CSAMT法在河南舞阳地区寻找深部铁矿中的应用

李 冰，丁云河，张智慧，魏明君，尚建阁

（1．河南省有色金属地质矿产局第二地质大队，郑州450000；2．河南省有色金属地质矿产局第五地质大队，郑州450000；3．河南省有色金属地质矿产局第七地质大队，郑州450000；4．河南省有色金属矿产探测工程技术研究中心，郑州450000；5．河南省有色金属地质矿产局第三地质大队，郑州450000）

CSAMT法在河南舞阳地区寻找深部铁矿中的应用

李 冰1，4，丁云河3，4，张智慧4，5，魏明君2，4，尚建阁1

（1．河南省有色金属地质矿产局第二地质大队，郑州450000；2．河南省有色金属地质矿产局第五地质大队，郑州450000；3．河南省有色金属地质矿产局第七地质大队，郑州450000；4．河南省有色金属矿产探测工程技术研究中心，郑州450000；5．河南省有色金属地质矿产局第三地质大队，郑州450000）

文章主要介绍了在河南省舞阳地区深部铁矿找矿项目中，利用V8多功能电法工作站，进行可控源音频大地电磁测深（CSAMT）不同收发距的试验对比。通过试验，找到最优观测装置参数，并在强电磁干扰矿区采用CSAMT法成功预测了深部隐伏矿体，由此证明了CSAMT法在舞阳地区寻找隐伏的沉积变质型铁矿的可行性。

可控源音频大地电磁测深；深部找矿；对比研究；V8；舞阳地区；河南省

0 引言

舞阳铁矿田是河南省最大的沉积变质型铁矿田，位于舞钢市中北部。1956—1981年，在该矿区开展了规模宏大的地质找矿工作，提交资源储量6．4 ×108t，约占河南省铁矿资源总储量的70%。因受当时开采技术条件的制约，找矿深度仅为500 m左右。20世纪80年代以来，该区地质找矿工作几乎处于停顿状态。

由于河南省工业化进程的加快对铁矿资源需求量不断增大，而地表及近地表铁矿已被有效勘查并强力开发，地质找矿目标不得不锁定在找矿难度较大的深部盲矿体上［12］。根据舞钢市铁矿成矿地质条件及物探磁异常特征，该区仍有较大的找矿潜力［3］。舞阳地区深部铁矿找矿项目通过利用V8多功能电法工作站，进行可控源音频大地电磁测深（CSAMT）预测深部隐伏矿体，以期为该地区下一步深部找矿工作提供依据。

1 研究区地质概况

研究区位于华北板块南部边缘，马超营—拐河—确山断裂北侧，鲁山背孜—西平出山盖层背斜东端，是太华群最东部出露区。在新太古代及古元古代，先后发生了规模较大的基性火山活动及中基性火山活动，形成赵案庄式和铁山庙式2类铁矿。在中生代碰撞造山作用过程中，发生了自南而北的陆内俯冲（研究区就处在马超营断裂以北的俯冲带上），在次级构造作用下，产生断裂F6，而地层发生自南向北、自下而上的推动作用，使含矿地层由深到浅局部暴露地表，形成目前的构造格局和矿体分布形态［4］。从推断和控制的断层来看，研究区北部构造较为简单，南部较为复杂，主要构造线与区域构造基本一致，呈NWW向，其中断层F6控制了北部的赵案庄组及矿体的分布，地层产状整体SW倾。从工程控制结果来看，不同地段的地质构造有很大的差异。

研究区地层自下而上为新太古界赵案庄组、铁山庙组、杨树湾组，中元古界汝阳群云梦山组以及第四系。其中，新太古界赵案庄组出露面积很小；铁山庙组出露于铁古坑、铁山庙、经山寺等地；杨树湾组主要出露于叶县辛店杨树湾，与下伏铁山庙组呈断层或整合接触（可能属平行不整合）；中元古界汝阳群云梦山组不完整厚度达300 m以上。由于岩浆侵入活动和构造错动，使地表露头的层序极为零乱和不完整，断续分布在西部的老金山、尚庙寨和东部的小梁山等地。

研究区内与矿体有关的岩体除丁家岗正长岩岩体以岩株产出外，其他岩体均以岩脉产出。岩脉密集分布，多呈岩墙状，规模不等。岩体对矿体无贫化或富集的交代混染作用，它主要表现为对矿体的破坏作用。岩脉水平切穿矿体，严重处将矿体切割为平行条块状，但未发现导致岩墙两侧矿体的相对错动位移现象。

