综合物探方法在云南澜沧老厂多金属矿区深部找矿中的应用

图1 云南省澜沧地区区域地质简图(修自文献[3])

Fig.1 Regional geological sketch of Lancang Area, Yunnan Province (modified from reference[3])

区内构造主要包括褶皱、断裂和节理裂隙等,其中断裂发育和褶曲不完整为其主要特点^[3,5,18-19]。区内褶皱自西向东主要包括象山单斜、雄狮山向斜、老厂背斜、睡狮山向斜和冬瓜林新寨背斜等。区内主要断裂为SN向和NW向2组大规模断裂,其交汇部位控制着老厂火山—次火山岩(花岗斑岩)的喷发与侵位,对区内矿化有明显的控制作用;次要断裂为规模较小的NE向断裂,对区内矿化影响不明显。区内裂隙和节理较发育,以陡直裂隙为主,主要包括SN向、NNE向、NE向、NW向、NNW向和EW向等组及层间裂隙。

区内岩浆岩主要为下石炭统依柳组(C₁y),岩石类型主要包括熔岩、火山碎屑熔岩、火山碎屑岩和火山碎屑沉积岩等,可分为3个旋回^[3,5,18-19](见表1)。第Ⅰ旋回主要为钙碱性玄武质岩浆分异产物,上部岩性主要为安山岩和集块岩,中部主要为玄武岩及熔结角砾岩,下部为安山质凝灰岩及熔结角砾岩;第Ⅱ旋回主要为粗玄武质岩浆分异产物,岩性主要为凝灰角砾岩、凝灰岩和沉凝灰岩;第Ⅲ旋回为碱性橄榄玄武岩及碱性分异产物,上部岩性主要为玄武岩和熔结凝灰岩,下部主要为火山角砾凝灰岩、凝灰岩和沉凝灰岩。另外,矿区内出露有小规模的侵入岩脉,主要岩性包括辉石云煌岩、同化混染石英钠长岩、碱性花岗斑岩和辉绿岩等。

表1 老厂矿区火山岩岩性及旋回划分

Table 1 Lithology and cycle division of volcanic rocks in Laochangmining area

分层代号	主要岩性	含矿性	旋回划分
$C_{1}^{8}$	凝灰岩、沉凝灰岩	含矿	Ⅲ
$C_{1}^{8}$	火山角砾凝灰岩	含矿
$C_{1}^{7}$ β	玄武岩
$C_{1}^{7}$ β	熔结凝灰岩	含矿
$C_{1}^{5 + 6}$	凝灰岩、沉凝灰岩	主矿层	Ⅱ
$C_{1}^{4}$	凝灰角砾岩		Ⅱ
$C_{1}^{3}$ α	集块岩		Ⅰ
$C_{1}^{3}$ α	安山岩
$C_{1}^{2}$ β	玄武岩
$C_{1}^{2}$ β	熔结角砾岩
$C_{1}^{1}$	熔结角砾岩
$C_{1}^{1}$	安山质凝灰岩

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1.2 岩(矿)石电性参数特征

岩(矿)石电性参数特征是资料解释环节中重要的参考依据,为此,在研究区以往获取的物性资料基础上,对区内主要地质单元的岩(矿)石电性参数进行了较为系统的整理与归纳,统计结果如表2所示。

