引用本文
宋豪, 郭佳, 张风祥, 倪云鹏, 冯磊. 频谱激电法在豫西某铅锌银矿区中的应用[J]. 物探与化探, 2015,39(3): 506-511.
SONG Hao, GUO Jia, ZHANG Feng-Xiang, NI Yun-Peng, FENG Lei. The application of spectral induced polarization to a Pb-Zn-Ag deposit in western Henan Province[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2015,39(3): 506-511.
Doi:10.11720/wtyht.2015.3.12  
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频谱激电法在豫西某铅锌银矿区中的应用
宋豪, 郭佳, 张风祥, 倪云鹏, 冯磊
河南省航空物探遥感中心,河南 郑州 450000

作者简介: 宋豪(1986-),男,工学学士,助理工程师,毕业于东华理工大学,从事电磁法勘探工作。

收稿日期: 2014-02-20
摘要

采用频谱激电(SIP)法对豫西某铅锌银矿区已发现的激电中梯异常进行了评价。利用V8多功能电法工作站9道轴向偶极—偶极装置采集数据,经过视谱反演后,根据从已知到未知的原则,总结了本区的物探找矿标识,确定了高充电率、中低阻梯度带、中等时间常数,低频率相关系数的视谱参数组合特征。根据地质矿产资料对具有“高—梯度带(中低阻)—中—低”组合特征的频谱激电异常进行了分类评价,并圈定了找矿靶区。根据圈定的找矿靶区进行了钻探验证,结果表明在定位的Ⅰ类异常靶区中寻找到较大规模的深部隐伏矿体,取得了较好的应用效果。

关键词: 频谱激电法; 激电异常评价; 铅锌银矿; 深部隐伏矿体; 偶极—; 偶极装置; V8多功能电法工作站
中图分类号:P631 文献标志码:A 文章编号:1000-8918(2015)03-0506-06
The application of spectral induced polarization to a Pb-Zn-Ag deposit in western Henan Province
SONG Hao, GUO Jia, ZHANG Feng-Xiang, NI Yun-Peng, FENG Lei
Aero Geophysical and Remote Sensing Center of Henan Province,Zhengzhou 450000, China
Abstract

In this paper, the authors used the spectrum of IP method to evaluate the IP anomaly with central gradient array for a Pb-Zn-Ag deposit in western Henan Province. V8 multifunctional electrical workstation using the device of 9-channel axial dipole-dipole was employed to collect data. Based on the principle of "from the known to the unknown", the authors summarized the geophysical prospecting indicators which have the combined characteristics of high charge rate, low resistance transition zone, medium time constant and low frequency correlation coefficient. According to the data of geology and mineral resources, the composite IP anomalies characterized by "high—gradient belt (low resistance)—medium—low" were classified and evaluated, and the prospecting target areas were delineated. According to the prospecting target areas, the drilling verification was arranged. The drilling results show that the positioning in the target area of classⅠanomalies led to the discovery of a large-sized concealed orebody in the depth, thus achieving good application effect.

Keyword: spectral induced polarization; appraisal of IP anomaly; Pb-Zn-Ag deposit; deep concealed orebody; dipole-dipole device; V8 multifunctional electrical workstation

近年来, 随着金属矿探测深度的加大, 在一些开采多年的矿区普遍存在电磁干扰大的情况, 受仪器精度及功率等技术条件限制, 利用常规激电法在圈定激电异常之后, 难以对异常进行准确评价, 找矿效果较差[1]。频谱激电作为新发展起来的技术, 通过视谱参数反演, 利用多个视谱参数能够识别、分离出激电效应与电磁效应, 从而达到评价激电异常、寻找深部成矿靶区的目的。

豫西某铅锌银矿区是一个民采多年的矿区, 地表矿点分布较多, 但规模小, 品位低, 前期做过1∶ 1万的激电中梯扫面工作, 圈定了3处高极化率异常区。利用频谱激电对矿区以往发现的激电异常作了进一步评价, 优选出几个找矿靶区, 后经钻探工程验证, 在深部寻找到较大规模的隐伏矿体, 取得了显著效果。

