西藏甲玛矿区岩石物性统计及应用

doi:10.11720/wtyht.2021.1014

西藏甲玛矿区岩石物性统计及应用

屈挺¹, 贺日政², 鱼鹏亮¹, 王素芬², 陈小龙¹, 刘建利¹

1.陕西地矿物化探队有限公司,陕西西安 710043

2.中国地质科学院地球深部探测中心,北京 100037

Statistics and application of petrophysical properties in the Jiama mining area, Tibet

QU Ting¹, HE Ri-Zheng², YU Peng-Liang¹, WANG Su-Feng², CHEN Xiao-Long¹, LIU Jian-Li¹

1. Shaanxi Geological and Mineral Exploration Party Co., Ltd., Xi'an 710043, China

2. Center for Deep Earth Exploration, Chinese Academy of Geosciences, Beijing 100037, China

通讯作者: 王素芬(1981-),女,助理研究员,博士,从事矿产普查与勘探工作。Email:wangsufen@cags.ac.cn

责任编辑: 沈效群

收稿日期: 2020-01-15 修回日期: 2021-01-15

基金资助:

国家重点研发计划课题“典型矿集区深部地球物理探测技术示范”.  2018YFC0604102-01
中国地质科学院地质调查项目“冈底斯构造带关键地区深部地质调查”.  DD20190015
中国地质科学院地质调查项目“冈底斯构造带关键地区深部地质调查”.  DD20190016

Received: 2020-01-15 Revised: 2021-01-15

摘要

西藏甲玛矿区作为冈底斯东段斑岩型铜矿带内最重要的大型矿床之一,岩石种类众多,不同地层及侵入岩的物性特征复杂多样。以往岩石物性工作由于缺乏足够的重视,岩石测定的种类不够全面,对甲玛矿区的岩石物性特征缺乏系统性和完整性的认识。本次在以往岩石物性资料分析的基础上,通过对甲玛矿区较为典型的6口钻孔岩心标本进行物性测定和统计分析,总结出矿区的岩石密度、磁性、电阻率和极化率特征,建立了矿区岩石—地质地球物理模型,为矿区后续开展地球物理工作提供可靠的依据。同时,利用本次岩石电性参数对矿区开展的大地电磁测深剖面上引起静态效应的测点进行了校正,为大地电磁测深剖面解释提供依据,并与钻孔资料进行了对比,取得了较好的勘探效果。

关键词： 甲玛矿区 ; 岩石物性测定与统计 ; 岩石—地质地球物理模型 ; 大地电磁

Abstract

The Jiama mining area in Tibet is one of the most important large deposits in the eastern Gangdise porphyry copper belt. There are many kinds of rocks, and the physical properties of different strata and intrusive rocks are complex and diverse. In the past, due to the lack of enough attention to the physical properties of rocks, the types of rock determination were not comprehensive enough, and there was a lack of systematic and complete understanding of the physical properties of rocks in the Jiama mining area. On the basis of an analysis of rock physical property data in the past and through the physical property measurement and statistical analysis of core samples from six typical boreholes in the Jiama mining area, the characteristics of rock density, magnetism, resistivity and polarizability in the mining area were summarized, and the rock geological geophysical model of the mining area was established, which provides a reliable basis for the subsequent geophysical work in the mining area. Secondly, the rock electrical parameters were used to correct the static effect measuring points on the magnetotelluric sounding profile in the mining area so as to provide the basis for the magnetotelluric sounding profile interpretation and guide the magnetotelluric data processing and interpretation in the mining area. Through the comparison and verification of drilling data, good exploration results were achieved.

Keywords： Jiama mining area ; petrophysical property determination ; petro-geological geophysical model ; magnetotelluric sounding

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本文引用格式

屈挺, 贺日政, 鱼鹏亮, 王素芬, 陈小龙, 刘建利. 西藏甲玛矿区岩石物性统计及应用. 物探与化探[J], 2021, 45(3): 661-668 doi:10.11720/wtyht.2021.1014

QU Ting, HE Ri-Zheng, YU Peng-Liang, WANG Su-Feng, CHEN Xiao-Long, LIU Jian-Li. Statistics and application of petrophysical properties in the Jiama mining area, Tibet. Geophysical and Geochemical Exploration[J], 2021, 45(3): 661-668 doi:10.11720/wtyht.2021.1014

