新疆天宇铜镍矿区瞬变电磁特征研究
[武军杰1, 2 
, 杨毅2 , 李貅1 , 张杰2 , 王兴春2 , 邓晓红2 ]
, 杨毅引用本文
武军杰, 杨毅, 李貅, 张杰, 王兴春, 邓晓红. 新疆天宇铜镍矿区瞬变电磁特征研究[J]. 物探与化探, 2017,39(6): 1113-1118.
WU Jun-Jie, YANG Yi, LI Xiu, ZHANG Jie, WANG Xing-Chun, Deng Xiao-Hong. TEM characteristics in the Tianyu Cu-Ni deposit, east Xinjiang[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2017,39(6): 1113-1118.
Doi:10.11720/wtyht.2015.6.03WU Jun-Jie, YANG Yi, LI Xiu, ZHANG Jie, WANG Xing-Chun, Deng Xiao-Hong. TEM characteristics in the Tianyu Cu-Ni deposit, east Xinjiang[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2017,39(6): 1113-1118.
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新疆天宇铜镍矿区瞬变电磁特征研究
作者简介: 武军杰(1979-),男,河北栾城人,高级工程师,长安大学博士研究生,主要研究方向为电磁法勘探。E-mail:wujunjie@igge.cn
摘要
为总结新疆东天山地区与基性-超基性岩体有关的岩浆型硫化物铜镍矿床地球物理特征(电性),在天宇铜镍矿区开展了TEM方法试验研究,通过TEM试验数据,初步总结了地面瞬变电磁法TEM响应、时间常数、电阻率等参数在矿体、断裂、岩体等地质体的特征规律。试验结果表明,硫化物铜镍矿体的TEM响应曲线晚期衰减缓慢,双对数坐标下,斜率约为1.3~1.5,平均视时间常数约为0.5 ms,背景地层TEM曲线晚期衰减较快,斜率约为2.7,平均视时间常数约为0.23 ms。反演电阻率图中含矿岩体呈明显低阻反应,电阻率低于200 Ω·m,背景地层呈高阻,反演电阻率值大于500 Ω·m,断裂分布在高低阻过渡带上。瞬变电磁法在硫化物铜镍矿床应用效果良好,能够为该种类型矿床的勘查提供一定的参考。
关键词:
瞬变电磁; 硫化物铜镍矿; TEM衰减曲线; 电阻率反演; 东天山地区
中图分类号:P631
文献标志码:A
文章编号:1000-8918(2015)06-1113-06
TEM characteristics in the Tianyu Cu-Ni deposit, east Xinjiang
Abstract
Transient Electromagnetic Method (TEM) exploration was carried out in the Tianyu Cu-Ni deposit of eastern Xinjiang to sum up the geophysical characteristics of magmatic sulfide Cu-Ni deposits related to mafic and ultramafic rock bodies. In this paper, the characteristics of TEM response, time constant and resistivity for orebody, fracture and rock body are summed up from in-loop and borehole TEM data. Experiments show that the decay curves of the orebody decay slowly and the gradient of the late channels is about 1.3~1.5 at double logarithmic coordinate, with its apparent time constant being about 0.5ms. The TEM response of background decays is quicker than that of the orebody with its gradient being about 2.7 and its apparent time constant being about 0.23 ms. The apparent resistivity of the orebody from the inversion data is below 200 Ω·m, while that of the background is higher than 500 Ω·m. Fractures are distributed in the transition zone of high resistivity and low resistivity. The application effect of the TEM is good in the sulfide Cu-Ni deposit, and can provide some reference for exploration of the same type deposits.
