福建省尤溪县梅仙镇分布着多个铅锌矿田,自20世纪90年代中期发现丁家山铅锌矿床以来,又陆续在其东北部发现峰岩—谢坑铅锌矿床,近几年随着找矿目标由浅层矿体向深部找矿转化以及深部找矿技术的进步,该区目标找矿区逐步向深部领域拓展。峰岩—谢坑铅锌矿床早年着力开发中浅层矿体,近几年通过物探方法查证认为深部有潜力后,实施了钻探验证而喜获丰收。

钻孔中测井因距离场源目标体更近,在井下观测一方面可以少受或不受外界电场、磁场干扰,进行地面物探因矿区地表条件(矿坑,厂房、水塘)的限制而无法进行的连续测量,另一方面,当前固体矿产勘查一般都是全钻孔井段取芯,测井费用较低,做好测井结合地质的精细解释已成为提高勘查效果的重要手段,因此,在深部找矿中测井应受到重视,发挥出仪器在攻深找盲中的作用^[1]。本文以福建省尤溪县丁家山老矿山北东部的峰岩—谢坑矿区深部找矿扩边获得的新发现为例,对矿区钻孔测井评价方法的可行性进行了分析。

福建省内中级变质岩岩石地层分属于不同的地层单元,政和—大浦断裂以西地层称为万全群,政和—大浦断裂以东地层称为马面山群。峰岩—谢坑矿区位于政和—大浦断裂以东地区(图1),主要构造线方向NE。区域内内生矿产主要分布于背斜轴部或翼部以及断裂的两侧,全区已发现的主要矿种有铅、锌、铜、钼等。断层主要为NE、NW和SN向3组,多已被岩矿脉充填,NW向断层则明显错动了矿体及侏罗系与马面山岩群龙北溪组之间的不整合接触界面。矿床成因类型主要有火山喷发(溢出)块状硫化物、热液(交代充填)型和沉积变质型三种。出露地层主要为震旦系浅变质岩系和侏罗系碎屑岩及火山岩,侵入岩主要为花岗斑岩和石英斑岩,受构造和沉积成矿作用控制。

尤溪县梅仙峰岩—谢坑矿区位于NNE向展布的上杭—尤溪—屏南构造岩浆带上。矿区内岩浆活动除晋宁期的海底火山喷发活动外,主要是燕山晚期的岩浆侵入活动。此期岩浆活动不仅直接作为热液(交代)型矿化的母岩,而且对峰岩—谢坑矿区矿床有改造(叠加)作用。除石英斑岩和花岗斑岩外,尚有闪长玢岩、石英正长斑岩和细晶闪长岩等^[2],均呈脉状产出,主要见于矿区的钻孔以及坑道中。

矿区内村级和林业公路四通八达,交通较为便利。矿区内矿体严格受层位控制,顺层分布,产状与围岩一致。矿区地层分布情况见表1。

峰岩—谢坑矿区已揭露的龙北溪组上段厚度大于1 300 m,为一套绿片岩夹浅色绿片岩、透镜状大理岩的组合,赋矿层在龙北溪组上段绿片岩中,其次赋存在大岭组下段浅色片岩中。在同一地区钻穿的丁家山龙北溪组上段,地层厚度约为100 m,为一套绿片岩夹似层状大理岩的岩性组合,下为厚度大于600 m的浅色片岩(ZK1104揭露),矿体呈层状,少数呈似层状或透镜状分布(表2);同时,在峰岩3号硐中发现近矿围岩周边发育的巨晶透辉石岩和不规则状大理岩在丁家山矿区并不普遍。前人研究认为,谢坑—峰岩矿区的铅锌硫化物矿化是燕山期花岗质岩浆活动成矿事件的产物^[3]。侏罗纪晚期,在燕山运动频繁的中酸性岩浆活动中,NE向断层和少量规模较小的NW向断层为岩浆侵入提供了通道,并为其与马面山岩群龙北溪组上段经区域变质的富钙质岩类发生接触交代作用创造了条件。由于接触交代作用对岩性的选择性,矿体整体具有与马面山岩群龙北溪组富钙质岩有关的特征^[4]。

以往勘查资料揭示^[3,4],峰岩—谢坑矿区航磁异常明显,但近地表的铅锌矿石大多不含磁铁矿、磁黄铁矿,其地表磁异常远不如西南部的丁家山和西部关兜地区的异常幅度明显。航磁异常与地表异常的反差暗示了测区深部找矿扩边的潜力。在峰岩—谢坑矿区,测井方法主要为井中三分量磁测^[12]、磁化率、电位电阻率和激电测井等4种,目的是通过开展孔中测井,了解井壁电性、磁性参数,寻找井旁、井底盲矿及其方位。

