综合物探方法在探测深部矿产中的应用——以秋树湾铜钼矿区的试验剖面为例

英亚歌 毕亚鹏 李娴娜

（河南省有色金属地质矿产局第三地质大队，河南 郑州450016）

0 引言

随着我国矿产资源的开采及日益增长的对矿产的需求，中国各成矿区(带)深部找矿、勘探与开发已经成为必然[1]。例如辽宁红透山铜矿可达1300m，铜陵冬瓜山特大型铜矿床产出深度在1000m以下，福建紫金山金、铜矿床距地表的深度已达1900-2000m，江西银山在孔深1500 m的钻井中均发现富有铜、铅、锌的矿床，新疆阿尔泰阿舍勒铜、金、锌特富矿床可深达约1800m。类似这样的矿体向深部还延伸到多深、怎样延伸仍是目前需要解决的问题[2-4,11]。

在深度2000 m以内，进行金属矿产资源的地球物理勘查，通过高精度的重力场、地电场、地磁场[5-6]、人工源地震勘探[7-8]等地球物理场观测，并进行反演与模拟，从成矿区(带)的深部构造背景[9]、介质属性、力学状态等查明矿体的纵向延伸与储存空间。

秋树湾铜钼矿区位于东秦岭钼矿带上，为一中型钼矿区，根据目前的勘探开发程度，迫切需要向深部及边部找矿。因此，利用地球物理勘查方法选择试验剖面进行测试，为向深部及边部探矿提供重要的参考，并为下一步找矿指明方向。

1 矿区地质特征

矿区位于朱夏断裂与商丹断裂交汇处北侧。区内出露的地层为秦岭群，包括以碳酸岩为主的雁岭沟组和以花岗片麻岩为主的郭庄组，有花岗岩及岩脉侵入。区内有加里东期和燕山期花岗岩大范围出露，矿区附近以燕山期花岗岩为主，呈小岩株状产出[10]。

根据秋树湾矿区地质特征推断，本区的钼矿具有秋树湾钼矿类似地质特征。钼矿床围岩主要为大理岩、云母石英片岩、矽线石片岩、矽卡岩和片麻岩等。钼矿体主要赋存于矽卡岩、花岗岩株和片岩中。主要金属矿物是辉钼矿，少量金属矿物有黄铜矿、黄铁矿、闪锌矿、方铅矿等，脉石矿物主要是透辉石、石榴子石、石英、黑云母、长石、方解石和微量的榍石、磷灰石等。矿石构造主要为浸染状、条带状和细脉状构造。矿石结构主要为自形片状、它形磷片状结构[11]。

2 岩、矿石地球物理特征

表1为秋树湾铜钼矿区典型岩矿石电性参数。含钼矿的花岗斑岩有显著激电相对相位异常，电阻率中低值异常，在900Ω左右；不含矿的花岗岩激电相对相位异常幅度不是很明显，但其电阻率为相对低值，为-354Ω。然而，由于部分围岩含有金属硫化矿物，导致统计结果显示的激电异常过高。其他岩性，在激电相对相位和电阻率结合的情况下，也有明显的区别。因此，在本区进行地电法综合探测，即激电相对相位、大地电流和自然电位法三者相结合的方法，具有良好的地球物理基础。

3 工作方法

3.1 原理

激电法在勘探侵染状金属矿上有独特优势，可以探测AMT和电阻率法无法探测的侵染状矿体。频谱激电法可以对激电异常的性质进行区分，可以区分炭质地层和金属矿产生的激电异常。相对相位谱激电法属于频谱激电法的一种，可以压制激电耦合感应，从而增加激电有效探测深度。

表1 秋树湾矿区典型岩矿石电性参数统计表

激电相对相位谱φr（ω）的定义如下：

在上式中，φ（ω）表示激电相位谱，k表示频比，为常数。与其它激电参数测量相比，相对相位谱测量有一系列优点：相对相位谱测量能够自动消除发送机与接收机之间因时间同步误差引起的相位差，比普通的激电相位谱测量具有更高精度；它能够有效压制耦合感应，抗干扰能力强，工作效率高，比激电相位谱测量具有更宽的工作频率范围。

大地电流法利用天然甚低频电磁信号为场源，通过同时观测不同测点电位差的相对变化来研究深部基底起伏形态。通过选择适当的观测频带，探测深度可达1～10km。本次选择的大地电流带宽为25Hz，根据本区的电阻率平均值，探测深度为1～3km。