1 矿区地质、地球物理概况

矿区地处豫西熊耳山中段北坡, 属山区, 为中低山地形, 海拔746.1~1 103.6 m, 相对高差357.5 m, 矿脉分布海拔为800~1 100 m。区内大面积基岩出露。主要地层为太古界太华群石板沟组、段沟组, 厚度大于1 000 m, 局部第四系, 厚0~30 m(图1)。

图1 矿区地质构造概况

矿区处于龙王庙— — 岳坪沟北东向成矿构造带的中部, 区内断裂构造为北东向、东西向及近南北向, 其中北东向断裂为区内主要含矿容矿构造。矿区围岩蚀变主要为硅化、绢云母化、绿泥石化、黄铁矿化、泥化等。硅化表现为石英沿破碎带充填, 形成巨厚层的硅化碎裂岩带出现。构造蚀变带内矿化与蚀变主要有黄铁矿化、方铅矿化、碳酸盐化、高岭土化、褐铁矿化、硅化、绢云母化等。

区内岩浆活动频繁, 岩浆岩发育。其中, 燕山期的岩浆活动形成形成金山庙斑状花岗岩和花山似斑状花岗岩体, 岩浆岩分布面积广, 岩体规模大, 是古老结晶基底中Au、Ag等元素活化迁移的重要热动力源, 同时该期酸性岩浆也是成矿物质的重要来源之一。

根据1∶ 10 000土壤地球化学测量, 矿区有两个大的异常带:竹园沟— 六眼河异常带和大麻院— 活不洞沟异常带, 异常元素组合以Ag、Pb、Zn、Au为主, 异常强度高, 浓集中心明显, 规模较大, 成矿地质构造条件有利, 与地质工作揭示的矿脉的分布及走向基本一致。油籽沟— 回椿沟一带为找Ag、Pb有利地段。

按照从已知到未知的原则, 在测区内对铅锌银矿脉、矿化岩石(黄铁矿化、磁铁矿化、镜铁矿化)和片麻岩进行了物性对称小四极激电测深, 共完成物性小四极测深点18个, 实地测定了各类岩(矿)石的极化率(表1), 真实反映了该区的矿化及围岩背景值, 为后续资料处理解释提供了重要依据。实测结果显示, 不极化围岩、弱矿化岩石和铅锌银矿脉有显著的极化率差异。

表1 矿区岩矿石物性测量极化率统计

矿区以往开展过1∶ 1万的激电中梯扫面工作, 圈定了3处较好的激电异常区, 编号DJ-1、DJ-2、DJ-3(图2)。其中DJ-1、DJ-2异常所在区地形相对较好, 已采用常规激电测深进行了评价, 经钻探验证深部见矿效果不理想。DJ-3异常地形较差, 但异常规模最大, 异常形态复杂, 浅部见多处铅锌银矿化露头, 品味较低。中深部含矿情况未经钻孔验证, 是本次异常评价工作的重点。

图2 矿区待评价激电异常平面

2 野外工作方法

为评价DJ-3异常, 物探工作采用了频谱激电。数据采集仪器为V8多功能电法工作站, 轴向偶极— 偶极装置。该装置可最大限度地压制电磁耦合效应[2]。测线方向垂直异常和构造走向布置。

发射偶极AB=50 m, 测量偶极MN=50 m。数据采集频段为256~0.032 Hz, 共27个频点(表2), 采集时间为40 min。共9个测量道, 每一道对应一个探测深度, 9道构成一个探深窗口。每道探测深度和窗口深度范围分别由Hi= Ni+(k+1)/22a , i=1, 2, …, 9和Δ H=Hmax-Hmin计算得出, 式中:Hi、Ni分别表示第i道的探测深度和隔离系数, k为供电电极系数, a为偶极距, Hmax、Hmin分别为Ni取最大值、最小值时的探测深度。

表2 SIP数据观测频率一览Hz

根据野外工作的实际需要, 取k=1、2、3三组隔离系数序列, 9个测量道分别对应的Ni=1~9、2~10、3~11, 对应的窗口深度范围分别是50~250 m、75~275 m、100~300 m, 这样能更好地探测不同地段、不同埋深的地质体目标, 也提高了施工效率。施工布极见图3。

