综合物化探在浙西北某矿区多金属矿勘查中的应用
周常委1,2, 黄立勇1,2, 孙昌一3
1.中国地质大学(武汉) 地球物理与空间信息学院,湖北 武汉 430074
2.浙江省地球物理地球化学勘查院,浙江 杭州 310005
3.浙江省第一地质大队,浙江 杭州 310012

作者简介: 周常委(1983-),男,浙江三门县人,本科毕业于中国地质大学,工程师,研究生在读,主要从事电法、电磁法等地球物理方法的应用与研究工作。

摘要

浙西北某矿区位于浙江省开化桐村—淳安梓桐重点勘查区内,是多金属成矿的有利区块,但以往物化探工作程度低,找矿一直未取得突破。文中以大铜坑矿段为例,利用地面高精度磁法、土壤地球化学测量和CSAMT等多种物化探方法,结合区内的成矿地质条件,对综合物化探异常作出了解释推断和综合评价。经钻探验证,物化探异常指明了找矿方向,取得了理想的地质效果,并对相邻矿段下一步地质找矿工作起到了指导作用。

关键词: 多金属矿; 土壤地球化学测量; 地面高精度磁测; 可控源音频大地电磁测深
中图分类号:P631 文献标志码:A 文章编号:1000-8918(2015)04-0749-07
The application of integrated geophysical and geochemical exploration application to metallic ore exploration in a mining area of northwest Zhejiang
ZHOU Chang-Wei1,2, HUANG Li-Yong1,2, SUN Chang-Yi3
1.School of Geophysics and Geomatics,China University of Geosciences (Wuhan),Wuhan 430074,China
2.Geophysical and Geochemical Exploration Institute of Zhejiang Province,Hangzhou 310005,China
3.No. 1 Geological Party of Zhejiang Province,Hangzhou 310012,China
Abstract

The studied mining area of Zhejiang province is located in Tongcun of Kaihua-Zitong of Chun'an key exploration area in northwest Zhejiang. It is a favorable block of polymetallic resources, but its previous geophysical and geochemical prospecting work degree is low, with no breakthrough achieved. With the large copper pit mine as an example, the authors used ground high precision magnetic method, soil geochemical survey, CSAMT method and other geophysical and geochemical methods in combination with geological conditions to conduct comprehensive geophysical and geochemical anomaly interpretation and comprehensive evaluation. Drilling verification shows that geophysical and geochemical anomaly can indicate the direction for prospecting and achieve ideal geological effects, and can also play a guiding role in the further geological prospecting work of the neighboring ore blocks.

Keyword: polymetallic ore deposit; soil geochemical survey; high accuracy magnetic prospecting on earth's surface; CSAMT

浙西北某矿区地处浙江省找矿突破战略行动中“ 开化桐村— 淳安梓桐重点勘查区” , 已经完成了多项地质勘查工作, 并取得了初步的成果:圈出了辉钼矿铜族水系重砂和水系沉积物异常重合区; 多金属赋存于蓝田组地层和岩体中, 矿化体众多, 靠近岩体钨、钼含量有升高的趋势; 岩体无磁性, 外围蚀变带磁性较强, 利用磁法扫面来圈定岩体分布存在较好的物理前提, 但磁测工作范围有限, 且分布不均匀, 制约了应用效果; 地形很差, 激电测深工作效率低, 且探测深度有限。总的来说, 浙西北某矿区以往的地质、物化探工作主要侧重在浅部, 其面积性工作的比例尺小或范围有限, 激电测深工作受地形影响较大, 虽然取得了一定的成果, 但找矿工作一直未取得实质性的突破。

鉴于此, 本次工作调整了勘查思路, 侧重于深部地质勘查, 明确了将岩体和蓝田组地层作为探测的目标层位。但是要解决深部地质问题必须依靠测深类的地球物理方法, 且需要多种地球物理方法来探测地下复杂地质目标[1, 2]

