，属菲律宾-新几内亚火山岛弧-海沟系。受板块碰撞俯冲作用，该区构造岩浆活动十分强烈，发育大面积的基性、超基性岩浆岩，为红土型镍矿的形成奠定了物质基础。区内地层以蛇绿岩为主，由三个地块组成，自北向南依次为Masinloc地块、Cabangan地块和SanAntonio地块。其中Masinloc地块又可以进一步划分为Acoje和Coto两个单元。Acoje单元代表了一个保留的岛弧环境，该单元发现了大量冶金级铬铁矿，是Zambales主要的红土镍矿勘查区。

图1 菲律宾AREA矿区区域地质图(刘成忠等，2009)Fig.1 Geological map of the AREA mining area in Philippine (after Liu et al.，2009)1-阿克希特罗沉积岩系;2-三苗礼士沉积岩系;3-吕宋中部陆相盆地沉积岩系;4-火山杂岩;5-超基性岩;6-区域性断层;7-红土型镍矿;8-铬铁矿矿床1-Axitro sedimentary rock series;2-Sanmieres sedimentary rock series;3-Central Luzon continental basin sedimentary rock series；4-volcanic complex;5-ultrabasic rock;6-regional fault;7-lateritic nickel ore；8-chromite ore deposit

AREA红土镍矿是Acoje区的组成部分，也是Zambales蛇绿岩型多金属矿带的一部分，大部分位于Zambales区内，走向南北，向东延深，宽1～4 km，成矿物质以铁镁-超铁镁质为主。从白垩世到始新世生成于Luzon岛中部西海岸边缘盆地的阿尔卑斯混合蛇绿岩带中。这一铬铁矿带由橄榄岩组成，多数已知的工业级铬铁矿均赋存在此。

勘探区处在方辉橄榄岩带上，矿石的主要成分为橄榄石和顽火辉石，顽火辉石中含有原生的尖晶石和次生的磁铁矿颗粒。橄榄石具深变质，通常情况下出露地表呈深绿色。矿床为典型的风化壳型硅酸镍矿床，是超镁铁岩-橄榄岩在中生代、第三纪、第四纪热带、亚热带气候条件下,经过风化作用,镍从含镍的硅酸盐矿物中淋滤出来,随地表水向下渗透到风化壳的下部,形成富含镍的次生矿物，残积矿床大多产于蛇绿岩侵入体的接触带上，被松散的冲积层所覆盖(王瑞江等，2008;罗太旭，2008;付伟等，2012;潘文亮等，2013)。

从含镍风化壳顶部向下至基岩，具有明显的分带现象。发育完整的含镍红土风化壳，按照其成分和内部结构不同分为四个带，自上而下分别为褐铁矿带、粘土带，腐岩带(含矿)及弱风化基岩带，(王志刚，2010；冉启胜等，2010；崔银亮等，2013)。

红土镍矿产于红土风化壳中，总体上受地形控制，平面形态复杂，厚度受地形和风化壳厚度的控制，基本呈正相关关系。

1.2 地球物理特征

本矿区地层自上而下分为：表层土、风化淋滤后形成的褐铁矿化层、含矿风化基岩层(粘土和腐岩带)、弱风化-未风化的橄榄基岩层。表1为本区岩矿石电性参数测定结果统计表，各类岩性的电阻率平均值为：橄榄岩类181 Ω·m、含矿风化基岩21 Ω·m、褐铁矿622 Ω·m，表层土22 Ω·m，各地层均有一定的电性差异。

表1 电性参数统计表

2007年我国西北某物探公司在此地进行过电法勘探试验并做了电参数测定，统计的各类岩型电阻率平均值：橄榄岩138 Ω·m，风化富矿12.5 Ω·m，褐铁矿598 Ω·m，表层土29.2 Ω·m，测定结果与本次相似。本次物探工作的目的层，富矿化风化基岩与上下层围岩之间有明显的电性差异，表现为低电阻特征，这是本区开展电法工作的物性前提(王松等，2017)。

2 工作方法

本区共完成对称四极视电阻率剖面法面积测量3.96 km2，在面积工作异常上进行了6条高密度剖面的测量。

2.1 对称四极电法

对称四极电法用于面积普查工作，发现电阻率异常，其特点是野外工作方法简单、速度快、成本低。

对称四极电法，AB的选择与多种因素有关，如覆盖层厚度及电阻率，地电断面的产状、规模、相邻地质体的影响及其他干扰情况等(程志平，2007)。而MN的选择主要是根据仪器接收的信号强度确定(功叙，1990 ；王兴泰，1996；刘国兴，2005) 。因此，根据任务目的来选择AB和MN。本次对对称四极法工作参数进行了试验，试验选用了AB=100 m，MN=20 m；AB=50 m，MN=10 m；AB=100 m，MN=10 m，三种参数装置进行了试验，通过试验最后采用了AB=100 m，MN=20 m的装置。测量参数是视电阻率ρs,单位是Ω·m。

