河南省鲁山县晶质石墨矿物探方法应用研究

宋 鹏，徐德潮，于吉林，李永良，王纪平，张 磊

（中国建筑材料工业地质勘查中心河南总队，河南 信阳 464000）

河南省鲁山县晶质石墨矿物探方法应用研究

宋 鹏，徐德潮，于吉林，李永良，王纪平，张 磊

（中国建筑材料工业地质勘查中心河南总队，河南 信阳 464000）

晶质石墨矿体相对于其围岩为低阻高极化体。使用激发极化法测量视极化率、视电阻率作为物性参数，通过激电中梯测量圈定由低阻高极化体引起的异常范围；通过激电测深对纵向异常进行解释推断，再结合地质成果，能很好地对低阻高极化体异常进行验证及解释，达到晶质石墨找矿的目的。

晶质石墨矿；激电中梯；激电测深；视极化率；异常

河南省石墨矿产资源丰富，主要为晶质石墨矿，目前资源储量位于全国第六位，省内已知的石墨矿床、矿点及矿化点有近百处，其中规模达到大中型的矿床有9处。其中鲁山石墨成矿带为省内分布最广的典型晶质石墨成矿带。

物探电法在省内的石墨找矿有较为广泛的应用。1959年，河南省地质局物探队在鲁山竹园铜矿区以寻找次生富集和原生铜矿及石墨矿床为目的，开展1∶50000自然电法场普查和详查，发现了分布范围较大的晶质石墨矿床。1975年，河南省地质局地质9队在鲁山县大竹园电法异常区开展地质普查工作。

河南省鲁山县晶质石墨矿区位于河南省鲁山县瓦屋乡—观音寺乡，交通便利。本次物探电法工作在矿区范围内平行布设10条剖面线，使用激电中梯测量确定晶质石墨矿化带范围后，再通过激电测深确定矿体埋深及空间赋存状态。

1 矿区地质、地球物理概况

1.1 矿区地质概况

矿区大地构造位置位于华北地台南缘华熊台缘坳陷，崤山—鲁山拱褶断束。地层区划属华北地层区豫西分区渑池—确山小区，出露地层主要为上太古界太华群水底沟组(Ar2s)、雪花沟组(Ar2x)和铁山岭组(Ar2t)，见图1。

图1 晶质石墨矿区地质简图

水底沟组位于矿区中部，岩性主要为含石墨透辉斜长片麻岩、含石墨黑云斜长片麻岩、含石墨斜长片麻岩、含石墨透辉斜长片麻岩、角闪斜长片麻岩、斜长角闪片麻岩、大理岩、含石墨透辉(透闪)石大理岩、含石墨大理岩，夹有蛇纹石化大理岩、石英大理岩等。含碳原岩经区域变质作用，碳质重结晶、富集，形成晶质鳞片状石墨矿。

雪花沟组位于矿区南部，岩性主要为黑云斜长片麻岩、透辉斜长片麻岩、绿帘斜长角闪片麻岩。

铁山岭组位于矿区北部，岩性以黑云斜长片麻岩和角闪斜长片麻岩为主，斜长角闪片麻岩次之。

晶质石墨主要分布于水底沟组含石墨透辉斜长片麻岩和含石墨黑云斜长片麻岩中。晶质石墨矿石风化面黄褐色，新鲜面浅灰—灰黑色，具鳞片粒状变晶结构，片麻状构造。石墨晶片多呈鳞片状较均匀的分布在岩石中，其与黑云母、透辉石毗邻，片、柱状矿物大致平行排列，呈单晶或聚晶分布于透辉石与斜长石颗粒间，石墨片度一般为0.50～0.60×0.10～0.20mm，最大可达1～2mm，有滑感，易污手。矿石中固定碳含量2.5%～8%，平均约3.6%。

