西藏帮浦东段—笛给铅锌多金属矿床位于冈底斯成矿带东段,该成矿带是我国最重要的资源接续基地之一,在区域上已发现了雄村铜金矿、驱龙铜钼矿、甲玛铜多金属矿、帮浦斑岩钼矿、亚贵拉—沙让—洞中拉铅锌钼矿等^[1],矿区成矿背景十分优越。该矿区前期已开展了地质填图、化探、地面高精度磁法测量、激电中梯测量、遥感、钻探等勘查工作,在浅部取得了较好的勘查效果^[2],探获了可观资源量。然而,随着矿业开采,浅部资源量较少,深部开拓成为趋势,矿区深部的矿产情况亟待查明。因此,采用了CSAMT开展深部勘探工作。

本文在研究矿区地质矿产特征的基础上,研究了矿体及围岩的地球物理特征,依据CSAMT工作成果对矿区深部开展找矿预测,对于区域上该类型矿床深部找矿具有较好的借鉴意义。

帮浦东段—笛给铅锌多金属矿位于西藏拉萨市墨竹工卡县EN方向,矿区有简易公路12 km至墨竹工卡—直孔公路,交通便利。

该矿区位于念青唐古拉山脉东端,属高山深切割区,海拔4 726~5 341 m,相对高差615 m,具有坡度大、海拔高、高差大的特点。矿区第四系松散堆积物较发育,一半山坡上密灌丛生,一半山坡上为腐殖土覆盖或为寒冻风化形成的碎石覆盖。区内气候恶劣,属典型的高原山区荒漠型气候。矿区河流帮达浦为常年地表径流,为矿山主要的供水水源地,帮达浦向北西汇入拉萨河。

矿区出露地层主要为二叠系下统洛巴堆组(P₁l)、二叠系中统旁那组(P₂p)、古近系古新统典中组(E₁d)及第四系(Q)(图1)。

下二叠统洛巴堆组分布于矿区中部,呈EW向条带状分布,受后期火山喷发活动的影响,地层的连续性较差,产状紊乱。洛巴堆组又划分为4个岩性段:安山质火山角砾熔岩、流纹岩、大理岩和板岩夹粉砂岩,该组地层为帮浦矿区的主要赋矿层位^[8]。

二叠系上统旁那组呈EW向展布,与古近系典中组中的凝灰岩交替出现;岩性主要为片岩夹变质砂岩、板岩,厚度约150 m。

古近系古新统典中组分布于矿区北、东部的大部分地段,覆盖于下二叠统洛巴堆组地层之上,与其为角度不整合接触或断层接触;根据该套地层岩性,又可分为第一段安山质火山角砾熔岩、第二段安山岩。该组地层是笛给矿区的主要赋矿层位,帮浦矿区的次要赋矿层位。

矿区内绝大部分地段均被第四系覆盖,其成因类型众多,岩性特征各异。矿区内沿沟谷发育冲、洪积物,在坡麓发育坡积物,在山坡地带发育残坡积物,在矿区较低洼平缓地带有冰碛物,残坡积物中局部可见铅锌矿转石。矿区位于麦隆岗—旁那断裂带上,构造发育以断裂为主,褶皱次之,次级裂隙与矿化关系密切。由于区域构造应力以SN向挤压为主,因此形成以EW向构造线为主的构造格架,SN、NE向构造为次级构造。

火山岩在矿区二叠系地层和古近系地层中均较发育。其中,二叠系火山岩主要出现在早期,为中酸性火山碎屑岩及熔岩;古近系古新统典中组火山岩在本区较发育,出露于矿区大部分地区,主要见有气孔状安山岩、粗面岩、凝灰岩、火山角砾熔岩等。矿区侵入岩相主要是在帮浦矿区的东部、南部错木拉二长花岗岩体,岩性为中粗粒二长花岗岩岩体,沿F₁断层侵位并与洛巴堆组大理岩接触形成构造破碎带热液充填和矽卡岩型铅锌矿体。

矿区内中生代、古生代的绝大部分地层属低级变质的浅绿片岩相,主要是绢云母—绿泥石带。围岩蚀变以线型蚀变(沿断裂)为主,具有典型的热液型矿床的蚀变特征。

为全面了解矿区地层岩(矿)石的导电与激电特征,在收集以往电性测定成果的基础上,结合2016年实测的电性标本208块统计结果,2017年在矿区地表岩性出露部位、钻孔岩心中又采集标本307块,并采用加拿大产GDD-SCIP型电性参数测试仪开展了标本测定工作^[8]。所有标本的测试结果汇总见表1所示。

