综合物探方法在崤山薄脉型金多金属矿找矿的应用探究

金旺林 ，张进宇，胡丽芳，王艳红

（1.河南省有色金属矿产探测工程技术研究中心，河南 郑州 450000；2.河南省有色金属地质矿产局第一地质大队，河南 郑州 450000）

0 前言

崤山、小秦岭和熊耳山作为华北克拉通南缘3个地理上紧密相邻的晚中生代变质核杂岩发育区，三者处于同一大地构造位置，具有极为相似的成矿地质条件与区域地质演化过程，理应具有相当量级的贵金属和有色金属资源潜力和找矿前景。然而，崤山地区却在资源发现上比小秦岭或熊耳山明显滞后。目前，研究区已发现的矿产资源主要分布在矿床浅中部，中深部成矿规律硏究、资源潜力评价水平、找矿预测和勘查程度均较低，长期以来没有开展系统性研究与深部勘查技术方法研究，深部找矿急需突破。同时，在找矿方法上主要依赖就矿找矿，手段上主要依据传统的地质测量、化探、钻探等，以往采用的物探技术方法在中深部成矿预测与勘查工作中成效甚微，亟需新的物探技术组合方法来提升中深部矿体预测与探测精度，推动中深部找矿突破。

可控源音频大地电磁法（CSAMT）是一种频率域电磁感应法，它借助测量的电场和磁场信号，利用卡尼亚电阻率计算公式，近似计算出地层视电阻，从而达到电阻率测深的目的，频率越低探测深度越深（汤井田和何继善，2005）。可控源近年在矿山（马振波等，2012）、地热（陈明生和闫述，2005）及油气勘探等领域广泛应用，取得了很好的效果，并进一步得到推广（李金铭，1996）。由于可控源大地电磁法探测深度较大，并且兼有剖面和测深双重性质（何继善，1990），因此具有诸多优点：第一，使用可控制的人工场源，测量参数为电场与磁场之比的卡尼亚电阻率,增强了抗干扰能力，并减少地形的影响（陈乐寿，1990）；第二，利用改变频率而非改变几何尺寸进行不同深度的电测深，提高了工作效率（杨长福和徐世浙，2005）；第三，探测深度范围大（郭建强和武毅，1998）；第四，横向分辨率高，可以灵敏地发现断层（刘剑飞，2011）；第五，高阻屏蔽作用小，可以穿透高阻层（赵飞，2012）。激发极化法是以地下不同岩、矿石激电效应之差异为地球物理探测基础，通过观测和研究大地激电效应，以探查地下地质情况的一种方法（蒲举等，2011）。激发极化法主要测量视电阻率和视极化率等参数。因此可控源与激电测深方法组合能更高效的圈定找矿靶区，能迅速确定薄脉型矿床找矿目标。

1 地质概况

1.1 区域地质特征

研究区大地构造位置属于华北地块南缘，主要由克拉通结晶基底和盖层组成，克拉通结晶基底为太古宇太华群中深变质岩建造，克拉通盖层岩系为中元古界熊耳群火山岩建造、中元古界官道口群碎屑岩-碳酸盐岩沉积建造等。太古宇太华群具有多期次、深层次强烈变质变形的特点，盖层岩系以浅层次的脆韧性-脆性变形为主，区域性构造以近东西向为主，叠加北东向构造，发育多期推覆构造和伸展构造（高帅等，2015）。岩浆活动主要集中于太古代、中元古代早期及中生代。

区域出露地层可分为上、中、下三个构造层。下构造层为新太古界太华群中深变质岩系，它构成了整个华熊地区的早前寒武纪结晶基底；中构造层为中元古界熊耳群，为中元古代早期喷发沉积的基性到酸性火山岩系，不整合覆盖于太华群之上，其上又不整合或假整合地覆盖了一套官道口群滨海相沉积物；上构造层为不整合堆积于太华群、熊耳群之上的新生界洪积-冲积相与河湖相碎屑沉积物。此外，在熊耳山东侧的个别盆地中（如九店盆地）还零星产出有白垩纪火山碎屑沉积岩。它们记录着秦岭造山带长期构造发展史中不同阶段多种构造运动的性质和特征，包含着丰富的壳幔相互作用的信息（图1）。

图1 熊耳山-崤山研究区大地构造位置示意图（据高帅等，2015）

1.2 研究区地质特征

研究区突出的地质特征是具有结晶基底和盖层的双层结构，构造变形基底具多期次、深层次强烈变质变形的特点，盖层岩系变形相对简单、变质轻微，以浅层次的脆韧性—脆性变形为主。区域性构造以近东西向为主，叠加北东向构造，发育多期推覆构造和伸展构造。区域岩浆侵入活动频繁并伴有火山喷发作用，太古代、中元古代、中生代时期的岩浆岩广泛发育（图2）。