Keyword:
TEM; sulfide Cu-Ni deposit; TEM decay curve; resistivity inversion; Eastern Tianshan Mountains
新疆东天山地区是我国重要的Cu-Ni-Au-Fe成矿带[1, 2, 3], 该地区产出一系列铜镍矿化镁铁-超镁铁岩体(黄山、香山、图拉尔根、葫芦、马蹄、土墩等), 从成矿地质环境与相关矿床类型来看, 东天山地区具有很好的岩浆型铂族元素矿床的成矿条件[2]。
天宇铜镍矿区是新疆地矿局地质六大队在东天山地区发现的与镁铁-超镁铁杂岩体有关的铜镍矿床[2]。该地区出露的地层为一套古老的变质岩系, 古老基底经历了多次构造运动, 伴随着构造运动, 岩浆活动极为活跃, 侵入岩大面积展布, 其漫长的地质活动不但使该地块内构造格架极为复杂, 同时也为Fe、Cu、Ni、Pb、Zn、Au、Ag等矿床的形成提供了有利条件[2, 3, 4]。相关学者对于天宇矿区的地质构造、岩相地球化学特征、岩浆演化、成矿模式、同位素物质来源示踪、造岩矿物特征、地质特征找矿方向等方面进行了系统研究, 取得了丰硕的科研成果[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]。
瞬变电磁法(TEM)属于时间域人工源电磁方法, 是以大地中岩(矿)石的导电性和导磁性为物性前提, 根据电磁感应原理观测、研究电磁场空间和时间分布规律, 以寻找地下良导矿体或解决相关地质问题的一种勘查方法。在金属矿勘查中, 瞬变电磁法主要用于寻找良导性的致密块状、团块状、网脉状硫化物矿体[8, 9, 10, 11]。
笔者试图通过瞬变电磁法在该矿区的应用来总结天宇矿区内主要目标地质体的电性特征规律; 通过总结该种类型的铜镍硫化物矿床的地球物理特征, 为在新疆东天山一带寻找相同类型的矿床提供有效的勘查技术。
1 矿区地质概况
天宇铜镍矿区位于新疆哈密市东南方向约 170 km, 矿区为起伏的低山丘陵区, 位于塔里木板块中天山地块东南缘。矿区出露的地层主要为中元古界长城系星星峡群下亚组(Chxx1)及中亚组(Chxx2), 局部地势低洼处有第四系冲积砂砾石覆盖。长城系星星峡群整体为一套浅海-滨海相正常沉积碎屑岩与其后中基性-酸性侵入岩经受区域变质作用形成, 为区内基性-超基性杂岩体的主要围岩。区内构造较复杂, 主要为断裂、褶皱和单斜构造。华力西期晚期侵入岩是区内基性-超基性杂岩体形成的主要阶段。
矿区断裂构造主要为沙泉子深大断裂及其次级断裂, 分布于实验基地内的断裂主要为F4、F5、F8、F9、F12。F4断裂在区内平面上近似弧形展布, 整体走向60° 左右, 该断裂是天宇含矿基性-超基性杂岩体上升通道, 是矿区最重要的导岩和容矿构造。
天宇杂岩带中Σ 20号杂岩体规模相对较大, 具全岩矿化特征, 天宇镍矿I号主矿体产于该杂岩体中。在杂岩体深部超基性岩类(辉石岩、橄榄辉石岩、橄榄岩)全岩矿化, 而且橄榄岩即为矿体。矿体一般都产于深部, 以盲矿体为主。金属硫化物以磁黄铁矿、磁铁矿为主, 镍黄铁矿、黄铜矿、紫硫镍矿、辉铜矿次之。Σ 19号杂岩体在浅部具全蚀变, 深部与围岩接触部位橄榄岩具弱矿化, 部分可达到边界品位。镍矿体主要产出杂岩体中部或中南部, 多呈条带状、脉状, 个别呈透镜状。
I号镍矿体位于Σ 20号杂岩体中部, 含矿岩石有橄榄岩、橄辉岩、辉石岩, 地表顶、底板围岩均为辉石岩或含橄辉石岩, 与矿体呈渐变过渡, 具强纤闪石化、金云母化、滑石化特征; 深部钻孔中顶、底板围岩均为中元古界的二云母斜长片岩, 含矿岩石与围岩具明显侵入接触关系。II号镍矿体为隐伏矿, 位于Σ 20号杂岩体中部, 矿体呈透镜状, 含矿岩石含橄二辉辉石岩, 顶、底板围岩均为黑云母石英片岩, 具明显的侵入接触关系, 具纤闪石化、伊丁石化。
