CSAMT法在湖南某金属矿床的应用

王飞荣，付 波

（江西省煤田地质勘察研究院，江西 南昌 330001）

湖南省金井-九岭地区位于钦杭成矿带中，区内冷家溪群古老地层发育，经历了各期构造变动、变质作用及多期内生成矿作用，地质构造复杂，岩浆岩活动频繁，各类异常套合较好，具备良好的成矿地质条件和找矿前景，是湖南省十分重要的金、铜、钴、铅、锌等多金属成矿带。

可控音频大地电磁法（简称CSAMT）是通过有限长接地导线电流源向地下发送不同频率的交变电流，在地面一定范围内测量正交的电磁场分量，计算卡尼亚电阻率及阻抗相位，达到探测不同埋深地质目标体的一种频率域电磁测深方法。 自80年代以来，方法理论和仪器得到了很大发展，应用领域扩展到煤田普查、石油勘探、天然气、地热、金属矿产、水文、环境等各个方面。该方法与其它地球物理方法相比，具有工作效率高、勘探深度范围大、垂向分辨能力好、水平方向分辨能力高、地形影响小、高阻层的屏蔽作用小等特点。因此，根据评价区实际情况，本次物探工作采用CSAMT法，作为探矿化带的主要手段。

1 区域地质概况

金井-九岭地区位于钦-杭结合带中段的转弯处，扬子准地台（Ⅰ）江南地轴之湘东隆断带（Ⅱ）之浏阳—衡东断隆带（Ⅳ）北东段，是湘东北金矿带的重要组成部分。北东与江西九岭隆起相连呈东西向，西与雪峰弧形构造带相接，同属江南地轴，有相近的发展历史，自中元古代（武陵运动）以来，经历了多次构造岩浆活动。

1.1 地层

区内出露有中元古界蓟县系、长城系，中生界白垩系及新生界第四系，其中中元古界地层分布最广，占图幅面积的五分之三左右，包括长城系与蓟县系，均由具复理式建造特征的浅海变质碎屑岩、变质粘土岩组成，分布在金井-九岭组东西两段，形成区内的构造窿起带。中元古界地层是区域内金矿的主要赋矿岩石。次为中生界白垩系、新生界第四系；中生代红层（白垩系）分布在工作区的中部，为长平盆地的一部分，包括戴家坪组和东塘组，为一套山麓相至湖泊相类磨拉石红色砂岩、砾岩建造；白垩系地层与中元古界地层呈不整合接触。其东侧受长坪断裂控制。

1.2 地质构造

工作区位于扬子准地台南缘之江南地轴中部，地跨幕阜山穹断、长沙-平江凹断带及浏阳-衡东穹断3个Ⅳ级构造单元，构造组合复杂。

图1 区域矿产图

1.3 岩浆岩

工作区内岩浆岩较发育，其中规模较大的有3个：连云山岩体、望湘岩体及金井岩体，均为侏罗世酸性侵入体。其中连云山岩体为早侏罗世侵入体，分布于连云山断褶束内，其主岩体分布于思村-大岩南侧，南部延伸出图幅范围，岩性为片麻状中细粒斑状黑云母二长花岗岩和细粒二云母二长花岗岩。

1.4 矿产特征

区内矿产资源丰富，目前已发现主要矿产有17种，包括金、铜、钴、铅、锌、钼、钨、铌、钽、铍及非金属矿石膏、高岭土等，共发现各种矿产地42处。其中大型矿床2处（大洞及万古金矿），中型矿床处2处（金枚金矿、青山石膏矿），小型矿床6处（指泉岭金矿、戴公岭金矿、戴家洞铜钼矿、横洞钴矿、樟树托铌钽矿、芦头铅锌矿），矿点27处，矿化点5处(图1)。以思村—塔洞断裂带（即长平断裂带）为界，图区分为东西两个成矿区，西部成矿区以金、铅、锌、铜、钼为主，西部成矿区以金、铅、锌、铜、钨、铌、钽、铍为主，矿床成因类型主要有沉积型、中—高温热液型、中—低温热液型何伟晶岩型。其中金、铜、钴、铅、锌为区内的优势矿种，金的远景资源量在100吨以上。