矿区地层总体呈单斜产出，倾向200～245°，倾角55～75°，区内断裂构造及小型褶皱构造发育。

1.2 矿区地球物理概况

区内常见岩矿石物理性质测定结果见下表。

晶质石墨矿区常见岩矿石物性测定结果

从上表中岩矿石物性测定结果表可知：

(1) 极化率(η)：含石墨矿石能产生极化率高值异常，不含石墨的岩矿石普遍表现为极化率低。因此根据极化率异常能够圈定石墨矿化带。

(2) 电阻率(ρ)：含石墨岩矿石与大部分不含石墨的岩矿石存在较大的电阻率差异，因此电阻率可以作为圈定石墨矿体的依据之一。

2 矿区物探工作地质应用效果

晶质石墨矿体相对于围岩表现为低电阻高极化的地球物理性质，采用时间域直流激电中间梯度装置进行剖面测量工作以及时间域直流激电对称四极测深装置进行测深工作。激电中梯测量I～X号共10条勘探线，线长为1 000～3 080m，总长度共计20.02km，各线测点距离均为20m，供电极距AB=800m、测量极距MN=40m；对称四极测深对10条线共布设60个测深点，采用不等比观测装置，最大供电极距AB等于600～1 200m。

解释推断时选择视极化率ηs作为主要参数，视电阻率ρs作为辅助解释参数；通过激电中梯反映的异常范围来圈定晶质石墨矿化带的大致范围，通过激电测深确定极化体的埋藏深度以及空间赋存状态。

本次物探激电测量野外工作，使用重庆地质仪器厂生产的WDJD-4型多功能数字直流电法仪。

背景场值是由测区内ΔV1≥3mV所有点的充电率值相加，除以相加的总点数，本次工作区的背景场值(Mb)为5.3%。

异常下限的计算方法为MX=Mb+3εMb，ε为均方误差，本工作区的均方误差为0.1，根据上式可以求出工作区的异常下限(MX)为6.89%。

2.1 激电中梯测量的效果

本次激电中梯测量工作分别对I～X线共10条剖面线进行了测量工作，I线到X线依次由矿区的北西部向南东部平行布置。

2.1.1 剖面线上异常分布及推断解释

本次激电中梯测量工作测定并绘制了I～X线共10条剖面线的视极化率和视电阻率曲线。10条视极化率曲线均有视极化率高于6.89%的异常范围，同时对应位置的视电阻率曲线均显示为低值，根据矿区岩石的激电性质，可以认为极化率异常部位为石墨矿化部位。

图2为Ⅴ线电法地质综合剖面图，图中可以看出激电中梯异常与地质剖面圈定的晶质石墨矿化带位置基本吻合。

通过对比各个剖面线视极化率、视电阻率曲线异常在地质剖面图上的位置，发现每条剖面线的激电中梯异常位置与地质剖面上圈定的晶质石墨矿化带位置基本对应，异常所处区域为水底沟组(Ar2s)，是成矿有利地带, 体现了晶质石墨矿的低电阻高极化的特性，证明了激电中梯在晶质石墨找矿方面有明显的效果。

2.1.2 激电异常的平面展布规律及推断解释

视极化率平面等值线图(图3)中，测区异常分布明显，极化率高于6.89%的部分主要处于测区的中部，异常宽度不一，基本闭合。在平面上总体呈现北西—南东向条带状展布特征，基本反映了测区内晶质石墨矿(化)地质特征。据其显示的展布特征判断，推断测区内晶质石墨矿(化)的发育有一定的连续性。

图2 晶质石墨矿Ⅴ线电法地质综合剖面图

图3 晶质石墨矿物探视极化率平面等值线图

视电阻率平面等值线图中，电阻率低值主要集中在测区的中部，呈条带状，北西—南东向分布于测区中部，视电阻率低值异常与极化率高值异常部位基本吻合，结合石墨矿的低电阻率高极化率的特性，可以认为极化率异常部位即为成矿有利部位。