根据区内开展的物性统计, 区内橄榄辉石岩电阻率均值约为334 Ω · m, 辉石岩约为281 Ω · m, 辉长岩为2 287 Ω · m, 花岗岩为603 Ω · m, 片麻岩为1 555 Ω · m, 铜镍矿石电阻率低于10 Ω · m。超基性岩相呈低阻高极化特征, 辉长岩、片岩、花岗岩、闪长岩等均呈高阻低极化特征, 因此, 在该实验区开展瞬变电磁法试验具有良好的物性条件。
2 TEM野外工作布置
根据地质资料进行了地面TEM测线布置(图1), 测线范围为L33~L26。测线与原地质勘探线重合, 并在两端延长, 测线长度2.5 km, 线距100 m, 点距50 m; 共布置测线17条。
 | 图1 天宇矿区地质概况及TEM测线布设 |
TEM测量使用加拿大Crone公司Digital PEM型瞬变电磁仪, 装置为中心回线, 发射框100 m× 100 m, 发射电流15 A, 发射时基20 ms(基频12.5 Hz), 下降沿500 μ s, 叠加次数512。同步使用无线电同步, 接收使用PEM探头(等效面积3 850 m2)测量垂直分量感应电动势dBz/dt数据。
3 TEM特征分析
3.1 衰减曲线
图2为天宇铜镍矿区不同目标地质体上方实测TEM衰减曲线。图2a为L29、L17、L11(SY1)三条测线所有测点的衰减曲线, 图中使用不同颜色线条区分出了3条测线上矿体、Σ 20号杂岩体蚀变带以及背景地层上方的曲线。
 | 图2 天宇铜镍矿区不同目标地质体TEM衰减曲线对比 |
为清楚显示Σ 19号杂岩体的衰减曲线特征, 在图2b中单独给出了L11(SY1)线所有测点衰减曲线。图中可以看出矿体呈良导特征, 其上方曲线衰减最慢, 到3 ms后其幅值仍大于 10 nT/s, 双对数坐标系下晚期道曲线的斜率约为 1.3~1.5; 长城系背景地层TEM响应衰减最快, 呈现高阻特征, 晚期道曲线斜率约为2.7; 蚀变带具有矿化特征, 其衰减曲线在早期和背景曲线近似, 在中晚期道中衰减介于矿体和背景地层之间, 晚期道曲线斜率约为1.6~2.1; Σ 19号杂岩体的衰减规律与背景地层相似, 曲线衰减略缓于背景地层。图2b中Σ 19号杂岩体上方TEM衰减规律介于背景地层和Σ 20号杂岩体蚀变带之间, 这是因为Σ 19号杂岩体在浅部蚀变, 在深部具弱矿化, 而Σ 20号杂岩体蚀变带矿化程度较高。
3.2 瞬变响应
图3为矿区实测TEM响应与目标地质体平面分布, 图中使用的数据为TEM第10道(0.298 ms)实测响应值。图中给出了矿区内几条主要断裂以及铜镍矿体出露地表的大致位置。可以看出在170~220点之间出现一条瞬变响应高值异常带, 根据地质资料, 该异常带反应的低阻体应为矿体下延部分, 可以看出矿体整体上是向北倾的。出现的高值异常位置与TEM发射框的耦合关系有关, 由于矿体陡倾, 使得矿体露头正上方并非是最佳耦合位置, 异常主要反映的是矿体下延部位。在位置关系上, 矿体异常带基本位于F4和F5断裂之间, 说明矿体受此两断裂控制。在图3中可以看出矿体在空间上呈条带状北东方向分布, 向北倾; 断裂分布在瞬变响应高值异常带的边界上。
 | 图3 试验区TEM场值等值线 |
3.3 视时间常数
τ s是反应TEM响应曲线衰减快慢的参数。一般来说, τ s越大, 异常体的导电性越好[8]。τ s的计算公式[8]为τ s=(tj-ti)/ln(ε j-ε i), 式中tj和ti都是晚延时采样时间, tj> ti, ε j和ε i为相应的响应值, t和τ s的单位均为ms。本次选择第13(0.53 ms)和15(0.77 ms)道。
选取全部区内实测曲线, 根据每一测点实测曲线计算τ s值, 共计完成785个测点。其中, 矿体上方测点63个, τ s平均值为0.50 ms; 不含矿杂岩体上(Σ 20不含矿部分、Σ 19岩体)测点65个, τ s平均值为0.33ms; 背景地层测点657个, τ s平均值为0.23 ms。可以看出矿体衰减时间常数最大, 不含矿岩体次之, 长城系背景地层最低。图4为矿区不同目标地质体τ s值对比。
 | 图4 不同目标地质体时间常数平均值对比 |