表2 老厂矿区岩(矿)石电性参数统计

Table 2 Electrical parameters of rock (ore) in Laochang mining area

地层	标本数	岩(矿)石名称	电阻率ρ/(Ω·m)		极化率η/%
地层	标本数	岩(矿)石名称	变化范围	几何均值	变化范围	几何均值
$C_{2 + 3}^{1 + 2}$ 、 $C_{1}^{8}$ 、 $C_{1}^{7}$	10	铅锌矿(含黄铁矿)	2~34	5.5	10.25~58.81	24.10
C₂₊₃	3	铁锰矿石(有裂隙含褐铁矿较多)	3~16	7.3	1.27~2.94	11.30
C₂₊₃	4	锰矿石	480~776	604	8.9~13.2	1.83
$P_{1}^{2}$	5	泥晶灰岩	191~401	248	0.21~0.39	0.26
$P_{1}^{1}$	6	白云质灰岩	1048~4265	1827	0.48~1.52	0.81
$C_{2 + 3}^{3}$	6	珊瑚灰岩	1171~3790	1908	0.43~0.76	0.53
$C_{2 + 3}^{1 + 2}$	9	白云质灰岩	1064~2947	1893	0.19~0.59	0.35
$C_{1}^{8}$	10	沉凝灰岩	119~841	327	0.49~2.94	1.81
$C_{1}^{7}$	2	玄武岩	1492~1985	1765	1.34~6.0	3.10
	3	玄武质凝灰岩	392~990	678	0.28~1.46	0.66
	5	玄武质凝灰岩(含铅锌矿、黄铁矿)	82~110	95	5.46~10.67	7.63
$C_{1}^{5 + 6}$	13	粗面安山质凝灰岩(富含黄铁矿、黄铜矿)	6~205	65	7.01~38.39	16.10
$C_{1}^{5 + 6}$	4	粗面玄武质硅化凝灰岩	796~1675	1083	1.45~2.16	2.14
$C_{1}^{4}$	12	安山质凝灰角砾岩(含黄铁矿)	25~196	56	6.38~23.88	13.10
$C_{1}^{3}$ α	4	安山质集块岩、凝灰角砾岩(含黄铁矿)	49~84	70	7.31~18.51	10.65
$C_{1}^{2}$ β	15	玄武岩、玄武质熔结角砾岩	281~2911	642	0.4~8.01	2.33
D₁	7	石英砂岩	480~2247	944	0.74~2.04	1.22
$C_{1}^{2}$ ~ $C_{1}^{8}$ (按火山岩是否含矿分别统计)	31	含矿火山岩(玄武质凝灰岩、粗面安山质凝灰岩、安山质凝灰角砾岩)	6~205	63.7	5.46~38.39	13.40
$C_{1}^{2}$ ~ $C_{1}^{8}$ (按火山岩是否含矿分别统计)	36	火山岩(凝灰岩、玄武岩、集块岩、熔结角砾岩)	203~2911	647	0.28~8.01	1.82

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研究区岩(矿)石电性参数特征分析结果表明,二叠系(P₁)、中上石炭统(C₂₊₃)地层中的碳酸盐岩和泥盆系(D)地层中的硅质岩具有高电阻率、低极化率特征。下石炭统依柳组(C₁y)火山岩中的安山质或玄武质凝灰岩(不含矿)、安山质或玄武质砾岩(不含矿)和泥盆系(D)地层中石英砂岩及泥质砂岩具有中电阻率、低极化率特征。区内铅锌矿石、黄铁矿石、黄铜矿石和下石炭统依柳组(C₁y)含矿火山岩具有低电阻率、高极化率特征。由此可见,矿(化)体与围岩之间存在明显的电性差异,为电磁法找矿提供了良好的电性前提。

2 综合地球物理勘探数据的采集、处理和分析

本文中大功率激电和AMT数据来自于“云南省澜沧县老厂地区多金属矿床地球物理勘探”项目,测点分布如图2所示。其中20条激电中梯扫面测线以近NEE方向分布于矿权范围段中部,网度为100 m×20 m,每条测线长约2 km,共计1 704个测点。另外在激电异常区中心处选择3个测点(图2中CS1、CS2与CS3)开展激电测深工作。本次大功率激电采集设备为重庆地质仪器厂研制的DJF-25 kW大功率激电测量系统,包含发射(DJF5-1A 5km大功率发射机)和接收(DJS-8接收机)2部分,该系统采用短导线工作方式进行数据采集。通过野外实验确定工作参数:AB供电极距为1.5 km,MN接收电极距为20 m,供电电压为1 000 V,供电周期为12 s,断电延时为50 ms,采用宽度为20 ms,叠加次数为2次。激电测深工作的最小AB供电极距为3 m,最大AB供电极距为1.5 km。对采集的原始数据进行整理编辑后,利用专业软件绘制相关图件。

图2

图2 研究区大功率激电与AMT测点分布

Fig.2 Distribution map of high-power induced polarization sounding and AMT survey stations in the study area

AMT的1剖面起始于老厂矿区,以近NEE向穿过矿权范围段,止于矿权范围段东侧附近,长度约4.6 km,测点间距40 m,总计116个测点。此次AMT数据通过加拿大凤凰公司生产的MTU-5A大地电磁仪进行采集,采用“十字”交叉布极和电磁列阵方式同步采集电场水平分量E_x、E_y和磁场水平分量H_x、H_y,野外采集时间不小于30 min。首先利用傅里叶变换将采集的原始时间域信号转换成频率域信号,然后通过互参考技术和Robust估计^[20]对受随机噪声干扰的测点进行处理以提升数据质量,同时辅以功率谱挑选剔除干扰严重的数据,获得了10 000~0.35 Hz频率范围内较高质量的视电阻率和阻抗相位数据。对获得的AMT数据进行了维性分析和构造走向分析,维性分析结果表明研究区地下结构以二维特征为主,因此,研究区AMT数据适用于二维反演,并根据构造走向分析结果对AMT数据进行了主轴旋转,以满足二维结构的理论假设。在此基础上,考虑不同极化模式对反演结果的影响,通过非线性共轭梯度算法对AMT数据进行了二维反演试算,最终实施TE+TM模式反演获取二维电阻率剖面结果。