图3 野外施工布极示意

3 数据处理与视谱参数反演
3.1 预处理

频谱激电数据的采集要求比较高, 将工区采集数据导入SIP Pro软件后要做好以下检查工作:① 根据野外班报表, 关闭废除的坏点; ② 检查有无数据重名, 将其中一个数据的后面加字母或者下划线; ③ 检查每一个文件坐标是否有问题; ④ 检查主机和辅助机的道号等; ⑤ 检查相位是否倒转, 如果倒转, 将相位倒转(reversed)过来; ⑥ 剔除振幅(amplitude)跳跃点, 只有在单窗口的时候才能进行编辑; 点击工具栏的命令键, 点住跳跃点, 右键键入该频点的采集点个数界面, 根据点的跳跃情况, 关闭某些点(频点低跳跃, 就将该频点里的低与关闭等), 然后在右键可以回来主界面。

上述工作完成无误后进行数据输出(Output List Files)。

3.2 反演处理流程

数据处理软件采用中国地质大学研发的SFIP-SW V2.0数据反演系统, 具备地形起伏二维反演功能。数据处理流程主要分为3步:

(1) 首先建立D记录文件, 然后转换数据导入测线信息, 进行电极点位校正, 完成之后即可进行数据拟合反演。

(2) 视谱参数反演, 反演主要使用cole-cole组合模型[2]对包含有IP和EM两种效应的采集视频谱做电参数反演, 数学方法采用阻尼最小二乘法。软件为半自动人机联作方式, 频点取舍、赋初值、单采集道反演结果确认、全剖面结果确认等4个重要环节均需要人工干预, 从而保证反演结果符合实际地质情况。

(3) 各剖面数据道足够多、约束数据量大时, 进行2.5D电阻率和IP参数的断面反演[4]。

资料反演处理之后, 可以实现2个目的:① 分离激发极化IP谱和电磁耦合EM谱, 去除电磁耦合干扰; ② 提取IP视谱参数ρ a、ma、τ a、ca, 建立视谱参数组合特征, 确定找矿标识, 区分矿与非矿异常[4]。

4 资料解释与验证情况

频谱激电是一种体积勘探方法, 在大范围的低阻异常中, 难以分辨几米到几十米的低阻薄层[5], 因而从整体上看金属矿物形成的矿体大多位于低阻异常区, 或者低阻与高阻之间的过渡区。金属矿是良导体, 电阻率较低, 极化率较高, 围岩岩体电阻率较高, 极化率相对较低。首先用极化性参数充电率ma来区分矿化体和围岩, 其次通过电阻率大小来判断构造等控矿因素, 资料解释过程中遵循从已知到未知的原则。

资料解释中视充电率ma参数对金属矿反映最明显, 比较直接地反映金属矿物的聚集状况, 因此频谱激电异常主要是利用ma异常。

4.1 试验剖面解释

为保证工作方法的有效性, 同时确定找矿标识, 选择DJ-3异常162号测线进行了方法试验。该测线浅部已知程度较高, 矿化露头多, 但规模小, 品位相对不高。频谱激电对浅部信息不敏感, 中深部信息反映较好。从图4可知, 在桩号800~1100处, 中深部出现了比较明显的视充电率异常, 埋深150~200 m。尤其在桩号1050~1100处发现了高充电率(≥ 8%), 低阻(≤ 2 000 Ω · m)、中等时间常数(1~4s)、中等偏低(0.2~0.4)的频率相关系数[3]的综合异常, 该异常共有上下2个极值中心, 且上部异常中心埋藏较浅约150 m, 下部异常中心约250 m, 且呈现未封闭状态。

图4 162线综合解释剖面

试验工作结束后矿方进行了钻探验证, ZK01上部见矿深度138 m, 与发现的上部异常较吻合, 验证了本次方法的有效性。由于下部仍有未封闭异常, 在排除干扰之后认为仍有可能是矿致异常。于是继续验证, 在217 m处见到规模不小的矿体。另外ZK02也见到工业矿体, 但规模较小。