2 研究区地球物理特征

对研究区内采集的岩（矿）石标本和已施工钻孔的岩心标本进行了物性测试（表1）。从表1可见，在铁山庙式铁矿中，辉石磁铁矿的平均电阻率为255Ω·m，而围岩石英辉石岩的平均电阻率为14 782Ω·m，混合岩的平均电阻率为6 103Ω·m，片麻岩的平均电阻率为7 364Ω·m，很显然，辉石磁铁矿表现为低电阻率特征；赵案庄式磁铁矿平均电阻率为78Ω·m，表现为低阻率特征。由于岩石组成的不同，电阻率稍有差异，但磁铁矿与围岩电阻率差异明显。磁铁矿表现出低电阻率的物性特征，这是研究区开展CSAMT法工作的前提条件。

3 CSAMT法工作原理和方法

本次研究CSA MT法利用加拿大凤凰公司生产的V8多功能电法工作站进行野外数据采集。V8系统采用GPS卫星时钟同步测量技术，极大地提高了电、磁场的同步采集精度［5］；同时，实施阵列式采集数据，大大提高了施工的效率和勘探的精度。CSA MT法野外工作装置示意图见图1。

表1 岩（矿）石电阻率参数Table 1 Statistics of resistivity parameters of the rock and ore

可控源音频大地电磁测深法（Controlled Source Audio-frequency Magnetotellurics，简称CSAMT法），是针对大地电磁测深法场源的随机性和信号微弱以致观测十分困难的状况而改进的一种方法。该方法采用可以控制的人工场源［6-7］，将大地看作水平介质，大地电磁场是垂直投射到地下的平面电磁波，则在地面可观测到相互正交的电磁场分量为Ex，H y，Ey，H x。通过测量相互正交的电场和磁场分量［8-10］，可以确定介质的卡尼亚电阻率值。其计算公式为：

图1 CSAMT法工作装置示意图Fig．1 Schematic diagram of CSAMT device

图2 舞阳地区局部磁异常及科研工作剖面布置图Fig．2 Map showing local magnetic anomaly and the test profile layout in Wuyang area

4 应用效果

4．1 舞阳矿田王楼试验区

王楼试验区位于舞钢市东北约7 km处，属铁山庙式铁矿，是验证王楼磁异常时发现的。该试验区为第四系覆盖，覆盖层厚90～120 m，其下隐伏新太古界太华群铁山庙组。王楼矿床赋存于条带状混合岩组中，平面上呈“瓜子”形，南北剖面上呈不规则状，东西最长300 m，南北最长270 m，最大厚度32 m。总体倾向SW，倾角20°，埋深380～425 m。

在王楼试验区的一条试验剖面上，采用CSAMT法的2种收发距（6．7 km和11．4 km）施工。图3和图4为王楼试验区不同收发距的CSAMT法二维电阻率反演断面［12-21］。从图3可见，在断面深度100 m左右，存在1条近似水平的低阻异常带，与实际钻孔控制的太华

本次研究选取2个剖面即试验剖面和应用剖面（图2）开展CSAMT法应用工作。在试验剖面上进行不同收发距的试验研究［11］，收发距分别为6．7 km和11．4 km，供电偶极子AB长度为1．8 km，最大供电电流均为16 A，工作频率均为1～9 600 Hz，共41个频点；应用剖面CSAMT法供电偶极子AB长度为2 km，收发距14 km，最大供电电流20 A，工作频率也为1～9 600 Hz，共41个频点。群基岩面相吻合；在1575～1875号点间，中心埋深275 m处，有1条未封闭的低阻异常，与钻孔ZK3001，ZK3000控制的铁矿体在水平位置上相对应，但深度相对浅些，表明收发距为6．7 km的CSAMT法工作装置探测深度不足。从图4可见，在断面深度100 m左右，也存在1条近似水平的低阻异常带，与实际钻孔控制的太华群基岩面相吻合；在1600～1850号点之间，中心埋深300 m处，有1封闭的低阻异常，并与钻孔实际控制的铁矿体相吻合，充分说明了CSA MT法在舞钢地区探测隐伏铁矿体的有效性，也说明正确选择野外工作装置的重要性。