0 引言

岩石物性是开展地球物理工作的前提条件,准确地了解岩石物性不仅利于对物探方法观测到的地球物理异常特征开展客观实际的地质解释,而且更有利于在已有的物性基础上探讨新的物性参数进而开发新的地球物理探测技术^[1],但在物探工作中,因为各种原因,岩石物性工作常被放到次要位置,忽视了岩石物性在找矿中的作用和效果。本文以位于冈底斯构造成矿带典型矿集区——甲玛矿区为例,在收集已有岩石物性资料的基础上,通过采用不同物性(电阻率、极化率、密度和磁化率)测定方法对甲玛矿区岩心库标本进行测定和分析,系统总结了甲玛矿区岩石物性特征,进而讨论岩石物性数据对资料处理与解释的应用效果,为矿区深部地球物理探测提供借鉴。

1 矿区地质概况

甲玛多金属矿区位于西藏自治区拉萨市墨竹工卡县甲玛乡,是冈底斯斑岩铜矿带内最重要的大型矿床之一,前人在此开展了大量的研究工作,其中已经发现的斑岩型、矽卡岩型、角岩型矿体构成了一套典型的斑岩成矿系统^[2]。甲玛矿区位于NWW向延伸的甲玛—卡军果推覆构造系前部带,地层以被动陆缘碎屑—碳酸盐岩系为主,出露地层为下白垩统林布宗组(K₁l)与上侏罗统多底沟组(J₃d)。上侏罗统多底沟组(J₃d)为灰白色大理岩、结晶灰岩,夹泥灰岩、灰黑色砾屑灰岩、砾屑泥晶灰岩;下白垩统林布宗组(K₁l)上部为岩屑砂岩、石英砂岩、岩屑石英粉砂岩与炭质板岩互层,下部为炭质板岩、炭质页岩夹粉细砂岩,砂板岩经热接触蚀变为角岩,形成与钼矿化相关的角岩型矿化。矿床类型为矽卡岩—斑岩型铜多金属矿床,控矿构造为甲玛—卡军果推覆构造系及其伴生的滑覆构造系,区内发育中酸性、酸性侵入岩,属钙碱性系列,以花岗闪长斑岩为主。岩浆侵入有两期:喜山早期(50~65 Ma)形成花岗闪长岩、花岗岩,晚期侵入发生于新特提斯期(13~20 Ma),形成以岩脉、岩株形式产出的脉岩岩石,多分布于甲玛铜多金属矿区^[3](图1)。

图1

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图1 甲玛矿区地质图

Fig.1 Geological map of Jiama mining area

2 已有岩石物性资料特征

甲玛矿区至今尚未开展过岩石密度测定工作,收集整理了矿区以往岩石磁性与电性资料^[4,5](表1),其中岩石磁性是采用质子磁力仪在高斯第二位置测定野外露头采集的标本。岩石磁性资料统计结果表明:甲玛矿区板岩、大理岩、灰岩、角岩等磁性偏低,斑岩和矽卡岩由于含少量磁黄铁矿等磁性相对较高,但整体磁性差异较小。岩石电阻率采用露头小四极法和标本泥团法两种方法,统计结果表明:大理岩电阻率最高,斑岩、铜矿体及矽卡岩电阻率次之,板岩、灰岩、角岩电阻率偏低。

表1 甲玛矿区以往岩石物性标本磁性与电性参数统计

Table 1 Statistics of magnetic and electrical parameters of previous rock samples of Jiama mining area

岩石名称	标本数	κ/(10^-6×4π·SI)		J_r/(10^-3 A·m^-1)		ρ/(Ω·m)
岩石名称	标本数	变化范围	平均值	变化范围	平均值	变化范围	平均值	离散度
板岩	30	110~369	248	71~343	194	44~224	102	29.7
角岩	30	518~909	680	74~298	183	157~429	288	64.3
大理岩	30	22~163	91	63~232	155	496~2310	1135	56.5
矽卡岩	30	507~969	680	114~535	269	194~2245	650	80.8
铜矿体	30	66~361	104	137~321	168	163~877	411	32.6
斑岩	30	244~849	597	63~1361	350	271~762	393	51.3
灰岩	30	44~220	124	34~154	86	131~282	192	33.7

