0 引言
1 研究概况
广域电磁法是由中南大学何继善院士研发的一种人工源频率域电磁测深新方法[4],是利用电性特征分析预测地层发育、构造形态、断裂展布及含油气情况等的电法类勘探技术。
广域电磁法的核心就是:①定义了“广域视电阻率”;②只需测量电磁场的一个分量;③可以在广大的、不局限于远区的区域进行观测。从1996年开始,何继善院士潜心电磁波理论的研究,在以上研究的基础上于2005年正式提出严格解电磁波方程的“广域电磁法(wide field electromagnetic method,WFEM)”,保留了公式中的高次项,采用了适宜于全域的不进行简化的公式迭代计算视电阻率的方式和成果反演,从而大大拓展了人工源电磁法[5]的观测范围,提高了观测速率、精度和分辨率。广域电磁法拓展了勘探深度,提高了勘探精度,并研发了具有完全自主知识产权的仪器装备。
2 应用原则和条件
以金矿为例。金的工业品位2 g/t,并且金矿体的厚度往往比较小,矿体引起的电阻率异常就特别小,但是金矿一般为构造控矿型金矿床,矿物含量往往与碎裂岩化、矿物蚀变、黄铁矿化等关系密切,而碎裂岩化、蚀变、硫化物等都表现为低阻特征,且厚度通常远大于矿体厚度,根据这一特性可以达到间接寻找金矿体的目的。再如铅锌矿,铅锌金属本身具有强导电性,但是在铅锌矿体环境中铅锌都具有强烈的亲硫性,形成一层硫化物膜,电性异常并不明显,但是其成矿载体层或构造蚀变层多伴生大量蚀变矿物,通常是通过伴生矿物引起的电性异常来寻找该矿产。
3 工程布置及数据釆集的要求和方法
广域电磁仪器能够测量包括12个频组80个频率(其中7频组和3频组,6频组和2频组,5频组和1频组,4频组和0频组各重叠了一个频率),频率范围8 192~5/512 Hz。金属矿探测野外数据采集一般采用11、9、7、5、3、1频组共40个频点。
数据采集前后,必须做仪器对比及相关试验:
1)检查所有仪器性能是否良好,标定、一致性误差是否达到设计和规范要求,仪器在使用过程中性能稳定一致性是否较好,所采集得到的资料质量是否可靠。
2)根据工区物理点点距及电磁干扰等实际情况,做具体试采试验,看数据质量是否真实可靠,是否符合规范要求。
3)收发距的确定应满足信号采集要求和测量深度要求,同时考虑工区地形、交通、地物等因素。
4 广域电磁法数据处理与资料解释
现就河南某金矿床广域电磁法测量应用具体案列做介绍分析。
4.1 地质概况
区内断裂构造发育,不同时期、不同产状、不同规模的断裂构造均有产出,其中NE、NNE向断裂是研究区内主要含矿构造。区内矿体严格受断裂构造控制,主要赋存于含矿构造蚀变带内,局部产于其顶、底板蚀变围岩中[10]。
区内岩浆活动频繁,分布广泛,主要为太古宙、元古宙及中生代燕山期酸性花山花岗岩、正长斑岩、花岗斑岩[11]等侵入活动。
4.2 物性分析
收集该区电性资料,其参数测定采用露头小四极法和泥团法相结合。统计结果见表1。由统计表可知,金矿化岩石多表现为相对低阻,呈低阻高极化特征,而围岩的极化率较低电阻率较高,呈高阻低极化特征。目标体与围岩的电性有较为显著的差异,具备广域电磁法测量前提,为本次开展广域电磁法工作和解释奠定了基础。
表1 岩(矿)石电性参数统计
Table 1
| 岩矿石名称 | 标本数 | 极化率/% | 电阻率/(Ω·m) | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 范围 | 平均值 | 范围 | 平均值 | |||
| 安山岩 | 42 | 0.135~2.388 | 1.047 | 1580.7~12213 | 5214.5 | |
| 花岗斑岩 | 41 | 1.08~2.116 | 1.577 | 563.6~54139.5 | 5297.7 | |
| 闪长岩 | 16 | 0.64~2.678 | 1.415 | 1137.4~8786.9 | 3942.5 | |
| 片麻岩 | 39 | 0.707~3.081 | 1.143 | 250.8~10872.3 | 2847.8 | |
| 矿化岩石 | 31 | 0.633~5.179 | 2.707 | 256.9~5559 | 1865.6 | |
研究区岩矿石电阻率可分为高、中、低阻三类,即安山岩、花岗斑岩和闪长岩为中高阻电性特征,片麻岩为中低阻电性特征,矿化岩石为低阻电性特征。而金矿化岩石均发育在构造带、蚀变带中,并伴生硫化物矿物,其低阻电性特征其实为构造破碎带(构造角砾岩、破碎蚀变岩、金矿石等)的电性特征显示,据物性研究成果和以往工作经验,构造破碎带为一条明显低于围岩的低电阻电性特征带。但因其岩性的结构、构造、矿物成分有差异等,造成电性不均匀,电阻率变化范围可能较大,一般小于2 000 Ω·m。而当破碎带中的岩石硅化程度较高时,视电阻率曲线则会表现为低阻带中的局部高阻。
