辽宁省八家子铅锌矿瞬变电磁法深部找矿应用研究

陈 靖， 马占才， 雷小鹏， 张 正， 李小莲， 宋明海， 魏晓航， 刘 敏

(1.长安大学 a.重磁方法技术研究所，b.地质工程与测绘学院，c.西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室,西安 710054;2.西安西北有色物化探总队有限公司,西安 710068;3.辽宁八家矿业股份有限公司,葫芦岛 125316;4.桂林凯山矿业技术有限公司,桂林 541004；5.桂林有色矿产地质研究院,桂林 541004)



辽宁省八家子铅锌矿瞬变电磁法深部找矿应用研究

陈 靖1a,1b,1c,2， 马占才3， 雷小鹏2， 张 正4， 李小莲5， 宋明海3， 魏晓航2， 刘 敏2

(1.长安大学 a.重磁方法技术研究所，b.地质工程与测绘学院，c.西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室,西安 710054;2.西安西北有色物化探总队有限公司,西安 710068;3.辽宁八家矿业股份有限公司,葫芦岛 125316;4.桂林凯山矿业技术有限公司,桂林 541004；5.桂林有色矿产地质研究院,桂林 541004)

辽宁省八家子铅锌矿是上世纪50年代建的老矿山，经过几十年的开采已进入晚期，现面临着产能闲置、产量锐减甚至企业破产的情况。通过实施瞬变电磁法在该地区铅锌银铜钼铁等矿种的找矿实践中取得了重大突破，取得了丰硕的成果,①先后找到松棚沟钼矿、冰沟201富银铅锌铜矿、草沟铅锌金硫多金属矿、炉沟409、293铜铅锌矿；②重新评价了老矿山红旗坑、东山坑、炉沟坑的深部矿储量远景；③对外围扩建的黄家隐爆角砾岩型金矿、南陀夕卡岩多金属矿、马道鞍山式铁矿等的普查、勘探和采矿也起到了指示作用。 这些技术应用的成果不仅彻底改观了八家子矿危机矿山的局面，而且对类似矿山的深部找矿也有一定的参考价值。

八家子铅锌矿； 瞬变电磁法； 重叠回线； 大定源回线； 深部找矿

0 前言

辽宁省八家子铅锌矿山建于1958年，几十年来伴随开采，该地区开展了大量的地质勘查与研究工作，对其地质演化、矿床特征等方面有了很多成果[1-7]。然而面临矿山资源日益枯竭，探测深度和难度加大等问题，如何从物探角度打开技术瓶颈成为关键。近年来，在国家“危机矿山深部找矿勘查”及“加强老矿山找矿工作”的指导下，并充分学习和利用几十年来各学派地质专家留下的可贵资料和认识与观点，作者依托2001年《辽宁省八家子铅锌矿瞬变电磁法深部找矿应用研究》项目，研究瞬变电磁法的探测深度、消除干扰、提高分辨力等技术,作为寻找铅锌银铜钼铁等矿种的主要手段。

1 研究区地质背景

1.1 地质概况

研究区位于华北地台北缘，燕山期沉降带东端。南部为山海关古隆起，北部为辽西中生代火山岩凹陷[8]。在隆起与凹陷之间存在一条长约80 km、宽30 km的北东向多金属元素成矿带，该带构造复杂、岩浆活动强烈，八家子矿区处于其西南部，矿区共有八个矿床(矿段)，由北向南分别为柏家屯、冰沟、东山、炉沟、古洞沟、北山、瓦房沟、吴家屯矿床(图1)。

图1 辽宁省葫芦岛市八家子铅锌矿地质图Fig.1 Geological map of Bajiazi lead-zinc ore of Huludao in Liaoning province

该区域山海关古隆起为太古代混合花岗岩,辽西凹陷为中生代的火山岩系。成矿带广泛出露元古界长城群碎屑岩和含燧石钙镁质碳酸盐及薊县群碳酸盐岩[9]，上元古界仅见青白口群景儿峪组的灰岩、页岩和砂岩，下古生界寒武系-奥陶系(主要为灰岩)分布在八家子和吴家屯以西，中生界侏罗～白垩系为安山质熔岩和火山碎屑岩。