磁测井是基于井中直角坐标系地磁场强度各个方向上的变化对矿体具有指示作用而设计开发的,是地面磁测方法在井下的发展。由于钻孔磁测精度高,可以消除部分地面干扰,有效地进行异常的推断解释,因此,在深部找矿中逐步开始了应用。我国当前的井下磁测仪(探管)一般都是规定Y分量的正向为探管的倾斜方向,X分量以与Y分量正交顺时针为正向(一般正向都指向地理北),并保持X、Y分量在水平面内;垂直分量Z垂直水平面^[1]。

20世纪90年代以来,梅仙矿区共做了数百块矿石磁性、电性参数标本测定。测量结果(表3)表明,本区岩矿石主要由三类磁性体组成:铅锌矿石和矿化绿片岩为强磁性体,岩浆岩为中等磁性体,沉积岩、变质岩为无磁—弱磁性层。磁性物性参数的特征和差异为应用物探方法寻找铅锌多金属矿提供了地球物理依据。

1)梅仙地区多数铅锌矿石的矿物组分含磁黄铁矿、磁铁矿,它们之间有较密切的共(伴)生关系,因而磁性较强,能引起中、高强度磁异常,而其围岩(绿片岩、安山岩、绢云母石英片岩、大理岩等)基本不具磁性或弱磁性,因此磁法能直接寻找含磁黄铁矿、磁铁矿较多的铅锌矿。

2)长林组碎屑岩为无磁或弱磁性,磁化率变化范围(1~68)×10^-5SI,平均值在10×10^-5SI以下;长林组中的安山岩磁化率变化范围(5~384)×10^-5SI,平均值为50×10^-5SI,呈弱磁性;根据以往资料和一般规律,玄武岩为强磁性岩石,因此长岭组地层磁异常上反映为弱磁异常或高频磁异常特征。

3)震旦系变质岩为弱磁性,磁化率变化范围(1~518)×10^-5SI,平均值为20×10^-5SI左右,一般仅能引起微弱的叠加磁异常。绿片岩中只有矿化时才有磁性。

4)侵入岩中以脉状产出的闪长玢岩具有较强的磁性,花岗斑岩、石英斑岩、闪长花岗斑岩等偏酸性侵入岩为弱—中磁性。由于闪长玢岩基本上在坑道里才能见到,因此闪长玢岩都有一定的埋深,并且以脉状产出,故引起地磁异常相对较弱。

井中磁测工作要取得可信的认识,基础是要做好正常场的确定和测量仪器检查及点测的井场工作。井中磁测的质量检查工作及精度要求按单孔进行和衡量,点测一般做检查测量。三分量井中磁测检查工作量一般不少于磁场非剧烈变化地段测点工作量的10%,当井段较短时,检查工作量不少于5个测点。检查点应选在对旁侧或底部异常有控制意义的井段以及有质量问题的井段,并应在检查段内分布均匀。

本次分析了峰岩—谢坑矿区5口测井资料:ZK001、ZK101、ZK1402、ZK1402和ZK1405(图2~图6),图中的推测异常矿体空间分布主要根据钻孔测井模式综合分析得出;图7、图8为根据钻孔岩芯描述、结合测井分析得出的矿体空间分布特征。分析结果表明:磁测三分量只是在ZK001较为有效,特别是X分量特征在矿体分布段特别明显,个别层段Z分量也很明显,如1 268~1 372 m段、1 424~1 494 m段(图2);X分量特征在矿体厚度相对大的区段明显;其他测井特征较明显的还有电阻率、极化率等。对比本区ZK1401、ZK1402、ZK1405等3口井(图4~图6),矿体层段X、Y、Z分量特征都不明显,可能原因是矿层段磁性较弱或基本无磁性,或由于矿体厚度较薄。该区4口井磁测统一使用0.5 m点距点测,矿层段也未进行加密测井,目前难以确定是矿层段磁性较弱或基本无磁性还是仪器原因或是测井质量问题导致的矿化段磁测异常总体不明显。从4口井的磁测异常与矿化段对应分析看,只有ZK001井的主要厚大矿体层段磁测X分量和成矿对应关系较好,其他分量对应关系较差。

峰岩—谢坑矿区未进行过系统的岩芯电阻率物性测量,参照临近的丁家山矿区矿石电阻率物性分析来看:铅锌矿石具有高极化、低电阻率特征,与其他岩石有显著的物性差异,能引起明显的电性异常,这是电阻率测井的物质基础。由表3可知铅锌矿电阻率最低,平均为22 Ω·m;矿化绿片岩与碎屑岩为中等电阻率,平均为1 000 Ω·m;变质岩与岩浆岩呈高阻特征,平均电阻率超过2 500 Ω·m(花岗斑岩除外);大理岩的电阻率一般情况下也较高,在数千Ω·m数量级上。因此,电阻率方法在识别本区岩性变化上还是有诸多价值的。

由图2可见,ZK001在1 400~1 500 m段电阻率符合辉钼矿低阻的特征,经分析,认为是谢坑矿区地表磁异常不发育的原因。本次井下测量的ZK1401、ZK1402、ZK1405(图4~图6)虽也显示铅锌矿石具有低阻特征,但对于矿体厚度小的层段特征不明显,推测原因是对于薄层矿体电阻率测井受围岩影响大而效果不好。