4.3 数据处理
图1
图2
图2
GY01线广域电磁法二维反演电阻率断面及综合解释成果
Fig.2
Two-dimensional inversion resistivity section and comprehensive interpretation results of WFEM in GY01 line
4.4 综合解释
本次共布设2条广域电磁法剖面,两条测线平行,相距约900 m,以其中1条GY01线做论述分析。该测线方位角137°,点距40 m,测线总长度6 km,反演深度4 000 m。该条测线现已知经过已施工钻孔7个,其中最大孔深约1 500 m,控制标高约-240 m,最深控矿位置标高约-150 m,7个钻孔均见有厚度不等、连续性较差的多个金矿体。其控制的F1-Ⅰ、F1-Ⅱ、F1-Ⅲ三条次级构造破碎带,形态、产状与该剖面中低阻圈定异常带位置基本吻合。
依据二维介质反演剖面和岩石物性分析资料,并结合矿区地质资料及已知其他地质资料,研究区内的断裂构造极为发育,本测线共推断出6条构造破碎带,1条构造蚀变带,构造破碎带的命名分别与矿区地质资料断裂命名相对应,吻合度较高。太华群石板沟岩组与上覆中元古界熊耳群许山组呈角度不整合接触,在接触面上为构造碎裂岩或蚀变岩,形成一个相对围岩的低阻异常带,如图3。
图3
经过综合资料的研究,当岩石经破碎蚀变后,其电阻率比原岩明显降低,反映在视电阻率曲线上会表现为明显的低阻特征,所以断裂、构造破碎带即显示为低阻特征。而当破碎带中的岩石硅化程度较高时,视电阻率曲线则会表现为低阻带中的局部高阻。
构造控矿型金矿床,矿物含量往往与碎裂岩化、矿物蚀变、黄铁矿化等的含量关系密切,而碎裂岩化、蚀变、硫化物等都是电阻率低阻的显示,根据这一特性可以达到间接寻找金矿体的目的。
本次研究工作,对广域电磁数据进行了系统的数据处理与定量反演计算,证明勘探深度4 000 m以内数据有效,对比已知地质资料,地层分界线清晰,位置吻合,构造破碎带异常直观,位置吻合,表明此矿区广域电磁法应用吻合度较高,效果较好。结合区内地质、其他物探等资料,取得了以下成果:
1)根据反演剖面上的3个主要电性层,推断区内相应的3个地质体,即中低阻异常为新太古界太华群石板沟岩组片麻岩类(Arsh),中高阻异常为中元古界熊耳群许山组安山岩类(Pt2x),高阻异常为元古宙闪长岩侵入岩体。
2)依据广域电磁法视电阻率拟断面图、反演断面成果图及相关地质资料,在区内共推断划分了6条断裂构造带,1条构造蚀变带。其中F1、F5两条构造破碎带延伸长度大,具有较好的深部找矿空间和潜力,在其深部圈定了2处成矿有利区。
5 结论与讨论
1)根据河南某金矿广域电磁法应用研究,表明该矿区广域电磁法的应用较好,跟已知地质资料和地质认识吻合较好,探测深度大,说明广域电磁法在金矿及金属矿的深部勘探具有较好的应用前景,在目标体与围岩有电性物性差异的前提下,能有效地圈定靶区,达到间接找矿目的。
2)一般金属矿地质情况较复杂,次级构造发育,目标层厚度小,这些因素都会对物探的解释结果和精度造成不利的影响。然而广域电磁法河南某金矿应用效果较好,对构造破碎带异常体现明显,说明广域电磁法能应用在复杂地质情况的金属矿上。
3)广域电磁法测量的基础结果为视电阻率,电性异常单一,而金属矿大都会伴生黄铁矿,极化率较大,可以增加极化率测量,综合极化率异常结果,更有效地圈定靶区,提高找矿效果和精度。
4)广域电磁法有适应范围和条件,有些矿区,中浅部存在厚大的低电阻炭质层,或者矿体、目标体与围岩电性差异很小等,前者可能电流衰减快,不利于深部(2000 m以下)探测,后者电性差异不明显,不利于异常的划分。
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εHf(t)值为-10.50~-14.43，Hf模式年龄为2.57~2.93Ga，表明花岗斑岩主要来源于古老下地壳的部分熔融。锆石LA-ICPMS U-Pb年龄为134.1±2.3Ma，与7号角砾岩筒中的辉钼矿Re-Os等时线年龄135.6±5.6Ma一致。这些年龄数据与熊耳山地区燕山期花岗岩体的侵位年龄基本相同，共同指示其形成于地壳缩短增厚之后的伸展减薄过程。熊耳地体的地壳缩短增厚缘于同碰撞时期沿马超营断裂带的A型俯冲作用，而A型俯冲导致了包括祁雨沟金矿系统、燕山期花岗岩类和脉状造山型矿床在内的熊耳矿集区的形成。]]>
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