根据表1的标本统计结果可知:①含矿岩类(铅锌矿化、黄铁矿化、铜矿化)的极化率较高(一般>4%),具有中高极化率特征;氧化矿的极化率一般较低,主要是因为其铁质成分被氧化为褐铁矿,硫质成分减少;②围岩极化率一般在4%以下,而凝灰岩、英安斑岩、安山岩显示具有中等极化率;③各类矿石电阻率一般在660 Ω·m以下,围岩电阻率一般在1 600 Ω·m以上;④炭质板岩具有中低阻、中高视极化率特征,是区内典型的找矿干扰体;⑤根据矿区激电测井资料可知,矿区铅锌矿(化)体的极化率主要集中在2%~5%,黄铁矿化体及纯大脉状铅锌矿石主要集中在3.5%~6%;以方铅矿和闪锌矿为主,伴生黄铁矿组成的块状硫化物矿石极化率在7%左右,较高的极化率段(>10%)由黄铁矿引起,多表现为纯块状黄铁矿或块状黄铁矿加稀疏浸染状铅锌矿。可见,矿区的铅锌矿化视极化率要稍低于黄铁矿(化)体,寻找铅锌矿(化)体应以中高极化率为主。由以上分析可知,区内矿(化)体具有低阻、高极化特征,与其他岩石物性差异明显,具备电法勘探的地球物理前提。

CSAMT^[3,4,5]是兴起于20世纪70年代的一种频率域电磁测深方法。它使用大功率的人工场源,可大大提高观测信号强度,具有垂向与横向分辨率高、穿透高阻能力强、对低阻反映敏感、受地形影响小、抗干扰能力强、勘探深度大和施工效率高等优点,其测量方式包括水平电偶源CSAMT有标量、矢量和张量3种。本次工作采用标量测量方式,即利用单一场源观测多个电场和共用一个磁场分量。

为保证数据采集的质量,在正式生产前,进行了相应的现场实验工作。最终选择的工作频率为1~8 192 Hz,收发距9.2~10.0 km,供电极距AB=1.21 km,供电电流2~26 A,接收极距MN=40 m。

为保证发射信号的稳定性与强度,现场选择土壤潮湿处布设供电电极,A、B极处各挖10个坑埋设铝板(约0.7 m× l m),坑深一般为1.0~1.3 m,相邻坑距一般为0.5~3 m;同时,在坑底浇泡和盐水,渗滤约0.5 h,铺上泥浆,然后铺上铝板,在铝板上涂上泥浆,压实坑土,保证接地良好,最后用引线将所有的极坑并接,见图2。

为保证接收信号的可靠性,提高信噪比,现场采用不极化电极接收,并土壤接触良好,浇水压实;使接地电阻一般小于2 kΩ,基岩裸露区域的接地电阻小于10 kΩ。同时,磁棒的方位采用罗盘定位,误差小于1°,并采用1 m长水平尺确定水平。电极连线、磁棒连线及其他电缆均尽量避开放置,应沿地压实,防止晃动干扰。

CSAMT卡尼亚电阻率仅可利用远区数据计算,过渡区和近区数据无法利用,限制了其深部勘探效果。为了能充分利用CSAMT采集数据中的过渡区和近场数据,达到增加CSAMT探深的目的,本次采用磁场强度H_y计算全区视电阻率^[6,7],利用数值求解法求取全区视电阻率的数值解,计算公式为:

ρHy=16π2r6I2·AB2μωHyG(ik1r)2。

式中:H_y为磁场水平分量;r为接收点到偶极中心矢径的模;I为发射电流强度;AB为发射偶极长度;ω为角频率;μ和ρ分别为均匀半空间介质的导磁率和电阻率;k₁为波常数,k₁= ±iμ0ω/ρ。

全区视电阻率的计算通常有两种方法:校正系数法和等效法。等效法的基本思想就是把复杂的地电结构等效为一个均匀半空间模型,通过在均匀半空间下场值与视电阻率之间的关系式,由场值计算得到视电阻率值。根据计算方法的不同,等效法又可以分为插值法和迭代法,插值法相对精度低,速度较快,迭代法精度高,但是倘若数据质量差,收敛很慢。