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以往岩石物性测定的岩性种类不全,地表露头岩石分布较少且处于严重风化或蚀变的不利状态,导致统计的岩石电性数据离散度较大,只能粗略反映矿区的电性特征。

3 岩石物性测定方法

根据以往岩石物性测量工作存在的问题,本次在甲玛主矿区针对性地采集并测定了ZK028、ZK036、ZK2416、ZK4707、ZK4307共5口钻孔岩心标本,测定电性标本531件,磁性标本531件,密度标本554件,测定参数包括电阻率、极化率、磁性和密度,岩性包含灰岩、炭质板岩、角岩、石英闪长玢岩、矽卡岩、二长花岗斑岩及角岩型矿体和矽卡岩型矿体。本次测量的ZK028井深1 155 m,岩性自上向下依次为角岩、石英闪长玢岩、角岩、矽卡岩、二长花岗斑岩,穿过角岩型矿体和矽卡岩型矿体,是矿区岩性较全、矿体类型较全的典型钻孔。其余4口钻孔在平面位置上分布均匀,与ZK028的岩石物性测量结果相结合,能够准确反映甲玛矿区的岩石物性特征。本次岩石标本物性参数大致按照深度10 m间隔对5口钻孔分别进行采样测定,采集的物性参数更能够准确反映矿区岩石物性垂向变化特征。

3.1 电性测定

电性标本测定使用加拿大GDD公司SCIP检测器,采用微电流模式,供电电流5 μA,供电时间8~16 s(低极化率的岩矿石为8 s,高极化率的炭质矿石或岩矿石为16 s),断电延时时间160 ms。首先,使用切割机将岩心切成长度20~150 mm规则形状,制成规则岩心标本;将岩石标本置于水中浸泡24 h以上;测定时对标本进行挑选,避免选择裂隙发育或岩脉发育的标本,保证测量的标本具有代表性,测量并记录电性标本的截面积和长度。其次,将蘸有饱和硫酸铜溶液的海绵垫垫在标本与标本架之间,使用标本架固定好岩心标本,保持标本稳固、接触良好,然后通过SCIP检测器测量岩石标本的电位,计算获得电阻率和极化率参数 ^[6]。

3.2 磁性测定

磁性标本使用捷克产KT-6磁化率仪测定岩石磁化率。测量场地选择在一处远离铁磁性物质、磁场稳定、空旷的场所。测量前,测量人员要先全身去磁。测量时,标本紧贴KT-6磁化率仪的探头,每个标本读数4次以上,待读数稳定时记录磁化率。

3.3 密度测定

密度标本使用国产MP5002J密度仪测定。首先将标本置于水中浸泡20 h以上,其次测量前对标本进行挑选,避免选择裂隙发育或岩脉发育的标本,保证测量的标本具有代表性;在测量时勤换水,保持测量器皿中的水清澈透明(密度为10³ kg/m³),随时观察测量装置,防止密度仪吊臂触碰底座,防止托盘触碰盛水器皿,保证密度仪的读数稳定、准确,然后测量并记录标本密度。

4 岩石物性统计与分析

4.1 岩石物性特征

本次岩石标本参数统计,对数量少于30件的去掉离群值后采用简单平均方法来统计^[7],数量大于30件则利用直方图法来统计(表2、图2~图5)。

表2 甲玛矿区岩心标本物性参数统计结果

Table 2 Statistical results of physical parameters of core samples of Jiama mining area

岩性	测定数量	电阻率/(Ω·m)		极化率/%		密度/(g·cm^-3)		磁化率/(10^-5SI)
岩性	测定数量	常见范围	众值	常见范围	众值/ 平均值	常见范围	众值	常见范围	众值
炭质板岩	27	150~400	225	10~80	30	2.40~2.65	2.55	5~29	15
角岩	216	0~9000	2700	5~35	10.8/25.2	2.55~2.85	2.72	4~170	48
硅化角岩	28	0~5600	2450	4~22	8.5/19.5	2.49~2.67	2.59	6~35	13
矽卡岩	25	0~2400	1400	7~48	19.5/42	2.50~3.2	2.78	5~109	35
灰岩	27	1000~7000	5000	0~16.5	4	2.68~2.78	2.75	1~4	2
二长花岗斑岩	12	2000~4600	3542	7.8~10.2	9.3	2.58~2.62	2.60	200~600	300
石英闪长玢岩	36	2200~8000	3900	8~30	9/13	2.69~2.81	2.74	14~392	37
花岗闪长斑岩	48	5000~25000	8750	6~20	9	2.60~2.68	2.62	22~600	69

