矿区内地表除部分为第四系覆盖层外, 还出露有三叠系中、下统, 局部有上统零星分布。深部工程揭露的地层有二叠系、石炭系、泥盆系上统等地层^[15]。

矿区内岩浆岩比较发育, 以中酸性小型岩体及浅成岩脉为主。矿床的生成与岩浆岩活动紧密相关, 在岩浆岩与钙质岩类接触部位往往出现矽卡岩化, 矿体赋存在矽卡岩内^[16]。

矿床主矿体严格受容矿层位岩性控制, 属层控矽卡岩型铜矿床。在矿床主矿体中, 矿石类型复杂, 其中脉石矿物主要有蛇纹石、滑石等蚀变矿物和石榴石、透辉石等矽卡岩型矿物; 矿石矿物主要有磁黄铁矿、黄铁矿、黄铜矿和磁铁矿等。主矿体赋存于某背斜的轴部及两翼, 严格受石炭系中、上统黄龙— — 船山组层位控制, 形态简单, 呈似层状, 产状与控矿岩层近于一致。矿体在空间上以背斜隆起部位的赋存标高最高, 呈一个不完整的穹隆状, 沿走向及倾角均显舒缓波状起伏。

如表1所示, 矿区除二叠系地层以外, 其余地层具有高阻、低极化的电性特征, 电阻率平均值在 1 000 Ω · m, 极化率为2%~3%。而二叠系大隆组和孤峰组电阻率为几十到几百Ω · m, 极化率大于40%。这两组地层可视为电磁法勘探的最大地质干扰层。侵入岩(闪长岩类)为中等电阻率, 多为几百Ω · m, 极化率为2%~4%。矿体电性随矿化性质及矿化程度而异, 主要表现为低阻高极化特征, 电阻率一般小于100 Ω · m, 极化率大于60%。

表1

表1

表1 测区岩(矿)石物性参数 系 统 组 代号 ρ /(Ω · m) ρ̅/(Ω · m) η /% 三叠系 上统 黄马青组 T3h 中统 龙头山祖 T2l 高阻 2~3 分水岭组 T2f 高阻 2~3 南陵湖组 T2n 1 300(测井) 2~3 下统 塔山组 T1t 600~1 500 800(测井) 2~3 小凉亭组 T1x 800~2 300 1 500(测井) 2~3 二叠系 上统 大隆组 P2d n× 10~350 > 60(测井) > 40 龙潭组 P2l 100~500 300(测井) 下统 孤峰组 P1g n× 10~300 250(测井) > 50 栖霞组 P1q n× 10~2 800 500(测井) 2~3 石炭系 上中统 船山黄龙组 C2+3 2 000~3 000 > 2 000(测井) 泥盆系 上统 五通组 D2w 4× 104(小四极法) 2~3 矿体 n× 10~100 < 100 > 60 闪长岩 n× 100~1 500 700 2~4

表1 测区岩(矿)石物性参数

由于历史原因, 该矿区的生活区和矿山作业区已基本相联在一起。随着人类活动的频繁, 其激发的电磁场在空间分布上日益增加, 在时间域上覆盖加大, 在频率域上频点增多, 而且不同频谱的信号能量也越来越强。主要表现为50 Hz的工频干扰, 其中矿区的输电高压线、井口附近的大型用电设备、巷道运矿石车的供电线是主要的磁场干扰源, 用电设备的接地线是主要的电场干扰源。在该矿区进行广域电磁法试验前, 采用V5-2000记录了该区的天然场时间序列信号, 经分析, 该区的强干扰类型主要包括:尖脉冲干扰、类阶跃干扰和似放电干扰等^[17]。在这种强干扰情况下, 无论是电场信号还是磁场信号, 几乎都淹没在50 Hz工频干扰信号中(图1)。

