可控源音频电磁测量在豫西礼庄寨隐伏铝土矿床勘查中的应用

孟宪锋

（1.河南省地质调查院，河南郑州 451000；2.河南省地矿局第一地质调查队,河南洛阳 471000)

可控源音频电磁测量在豫西礼庄寨隐伏铝土矿床勘查中的应用

孟宪锋1,2

（1.河南省地质调查院，河南郑州 451000；2.河南省地矿局第一地质调查队,河南洛阳 471000)

豫西礼庄寨隐伏铝土矿床是应用可控源测量发现的，矿区发育有与华北型铝土矿关系密切的石炭系本溪组，通过可控源音频大地电磁测量，发现了一系列起伏不平的卡尼亚低阻（体）带，钻探验证表明其正好反映了奥陶系顶板古侵蚀面分布特点，从而为隐伏铝土矿床靶区预测指明了方向。本文系统总结了礼庄寨矿床的地质地球物理特征以及隐伏铝土矿床的地球物理找矿标志。

地球物理特征；隐伏铝土矿；可控源音频；电磁测量；礼庄寨

礼庄寨隐伏铝土矿床位于河南省渑池县北部。该矿床是应用可控源测量找矿的一个成功范例，由河南省地质调查院于2006年发现,经过近几年的系统勘查评价,初步查明该铝土矿床已达大型规模[1]。笔者有幸参加了此项工作。本文系统总结了礼庄寨矿区的地质地球物理特征以及隐伏铝土矿床的地球物理找矿标志。

1 矿区地质概况

礼庄寨矿区位于渑池向斜的北翼，总体呈一单斜构造，地层总体呈南南西倾，倾角13～27°。区内断裂构造不发育，出露地层由老到新为中元古界汝阳群北大尖组，崔庄组、三教堂组，寒武系，奥陶系，石炭系本溪组和太原组，二叠系和第四系(图1)。其中与铝土矿密切相关的主要是石炭系太原组、本溪组和奥陶系马家沟组。

马家沟组(O2m)：为浅灰色厚－中层白云岩夹灰黄色薄板状白云岩、青灰色厚－巨厚层状石灰岩、泥灰岩夹虫穴灰岩，为铝土矿底板岩性。

本溪组(C2b)：在矿区东部边缘零星出露。底部为鸡窝状、透镜状赤铁矿或相变为含铁铝土页岩，中上部为铝土页岩、铝土岩、似层状或透镜状铝土矿层、耐火粘土矿层，厚2～16 m，局部最厚可达20 m以上，是铁矿、铝土矿、耐火粘土矿的重要赋矿层位。太原组(C2t)：下部为灰岩、薄煤层互层，中部为泥岩、砂质泥岩夹薄层粉砂岩，上部为含燧石团块灰岩、灰岩夹灰色砂岩，厚约30～40 m，含丰富的生物化石，为铝土矿顶板岩性。

2 矿区地球物理特征

2.1 重力场分布特征

在1/5万布格重力异常图（图2）上，矿区总体处于一个东西向重力异常大梯度带上，该梯级带是区域渑池重力低值区和岱眉寨重力高值区的过渡带。梯度带走向由北西渐变为北东向，整体南缓北陡，重力异常值北高南低，但在矿区相对较平缓，异常值变化范围-50.8×10-5ms-2～-59.5×10-5ms-2。推测基岩埋深150～500 m，北部浅、向南缓慢变深，显示出石炭－二叠系地层整体向南缓倾斜，地层连续，为找铝土矿和煤的有利地区。

2.2 可控源音频大地电磁测深法（CSAMT）的应用

2.2.1 可控源电磁测量的基础条件

矿区邻区岩矿石电性特征见表1。

从表1可见，灰岩及白云质灰岩电阻率最大，铝土矿、赤（褐）铁矿及砂岩等较低。显然，铝土矿区岩、矿石在垂向上最显著的物性差异是奥陶纪或寒武纪灰岩与其上覆地层在电阻率方面有明显的电性差异。本区第四系覆盖层的视电阻率为5～20Ω·m，二

图1 礼庄寨矿区地质简图Fig.1 The schematic geological map of the Lizhuangzhai bauxite deposit

图2 礼庄寨矿区重力异常特征[1]Fig.2 The gravity anomaly features of the Lizhuangzhai bauxite deposit[1]

表1 礼庄寨矿区及邻区岩、矿石电性特征[1]Table 1 Ore and rock electric characters of the Lizhuangzhai bauxite deposit with its adjacent area[1]