图2 崤山地区矿产地质图（据宋立强，2015）

2 研究区地球物理特征

2.1 工作方法及原理

可控源音频大地电磁法（CSAMT）是在大地电磁法（MT）和音频大地电磁法（AMT）的基础上发展起来的人工源频率域测深方法（汤井田和何继善，2005）。CSAMT采用可控制人工场源（A.A.考夫曼和凯勒，1987）。测量由电偶极源传送到地下的电磁场分量，两个电极电源的距离为1～2 km。测量是在距离场源5～10 km 以外的范围进行。它通过沿一定方向（设为X方向）布置的供电电极AB向地下供入某一频率f的谐变电流I=I0e-iωt（角频率ω=2πf），在一侧60度张角的扇形区域内，沿X方向布置测线，沿测线逐点观测相应频率的电场分量Ex和与之正交的磁场分量Hy，进而计算卡尼亚视电阻率aρ和阻抗相位（李金铭，1996）（王玉林和顾广宇，2013）。

卡尼亚视电阻率aρ和阻抗相位Фz计算公式如下:

（1）～（2）式中，Фz、ФEx、ФHy分别为Z阻抗相位、Ex和Hy的阻抗相位。µ是大地的磁导率，通常取真空中的磁导率μ0=4π×10-7H/m。实际应用中µ就按真空中的磁导率计算。在音频段（n×10-1～n×103Hz）逐次改变供电电流和测量频率，便可测出卡尼亚视电阻率和阻抗相位随频率的变化，从而得到卡尼亚视电阻率、阻抗相位随频率的变化曲线，完成频率测深的目的（何继善，1990）。

对CSAMT数据近场改正后，采用MT的二维反演理论对剖面进行反演（张国鸿和李仁和，2010），二维反演是假定大地电性结构为二维的，即地下介质的电性在垂直于勘探剖面的方向上不变，而沿剖面方向和随深度发生变化的一种反演方法（邓申申和赵振国，2011）。与一维反演相比，二维反演的假设更接近于真实的地电情况，在对二条长剖面的解释中采用的是二维反演方法（魏明君等，2011）。二维反演采用的是连续介质反演方法，其不受任何先验认识的约束下，将剖面进行薄层单元分块划分，而后进行电性拟合，求得各单元的电阻率，在断面上呈现出电性分布的图象，以此进行地质认识与解释。

为适应反演方法的要求，在纵向上对模型进行离散化，每个薄层用一个连续函数来描述其横向电阻率变化（王建新等，2014），因此，二维连续模型就可以用一组连续函数集来描述。二维连续介质反演就是通过最佳拟合一条剖面上的大地电磁响应函数（视电阻率、阻抗相位）求各个薄层的电阻率连续函数的具体形式（孙治新等，2017）。

2.2 矿区典型标本电性参数

秦岭造山带是在漫长的构造作用及地质演化过程中，物性（如磁性、密度等）相同或不同的岩层发生拉张、挤压、剪切而形成，因而具有独特的地球物理场特征，根据地球物理场的分析解译，可提供深层的地层、构造、岩浆岩等地质信息。

通过在崤山地区进行大量的电法工作，并进行了大量的电性参数测试，统计数据略有差异，其中有代表性的电性参数见表1。从表1可以看出矿石和岩石间存在明显的极化率差异，可作为找矿标志；而矿石和围岩电阻率差异不太明显，但其赋存位置（断层、侵入构造）会表现出电阻率差异，可作为找矿参考。

表1 崤山金矿区标本电参数一览表

综上所述，该区金银多金属矿表现出高极化率异常和电阻率异常，围岩与矿化体之间存在明显的电阻率差异，据此，可选用可控源音频大地电磁法与激电测深组合方法综合对比研究，寻找最有利的含矿构造及赋存部位。

3 物探成果综合解释

3.1 已知剖面试验情况

本次在寺家沟-宽坪矿区已知矿体上布设可控源大地电磁测深剖面1条（2600线），从2600线电阻率反演剖面结果（图3a）显示，在图中两条三点虚线中间区域画出的构造破碎带位置与地质剖面一致，图中中间构造破碎带下部区域位置推测的脉状含矿层，与钻孔揭露的矿脉相吻合。因此，推测含矿有利部位位于构造破碎带中，并且是陡倾状薄脉型矿体。通过在已知剖面的试验工作，发现成矿有利部位在物探剖面上的表现形式，再根据物探剖面上类似构造破碎带位置，结合地质情况，推测矿脉的倾向。

3.2 未知剖面矿体预测情况

2800线剖面布设在化探异常中心位置，从2800线剖面电阻率反演结果（图3b）显示，剖面1300～1700 m范围内有一宽低阻异常，结合已知剖面的反演结合推测，该低阻异常为构造破碎带，为成矿有利部位，再结合地质资料分析，推测图中中间虚线为矿脉的位置，虚线上部实线位置推测为脉状含矿层，后施工钻孔进行工程验证，钻孔见矿位置位于低阻体构造破碎带中心位置，电阻率小于100 Ω·m，见多层品位较富的金矿脉，如图中虚线上部实线位置为金矿层位，与推测见矿位置相吻合。通过未知剖面实验工作和已知剖面对比研究，发现金矿最有利部位集中在化探异常部位上部，并且在电阻率剖面上显示为构造破碎带位置，研究地质资料发现，低阻破碎带位置为构造活动产生的容矿空间，在后期热液作用下形成矿化。