通过视极化率异常区与地质界线对比，发现极化率异常区基本位于水底沟组(Ar2s)，为成矿有利地带，推断此异常为一连续的较大的晶质石墨矿体。总体分析认为在Ⅲ线、Ⅴ线和Ⅷ线形成极化率场较强，异常形态清晰集中，强度较大，分别是M1、M2和M3，幅值达22%以上的有两处异常，这三处异常也反映了地质上所圈定的晶质石墨矿(化)带。显然物探异常与地质异常信息吻合度较好。

2.2 激电测深的应用效果

本次对称四极激电测深工作对10条剖面中异常较大区域选取60个测深点进行测深。通过测深拟断面图来推断解释低阻高极化体的埋深以及其在空间上的大致赋存情况。

图4为Ⅴ线激电测深视极化率、视电阻率拟断面图，图中大致在视深度为100m处开始出现视极化率异常，同时异常对应的视电阻率均表现为低值。

图4 晶质石墨矿Ⅴ线激电测深视极化率、视电阻率拟断面图

各个物探剖面线上的激电测深拟断面图中视极化率大于6.89%的异常位置分布的深度不一，对应的视电阻率大致呈低值特征，异常在深部的位置反映了晶质石墨矿体的埋藏深度；根据视极化率异常等值线的分布情况大致推断矿区内晶质石墨矿化层倾向为向西南倾，与地质剖面上圈定的晶质石墨矿化带的倾向一致，充分证明激电测深工作效果明显。

3 结论

(1) 本次物探激电中梯工作所圈定的异常M1、M2和M3，具有异常强度和规模较大、连续性较好等特点，激电测深亦有高极化率低阻地质体相对应，推断它们为发育于地层中的晶质石墨矿化富集引起。

(2) 本次物探工作成果充分证明，物探激电测量是寻找晶质石墨矿的有效的地球物理手段，效果明显。石墨矿具有高极化率低电阻率的地球物理特征，利用中间梯度装置扫面可以快速的发现并圈定激电异常，利用激电测深可以了解极化体的埋藏深度以及空间赋存状态，进而为指导工程验证提供较为充足的依据，减少了深部工程验证的盲目性。

(3) 在具有相同或类似成因类型的区域石墨找矿过程中，利用激电中梯和激电测深的物探方法具有较好的效果。

4 存在的问题

由于工作区地形切割剧烈和地表不均匀体的影响，致使激电中梯视电阻率无法正确对异常解释，故视电阻率只可参考使用。

由于激电中梯勘探工程密度小，以致追索晶质石墨矿化的连续性(特别是向地下延伸)和空间上的分布形态有一定的困难。

[1]孟顺祥,石同雪.激发极化法在东水泉石墨找矿中的应用效果[J].建材地质,1993(3):28-33.

[2]罗铭玖,黎世美,卢欣祥,等.河南省主要矿床的成矿系列与成矿作用[M].北京:地质出版社,2000.

[3]李金铭.地电场与电法勘探[M].北京:地质出版社,2005.

[4]王凤茹,薛基强.河南省鲁山县背孜晶质石墨矿地质特征及成因浅析[J].矿产勘查,2010(3):248-253.

The Geologic Application Research of Graphite Mineralization Geophysical Exploration in Lushan County, Henan Province

SONG Peng, XU De-chao, YU Ji-lin, LI Yong-liang, WANG Ji-ping, ZHANG Lei
(Henan Team of Geological Survey Center of China Building Materials Industry, Xinyang 464000, China)

Graphite mineralization relative to the physical characteristics of surrounding rock of low resistivity and high polarization. By using induced polarization method, we can measure apparent polarization and apparent resistivity. By using induced polarization using central gradient array we can effectively determine the existence of the graphite mineralization, By using induced polarization method using schumberger array we can determine the plane distribution rule and the state space of the graphite mineralization, then combine with geological results, to achieve the goal of graphite mineralization prospecting.

graphite mineralization; induced polarization using central gradient array; induced polarization using schumberger array; apparent polarization; anomaly

P631.324

A

1007-9386(2017)02-0019-03

2017-01-19