1.第四系；2.新近系；3.上二叠统石千峰组；4.上二叠统上石盒子组；5.下二叠系统；6.上石炭统本溪组和太原组；7.中奥陶统马家沟组；8.上寒武统；9.中寒武统；10.下寒武统；11.中元古界三教堂组；12.中元古界崔庄组；13.中元古界北大尖组；14.见矿钻孔及编号；15.未见矿钻孔及编号；16.勘探线及编号叠系地层视电阻率为15～30Ω·m，石炭系地层视电阻率为20～40Ω·m，奥陶系和寒武系地层视电阻率≥35Ω·m。从新至老地层电阻率具有逐渐增大的特点，各地层间视电阻率有比较明显的差异，是开展可控源音频大地电磁法（CSAMT）测量的有利前提。因此，工作中可把奥陶纪、寒武纪灰岩顶面作为物探工作探测的标准电性层。采用物探方法寻找隐伏铝土矿，其目标物是奥陶－寒武灰岩顶面，目的物则是古地貌上岩溶洼斗区。

图3 可用于推断含铝岩系或铝土矿层的CSAMT曲线[3]Fig.3 CSAMT curves used to infer aluminized rock series and bauxite layer[3]

2.2.2 可控源电磁测量试验效果

图3是本次铝土矿勘查典型的CSAMT法测深卡尼亚电阻率曲线[2]。从图3可看出，其卡尼亚电阻率整体为递增趋势，在中下部有一小段明显的低阻小弯，在这一小段低阻下方电阻率呈45°直线升高，测深曲线基本上反映了该区地层电性变化的大致情况，随着频率的降低，勘探深度逐渐增大，电阻率整体上呈现增大的趋势，小弯下部电阻率陡增的部分对应的就是奥陶系灰岩。电磁测深剖面较好的反映了煤系地层、含铝岩系及奥陶系电阻率特征，上部波状变化低阻曲线为含煤岩系的反映，曲线中部低阻拐点为铝土矿层大致位置，下部单变递增高阻曲线则为下古生界碳酸盐岩的反映。因此，采用CSAMT(可控源音频大地电磁)法测深剖面,卡尼亚电阻率－频率曲线拐点可直接反映出新生界覆盖层和奥陶系灰岩层的埋藏深度,进而推断石炭系本溪组(铝土矿)的埋深[3]。

2.2.3 铝土矿层位与可控源测量成果的对应关系

在礼庄寨矿区共完成了16条可控源电磁测深剖面，物理点580个。电磁测深剖面较好的反映了铝煤矿地层、特别是奥陶系顶部古侵蚀面的起伏特征，发现了多处明显的奥陶系灰岩顶界面凹陷处。选择有利地区布置了12个钻孔，通过钻探验证，奥陶系灰岩顶界面埋深以及含铝岩系赋存深度与实际情况大致吻合。其中有10个钻孔在预定位置下部见到了铝土矿层（表2），见矿率达80%以上。钻孔验证和试验结果证明，在地质研究的基础上，用CSAMT法测深是寻找隐伏铝土矿的有效方法[3]。其代表性剖面见图4，图中卡尼亚电阻率40～80欧姆（一般50左右）梯度带可与本溪组含铝层位相吻合。据此，发现了一个特大型铝土矿普查基地。

表2 礼庄寨矿区可控源测量与钻孔见矿深度对比表Table 2 comparison of the controllable source audio-frequency measure in the drilling hole in the Lizhuangzhai bauxite deposit

图4 礼庄寨矿区31线剖面图Fig.4 No.31 geological exploration line section in the Lizhuangzhai bauxite deposit

实践证明，可控源大地电磁测深曲线的形态变化对铝土矿含矿岩系的厚度变化有示踪意义。对铝土矿床而言，只有铝土矿含矿岩系厚度较大部位才可能存在厚大的铝土矿体。可控源大地电磁测深资料中包含有铝土矿含矿岩系底板灰岩的掩埋深度、地层产状及断裂构造等地质信息。据此可以大致了解上石炭统的分布特征，甚至可以发现富铝土矿的发育部位，有效指导勘查工程布置。

3 隐伏铝土矿床地球物理找矿标志

①区域重力梯度陡变带对区域含铝岩系（铝土矿带）的分布有指示意义；

②电测深或激电测深典型界面，可能指示含铝岩系或隐伏铝土矿的层位及深度；

③可控源音频大地电磁测量卡尼亚电阻率40～80欧姆梯度带，可有效指导铝土矿的埋深。

4 结论

（1）长期以来受铝上矿“次生富集”观点的影响，大多数研究者认为，在埋深200 m以下不存在富铝土矿[3]。但本次勘查在埋深400 m以下见到了富铝土矿，A/S最高可达28.94。另外，在不少煤矿勘查过程中，均在埋深400 m的煤层之下的本溪组中也发现了较好的铝土矿体[4]。显然，铝土矿的形成可能主要受沉积作用、沉积期古地理、古地形控制，矿石质量与现在埋藏深度可能没有必然关系。对富铝土矿成矿认识上的突破,为在中深部寻找隐伏富品位铝土矿提供了理论依据,扩大了寻找富铝土矿的空间和远景。