研究区地层构成一个向北倾伏，向南封闭于吴家屯附近的向斜。区内断裂十分发育，主要有如“井”字型的四条：①吴家屯-八家子断裂; ②冰沟-草沟断裂；③北山-柏家屯断裂；④于家屯-老沟口断裂[10]。

区内岩浆岩发育，主要有花岗岩、花岗闪长岩、角闪石英二长岩、斑状花岗岩、奥长环斑花岗岩、各种脉岩等。花岗岩呈多期侵入，花岗闪长岩主要分布于东部的柏家屯，呈岩枝和岩珠产出。松棚沟-八家子似斑状花岗岩分布于柏家屯东南，松棚沟钼矿即在此岩体中。

1.2 矿床地质特征

1.2.1 矿床地质特征

银铅锌矿床主要赋存于八家子向斜东翼的高于庄组地层中，其次为大红峪组地层内[11]。由北山、炉沟、古洞沟、东山、冰沟和吴家屯等矿段组成。矿段展布方向主要为南东-北西向。矿体类型由南东到北西依次如下变化：近接触带的北山含钼铜磁铁矿矿体、黄铁矿矿体；北山和古洞沟黄铁矿矿体；古洞沟和东山黄铁矿铅锌矿矿体；东山和冰沟铅锌矿体及冰沟银矿体。矿体为层状、似层状、透镜状和囊状。矿体的产状和规模一般与断裂构造一致，次级断裂和层间裂隙内也有平行或斜列的矿体。矿物组成主要有黄铁矿、方铅矿、闪锌矿、磁黄铁矿、磁铁矿、黄铜矿、自然银、辉银矿、硬锰矿、菱锰矿等。矿石结构为自形-半自形结构，黄铁矿矿石主要成块状和致密浸染状构造，多金属矿石以角砾状、脉状构造为主。局部可见马尾丝状、条带状、蜂窝状构造。围岩蚀变以硅化、透闪石化、蛇纹石化、白云石化为主。

钼矿床赋存于矿区东部松棚沟似斑状花岗岩之下的碎裂花岗斑岩(钾化花岗岩)中，矿化受岩体内不同方向断裂带和它们之间的多组裂隙控制。矿体呈似层状、脉状，钼品位0.3%以上。矿石类型有细脉浸染型、网脉型、节理裂隙型等。矿石矿物主要是辉钼矿、黄铁矿，其次为闪锌矿及少量黄铜矿、方铅矿等。脉石矿物有钾长石、石英、斜长石等。围岩蚀变有钾长石化，硅化、碳酸盐化，绿帘绿泥石化等[12]。初步认为属斑岩-热液充填-交代钼矿床。

1.2.2 矿床成因

矿区东部以松棚沟至瓦房沟一带的班状花岗岩为中心，向北西、南西方向呈半环状由内向外划分为六个水平方向的矿带，即钼矿化带-钼铜磁铁矿化带-黄铁矿化带-黄铁铅锌矿化带-铅锌银矿化带-银矿化带。这些矿化元素分带表明，从北西和南西向东部松棚沟斑状花岗岩体方向，成矿温度由低温向高温排列，显示东部斑状花岗岩应属热源体，吴家屯矿就产于这类岩体中，因此认为，矿床成因是以斑状花岗岩体的侵入带来的，八家子向斜底部复合岩体侵入的部分及向斜次级褶皱构造可能存在前景很大的多金属矿床。

2 瞬变电磁法工作布置

经野外勘察试验，研究区内近矿围岩电阻率均大于1 000 Ω·m，矿石电阻率为n×10 Ω·m，岩矿石之间存在较大的电阻率差异。根据以上所述, 在该区使用电阻率法找矿具有着较好的地球物理前提，采用瞬变电磁法均可发现并研究其状态。本研究针对不同的地球物理条件选用不同的装置进行测量，后期数据经过整理、滤波、反演得到视电阻率拟断面图等成果。