金属硫化矿体可产生负的自然电位异常。该自然电位的产生与硫化矿体在地下水和氧气的作用下发生氧化还原反应有关。自然电位法的探测深度一般为200～300m。

3.2 具体实施

本次试验根据地质情况，在之前认识的斑岩岩基位置选择一条剖面，与地质勘探的30号勘探线重合，长度为640m，设定点距为40m，总测点数为16个。

本次试验一次布置17个测量电极，16个并行测量通道，然后从测线中间开始供电。每次供电，16个并行测量通道同时测量。如图2所示，先在A0B0供电。然后在A1B1供电，之后是A2B2供电。对于测线内部的供电极距，每次增加的距离为点距的2倍。对于上述例子，供电极距每次增加80米。对于测线外侧的供电，可以按照常规电测深的极距增加方案，以指数方式增加供电极距。也可以按照线性方式增加供电极距，以提高探测目标的分辨率。

本试验采用分布式GPS同步型高精度谱激电观测系统来采集多频相对相位激电数据。该观测系统基于24位A/D转换、FFT和ROBUST叠加技术，抗干扰能力强，对微弱谱激电信号检测能力处于一流水平，适合强电磁干扰背景下生产矿区的谱激电法勘探。

图1 本次试验测量布置图

激电法拥有区分矿体和围岩产生的激电异常的能力，适合传统激电法无法区分矿体和干扰异常的矿区。大深度多频相对相位激电二维测深法的工作原理和传统激电法基本相同，但它采用多测量电极进行并行观测，基于全新设计的二维观测装置，克服了传统频谱激电法工作效率低的弱点。

由于全部谱激电采集站基于GPS同步，可以在多频相对相位激电法观测之前和之后利用布置的二维谱激电接收装置采集大地电流法和自然电位法数据。对于自然电位法数据采集，保证两次观测的测量误差小于1mV。对于大地电流数据采集，保证观测误差小于1mV。

4 资料处理结果

4.1 异常特征分析

电法资料处理的目的是通过野外资料的进一步处理和反演计算，获得供地质解释用的各种图件、数据等文件，它是后续解释工作的基础，依据电性层与各地层的对应关系，结合其它物探资料和区域地质资料对电性层进行地质推断解释。每个环节的处理质量都将对最终成果产生很大的影响。

图2 试验段大地电流剖面图

图2为观测的大地电流在地表引起的电位梯度。从图中可以看出，-180～-20m左右存在基底隆起，往北缓慢下降，在-240m处又有所抬升。这和图5a显示的深部视电阻率变化趋势有可比性。

图3 试验段自然电位剖面图

图5为自然电位梯度和自然电位测量结果。从-180号点～180号点为负异常，表明浅部有金属硫化物矿体。-100号点附近的异常最大，此处矿体规模最大。其它位置异常不大，表明矿体规模很小。

基于二维激电反演软件RES2DINV32，采用ROBUST反演模式，该模式有利于突出岩脉和矿体。 为了避免过度反演导致的振荡，我们将反演误差控制在1%左右。对不同频率的视电阻率和相对相位反演结果表明，反演结果稳定性高。

图4为试验段0.5Hz电阻率及0.25 Hz相对相位二维反演成果图。可发现浅部无明显激电异常，而中深部激电异常明显。对比二者，发现-160号点～-310号点下面的相对相位异常的绝对值随着频率的降低而增大，可能是含炭质地层所引起。深部异常虽然变弱，但幅度可观，可能与斑岩有关。

图4 电阻率和激电相对相位异常解释对比图

4.2 综合分析

对比分析多频相对相位激电法、大地电流法结果，认为-200～0号点之下的深部（埋深约700-1200米）存在火成岩为基底的隆起，该隆起进一步产生了大量岩株和岩脉。可能导致了浅部背斜的形成。同时，150号点下面的大范围激电异常也与该隆起有关。在-150号点下面可能存在高品位钼矿体。

自然电位在-160～-60号点存在明显的负异常，推断是金属硫化物矿体引起。0号点以北也存在微弱的负异常，估计与小规模金属硫化物矿体有关。

由图5可知，ZK03在-200～-450m岩性与物探解释的岩性一致，物探解释的岩性范围基本正确的，并且物探对基底起伏状态的解释也相对准确。

图5 物探解释的岩性剖面与钻探资料对比图

5 结论

5.1 多频相对相位激电法可以压制电磁耦合感应，在本区可实现1000m范围的探测；含钼矿花岗斑岩能够产生显著激电异常，适合用相对相位激电法观测。

自然电位法可用于发现浅部金属硫化物矿体，可与激电测量结果相互验证，值得大范围观测。大地电流法探测深度大，可以继续采用大地电流法探测本区火成岩基底起伏，并可以确定火成岩基底的起伏形态。

5.2 大地电流法、激电法和自然电位法观测到的异常具有很好的一致性，表明深部岩浆活动对试验剖面的地质构造和成矿过程起了决定作用。

5.3 0号点南侧存在大范围的显著激电异常，可能与其下方的火山岩基底隆起有关。

-200号点附近存在一个岩浆上升通道，可能存在一个东西向的深大断裂，值得进一步勘探。

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