图3 寺家沟-宽坪矿区2600线（a）及 2800线（b）电阻率反演剖面图

从2800线剖面电阻率反演结果显示，图中两条低阻点状虚线中间位置推测为构造破碎带，推测图中线状虚线所指位置为构造蚀变带位置，与已知剖面类似，在剖面构造蚀变带位置布设钻孔验证，在深度500～700 m深度范围内见多层金矿。进一步验证了低阻破碎带圈定找矿靶区，再结合激电测深极化率数据进一步判断低阻破碎带是否矿化，最终确定薄脉型矿床成矿有利部位，再根据电阻率剖面类似电阻率且有极化率异常部位确定为找矿有利部位。

通过已知钻孔上2600线和未知剖面2800线电阻率反演剖面发现，首先在化探异常中心部位布设可控源大地电磁剖面，根据电阻率反演剖面结果，推测低阻构造破碎带，再结合地质资料确定是否为与矿有关的低阻构造破碎带，是否有成矿有利的物质来源及热液活动空间，再在构造破碎带位置上部布设激电测深点，确定构造破碎带位置是否有高极化体存在，并进一步推测极化体的埋深，产状，倾向等地质信息，为钻孔布设提供物探依据。结合地质资料在构造破碎带位置圈定出构造蚀变带位置，最后根据推测极化体地质信息在构造蚀变带上部布设钻孔，通过构造蚀变带圈定很好的见矿靶区。根据以上总结的规律在未知区域开展深部薄脉型矿床勘探具有很好的经济效果。

3.3 综合解释与成矿预测

根据前期各剖面可控源及激电测深成果分析，成矿有利部位主要集中在低阻高极化区域，深度在标高900～700 m范围内，所以本研究选取标高800 m做水平切片图，根据800 m标高电阻率平面图显示（图4），低阻区域如图中点状虚线圈定位置，图中低阻区域推测为构造破碎带，从图中看出破碎带往东逐渐减小，图中线状虚线推测为构造蚀变带位置，根据电阻率平面图推测，图中构造蚀变带位置为成矿有利部位。后期经过钻孔验证，见矿效果明显。从已知到未知，已知指导未知，并进一步指导下一步找矿工作；另一方面通过在已知矿上的试验工作验证物探方法组合的有效性（雷达等，2004），寻找到一套适合于薄脉型多金属矿的找矿物探组合方法。

图4 寺家沟-宽坪矿区800 m标高电阻率等值线平面图

4 结论

通过在崤山地区已知和未知矿脉剖面开展试验工作表明，可控源大地电磁勘查技术方法和激电测深物探技术方法具有很好的找矿前景，借助该物探方法组合在崤山地区开展大面积物探找矿工作，对老矿区申家窑-葫芦峪深部金矿和河南省寺家沟-胡沟金矿详查取得了重要找矿突破。经初步估算，寺家沟-胡沟金矿详查项目共查明（332）+（333）金金属量8.2 t，银金属量295.99 t，铅锌金属量5.53万吨；申家窑-葫芦峪葫芦峪深部金矿普查项目共求得（333）+（334）？金金属量8 t，银金属量300 t，铅锌金属量4万吨。根据本矿区物探方法找矿实例总结出以下规律供参考借鉴：

（1）存在电阻率异常（高阻或低阻），表明该区存在构造带，且该构造带有地质依据。

（2）构造带上存在极化率异常，由于矿脉窄薄，极化率异常可能较弱。

（3）根据本次物探综合研究工作分析，利用激电测深和可控源联合勘查寻找构造型矿床是十分有效的方法组合。

（4）本次物探资料解释遵循了从已知到未知，从浅层到深层多次解释，激电测深和可控源综合解释的原则，对以后类似工区开展物探工作具有很好的指导价值。

（5）本文采用二维连续介质反演方法，与一维反演相比，二维介质反演假设大地电性结构为二维的，这样假设更符合真实的地电情况，使解释与真实情况吻合更加密切。

（6）利用电阻率连续介质二维反演，得到断面地下电阻率分布特征，并以此为根据，结合本区地层的电性特征，进行了地质解释，获得了各地层的埋深、展布等地下分布情况。

（7）物探成果要充分结合地质及资料分析，才能发挥物探对地质找矿的服务作用，真正为地质找矿提供指导意义。

（8）综合多种物探方法比较分析，再结合地质资料，扬长避短，发挥各种物探方法的优势，可以更好的为地质钻探服务。