2.1 重叠回线装置

重叠回线装置是发射线圈(Tx)和接收线圈(Rx)相互重合的装置，见图2(a)，其特点是与地质探测对象有最强的耦合和较高的工作效率[13]。

图2 瞬变电磁法工作装置图Fig.2 TEM working device figure(a) 重叠回线装置;(b)大定源回线装置;(c) 8字型回线装置

2.2 大定源回线装置

2.3 “8”字型回线装置

这种装置发射和接收均采用大回线，两回线并行排列，由其中一个发射一次场，另一个接收二次场信息(图2(c))。工作时，发射和接收线圈保持固定间距沿测线移动。其特点是对于大倾角的陡峭构造的探测效果明显，且异常为单峰，形态简单[17]。

3 瞬变电磁法勘探成果

3.1 冰沟201矿体的发现

冰沟201矿体位于冰沟-草沟断裂(矿山称 201断裂构造)。该构造地貌为一宽十余米的断陷，断陷内铜铅锌及铁锰矿化强烈，并有两条指示深部矿体长存在的石斑岩脉分布。多年来多种地质工程均未探到具有规模的矿体，我们拟定利用100 m×100 m的重叠回线全覆盖探测来圈定异常的大体位置；然后在圈定的异常区域内利用600 m×500 m的大定源回线，较准确地确定异常体的平面分布位置，探测深度大致500 m；最后调整探测参数后，采用100 m×100 m偏移(2 m)的重叠回线，来确定异常体的纵向空间位置。

图3(a)是冰沟70线瞬变电磁法多测道曲线及视电阻率拟断面图，128点～136点200 m范围内的异常稳定，其中133点中晚期呈低值异常，这也因地形在133点向大号趋于升高，垂直地形面的激励磁场偏向浅部于至离开矿体所致。图3(b)是冰沟58线瞬变电磁法多测道曲线及视电阻率拟断面图，与70线相似，区别是局部存在叠瓦状的平行小矿层，使异常更加复杂。此外，在冰沟南部东山地区(图1)，20测线拟断面显示存在向东缓倾的异常带，设计的坑道也探到了和冰沟70、58测线相近似的矿体。综上分析，在70线的201大构造处设计了验证钻孔ZK321(图1)，探测到了三层总厚达26 m的块状富银铅锌矿体，即冰沟201矿体，打破了几十年“冰沟无矿”的论断，彻底解救了矿山危机。后经详细勘察，冰沟201矿体获得铅锌金属量约50×104t，银1 200 t，相当一个大型矿床规模的铅锌矿床和一个大型规模的银矿床，并且201矿及其周围仍具有很大的找矿前景。

图3 冰沟瞬变电磁法异常与矿体剖面图Fig.3 Binggou TEM abnormal and profile map(a) 冰沟70线;(b) 冰沟58线

3.2 炉沟409和293矿带的发现

对于炉沟测区范围内走向小、延深大的409矿带和缓倾的293矿带，采用大定源回线装置进行探测(图4)。由图4(a)可知，多测道曲线在113点～117点100 m的范围出现明显的异常，拟断面上的对应异常位于陡倾的单斜地形面上，推断引起异常的矿体应垂直于地形线(EF线)，在对应深200 m～500 m范围，此处正是409号矿的延深部位，该部位50年代曾实施的钻孔打在矿体尖灭之间的空档处而落空。实际上由于地形影响，矿体距离异常向上坡方向偏移了150 m～200 m。由图4(b)可知，由于地形相对平坦，409矿异常与实际矿体偏移较小，矿体与异常可以较好地对应。409矿在平面上构成矿带，在纵深方向形成矿化层。整个409矿为富铜、铅、锌矿体，本次探矿新获得约10×105t的铜铅锌金属量。实际409矿向北东断续延长到王家店详查区(图1)，钻孔揭示有的地区铅锌品位已达3%。