文中以大桐坑矿段为例, 选择土壤地球化学测量、地面高精度磁测和可控源音频大地电磁测深(CSAMT)进行综合物化探勘查。首先依据岩石蚀变区、断裂带、岩石接触带等地的磁化率与周围地质体的差异较大的特点[3, 4, 5], 利用区域1∶ 5万面积性磁法工作, 大致推断了矿区内岩体和断裂构造的分布情况; 其次, 对重点磁异常地段开展1∶ 10 000土壤地球化学测量, 利用铜、钨、钼异常与岩体分布相关及铅、锌异常与蓝田组地层相关的前提[6, 7], 佐证含矿岩体和地层的分布情况; 然后, 采用CSAMT技术对隐伏— 半隐伏矿体定位预测研究[8, 9, 10, 11, 12]; 最后, 结合区内的成矿地质条件, 综合开展剖面解释推断和综合评价, 建立物化探找矿标志。后经钻探验证, 本次物化探工作取得了理想的地质效果, 对相邻矿段下一步地质找矿工作起到了指导作用。

1 地质概况及地球物理特征
1.1 地质概况

矿区大地构造位置属扬子准地台(Ⅰ -1)钱塘台褶带(Ⅱ -2)中洲— 昌化拱褶带(Ⅲ -3)中的章村— 学川隆断褶束(Ⅳ -3)与金紫尖— 麻车埠拗褶束(Ⅳ -4)交接部位, 江湾— 街口— 昌化挤压带南部。区内北东向断裂构造有10余条, 规模一般较大, 长数千米至数十千米, 构造方向为北东40° ~50° ; 北西向断裂构造规模一般较小, 长1~3 km, 表现为张性、张扭性, 常错开北东向断层或使地层发生平移, 断裂带中有时充填脉岩或萤石矿。

浙西北某矿区地层主要包括震旦系下统休宁组(Z1x)、下统南沱组(Z1n)、上统蓝田组(Z2l)、上统皮园村组(Z2p)。寒武系下统荷塘组(∈ 1h)、下统大陈岭组(∈ 1d)、中统杨柳岗组(∈ 2y)、上统华严寺组(∈ 3hy)、西阳山组一段(∈ x1)和第四系(Q), 其中蓝田组分为一段(Z2l1)、二段(Z2l2)、三段(Z2l3)和四段(Z2l4)。

区内侵入岩仅见于大铜坑一带, 为一花岗岩小岩株, 出露面积不足1 km2。岩石蚀变不强, 仅具轻微绢云母化、绿泥石化、局部高岭土化、碳酸盐化、叶腊石化。大铜坑口岩体矿化较强, Cu含量一般为0.05%~0.06%, 高者达0.1%。区内脉岩类计有花岗岩、霏细斑岩、煌斑岩、辉绿玢岩等。

据地质剖面和矿区成矿规律的研究结果显示, 矿区内多金属矿的矿种主要有钨、钼、铜、铅、锌、银。矿床初步可划分为:受蓝田组层位控制的铜钨铅锌银矿; 受花岗岩体控制的钨钼铜矿; 岩体外接触带石英脉型的钼矿。

1.2 地球物理特征

为进一步确定物探方法的有效性, 对矿区岩(矿)石标本进行了电阻率和磁化率测试, 结果见表1。按全省磁性强度分级标准[13], 矿区内磁参数属无磁— 中弱磁性, 其地层和斜长花岗岩岩体一般为相对弱磁性, 磁化率一般小于200× 10-6SI, 若含有黄铁矿或磁黄铁矿化, 岩(矿)石的磁性会随之增强, 磁化率大多在550× 10-6SI以上, 这说明了矿区内岩(矿)石之间具有磁性差异, 为地面高精度磁测的开展提供了物性前提。