工作比例尺1∶5000 即线距50 m，点距20 m，测线方向：考虑到地质体为南北走向，故采用正东正西方向布置测线。

2.2 高密度电法

高密度电法可精细反映一个断面横向和纵向的电性变化情况，适合详细解释(葛如冰等，1999；梁源珠等，2018)。本次研究在156剖面上进行了电极距试验，采用电极距5m；数据记录层数为9层，每个排列为300 m(60个电极)。每个剖面根据异常情况采用4～8个排列，即剖面长度为750～1350 m。剖面均为东西方向，和面积工作中测线重合，线号不变。测量参数是视电阻率ρs,单位是Ω·m。

2.3 数据处理

数据处理流程，在野外工作检查的基础上，对采集记录的数据进行预处理，采用2DRES二维高密度电法反演软件进行二维连续剖面反演，计算断面电阻率模型，最后结合地质资料对反演模型进行地质解释。

3 资料解释

资料的解释是依据含矿层的电性特征(即富矿的风化基岩有明显的相对低电阻率特征，与上下围岩之间有明显的电性差异)，采用电阻率资料-地质资料相互印证、互为补充的办法对电阻率资料进行综合判定解释。

3.1 矿床电性特征

为了确定富矿化风化基岩与围岩的电性特征，通过在已知矿点(浅井控制)的电法测量结果，总结出以下找矿特征。

(1)电阻率与岩性

低电阻率异常反映了富矿化风化基岩,即对称四极电法中的5～40 Ω·m的异常和高密度电法剖面中的5～30 Ω·m以下的低阻层，反映了富矿化风化基岩，即高密度电阻率平均值<30 Ω·m的异常为含矿层的反映。

对称四极电法视电阻率值在40～60 Ω·m的中阻异常则反映矿化较弱且风化不完全的方辉石橄榄岩。

对称四极电法视电阻率值为60～140 Ω·m的异常和高密度电法电阻率值为30～100 Ω·m的中阻层基本对应以方辉橄榄岩为主的基岩，而视电阻率值为140～200 Ω·m的异常则反映了不易风化的蛇纹石化橄榄岩，褐铁矿电阻率更高。

(2)异常与矿化的关系

红土型镍矿赋存在风化橄榄岩中，因风化淋滤而形成，镍元素的富集程度和风化程度有关，风化强烈的风化基岩镍含量高(徐强等，2009)，同样风化越强烈电阻率也越低，用低阻异常可以来圈定富镍矿的赋存空间。

风化淋滤型红土镍矿是富集在风化基岩的下部，富集的程度和规模除了与岩性和淋滤程度有关外，也与风化基岩的厚度有关。因为风化基岩厚意味着镍元素的来源和富集空间大，因此越厚越深的反映风化基岩的低阻异常尤其值得注意，可能是规模较大的富矿赋存空间。

从已知矿点看，富矿的风化基岩厚度一般大于10 m，而风化不完全的矿化基岩一般厚度小于10 m。

3.2 对称四极电法异常解释

图2为对称四极电法测量视电阻率等值线平面图，由南向北从100～180线，共41条线，全区视电阻率范围5～321 Ω·m,平均值58 Ω·m。

从图3可看出，本区总体特征，西低东高，低阻层主要位于北西部，反映了北西部主要以低阻的含矿风化基岩为主，东部和西南部以高阻的基岩为主，主要为方辉石橄榄岩和蛇纹石化橄榄岩。

依据视电阻率大致分为三个区，Ⅰ区：位于100～132线，171 ～251点之间，长约940 m，宽度不等，最宽约470m，面积约0.38 km2,视电阻率范围60～217 Ω·m,平均值77 Ω·m，对应地层方辉石橄榄岩和蛇纹石化橄榄岩。

Ⅱ区：位于100～180线，169～301点之间，长2.25 km,宽度不等，最宽约1.07 km，面积约1.73 km2，视电阻率范围5～60 Ω·m,平均值 38 Ω·m，对应地层以含矿风化基岩为主，局部为方辉石橄榄岩。

Ⅲ区：位于100～180线，251～365点之间，长2.22 km,宽度不等，面积约 1.85 km2，视电阻率范围60～321 Ω·m,平均值89 Ω·m，对应地层方辉石橄榄岩和蛇纹石化橄榄岩。

根据地球物理特征，结合已知资料，本区以视电阻率40 Ω·m圈定低阻异常。圈定低阻异常区(Ⅱ区)，位于测区西部100～180线169～271号测点之间，异常幅度一般在5～40 Ω·m之间。异常沿走向和测线两个方向上连续性好，长度约1910 m，最宽处约736 m，面积约1.13 km2。异常分布靠近水系较陡的坡上、橄榄岩和红土层交界处附近或者红土层中，以富矿的风化基岩为主。