图4 炉沟瞬变电磁法异常与矿体剖面图Fig.4 Lugou TEM abnormal and profile map(a) 冰沟0线;(b) 冰沟8线

此外，从图4(a)还可看出，浅部239缓倾斜矿体的特征，图4(a)中矿体位于山脊上，矿头部位于垂直地形线(CE线)的D点出现完整的异常；越过山脊进入下坡的地形线(CB线)，接近A点时地形变缓，垂直矿体的激励磁场加强，出现更强的异常。239矿探测获铜铅锌金属量约1×104t。

3.3 松棚沟钼矿的发现

在强干扰地区需要加大探测深度提高横向分辨力，设计了“8字”型线框装置探测，线框距为25 m×4匝，电流高达10A。2002年我们利用该种装置在松棚沟-东山区探测获得很好的效果。

图5是118线的探测的异常与二层“U”字型的矿层吻合，U字型的中心矿层最厚而富，异常也最强，探测深度达到600 m以下。综合地表钼矿物化探异常的分布以及地表观察，该地区钼矿体呈多层状，深部为一体，南北长700 m～1 000 m，宽600 m～800 m。2002年松棚沟钼矿的发现带动了当时整个辽西的探矿业发展，岩体的探矿权很快被登记完毕，并发现了多处钼矿体或钼远景区。

图5 松棚沟钼矿118线瞬变电磁法异常与矿体剖面图Fig.5 TEM abnormal and profile map of Line 118 in Songpenggou molybdenum ore

3.4 草沟矿体的发现

根据传统理论，瞬变电磁法探测深度是发射边长的一半，这与实际差距很大，经据大量的资料总结，认为当发射边长足够大时(或发射磁矩足够大时)，具有一定规模的矿体，能在4至8倍发射边长的深度上可靠地被发现。在草沟测区用100 m×100 m的重叠回线扫面发现了大异常，推断为800米深的倾斜矿体引起(图1)，经地质工程得见到巨厚层的推断矿体后得到验证，进一步研究确定该矿为海底喷流沉积的层控矿床，为矿区新类型矿床。

图6中118-112点多测道有两组密集曲线反映了两个标高的矿体，即在拟断面-400 m标高对应有小于320 Ω·m的低阻异常。草沟矿体大致为厚30 m～40 m，呈400 m×400 m的缓倾大平板，初步获金属量铜铅锌8 wt，银540 t，硫310 wt，矿床仍在扩勘探扩大中，预计矿往深部呈阶梯状，再向深部为直立或倒转，可能转变为铜金矿床。

图6 草沟测区26线瞬变电磁法异常与矿体剖面图Fig.6 TEM abnormal and profile map of Line 26 in Caogou region

4 结论

将瞬变电磁法应用于老矿山的接替矿区勘探中，结合当地的地质情况和工作实际进行了合理的工作设计，取得了良好的探测效果。主要有以下结论：

1)在矿体和围岩之间具有较大的导电性差异时，瞬变电磁法能够有效地反映出矿体的位置、展布等信息，能有力地为进一步的地质工作指示方向，提高地质勘探效率并节省勘探成本。

2)利用瞬变电磁法进行勘探时，不应盲目使用特定装置和参数，而应结合勘探任务和不同探测装置的特点，综合利用不同装置，分步实现成矿前景区普查、矿体详查定位的目标。

3)瞬变电磁法的探测深度，不仅仅是简单地由发射线框边长决定，同时也受到发射磁矩、观测灵敏度、研究区电阻率特征等因素的制约，文中关于草沟矿体的研究也证实了这一点。

这里的研究证明了瞬变电磁法在老矿山环境下的有效性，此工作对于类似的找矿工作具有一定的参考意义。

致谢

在撰写本文的过程中，感谢桂林矿产地质研究院教授级高工温少光给予的指导，在此致以最诚挚的谢意！

[1] 春乃芽，金成洙，冯国清，等，辽宁八家子铅锌矿炉沟旋钮构造的控矿作用[J].矿产与地质,2004,18(5):446-449.