矿区电阻率参数统计结果表明, 西阳山组和皮园村组为高电阻率特征, 电阻率值一般高于15 000 Ω · m; 斜长花岗岩、大陈岭组和华严寺组为中高电阻率特征, 电阻率值在5 000~10 000 Ω · m之间; 蓝田组、南沱组、休宁组、荷塘组、含黄铁矿化斜长花岗岩、煌斑岩以及矿(化)体为中低电阻率特征, 电阻率值一般在1 000~5 000 Ω · m之间; 铜锌或铜矿体、钼矿(岩体中)、辉绿玢岩和杨柳岗组为低电阻率特征, 电阻率值一般小于1 000 Ω · m。测试结果表明, 矿区内地层、侵入岩和矿(化)体的电性差异明显, 具备了在矿区内开展CSAMT的地球物理前提条件。

表1 矿区地层和侵入岩、矿(化)体物性参数[14]
2 综合物化探方法的应用
2.1 工作思路和技术路线

遵循“ 区域展开, 重点突破, 点面结合, 面中求点” 的工作方针, 把握“ 基础先行手段随后, 面上先行点上随后, 由粗到细, 由浅入深” 的原则。在本次矿区物化探工作中, 吸取了物化探方法在地质找矿中的实践经验[15, 16, 17, 18, 19, 20, 21]

首先, 选取成矿远景区开展1∶ 50 000地面高精度磁测扫面工作, 充分利用磁法圈定隐伏岩体, 推断隐伏构造分布的优势, 初步圈定磁异常区块, 为间接寻找以金、铜、铅锌和钼为主的多金属矿提供依据; 其次, 选择重点磁异常区块进行土壤地球化学扫面工作, 分析和研究各元素异常, 圈定找矿重点部位; 最后, 结合已知地质资料及磁法、化探结果, 利用CSAMT来推断成矿有利空间位置, 为钻孔布置提供依据。

2.2 地面高精度磁测

本次磁测工作的比例尺为1∶ 50 000, 采用WCZ-1型质子磁力仪进行测量, 观测参量为地磁场总场的绝对值T, 计算并解释参量为地磁场总场异常Δ T, 依据整个测区的磁测Δ T平剖图、Δ T化极平面图及Δ T垂向一、二阶导数平面图, 结合物性、地质、矿产等有关资料, 在本次工作矿区内共圈定3个局部异常, 分别为C3、C4和C5, 文中对大桐坑矿段C4磁异常(图1)进行讨论。

图1 Δ T地磁C4异常等值线平面

由图中看出, C4异常由6个高值小异常组成, 编号为C4-1~C4-6, 总体呈北东展布, 但各个异常轴方向多变, 主要为北东向、次为北西向和近东西向, 在异常中间夹杂强负异常, 正异常极大值为968 nT, 负异常极大值达-1 372 nT, 在正负异常间形成等值线密集的梯级带。异常主要为岩体外围矿化蚀变带的反映, 磁黄铁矿, 铜、铅、锌多金属矿石磁性最强, 角岩化砂岩和角岩化泥岩次之, 而大铜坑花岗岩磁性较弱。总体来看岩体无磁性, 岩体外围角岩化蚀变带和矿化带形成强磁异常。

2.3 土壤地球化学测量

由于燕山期隐伏半隐伏岩浆岩体一般均显示有化探异常, 岩浆岩在侵入过程中在岩体外围形成地球化学晕, 由近岩体到远离岩体本区的地球化学晕为W、Sn、Mo、Bi、Cu-Cu、Pb、Zn、Ag-As、Sb、Hg、Ag、Au的矿化系列, 根据化探元素组合异常特征可圈定隐伏岩体的大致范围及剥蚀程度。因此, 在矿区内圈定的3个局部异常(C3、C4和C5)区进一步开展土壤地球化学测量, 与磁法测量成果进行综合解释和推断。文中选取大桐坑矿段的1∶ 10 000土壤地球化学测量工作成果(范围如图1所示)进行了探讨。