图1

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	图1 V5-2000记录的天然电磁场时间序列信号

为试验广域电磁法在该强干扰区的勘探效果, 在该剖面上布设了广域电磁法剖面, 测点距为 50 m, 测线完全重合前人开展CSAMT的勘探线。

前人在该剖面分别采用GDP-32和V8两种仪器进行CSAMT勘探。GDP-32的工作频率范围为4~4 096 Hz, 收发距为4 800 m, 发射电流为17 A, MN极距为50 m; V8的工作频率范围为1~7 680 Hz, 收发距为8 246 m, 发射电流为18 A, MN极距为100 m。为了和前人在该矿区开展的CSAMT进行有效的对比, 本次试验根据前人开展CSAMT勘探时的测点位置坐标, 进行广域电磁法野外数据采集。试验装备为中南大学自主研发的广域电磁法观测系统, 施工采用伪随机信号的7频波的0、1、2、3频组供电, 工作频率为0.75~8 192 Hz, 共28个频点, 发射电流100 A, 发收距为7 850 m。

图3所示为BD-1剖面GDP32测得的检查点卡尼亚电阻率^[20]与广域电阻率对比。GDP32在该测点获得的检查点与初测曲线的形态基本相同, 但呈锯齿状, 相邻频点的电阻率变化剧烈且无规律, 数据可靠性低; 数据误差较大, 视电阻率均方相对误差达53.6%, 曲线整体产生位移。这主要是由该矿区的强电磁干扰以及复杂的人文干扰所引起。相比之下, 广域电磁法采用伪随机信号发射, 具有抗干扰能力强的优点, 获得的广域视电阻率曲线圆滑, 电阻率数值与工区的电性特征对应。

图3

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	图3 88点广域电阻率与卡尼亚电阻率对比曲线

从图4可以看出, V8仪器在BD-1号剖面102点所观测到的检查数据与初始数据除部分畸变点外, 吻合度较高, 曲线形态一致, 但电阻率范围为10⁶~10⁸ Ω · m, 与工区的实际电性特征不符。广域电磁法所测的视电阻率相对于CSAMT法所测的电阻率曲线要相对平滑, 基本上没有畸变点, 电阻率数值与工区的电性特征相对应。

图4

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	图4 102点广域电阻率与卡尼亚电阻率对比曲线

图5为BD-1线地质剖面和CSAMT勘探与广域电磁法勘探获得的电阻率二维反演结果^[20]。地质剖面为钻孔控制, 已知信息较多, 矿体的位置与钻孔附近地层信息准确。前人推断在86~96点间900 m以浅有一较宽的低阻区, 900 m以下此低阻区主体向左下方倾斜延伸, 等值线陡立密集, 推断此处有一断裂破碎带存在, 但对矿体位置的推断过于牵强。反演结果整体而言, 对矿体几乎没有反映, 地层的似层状特性也没有得到体现(图5b)。

图5

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	图5 BD-1测线地质剖面及2种方法反演结果

图5c为BD-1线的广域电磁法电阻率二维反演剖面。地层的似层状体现非常明显, 矿体横向和深度范围内出现了低阻异常, 识别出了两条断层, 分别位于86~96点和116~119点之间。在82~101点1 000 m以下电阻率较低, 推断为石炭系地层。该矿区铜矿体受控于泥盆系和石炭系之间的层间滑脱构造带, 主要赋存于石炭系地层内, 与已知信息一致。推断测线小号点还存在成矿的空间, 该处低阻异常可能为矿体或矿化引起。

通过对比可以看出, 在已知矿体位置上广域电阻率反演结果呈现明显的低阻异常, 相比之下, CSAMT法沿用了CAGNIARD视电阻率的计算公式, 对低阻的响应相对较弱。图5c中异常区域的位置与实际地质情况吻合较好, 这说明广域电磁法能较好地反映该剖面的主要矿体位置, 也说明该方法在该区勘探是可行的。对比2种方法的勘探结果可发现, 相对于CSAMT法而言, 广域电磁法具有抗干扰能力强的优点, 同时也说明在强干扰矿区, 广域电磁法能获得比CSAMT法更可靠的数据和勘探效果。