图2 AREA矿区对称四极电法电阻率等值线平面图Fig.2 Contours of resistivity from measurement by symmetrical quadrupole electrical method in AREA mine district1-对称四极测线;2-高密度剖面线及编号;3-红土镍矿有利地段;4-分区及编号;5-已知矿点及编号1-survey line；2-high-density profile and number；3-favorable zone of lateritic nickel ore；4-area division and number；5-known ore spot and number

3.3 高密度电法解释

高密度电法共布置了6条剖面，由北向南为170线、162线、158线、146线、126线、112线(见图2)。以下重点对158线、146线、112线进行分析解释。

图3为158线高密度电阻率反演断面图，反演模型电阻率范围5～173 Ω·m,平均33 Ω·m。从横向上看，低阻区主要分布在191～281点；中高阻区主要分布在281～321点，低阻区底部形态有起伏，总体左侧较厚，向右逐渐变薄。从纵向上看，191～281点上部低阻，下部中高阻；281～321点上部中高阻，下部低阻。根据电性特征可推出左侧以风化基岩为主，右侧以未风化的基岩为主。

镍矿有利地段范围划分一是按照电阻率小于30 Ω·m划分，二是按照厚度大于10 m以上，因此，158线镍矿有利地段195～249点，此地段电阻率5～30 Ω·m，厚度10～20 m以下，电阻率值低且均匀连续分布,符合电性测定的富矿化风化基岩的电阻率,是矿异常的反映。围岩从249～319点，电阻率范围40～173 Ω·m，应为方辉石橄榄岩和蛇纹石化橄榄岩。图4为146线高密度电阻率反演断面图，反演模型电阻率范围6～92 Ω·m,平均40 Ω·m。低阻区主要分布在211～251点；高阻区主要分布在251～291点，低阻区从左向右，厚度变小。从纵向上看，左侧上部低阻，下部中高阻，低阻主要分布在211～251点；右侧上部低阻，下部高阻，主要分布在251～291点；根据电性特征可推出左侧以风化基岩为主，右侧以未风化的基岩为主。

图3 158线高密度电阻率反演断面图Fig.3 High-density resistivity section from inversion along line No.158

图4 146线高密度电阻率反演断面图Fig.4 High-density resistivity section from inversion along line No.146

146线镍矿有利地段范围215 ～239点，电阻率从5～30 Ω·m，厚度10～14 m；围岩从249～291点，电阻率范围40～92 Ω·m，应以方辉石橄榄岩为主。

图5 112线高密度电阻率反演断面图Fig.5 High-density resistivity section from inversion along line 112

图5为112线高密度电阻率反演断面图，反演模型电阻率范围6～460 Ω·m,平均60 Ω·m。低阻区主要分布在221～261点，低阻区中部和左侧较厚，向右厚度减小；高阻区主要分布在261～311点，高阻区从左至右，埋深减小，厚度增大。从纵向上看，左侧上部低阻，下部中高阻，主要分布在221～261点；右侧上部薄层低阻，下部中高阻，主要分布在261～311点；从电性特征推断左侧上部以风化基岩为主，下部为未风化基岩，右侧以未风化的基岩为主。

112线镍矿有利地段范围241～255点，电阻率从5～30 Ω·m，厚度从10～14 m；围岩从211～319点，电阻率范围40～460 Ω·m，应为方辉石橄榄岩和蛇纹石化橄榄岩。

3.4 红土镍矿富矿地段圈定

根据对称四极电法面积性测量，确定相对低阻区Ⅱ区为找矿有利地段，结合高密度电法剖面测量确定的镍矿富矿地段都位于Ⅱ区的低阻异常区(见图2)。

(1)矿异常分布在AREA勘探区的西北部，这些低阻异常所反应的含矿风化基岩基本上连成一片，由于剥蚀程度不同，有的没有盖层，含矿风化基岩露出地表；有的还留有褐铁矿盖层，同样的含矿风化基岩，由于盖层的变化造成了不同类型的异常。

(2)含矿风化基岩较厚，一般在10～20 m之间，但出露地表的风化层，因剥蚀关系也有部分厚度<10 m。厚层风化基岩虽上部矿化较弱，但下部可能有规模较大的富镍矿，这应是下步的找矿重点。

在所圈定的红土镍矿有利地段中，通过调查以前的矿点及浅井，证实红土镍矿分布情况与高密度电法所推出结果相符。

4 结论

(1)红土镍矿为硫化镍矿岩体风化-淋滤-沉积形成的地表风化壳性矿床，是热带-亚热带地区一种特有的矿床类型。

(2)镍元素的富集程度和风化程度有关，风化强烈的风化基岩镍含量高，同样风化越强烈其电阻率也越低，用低阻异常可以来圈定富镍矿的赋存空间。

(3)本次电法勘探效果较好，尤其高密度电法较为直观地显示低阻区在横向和纵向分布情况，为圈定红土镍矿提供了真实可靠的资料，缩小了勘探范围、节约了勘探成本。

(4)通过电法勘探和对其异常的解释，认为本区圈定的矿体范围大、矿层较厚，规模较大，找矿前景较好。

[附中文参考文献]

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