钻孔岩芯显示矿化,测井结果未显示异常的原因分析如下。

研究已经表明:谢坑矿区有局部磁异常出现在花岗岩脉两侧,其他地方磁异常值较低,且规模小、不明显。矿区内远离岩体接触带铅锌矿体中,磁性矿物很少见。据地质矿产部磁测规范^[6]提供的磁测做法:在矿层点测定后,可根据地质任务排列点距加密至0.1 m;点测井场要求一般采用下放电缆时逐点进行原始记录,提升电缆作补点, 加密点和检查测量。测量在套管下方10 m处进行,此时套管的磁干扰可以忽略不计。无套管时,在距地面20~30 m开始测量已无影响。井中磁测的点距是影响成果质量的重要技术条件,应按所需解决的地质问题和能完整反映磁异常的各种形态及特征点(极值点、零点、拐点)为目的来确定点距,表3列出的井中磁场与地质剖面磁场变化情况可作为选择时的参考。所有测点必须取得三个分量的资料,研究内磁场,扩大地质效果,充分利用获得的水平分量。在点测过程中,还应特别注意岩芯采取率低的地段或磁测与钻探矛盾的井段,以免漏矿。在磁性弱的井段测出磁异常跳动点应查明跳动原因,加密测点,防止近井矿体引起的异常被遗漏。

对于斜孔,必须取得准确的井斜方位资料,这是整理完整的水平分量的前提。为此,应用防磁测斜仪测量钻孔的井斜方位,测前井斜仪应严格标定,方位误差应小于5°。

若井中见矿化体,则应开展井中磁测或井中激电,以寻找井旁、井底盲矿,找矿标志是:局部磁异常、局部次些生晕Cu、Pb、Zn、Ag组合异常与龙北溪组绿色片岩三者同现区。由于铅锌矿与磁铁矿共伴生,矿体与围岩有明显磁性差异,因此铅锌矿上可观测到一定的磁异常。

本区几口井(ZK1401、ZK1402、ZK1405)矿层段很薄,测井时在已知取芯显示孔中矿体厚度较薄的情况下,未能根据实际矿体厚度特征加密再测,对以后的分析造成遗憾。

在金属矿深部找矿的钻探工作中,只有选取合理的测井方法,将多种测井技术相结合,才可能是有效的。井中磁测配合钻孔地质资料,能提高钻孔的利用价值,也能为探寻井旁、井底盲矿,分析钻孔打偏或磁性体打薄的原因提供有效的手段。但由于没有地面磁法资料,所以无法进行井地联合反演工作,对本区ZK1401、ZK1402、ZK1405孔旁侧磁性地质体无法给出定量的解释是本次测井工作的遗憾。原测井计划中虽然设计了井中激电,但最终没有开展,使得此次钻孔的利用率受到限制,解释效果也大打折扣。在没有地面物探资料的情况下,对这类孔作测井设计时应该考虑到这个问题,应补取地下岩层电性资料,以弥补作为基础分析资料不足的缺憾。

要找到与成矿岩体有联系的测井方法,不能盲目地为了追求工作量产值的完成去测井。这几口深井的测井实践表明,提前做好岩石物性基础分析,再寻找可行的测井方法是必须的。谢坑—峰岩矿区测井设计依据的物性分析是基于其西南部直线距离超过10 km的丁家山矿区的资料,从物性资料分析看,峰岩—谢坑矿区矿段岩石磁性很弱,几近于无,而丁家山矿区矿层岩石磁性为中—强,这就说明了对峰岩—谢坑矿区磁测井方法的应用是有局限的,应该选择考虑其他和成矿相关性更好的测井探测方法。

1) 金属矿测井是深部找矿的重要手段,但其应用效果取决于方法应用条件、目标物与围岩的物性差异、矿体的规模、厚度与品位等因素,因此,有针对性地具体问题具体分析,是提高找矿效果的基础。

2) 对峰岩—谢坑矿区磁测井对深部钼矿勘察基本没有效果的局限性分析表明,做好目的区矿层岩石物性分析是必须的,在此基础上再寻找与成矿岩体有联系的测井方法。

3) 本次几个深孔测速基本按8 m/min的提速进行,虽自评测速达标,但按一般高质量要求标准:复杂地段测速应该按照一般不超过正常速度80%的提速进行,显然这个测速过快了。对于峰岩这类薄层弱磁性矿层,笔者认为测速取下限,小于400 m/h合适,即6.7 m/min,或在可能的矿层放低测速。特别是对于薄层矿体,以0.5 m/点的测井模式可能太粗糙,应该以0.1 m/点测距进行加密测井。目前的测井技术标准应该提高。

4) 从本区井中三分量磁测效果看,井眼段磁测井效果不好,但该方法在发现井旁盲矿、预报井底盲矿、圈定井间矿体范围、估计产状等方面有一定的效果。