在进行验证以后对频谱激电异常进行二次解释, 发现由于地形等因素影响, 异常埋深总体会呈现偏浅的趋势。因此, 在后续钻探验证过程中建议适当加大钻孔深度。

4.2 激电异常的验证与评价

矿方根据上述找矿标识, 在168线、180线进行了验证, 发现了厚度达10 m以上的高品位铅锌矿体, 在该区中深部找矿取得了显著效果。

图5 168线综合解释剖面

从图5可知, 168线桩号1000~1600处, ma相对高异常, 中心强度可达15%, 共有3个异常中心, 呈不规则形状。从ρ a来看, 视电阻率值处于相对较低或过渡部位, 是接触成矿的有利部位。τ a、ca与ma异常部位对应关系比较好, τ a中等, 在1~3.5 s之间; ca较低, 多在0.2~0.35之间, 总体符合162线矿致异常组合规律。布置了ZK03和ZK08进行了验证, ZK03终孔深度410.27 m, 在259 m和330.7 m处发现规模较大的工业矿体。ZK08终孔深度 378.75 m, 在326 m处见到工业矿体。

图6 180线综合解释剖面

从图6可知, 180线桩号700~800、1100~1300处出现ma相对高异常, 中心强度可达20%。其中, 700~800点范围内共有3个异常中心, 呈不规则形状, 从ρ a来看, 视电阻率处于相对较低或过渡部位, 是接触成矿的有利部位, τ a、ca与ma异常部位对应关系比较好, τ a中等, 在1~3.5 s之间; ca较低, 多在0.2~0.35之间, 符合162线矿致异常组合规律。布置了ZK06进行了验证, ZK06终孔深度 246.84 m, 在79.1 m和189.2 m处发现规模较大的工业矿体。

4.3 找矿标识的建立与分类

根据验证结果对本矿区视谱参数组合特征进行了总结, 确定了找矿标识。从不同测线数据处理结果来看, 本区ma背景值大致在6%, 本区视时间常数τ a参数整体变化为1~10 s之间, 与ma高值异常对应的τ a一般为1~4 s; 对应的频率相关系数ca较低, 在0.2~0.4之间。与成矿有关的异常组合特征分为3类。

Ⅰ 类异常:视充电率ma异常幅值高(> 8%), 异常形态完整、规模较大; 视电阻率ρ a相对较低或处于中低阻梯度带; 视时间常数τ a中等, 视频率相关系数ca中等或较低, 具有“ 高— 梯度带(中低阻)— 中— 低” 异常组合特征, 通常这类异常是矿致异常, 是钻探有利的找矿靶区。

Ⅱ 类异常:ma异常幅值中等(> 6%), 异常规模较大; ρ a相对较低地区, τ a中等, Ca中等。异常总体响应比Ⅰ 类异常弱, 这类异常是较好的矿化异常。

Ⅲ 类异常:ma异常幅值中等偏高(> 6%), ρ a相对较高, 异常规模小; τ a偏高, Ca偏高。这类异常为不均匀矿化或高极化的岩体所致。

5 结语

通过频谱激电工作对常规激电中梯平面异常进行解剖控制性勘查, 利用频谱激电多个视谱参数的组合特征对深部隐伏矿体进行准确的空间定位, 异常解释中, 主要使用视充电率ma和视电阻率ρ a做定性和半定量评价, 用以推断矿体规模及矿化强度; 结合视频率相关系数ca和视时间常数τ a 进一步对ma异常性质、范围进行判定和圈定, 从而达到评价激电异常寻找隐伏矿体的目的。本次工作在已知铅锌银矿区外围寻找深部隐伏矿, 在视谱组合特征上确定了中低阻、高充电率、中等时间常数, 低频率相关系数的找矿标志。在定位的Ⅰ 类异常验证中取得了很好的应用效果。

由于频谱激电仍是一种间接找矿方法, 其多参数异常是多金属矿化体聚集区的综合响应, 所以推断解释断面图上的多金属矿体聚集中心区的位置和大小是相对的, 只代表聚集中心位置和深度范围, 其边界与矿体边界是有出入的, 其厚度与实际矿层厚度也是有差别的。在实际应用中应结合物化探及地质资料进行综合分析, 来选择钻探靶区, 这样才能获得满意的地质效果。

同时在实际地形起伏较大时要对矿化体埋深进行校正, 适当加深验证钻孔深度可以保证验证结果的可靠性。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献
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