CHUN N Y，JIN C Z，F G Q，et al.Ore controlling factor of the twisted structure of the Bajiazi led-zinc deposit of Liaoning Province[J].Mineral resources and geology, 2004,18(5):446-449.(In Chinese)

[2] 黄力军，陆桂福，张强，等.八家子铅锌矿电阻率异常特征及深部和外围找矿[J].物探与化探，2005,29(2):119-121.

HUANG L J,LU G F,ZHANG Q,et al.Resistivity anomaly characteristic and deep and peripheral prospecting in the Bajiazi lead-zinc mine[J].Geophysical and geochemical exploration,2005,29(2):119-121.(In Chinese)

[3] 杨德江，蒋永臻，王立新，等.辽西八家子多金属矿区找矿新认识[J].有色矿冶,2002,18(5):1-4.

YANG D J,JIANG Y Z,WANG L X, et al. New understanding of prospecting at Bajiazi polymetallic ore in west Liaoning Province[J].Non-ferrous mining and metallurgy，2002,18(5):1-4.(In Chinese)

[4] 刘长纯.辽宁省八家子铅锌矿典型矿床研究及深部预测[D].长春：吉林大学，2010.

LIU C C.Research on typical mineral deposit of Bajiazi，Liaoning Province lead-zinc ore and deep forecast[D].Changchun:Jilin University,2010.(In Chinese)

[5] 朱建华,马永昌.八家子多金属矿矿床成因与找矿方向[J].地质与勘探,2000,36(6):40-43.

ZHU J H,MA Y C.The ore genesis and prospecting direction of Bajiazi polymetallic ore deposit[J].Geology and prospecting,2000,36(6):40-43.(In Chinese)

[6] 宋宝俊,马建德,兰奎华,等.辽宁老矿山找矿进展与今后工作思考[J].西部探矿工程,2011,23(12):103-105.

SONG B J,MA J D,LAN K H,et al.Liaoning old mine prospecting progress and future work [J].West-china Exploration Engineering，2011,23(12):103-105.(In Chinese)

[7] 师洪亮,李伟.老矿山深部的找矿工作及其找矿方法探究[J].低碳世方界,2013(24):259-260.

SHI HONG L,LI W.The old mine deep prospecting work and its prospecting method to explore[J].Low Carbon World,2013(24):259-260.(In Chinese)

[8] 王俊清,王艳.辽西八家子-杨家杖子成矿带水系沉积物异常分布特征及找矿预测[J].辽宁地质,2000,17(3):225-229.

WANG J Q,WANG Y.Stream sediment anomalies distribution characteristics and prospecting prediction of Metallogenic belt in Western Liaoning Bajiazi-Yangjiazhangzi [J].Liaoning Geology,2000,17(3):225-229.(In Chinese)

[9] 刘晓林,范平,郑志丰,等.辽西杨家杖子-八家子钼多金属成矿带——典型钼矿床特征及找矿远景预测[J].地质与资源,2009,18(2):110-117.

LIU X l,FAN P,ZHENG Z F,et al.The Yangjiazhangzi-Bajiazi molybdenum-polymetal metallogenic belt in western Liaoning province[J].Geology and resources,2009,18(2):110-117.(In Chinese)

[10]洪作民，杨雅君，朱金海.辽宁八家子铅锌矿田构造特征及其控矿作用[J].辽宁地质，1993(3):193-221.

HONG Z M，YANG Y J，ZHU J H.Structure characteristics of the eight units in liaoning lead-zinc mine field and its ore-controlling role [J].Liaoning Geology，1993(3):193-221.(In Chinese)

[11]魏有惠.辽宁省八家子银铅锌矿地质特征及找矿潜力分析[J].中国科技纵横,2013(2):191-193.

WEI Y H.Geological characteristics and prospecting potential analysis of Bajiazi silver lead-zinc deposit in liaoning province [J].Chinese science and technology aspect,2013(2):191-193.(In Chinese)

[12]王刚.建昌八家子钼矿控矿因素与找矿前景研究[D].阜新：辽宁工程技术大学，2011.