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图2

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图2 甲玛矿区岩石电阻率统计直方图

Fig.2 Statistical histogram of rock resistivity of Jiama mining area

图3

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图3 甲玛矿区岩石极化率统计直方图

Fig.3 Statistical histogram of rock polarizability of Jiama mining area

图4

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图4 甲玛矿区岩石磁化率统计直方图

Fig.4 Statistical histogram of rock susceptibility of Jiama mining area

图5

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图5 甲玛矿区岩石密度统计直方图

Fig.5 Statistical histogram of rock density of Jiama mining area

测定结果表明角岩为中等电阻,炭质板岩为低阻,矽卡岩为中低阻,中酸性侵入岩为中高阻,灰岩为高阻。角岩、硅化角岩、矽卡岩、石英闪长玢岩、花岗闪长斑岩极化率均明显呈“双峰”分布,一般岩石的极化率多为9%~11%,角岩型矿(化)体极化率一般为19%~25%,矽卡岩极化率明显高于其他岩石,一般为19.5%,矽卡岩矿化体可达42%,炭质板岩的极化率一般为15%~70%,众值为30%;炭质板岩、灰岩、角岩、矽卡岩一般为无磁性,局部受变质作用呈弱磁性,中酸性岩侵入岩为弱—中等磁性。炭质板岩、硅化角岩、二长花岗斑岩、花岗闪长斑岩为低密度,角岩、石英闪长玢岩为中等密度,矽卡岩、灰岩为高密度。

从ZK028钻孔物性垂向剖面(图6)来看,近地表的角岩表现为高阻、高极化、低密度、中等磁化率的特征;其下的石英闪长玢岩表现为高阻、低极化、低密度、高磁化率特征,角岩表现为中等电阻、中等极化率、低密度、中等磁化率特征,矽卡岩表现为低阻、高极化、高密度、无磁性的特征;底部花岗闪长斑岩表现为中阻、低极化、低密度、高磁化率特征。从矿体来看,角岩型矿体多呈高阻、高极化、高磁化率特征,矽卡岩型矿体多呈低阻、高极化、高密度特征。

图6

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图6 ZK028柱状剖面图及物性参数垂向剖面

Fig.6 ZK028 column profile and vertical profile of physical parameters

4.2 岩石—地质地球物理模型

根据岩心标本物性测定成果及以往物性资料,综合建立甲玛矿区岩石—地质地球物理模型(图7),岩石—地质地球物理模型能够清晰反映矿区的主要岩石电阻率、极化率、密度及磁化率特征,为矿区物探数据处理与解释提供依据^[8]。

图7

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图7 甲玛矿区岩石地质-地球物理模型

Fig.7 Rock geological geophysical model of Jiama mining area

5 应用效果

在甲玛矿区某大地电磁测深剖面的处理过程中,利用岩石物性参数对剖面上引起静态效应的测点进行校正^[9,10],其方法思路是:由于矿区地形起伏、地表不均匀体等影响,大地电磁测深测点常引起严重的静态效应,可通过大比例尺地质图确定测点的露头岩性,再以测点露头相同岩性的岩石电阻率众值为参考,对测点曲线进行平移处理,达到消除静态效应的目的。图8a为利用该方法处理后的视电阻率拟断面图,基本消除了静态效应引起的“挂面条”现象,其浅部电性特征与剖面测点露头岩石分布基本一致。

图8

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图8 大地电磁测深电阻率断面及推断结果

Fig.8 Magnetotelluric sounding resistivity section and interpretation inference diagram