逐步搜索法是数值计算中经典的求取非线性方程解的方法,其思想是先给定一个方程的近似解,然后采用一定的步长逐步趋近与真值,直到满足给定的精度为止。本文采用逐步搜索法求解全区视电阻率,步骤如下:

1) 首先,任取一系列依次增大的电阻率初值ρ₀,求得G(ik₁r)^[7],再将其和磁场值分别带入上式中,得到一系列新的电阻率ρ₁。

2) 根据公式S=|ρ₁-ρ₀|求出相应的误差来,选择最小误差所对应的电阻率初值 ρ0i,来确定下一步的搜索区间[a,b](其中a= ρ0i-1、b= ρ0i+1)。

3) 采用黄金分割线法在区间[a,b]上进行搜素,将区间[a,b]上按照黄金分割的方式所取的值不断赋给ρ₀,按照步骤(1)求得ρ₁,直到满足|(ρ₀-ρ₁)/ρ₀|<ε(ε为期望求取的视电阻率精度),则停止搜索,ρ₁作为该频点处的全区视电阻率。

本次CSAMT剖面按照100 m×40 m的测网敷设,共完成物理点373个,计算全区视电阻率数据42 840个。反演使用软件为商用SCS2D,卡尼亚电阻率反演有效数据标高4 000 m,全区反演电阻率有效数据标高3 000 m,相比之下全区视电阻率增加了1 000 m的有效探深,完整地反映了深部大规模超级低阻体的全貌(图3)。

将探测区的导电特性划分为4个异常区,即高阻区R1、R2、R3和低阻区R4。结合矿区地质特征及岩(矿)石的导电特征,R1高阻区电阻率峰值达10 000 Ω·m,往南未封闭,地表对应错木拉二长花岗岩体,推断R1异常是由二长花岗岩引起。

R2高阻区最小宽度680 m,最大宽度980 m,从西往东有增大趋势,发育标高在4 500 m以上,电阻率幅值达10 000 Ω·m,存在局部线性低阻带或局部高阻带。主要岩性为大理岩、安山岩、凝灰岩夹少量火山角砾岩,其中大理岩两侧界面与找矿关系密切,所以在该局部高阻体部位的两侧是找矿的重点部位。

R3高阻区最小宽度140 m,最大宽度720 m,电阻率幅值最高达10 000 Ω·m,呈面状分布,往北、东未封闭,局部夹小规模低阻带。地表出露典中组凝灰岩、安山岩、角砾岩以及旁那组片岩夹少量石英岩。推断该异常总体由典中组和旁那组地层引起,局部夹小规模低阻带为次级断裂或裂隙引起。

R4为大规模超级低阻区,其南北向长1 000~1 400 m,东西向长800 m,往西、南均为封闭,发育标高最高为地表,最低为3 000 m,中心标高4 000 m,具有三度体特征,规模较大,电阻率最低200 Ω·m,异常规模从东往西具有增大趋势,顶面埋深和底面标高由东往西有减小趋势(图3),表明低阻区异常主体在190线以西。在190~220线,该低阻异常近地表部位对应角砾岩区,以往地表物探勘查资料显示其具有低磁、低阻、中低视幅频率特征,异常西部化探存在Cu、Pb、Zn综合异常,地表发现多处矿化点,钻孔在该异常顶部的角砾岩中多处见铅锌矿,主要为断层控矿。通过测定矿区西部与矿区毗邻的帮浦铜钼矿区斑岩体物性参数发现,该区含矿斑岩体亦为低磁、低阻、中低视幅频率。依据两区物性参数和R4向西发展趋势,推断该大规模超级低阻体与帮浦铜钼矿区斑岩体同源,亦为含矿斑岩体,为矿区铅锌多金属成矿提供矿物质来源,含矿热液浸位过程中在次级构造或两组构造交汇部位沉淀、析出、富集成矿;含矿热液浸位过程中在构造作用下同时挤压地层,形成角砾岩,角砾岩裂隙即为容矿空间。根据以上分析,综合推断该低阻区的中浅部为含矿角砾岩,深部为含矿斑岩体,二者之间电性差异小,无法区分。