为了充分利用已有的地质资料, 在解释和推断物化探异常前, 首先截取化探工作范围内的地质简图(图2)。由图上看, 矿段内主要出露震旦系地层和大桐坑花岗岩体, 其中大桐坑花岗岩在矿段中部出露, 规模不大, 且往北东方向有多处小岩株存在, 岩体外接触带主要为蓝田组地层, 北西向和北东向断裂构造较为发育, 矿段东南侧地层出露相对复杂。

图2 大桐坑矿段地质简图及物化探工作布置[16]

图3 大桐坑矿段次生晕异常

其次, 分析和研究了钨、钼、锌、铅和铜元素的分布特征, 形成各元素次生晕异常(图3)。由图可知, 各元素异常围绕大铜坑岩体呈明显分带性, 由内向外依次为W、Mo-W、Cu-Pb、Zn。结合已知地质资料来看, W和Mo异常与岩体对应较好, 包含了出露的岩体和小岩脉, 推测大桐坑岩体为半隐伏岩体, 呈北东向展布; Cu异常与岩体有对应, 而铅锌异常一般分布在大桐坑岩体的外围, 距离岩体有一定的距离。

最后, 依据元素次生晕异常的这些分布特征, 推测本矿段找矿有力部位为大桐坑半隐伏岩体及其外围, 其中岩体对应的是钨钼矿, 远离岩体依次为钨铜铅锌矿, 从而进一步圈定找矿重点部位。

2.4 CSAMT测深

为了进一步查证磁异常和化探异常, 推断分析成矿的有利空间位置, 沿垂直于岩体走向开展剖面测量。本矿段共布置了5条可控源音频大地电磁(CSAMT)测线, 如图2所示, 同时进行剖面磁异常和化探异常曲线的解释推断。

CSAMT是一种人工源的频率域测深方法, 其理论基础是求解偶极子场的分布问题, 即求出这种场源在一定边界条件下麦克斯韦方程组的解。该方法具有三大特点:使用人工场源、测量卡尼亚电阻率、改变频率测深法[22]。工作仪器选用加拿大凤凰公司生产的V8多功能电法数据采集系统, 野外工作方式采用电性源CSAMT标量测量, 每个排列采集6个测点的测深数据, 发射极距AB为1.95 km, 接收极距MN为50 m, 收发距R> 10.5 km; 工作低频段最大发射电流15 A, 高频段发射电流大于2.5 A; 工作时共选定60个频点, 最大9 600 Hz, 最小1 Hz。数据处理使用CSAMT-SW专业软件, 首先对原始数据进行预处理, 包括畸变点编辑、近场校正和静态改正, 在此基础上进行Bostick反演计算、拟2D反演或2D带地形反演, 最后用Sufer软件绘制成果图件, 并结合已有地质资料进行地质解释。

在5条测线中, 以8线CSAMT法断面(图4)最为典型, 较好地反映了矿区深部的地质信息, 具体有以下三个特征表现较为明显:

(1)电阻率曲线在花岗岩和岩体外围的角岩(化)部位反映为中高电阻率特征, 两者难以凭借电阻率值来准确区分, 因此推测区内的高阻多为与岩体及角岩(化)有关的异常, 而与W、Mo异常对应的岩体分布推测为钨钼铜矿(化)体的赋存有利部位。

(2)震旦系蓝田组地层中, 电阻率曲线则反映为相对中低阻异常, 阻值在50~1 200 Ω · m之间, 多数不低于600 Ω · m, 且电阻率变化相对比较宽缓, 推测为铜钨铅锌银矿(化)体的赋存有利部位, 与化探异常对应且在靠近岩体部位成矿更佳。