3 综合地球物理异常特征分析与综合解释

3.1 大功率激电异常分布特征

基于云南澜沧老厂矿区采集的激电中梯扫面和激电测深数据,绘制了研究区激电中梯扫面视极化率分布(图3)、研究区激电中梯扫面视电阻率分布(图4)和研究区激电测深实测数据反演结果(图5),图5a~5c分别表示CS1、CS2、CS3激电测深点的实测数据,图5d~5f分别表示CS1、CS2、CS3激电测深点的反演结果。

图3

图3 研究区激电中梯扫面视极化率分布

Fig.3 Distribution of apparent polarizability in induced polarization intermediate gradient of study area

图4

图4 研究区激电中梯扫面视电阻率分布

Fig.4 Distribution of apparent resistivity in induced polarization intermediate gradient of study area

图5

图5 研究区激电测深实测数据反演结果

a—CS1实测数据;b—CS2实测数据;c—CS3实测数据;d—CS1反演结果;e—CS2反演结果;f—CS3反演结果

Fig.5 Inversion results of measured induced polarization soundingin data in the study area

a—measured data of CS1;b—measured data of CS2;c—measured data of CS3;d—inversion result of CS1;e—inversion result of CS2;f—inversion result of CS3

图3中可见有2个明显的高视极化率异常区域,在图上分别用M1和M2标示。M1异常区位于测区西北部,视极化率极大值为9.63,区内异常分布不连续。结合图4可知该异常区表现为中、低阻特征,同时异常区内2个激电测深点的反演结果(图5e、5f)显示,区内浅部为低阻、高极化特征,深部为高阻、低极化特征。结合区域地质资料可知该异常区为断裂交汇处,因此,初步推断该区异常可能与地表的铁锰矿及银锰矿有关,但不排除深部有多金属矿脉的可能。M2异常位于测区中东部,视极化率极大值为10.01,区内异常分布连续,异常区东部未闭合,同时该异常表现为中、高阻特征(图4),结合区域地质资料可知该异常区为断裂交汇处,同时也是安山岩和灰岩的接触带,因此,初步推断该区异常可能与深部多金属矿化有关。此外,由异常区内激电测深点的反演结果(图5d)结合区域地质资料,可将M2异常区域内地层分为3层:第1层(0~2 m)表现为低阻、高极化特征,这种现象可能主要与浅部土壤第四系中含有的铁锰矿及银猛矿化有关;第2层(2~300 m)表现为高阻、低极化特征,与区域广泛分布的灰岩地层电性参数特征(表2)相一致,推测为表层灰岩地层;第3层(300 m以下)表现为明显的低阻、高极化特征,推测为中、深部凝灰岩地层,可能含有铅锌矿化,为重点成矿有利区,建议在该异常区布置深度大于300 m的钻孔进行验证。

3.2 典型剖面异常特征及综合解释

由云南澜沧老厂矿区剖面下方的AMT二维反演结果(图6a)结合区域地质资料,绘制了辖区下方的综合地球物理解释(图6b)。从图6a中可以发现, 研究区整体电性结构表现为高低相间垂向分带的特征。