根据以往研究成果^{[8,9,10,11,12]},结合本次CSAMT的勘探结果,认为:①笛给矿区的地层古近系古新统典中组(E₁d)比帮浦矿区东段的地层新,其矿体主要为浸染状或细脉状,多与断裂带有关,具有明显的低温、低压特征;②激电异常呈大型面状展布,表明典中组(E₁d)属于高硫型的盖层,在高硫型盖层之下或存在矽卡岩型铅锌矿床,具有较大的找矿空间;③磁异常显示在深部存在隐伏岩体,推断其期次和帮浦矿区东段南部错木拉岩体同期,为喜山期;④在帮浦矿区东段深部存在隐伏含矿斑岩体,与帮浦铜钼矿区斑岩体同源,深部斑岩体为区内成矿提供矿物质来源,斑岩体之上的次级构造提供了容矿空间,形成热液充填、交代型铅锌矿,在“硅钙面”即岩体与碳酸盐岩接触部位形成矽卡岩型铅锌矿。帮浦铜钼矿区斑岩体和矿区深部斑岩体为区内成矿提供矿物质来源,这两个部位也是找矿的重点部位。

综上所述,帮浦东段—笛给矿区属于斑岩—矽卡岩—热液脉型铅锌矿床(图4)。

依据CSAMT勘探成果和矿床成矿模型开展深部成矿预测: R4大规模超级低阻体与西部帮浦铜钼矿区斑岩体为一体,形成区内主要的热源中心,为铅锌多金属成矿提供矿物质来源,亦为区内寻找含矿斑岩体的重要位置;R4大规模超级低阻体在帮浦东段与笛给矿区结合部位的第四系地层出露部位存在大规模角砾岩,角砾岩裂隙中的铅锌多金属矿物质由R4深部斑岩体提供,角砾岩裂隙即为容矿空间;二叠系地层中CSAMT反演电阻率发现的线性低阻带、高低阻过渡部位反映了次级断裂的存在(图5),皆为寻找铅锌多金属矿的有利部位,倘若这些异常位于大理岩两侧,则以寻找矽卡岩型铅锌多金属矿为主要目标。综上所述,认为矿区深部具有较大的找矿潜力,布置了ZK1601、SKN201钻孔开展异常验证工作(图6)。

ZK1601钻孔验证结果显示,井深136.2~143.1 m为铅锌矿化体,矿体之下为大理岩;反演电阻率断面图显示铅锌矿化体部位存在线性低阻带,矿体倾向与低阻带倾向一致,下部高阻体为大理岩。

SKN201钻孔验证结果显示,井深420 m以上为二叠系凝灰岩,局部存在蚀变凝灰岩;反演电阻率结果在此处夹有局部低阻,该局部低阻反映的是蚀变凝灰岩。钻孔验证在427.4~530 m为凝灰岩和角砾岩互相交叉产出,存在5层铅锌矿化体,矿体产于角砾岩裂隙和破碎带中,且在终孔530 m处矿体并未封闭;反演电阻率结果均显示矿化体产于高低阻过渡带部位。

钻孔验证结果证实了对于R4大规模超级低阻体推断的准确性,进一步佐证了找矿模型的可靠性,充分表明了帮浦东段—笛给铅锌多金属矿床深部找矿潜力巨大,极大提振了开拓矿区深部的信心。在ZK1601和SKN201验证成功后,为了节约资金,ZK2001未再做验证。

结合钻探验证结果研究,CSAMT异常高低阻梯级带反映的次级断裂是寻找热液脉型铅锌矿的主要位置,同时,岩体与碳酸盐岩接触部位是矽卡岩型铅锌矿的主要位置,同时也说明了CSAMT数据利用H_y全区视电阻率特征及解释成果的可靠性。依据区域地质资料和地质、矿体特征,结合物探异常特征,修改了本区的成矿模型,认定本区为斑岩—矽卡岩—热液脉型铅锌矿床,为矿区下一步的深部找矿预测提供了科学依据。

在利用水平磁场H_y计算全区视电阻率过程中存在着一个场值对应多个视电阻率的现象,这种情况下通过迭代可能难以确定视电阻率值。文中采用人机交互的方式,当求解视电阻率存在2个根时,采用手动方式选择根的取值范围,求取出视电阻率。该问题是利用水平磁场H_y计算全区视电阻率后期研究的主要方向。