3.4 反演电阻率
数据处理解释使用拟二维反演成像算法[12, 13]。该方法首先计算瞬变场全域视电阻率, 再根据“ 烟圈” 理论的涡流扩散速度计算视深度, 并对所得视电阻率和视深度进行修正, 最后应用有限长度的厚板程序, 将横向同深度层的介质分成若干块有限长度的厚板状导电介质进行正演拟合, 得到电阻率地电断面。拟二维反演成像方法综合考虑了相邻测点的横向变化, 使得计算结果更加合理。
 | 图5 L2线TEM电阻率断面 |
图5为试验矿区L2线TEM二维反演电阻率断面。图中160~195点范围内出现相对低阻异常, 电阻率约为100 Ω · m, 为已知Σ 20号含矿杂岩体的反应; 130、160、200三处分别为F5、F12和F4断裂的显示。在此断面图中Σ 19杂岩体反应明显, 在230~310点下方显示为低阻异常, 电阻率约为100 Ω · m, 应为Σ 19号岩体在地下延伸部分的反应, 而且局部电阻率与Σ 20号含矿岩体反演电阻率接近, 此部分岩体可能含矿。
 | 图6 L14线TEM电阻率断面 |
图6为L14线TEM拟二维反演电阻率断面。图中在170~220以及240~260点范围内出现相对低阻异常, 可以看出两异常应均为Σ 20号含矿岩体的反应。此测线上Σ 20号岩体异常范围有所扩大, 160点处应为F5断裂的反应, 290号下方的异常显示应为岩性变化界面的反应。
 | 图7 L18线TEM电阻率断面 |
图7为L18线TEM拟二维反演电阻率断面等值线。图中在170~200以及260~275点范围内出现相对低阻异常; 根据地质资料并结合L14线反演结果, 这两处低阻异常显示应均为Σ 20号含矿岩体的反应, 说明矿体在L14线开始出现分叉, 在L18测线分叉更为明显。160、210点处应为F5、F4断裂的反应。
 | 图8 TEM反演电阻率三维表面 |
图8、图9分别为矿区反演电阻率三维表面图以及沿测线切片图。两图中展示了低阻异常在空间的分布形态。试验矿区整体东部电阻率相对较高, 西部较低。从图中低阻异常的分布看来, 东面异常较浅、范围小, 西面有变宽变深的趋势。局部来看, 矿体在一些位置出现规模不大的分叉, 可能与小的断裂构造有关。
 | 图9 TEM反演电阻率切片 |
在电阻率反演图中可以看出, 矿体呈低阻显示, 基性-超基性杂岩体由于具有矿化或者蚀变的性质, 而显示出低阻的特性。断裂在反演图中反应明显, 主要体现在高低阻的过渡带上。长城系背景地层一般显示为高阻, 并且在岩性的分界面上电阻率略有变化。
4 结论
在新疆天宇铜镍矿开展了TEM勘查工作, 并且对目标地质体开展了TEM特征的对比试验。试验结果表明试验矿区硫化物铜镍矿体受断裂控制, 整体呈北东向分布。试验矿区东部的电阻率相对较高, 西部较低; 东部异常较浅、范围小, 西部有变宽变深的趋势。铜镍矿体呈明显低阻显示, TEM响应曲线衰减较慢, 视时间常数平均约为0.50 ms, 双对数坐标上晚期道曲线斜率约为1.3~1.5, 反演电阻率低于200 Ω · m。Σ 19号杂岩体浅部电阻率受矿化程度影响, 其电阻率和视时间常数介于矿体和背景之间, 在其深部延伸部位出现局部低阻异常, 可能为深部与围岩接触部位橄榄岩矿化的反应。断裂为试验矿区主要控矿构造, 在TEM反演结果中分布在高低阻的过渡带上。长城系背景地层整体上呈高阻显示, 其平均视时间常数为0.23 ms, 晚期道衰减曲线斜率约为2.7, 反演电阻率大于500 Ω · m。
天宇铜镍矿是与基性-超基性岩体有关的硫化物铜镍矿, 连通性较好, 具有良好的物性前提。在天宇铜镍矿开展瞬变电磁法的勘查工作获得了良好的应用效果。本项工作对于新疆东天山地区寻找该种类型的矿床能够起到一定的参考作用。
The authors have declared that no competing interests exist.
参考文献
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