对大地电磁测深剖面深部地质体解释,首先是参考建立岩石地质—地球物理模型,根据不同电性特征划分岩性界面,其次是根据矿区的地质及成矿模型,划分不同成矿地质体界面^[11,12,13]。图8b为大地电磁测深剖面反演电阻率及地质解释推断结果,图中剖面电性结构纵向上在140点以西为上低下高两个电性层,140点以东可划分为低—中—低3个电性层;横向上呈西高东低,整体东倾,100~180点、高程约4 200~5 200 m之间整体呈中低阻,地表出露林布宗组角岩,根据该角岩电性测定结果和地表露头解释为林布宗组角岩;180~210点、高程约4 100~4 600 m之间呈中高阻异常,地表露头为林布宗组炭质板岩,该处反映的中高阻与炭质板岩的电性特征不符,而其电阻率更接近二长花岗岩斑岩或花岗闪长斑岩;结合地质资料推测该异常为剖面东南部莫古朗岩体向NE延伸出的岩枝或岩株,因此推断其为隐伏的中酸性侵入岩。100~150点、高程约4 200~2 500 m之间呈高阻异常,推断解释为中酸性侵入岩;110~220点、高程约3500 m以下整体呈中高阻,推断解释为多底沟组灰岩;根据岩石物性特征及成矿地质模型分析,依据甲玛矿区岩石物性与地质特征,将浅部低阻层与深部高阻层的梯度变化部位推断解释为矽卡岩,该层发育有厚度超过200 m的矽卡岩,二者接触带是矽卡岩型矿体主要赋矿层位,中酸性侵入岩体为矽卡岩型矿体提供了丰富的物质来源。

为了更好揭示岩石测定成果与大地电磁测深剖面局部二维反演断面之间的对应关系,将ZK028地质剖面投影至邻近大电磁测深剖面上(ZK028距测深剖面347 m)并进行对比(图9)。结果表明:大地电磁测深剖面反映的电阻率变化在150 m以浅与ZK028岩心电阻率测定结果差异较大,原因是大地电磁测深法主要探测中深部地质体分布特征,而对较浅的地质体分辨率较低,无法准确反映浅部岩石真实的电性信息。但从整体对比结果看,ZK028岩心电阻率测定曲线能够大致反映大地电磁测深剖面不同深度不同岩性的电性结构,与剖面电阻率异常特征基本一致。大地电磁测深剖面二维反演电阻率断面在ZK028投影位置由浅至深呈现出低—次高—低—高的变化特征,近地表角岩表现为中低阻,电阻率一般在310~2 000 Ω·m, 石英闪长玢岩表现为中高阻,电阻率一般在2 500~3 100 Ω·m,下部角岩为中低阻异常,电阻率一般在630~2 500 Ω·m,矽卡岩为低阻,电阻率一般在240~1 500 Ω·m,花岗闪长斑岩表现为高阻,向深部电阻率逐渐变大,电阻率一般在3 900 Ω·m以上。通过岩石物性标定后的大地电磁测深剖面反演结果能较准确地反映矿区主要岩性界面,为后续构建矿区地质模型及圈定找矿靶区提供依据。

图9

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图9 井旁MT二维反演电阻率断面与钻孔岩心测定结果对比

Fig.9 Comparison of resistivity cross section measured by borehole side MT 2D inversion and borehole core

6 结论

甲玛矿区主要岩石物性进行测定和分析结果表明:角岩表现为中高电阻、高极化、低密度、中等磁化率的特征,其电阻率和极化率随深度增加而降低;石英闪长玢岩表现为高阻、低极化、低密度、高磁化率特征;矽卡岩表现为低阻、高极化、高密度、无磁性的特征;二长花岗斑岩表现为中等电阻、低极化、低密度、高磁化率特征。从矿体来看,角岩型矿体多呈高阻、高极化、高磁化率特征,矽卡岩型矿体多呈低阻、高极化、高密度特征。据此总结出甲玛矿区岩石—地质地球物理模型,为矿区利用物探方法进行合理的解释提供依据。

以钻孔岩心垂向电性测定结果为依据,能够有效提高大地电磁测深剖面深部地质体解释精度,为地质工作者提供可靠的地质模型。

参考文献

原文顺序

文献年度倒序

文中引用次数倒序

被引期刊影响因子

[1]

杨建辉, 王亮, 张家德, 等.

应该重视岩(矿)石物性标本采测的代表性

[J]. 贵州地质, 2013, 30(1):78-80.