图3 王楼试验区30线CSAMT法（收发距6．7 km）二维ρ反演结果Fig．3 CSAMT 2-D inversion result of line 30 in the Wanglou test area（transmission distance＝6．7 km）

图4 王楼试验区30线CSAMT法（收发距11．4 km）二维ρ反演结果Fig．4 CSAMT 2-D inversion result of line 30 in the Wanglou test area（transmission distance＝11．4 km）

图5 小韩村矿区132线高精度磁异常剖面图（a）和CSAMT法二维ρ反演结果（b）Fig．5 High-precision magnetic anomaly profile and CSAMT 2-D inversion result of line 132 in the Hancun mining area

4．2 CSAMT法在小韩村矿区及外围的应用

小韩村矿区属铁山庙式沉积变质型铁矿床，高精度磁异常最高值可达2 000 n T以上［32］。该矿发现于20世纪50—60年代，目前控制深度达300多m，共有3层磁铁矿，赋存于太华群铁山庙组。本次在小韩村矿区132线开展CSAMT法工作，目的是研究小韩村矿区深部是否存在铁矿体，同时验证1∶10 000高精度磁测分析成果［22］。从图5可以看出，在5925—6325号和6525—6925号点之间，埋深在300 m以浅，出现2个低阻异常，分别与小韩村、泥沟陈南已知铁矿体相吻合；在6325—6525号点之间，埋深在400～1 000 m处，存在1个向南倾斜的低阻异常，该异常在地面的投影与高精度磁异常北侧（大号点）峰值相对应。结合地质情况分析，认为小韩村矿区深部可能存在隐伏的磁铁矿体，是有望的深部找矿靶区。

5 结论

（1）野外工作装置的正确选择和工作参数设定是取得最佳观测成果的关键。通过在王楼试验区进行CSAMT法的不同装置试验，认为在舞阳矿田利用CSAMT法进行深部找矿，CSAMT法的收发距应＞10 km，才能全面反映处于第四系厚覆盖区的舞阳矿田深部铁矿的赋存状况。

（2）根据1∶10 000高精度数据处理，结合CSAMT反演成果，认为以经山寺、小韩村、冷岗一带为中心，可能存在深部隐伏铁矿体，是今后舞阳地区深部找矿的有望靶区和突破口。

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Application of CSAMT to deep iron ore exploration in Wuyang area，Henan province

LI Bing1，4，DING Yunhe3，4，ZHANG Zhihui4，5，WEI Mingjun2，4，SHANG Jiange1
（1．The Second Geological Brigade，Beonging to Nonferrous Metal-Geology and Mineral Resources Bureau of Henan Province，Zhengzhou 450000，China；2．The Fifth Geological Brigade，Beonging to Nonferrous Metal-Geology and Mineral Resources Bureau of Henan Province，Zhengzhou 450000，China；3．The Seventh Geological Brigade，Beonging to Nonferrous Metal-Geology and Mineral Resources Bureau of Henan Province，Zhengzhou 450000，China；4．Non-Ferrous Mineral Exploration Engineering Research Center of Henan Province，Zhengzhou 450000，China；5．The Third Geological Brigade，Beonging to Nonferrous Metal-Geology and Mineral Resources Bureau of Henan Province，Zhengzhou 450000，China）

This article primarily introduces application of V8 multifunctional electrical station to deep iron ore exploration in Wuyang area，Henan province．Test of CSAM T in different transceiver is carried out．The test shows that the optimum observation parameter of the device is obtained and deep ore bodies are successfully detected by CSAMT thus CSAMT is feasible to search for sedimentary metamorphic iron ore．

CSA MT；deep iron ore prospecting；comparison study；Wuyang area；Henan province

P631．325；P618．31

： A

10．6053／j．issn．1001-1412．2014．01．015

2013-04-23； 责任编辑： 赵庆

河南省国土资源厅科技攻关项目《河南省鲁山—舞阳—新蔡地区铁矿成矿预测研究》（编号：2010-61-4）、河南省有色金属地质矿产局2011年度科技创新项目《电磁探测技术在舞阳地区铁矿深部找矿的应用研究》（编号：YSDK2011-05）联合资助。

李冰（1984 ），男，工程师，硕士研究生，本科毕业于中南大学，现主要从事地球物理科研工作。通信地址：河南省郑州市郑东新区金水东路16号鑫地大厦1201室；邮政编码：450016；E-mail：540035801＠qq．com