（2）新一轮铝土矿勘查找矿深度大，成本费用高，由于隐伏铝土矿床自身的地质特点，要求地质、物探测量技术等勘查手段方法组合上取得突破[5]。可控源音频大地电磁测量法为有效方法之一，其卡尼亚电阻率40～80欧姆梯度带，可有效指示铝土矿大致位置及深度。

（3）本文初步对CSAMT法在浅隐伏铝土矿勘查中的应用进行了总结，未来铝土矿勘查的主要方向是已知铝土矿带的中深部，为适应中深部寻找隐伏铝土矿的需要，应以提高隐伏铝土矿定位预测精度为目标，重点加强包括CSAMT、微重力、超长电磁波测量等物探方法在铝土矿勘查方面的应用研究[3]。

（4）在铝土矿找矿难度不断增加、资源瓶颈制约日益严重的形势下，加强覆盖区深部铝土矿成矿规律及找矿勘查研究，对推进整装勘查，实现找矿新突破具有重要意义[5]。

（5）深部铝土矿找矿工作与浅部勘查工作有明显的不同，铝土矿的成矿地质特点也决定了深部勘查时的难度远大于浅部[6]。煤下铝是隐伏铝土矿的重要组成部分，在许多煤矿及外围都开展过不同程度的物探工作，如地震、电测深等，进行深部铝土矿勘查应大量收集和利用区内已有的含有铝土矿含矿岩系底板灰岩的掩埋深度、地层产状及断裂构造等综合信息[7]。与可控源电磁测深资料相结合，配合稀疏的深孔钻探验证，进一步提高勘查效果，实现深部找矿的重大突破。

致谢：本文成文过程中，得到了河南省地调院燕长海总工、天津地质调查中心司马宪章教授的指导，特此感谢！

[1]河南省地质调查院.豫西陕县－新安－济源铝土矿调查评价成果报告[R]，2008，12.

[2]赵建敏，燕长海，刘国印.隐伏铝土矿找矿方向及勘查技术浅议.百度文库，2010，07.

[3]刘国印，燕长海，赵建敏，等，微重力法与可控源音频大地电磁法组合在豫西寻找隐伏铝土矿中的应用[J].地质通报，2008，05.

[4]河南省有色地质矿产局.河南省渑池县曹窑煤矿区深部铝土矿详查报告[R].2007,12.

[5]朱东晖，张录星，司百堂.河南新一轮铝土矿勘查问题研究.百度文库，2010，09.

[6]张录星，张林，司百堂.曹窑煤矿区深部铝土矿特征及勘查启示，河南省有色金属地质矿产局“地质找矿改革发展大讨论活动”专题材料[R].2010，07.

[7]杨言杰.河南省西部煤下铝土矿勘查前景及找矿意义[J].华北国土资源，2010，04.

Determination of Geochemical Anomalies by the Fractal Method in the Longguan Area,Heibei Province

LI Bin1,LI Sui-min1,LIANG Yu-ming2,YANG Chuan-xiang1
(1 School of Resources,Shijiazhuang University of Economincs,Shijiazhuang 050031,China;
2.407 Geological Team of Geological Exploration and Development Bureau of Hunan Province,Huaihua 418000,China)

In the central region of Zhangjiakou,Hebei Province,the geological background is quite complicated,and the tectonic movement is multi-periods.The mineralization appears multi-periods and multi-cycles,which make objectively geochemical elements have more non-scale ranges,namely fractal.Taking five geochemical elements(Pb、Zn、Ag、Au、Cu)of Longguan area in southern Zhangjiakou region as an example,the authors study the fractal characters of the five geochemical elements by fractural method,and then determine the geochemical thresholds.Subsequntely,according to the geological background of research region,the reasonable explanation for the anormalies is reasoned out.Finally,compared with traditional average method,the effects of different geochemical elements by fractual method are summarized.

fractal;content-area method;threshold;geochemical anomaly;geochemical element

P613.3+25；P618.45

A

1672－4135(2011）02－0150-04

2011-04-15

国家地质大调查项目：豫西陕县－新安－济源铝土矿评价成果报告（1212010532403）

孟宪锋（1962－），男，硕士，地质高级工程师，1985年毕业于长春地质学院地质系，一直从事矿产资源勘查工作，Email:mxflyddy@126.com。