WANG G.JianChang Bajiazi molybdenum ore controlling factors and prospecting future research [D].Fuxin:Journal of Liaoning Technical University，2011.(In Chinese)

[13]李貅.瞬变电磁测深的理论与应用[M].西安：陕西科学技术出版社，2002.

LI X.The theory and application of transient electromagnetic sounding [M].Xi’an：Shanxi science and technology press，2002.(In Chinese)

[14]李貅,薛国强,郭文波.瞬变电磁法拟地震成像研究进展[J].地球物理学进展,2007,22(3):811-816.

LI X,XUE G Q,GUO W B.Research progress in TEM pseudo seismic imaging[J].Progress in geophysics,2007,22(3):811-816.(In Chinese)

[15]薛国强,李貅，郭文波，等大回线源瞬变电磁场响应特性[J].石油地球物理勘探,2007,42(5):586-590.

XUE G Q, LI X，GOU W B，et al.Characters of response of large-loop transient electro-magnetic field[J].Oil Geophysical Prospecting,2007,42(5):586-590.(In Chinese)

[16]郭文波，王凯，王善勋，等.GDP-32多功能电法仪在资源和工程勘察中的应用效果[J].矿产与地质,2004,18(6):587-590.

GUO W B，WANG K，WANG S X，et al. Application of GDP 32 multifunctional electric device on mineral resource searching and engineering reconnaissance[J].Mineral resource and geology,2004,18(6):587-590.(In Chinese)

[17]刘英.浅析瞬变电磁法不同回线装置的优缺点[J].物探装备，2009,19(5):325-327,345.

LIU Y.The advantages and disadvantages comparison among TEM different loops[J].EGP,2009,19(5):325-327,345.(In Chinese)

Application of transient electromagnetic method in deep mineral exploration at Bajiazi lead-zinc ore of Liaoning province

CHEN Jing1a,1b,1c,2， MA Zhan-cai3， LEI Xiao-peng2，ZHANG Zheng4LI Xiao-lian5， SONG Ming-hai3， WEI Xiao-hang2，LIU Min2

(1.Chang'an University a.Gravity&Magnetic Institute, b.College of Geology Engineering and Geomatics, c.Key Laboratory of Western China's Mineral Resources and Geomatics Geophysical Engineering,Xi’an 710068,China； 2.Geophysical and Geochemical Exploration, Bureau of Geological Exploration for Nonferrous Metals in Northwest China,Xi’an 710068,China；3. Bajia Mining Co.,Ltd.,Huludao 125316,China; 4. Guilin Kaishan Mining Technology co., Ltd,Guilin 541000,China; 5.China Nonferrous Metal (Guilin) Geology and Mining Co.,Ltd.,Guilin 541004,China)

Bajiazi lead-zinc ore,built in the 1950s in liaoning province, has entered the middle-late period after decades of mining.Under the influence of resources crisis it faced the situation of idle capacity,production decline,even the bankruptcy of the enterprise.In recent years,under the guidance of“deep prospecting exploration of crisis mines”and“strengthening the old mine prospecting work”,we have carried out the deep study on the transient electromagnetic method about detection technology,investigation depth，interference elimination and resolution enhancement.The research results are:①the discovery of 5 new polymetallic ores;②re-evaluation the deep prospective ore reserves of 3 old mines;and ③ a reference to the reconnaissance survey,exploration and mining of the peripheral expansion ores.

Bajiazi lead-zinc ore； transient electromagnetic method； coincide loop； large fixed loop； deep mineral exploration

2015-07-15 改回日期：2015-10-30

陈靖(1984- )，女，在读博士，主要从事地球物理探测及数据处理方面的研究，E-mail：chenjing_0528@163.com。

1001-1749(2016)05-0610-08

P 631.3

A

10.3969/j.issn.1001-1749.2016.05.06