(3)剖面断面中出现两处相对低电阻率异常体, 位于8线剖面1100和3500点的下方, 电阻率值均小于30 Ω · m。其中8线剖面1100点下方的低阻异常与其右侧的矿体位置对应, 推测该低阻异常除与南沱组地层有关外, 还与矿(化)体或构造破碎有关, 值得注意; 8线剖面3500点下方的低阻异常存在于两组构造之间, 地表出露震旦系皮园村组, 下部推测为寒武系荷塘组, 且受构造影响, 地层岩石较为破碎。

本次CSAMT测线均为同一个方向, 使用同一个发射场源, 所以通过自编软件形成了不同高程的平面等值线图, 以海拔标高200 m平面等值线(图5)较为典型, 较好地反映了大桐坑岩体的走向。该岩体为半隐伏岩体, 出露在19线地表, 在西南侧隐伏相对较深, 北东侧隐伏相对较浅, 并在局部地表以花岗岩岩脉形式出露。这与土壤测量的成果认识基本吻合, 也进一步查证并揭示了矿段内有利成矿区的空间位置, 明确了钻孔验证工作将紧紧围绕在大桐坑半隐伏岩体及其周围的震旦系蓝田组地层中。

以大桐坑矿段8线剖面为例, 综合地面高精度磁法、土壤地球化学测量和CSAMT工作成果, 建立了矿区物化探找矿标志:受蓝田组层位控制的铜钨铅锌银矿对应的次生晕Zn和Pb异常明显, 电阻率呈中低特征, 变化相对比较宽缓, 电阻率值一般在50~1 200 Ω · m之间, 多数低于600 Ω · m, 靠近岩体成矿更佳, 表现为相对较强的磁异常特征; 受花岗岩体控制的钨钼铜矿和岩体外接触带石英脉型的钼矿对应为低磁异常或无磁异常, 次生晕W、Mo和Cu异常明显, 该组矿体赋存在岩体中或外围, 视电阻率呈中高特征。

2.5 钻探施工

综合地面高精度磁法、土壤地球化学测量和CSAMT成果推断解释, 以CSAMT断面图推断的成矿空间展布为主要依据, 设计钻孔位置和孔深, 在7、8、16、19和35线上完成了17个钻孔的施工, 正在准备3个钻孔的施工, 同时统计了完成钻孔的工作量和见矿情况(表2)。

在已经完成施工的钻孔中见矿(化)率高达94.12%, 表明在矿段内成矿条件非常有利, 验证了物化探异常的推断, 找矿工作取得了重要突破, 为浙西北某矿区的下一步地质找矿工作指明了方向。

表2 矿区地层和侵入岩、矿(化)体物性参数

图4 浙西北某矿区大桐坑矿段8线综合剖面

图5 大桐坑矿段海拔标高200 m平面等值线

3 结论

首先, 笔者通过对区域重力异常特征的研究, 大概确定了矿区工作范围; 然后, 结合矿区的地质特征, 通过方法对比选择, 利用地面高精度磁测和土壤地球化学扫面, 逐步缩小了重点勘查区的范围; 在此基础上, 针对性地布置了CSAMT工作, 进一步推断了矿(化)体的地下空间分布形态。