图6

图6 综合地球物理解释

a—AMT二维反演结果;b—解释模型

Fig.6 Comprehensive geophysical interpretation

a—2D inversion results of AMT;b—interpretation model

研究区剖面在横向上可分为3段,分别为老厂矿区范围段(水平0~1 400 m),矿权范围段(水平1 400~3 900 m)及矿权范围东段(水平3 900~4 700 m)。老厂矿区范围段西侧(水平0~300 m)上部主要表现为高阻特征,与该区域出露的下二叠统白云质灰岩覆盖范围基本一致。该段西部(水平0~800 m)中、深部出现大面积的中、高阻异常(R1),电阻率值普遍大于6 000 Ω·m,推断为中上石炭统(C₂₊₃)的灰岩及白云岩地层,在深部向SW方向倾伏。该段东部(水平300~1 400 m)中、深部存在1个高阻异常R2,阻值普遍大于6 000 Ω·m,推断是隐伏花岗斑岩的电性反映,在深部向NE方向倾伏。R2被中、低阻带环绕,中、低阻带推断为下石炭统依柳组(C₁y)地层,局部形成阻值普遍小于300 Ω·m的低阻异常(C1与C2),低阻异常C2附近可能为多金属矿化区。矿权范围段表层表现为低阻特征,随着深度的增大,阻值逐渐升高,达到一定深度后,阻值又逐渐降低。表层低阻带与区域出露的浮土、松散堆积体和浅部第四系地层对应良好。中上部中、高阻带推断为中上石炭统(C₂₊₃)的灰岩及白云岩地层,局部形成高阻异常R4,阻值普遍大于3 000 Ω·m。中下部中、低阻带推断其为下石炭统依柳组(C₁y)火山岩地层。深部存在高阻异常R3,电阻率值普遍大于6 000 Ω·m,推断为深部隐伏花岗斑岩。另外水平2 800~3 200 m中部存在一低阻异常C3,阻值普遍小于300 Ω·m,可能为深部构造破碎带或者多金属矿化区。矿权范围东段整体表现为中、低阻特征且阻值变化较小,推断为下石炭统依柳组(C₁y)火山岩地层。

根据电阻率剖面电性横向梯度带和低阻分布特征,在解释模型(图6b)中推断出9条断裂。其中位于400 m(022号点附近)附近为已知断裂F₃,800 m(040号点附近)附近为已知断裂F₁,860 m(043号点东侧)附近为已知断裂F₆,950 m(048号点)附近为已知断裂F₄,1 300 m(064号点)附近为已知断裂F₈,1 800 m(088号点)附近为推断断裂F₄₃,2200 m(112号点)附近为已知断裂F₄₁,3 250 m(164号点)附近为已知断裂F₄₂,3 850m(194号点)附近为已知断裂F₂₇。剖面辖区下方推断的断裂均向NE方向陡倾。

研究区激电中梯扫面结果(图3、图4)显示,M1异常区整体表现为中、低阻高极化率特征,视极化率普遍大于2.5%,视电阻率主要位于40~1 000 Ω·m范围内。同时异常区内激电测深点的反演结果(图5e)显示,M1异常区在地下300 m附近视极化率具有上升趋势,这种现象可能与区域深部存在的多金属矿化有关。结合AMT二维反演结果(图6a)与区域地质资料,水平2 300~2 800 m内地层可以分为3层:第1层(0~2 m)激电测深表现为低阻、高极化特征,同时AMT反演结果表层表现为低阻特征,与浅部出露的银锰矿化土壤第四系对应良好;第2层(2~450 m)激电测深曲线末支表现为高阻、低极化特征,同时AMT反演结果表现为高阻区,深部在450 m以内,与异常区域内的灰岩电性参数(表2)及厚度特征吻合良好,因此推测该层为表层灰岩地层;第3层(450 m以下)AMT反演结果中表现为中、低阻特征,由于区域内该深度主要为下石炭统依柳组(C₁y)地层,结合区域岩(矿)石电性参数统计(表2),推测该区域可能为中、深部凝灰岩地层,且深部1 000 m以下的高阻异常R3很可能为隐伏花岗斑岩体。此外,区域综合地球物理解释(图6)显示,该隐伏花岗斑岩在深部向NE方向倾伏,其东侧的深断裂F₈切穿灰岩地层且具有向隐伏岩体R2连通的趋势,据此推断二者的耦合部位为深部多金属矿化有利区,建议在测点122附近布置深度1 200 m左右的钻孔进行验证。

4 结论

通过在云南澜沧老厂多金属矿区开展综合物探研究,得到以下主要结论:

1)基于大功率激电数据圈出2处激电异常区。其中,位于测区西北部的M1异常区表现为低阻、高极化异常特征,可能是地表铁锰矿、银锰矿和深部多金属矿化的共同反映;位于测区中东部的M2异常区表现为高阻、高极化异常特征,可能与深部多金属矿化有关。

2)基于AMT数据二维反演获得的电性结构和已有地质资料,查明了控矿地层、断裂的空间展布,具体表现为:中上石炭统(C₂₊₃)的灰岩及白云岩地层在花岗斑岩体西侧厚度较大,并向SW方向倾伏,在岩体东侧覆盖较薄,下伏地层为下石炭统依柳组(C₁y);隐伏花岗斑岩在深部向NE方向倾伏,其东侧的深断裂F₈切穿灰岩地层且具有向隐伏岩体连通的趋势,推断二者的耦合部位为深部多金属矿化有利区。

3)将大功率激电法和AMT相结合,有助于圈定深部隐伏岩体的分布范围,提升研究区多金属矿探测的可靠性,为后续钻孔布设提供指导。

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