经钻探工作验证和控制, 首次在大桐坑岩体内发现了厚度较大的钨钼矿(斑岩型), 在蓝田组地层内新发现了厚度较大的层控型铜钨矿和铅锌银矿, 大致查明了矿床规模:钨达到大型, 钼达到中型, 铜达中型。实践证明, 综合应用方法取得了良好的效果, 也期望这一成功模式能够有效地为矿区下一步的地质工作指明方向, 并能在相邻矿区的地质找矿工作起到一定的指导作用。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献
[1] 杨树流. 综合物探方法在下庄矿田碱交代岩型铀矿勘探中的应用[J]. 工程地球物理学报, 2009, 6(4): 497-502. [本文引用:1]
[2] 孝东. 综合物探在博格达山前古牧地复杂构造中的应用[J]. 物探与化探, 2009, 33(6): 630-634. [本文引用:1]
[3] 刘祜, 程纪星, 腰善丛, . 电、磁综合方法在南方硬岩型铀矿勘查中的应用[J]. 物探与化探, 2011, 35(6): 739-746. [本文引用:1]
[4] 管志宁. 地磁场与磁力勘探[M]. 北京: 地质出版社, 2005. [本文引用:1]
[5] 董焕成. 重磁勘探教程[M]. 北京: 地质出版社, 1993. [本文引用:1]
[6] 杜雄, 孙昌一. 浙江省淳安县姜家镇潘家矿区大铜坑矿段多金属矿阶段性普查地质报告[R]. 浙江省第一地质大队, 2014. [本文引用:1]
[7] 张金良, 孙昌一. 浙江省淳安县姜家镇潘家一带矿区多金属矿普查地质补充设计[R]. 浙江省第一地质大队, 2012. [本文引用:1]
[8] 杨金中, 赵玉灵, 沈远超, . 可控源音频大地电磁法在矿体定位预测中的应用[J]. 地质科技情报, 2000, 19(3): 107. [本文引用:1]
[9] 李忠平. 应用综合物探方法探测新疆萨尔苏克外围及深部金铜矿床[J]. 物探与化探, 2014, 38(3): 417-422. [本文引用:1]
[10] 徐新学, 李世斌, 袁航, . 山西沁源隐伏铝土矿综合物探调查应用效果[J]. 物探与化探, 2014, 38(1): 41-45. [本文引用:1]
[11] 马振波, 燕长海, 李中明, . CSAMT在河南郁山大型隐伏铝土矿勘查中的应用[J]. 物探与化探, 2012, 36(4): 688-691. [本文引用:1]
[12] 王志宏, 杨进, 山科社. CSAMT在可地浸砂岩型铀矿勘查中的应用[J]. 物探与化探, 2005, 29(3): 227-229. [本文引用:1]
[13] 吴坤泉, 俞国华, 韩竞成, . 浙江省区域地层岩石地球物理地球化学参数研究报告[R]. 浙江省地球物理地球化学勘查院、浙江省区域地质调查大队, 1991, 4: 35. [本文引用:1]
[14] 黄立勇, 周常委. 浙江省淳安县姜家镇潘家矿区物性参数研究报告[R]. 浙江省地球物理地球化学勘查院, 2014. [本文引用:1]
[15] 王建复. 物化探方法在辽宁省西丰县成平钼矿勘查中的应用效果[J]. 物探与化探, 2004, 38(5): 885-889. [本文引用:1]
[16] 刘波, 乔宝成, 李海东. 综合物化探方法在哈拉河铅锌矿区勘查中的应用[J]. 物探与化探, 2004, 38(2): 261-267. [本文引用:1]
[17] 贾长顺, 曾庆栋, 徐九华, . 综合物化探技术在黄土覆盖区隐伏金矿体预测中的应用[J]. 黄金, 2005, 26(7): 8-11. [本文引用:1]
[18] 柳建新, 胡厚继, 刘春明, . 综合物探方法在深部接替资源勘探中的应用[J]. 地质与勘探, 2006, 42(4): 71-74. [本文引用:1]
[19] 钟仁, 赵志军, 廖蕾, . 综合物化探方法在乌兰德勒钼矿勘查中的应用[J]. 物探与化探, 2010, 34(3): 275-280. [本文引用:1]
[20] 肖明尧, 费新强. 内蒙古五岔沟地区物化探异常特征及找矿前景[J]. 地质与勘探, 2011, 47(5): 867-877. [本文引用:1]
[21] 沈光银, 杜俐, 林银山. 综合物化探方法在寻找隐伏铀钼矿床中的应用[J]. 物探与化探, 2012, 36(5): 732-736. [本文引用:1]
[22] 何继善. 可控源音频大地电磁法[M]. 长沙: 中南工业大学出版社, 1990. [本文引用:1]