贵金属矿产有岩金与砂金两种类型。区内岩金其成因类型均属低温热液型。

万古、大洞金矿床：两矿床均达到大型规模。矿区内出露主要地层均为中元古界蓟县系坪原组，断裂构造主要有北西（西）向和北东向两组，均具多期次活动特征，其中北西（西）向断裂与金矿化关系密切。两矿区内目前共发现矿脉30余条，主要矿脉有Ⅰ号、Ⅴ号、Ⅷ号及20号脉等，矿脉长350m～2900m，厚0.33m～15.5m，全区共圈出矿体56余个，均受北西（西）向断裂破碎带控制，走向北西（西），倾向北东，倾角中等。

1.5 地球物理特征

金虽然具有高导电性，但对电法勘探而言，当导电矿物连通时，它对岩、矿石的导电性才有明显的影响；当导电矿物为球粒状时，其含量占岩、矿石体积60%以上时，对岩、矿石的导电性才有明显影响。由于金在岩、矿石中含量极低且呈星点状分布，故对岩、矿石的导电性无任何影响。因此，在自然界中不具备用地球物理方法直接寻找金矿床的地球物理前提，即地球物理方法不能作为一种找金矿的直接手段，只能作为一种间接的找金矿手段，主要用来解决与金矿成矿有关的地质问题。因而此次物探工作，应采取间接手段，采用寻找金矿的的可行性前提，应是能够通地CSAMT方法发现北西向或北西西向断层破碎带或者冷家溪群层间破碎带，圈出破碎带异常区域，再通过地质工作筛查异常区域是否为含金矿床。

1.5.1 矿化带地球物理特征。

第一种情况：如果存在厚而完整的石英脉，电阻率值很高。石英电阻率值往往达到上万至十几万Ω.m。厚而完整的石英脉与围岩间具有极明显的电性差异。可以较容易地圈定石英脉的范围规模及走向。

第二种情况：当石英脉较小而破碎时，往往与围岩间无明显的电性电性差异，电阻率法不会取得好的效果。若这类石脉含有较多硫化物时，采用激电法将是有效的。

第三种情况：当小而破碎的石英脉赋存于断裂破碎带或层间破碎带中时，尽管石英脉本身为高阻，但其总体反映为低阻异常。

1.5.2 冷家溪群坪原组电阻率特征。

冷家溪群坪原组岩层岩性主要分为三种：灰色绢云母板岩，偶夹含凝灰质石英砂岩。灰色厚层绢云母板岩与灰绿色块状含凝灰质板岩互层。深灰色薄层状含凝灰质砂岩与薄层条带状粉砂质板岩交替出现。通过野外采集的坪原组板岩物性参数测定分析，坪原组各岩性段物性差异不是很明显，电阻率值在500—1000Ω.m间，但坪原组岩层电阻率却因为风化、变质、矿化、硅化、吸水性、破碎等因素呈现迵异的电阻率差异。因此，在做解释工作时，更因偏重外因对层岩电阻率差异的影响。

1.5.3 白垩系与第四系电阻率特征。

测区内白垩系与第四系电阻率均较低，电阻率值在300Ω.m以下。

2 工作原理和方法

可控源音频大地电磁法，最早是由加拿大多伦多大学的D.W.strangway教授和他的研究生于1971提出的。针对大地电磁法场源信号的随机性和信号弱以致观测十分困难这一状况，提出了采用可以人工控制的场源的方法。自70年代中期，CSAMT得到实际应用。

可控源音频大地电磁法（以下简称CSAMT法）是通过有限长接地导线电流源向地下发送不同频率的交变电流，在地面一定范围内测量正交的电磁场分量，计算卡尼亚电阻率［见公式（1）］及阻抗相位［见公式（2）］，达到探测不同埋深地质目标体的一种频率域电磁测深方法。

用发电机通过电极A、B向地下供交变电流，在地下形成交变电磁场。电流的频率可在一定范围内按需要改变。在接地困难的情况下，可以用不接地的回线作垂直偶极子，发射电磁场。在距离AB相当远的地方进行测量，所谓“相当远”是指在这些地方，电磁场己经十分接近平面波。从而可以使用卡尼亚提出的计算视电阻率的公式。从高到低，逐个改变频率，每个频率得到一个卡尼亚电阻率，从而得到卡尼亚电阻率随电阻率变化的曲线。随着频率降低，勘探深度加大，因而也得到了卡尼亚电阻率的测深曲线。下图为标量CSAMT测量方式示意图。

图2 标量CSAMT测量方式示意图

3 CSAMT法结果分析

本次CSAMT法共布设了5条线，其平面布置如图5所示。以其中的3线和5线两条线分析，从3线剖面图（图3）中发现两条异常带，命名为K4、K5。K4异常上端点不在3线剖面内，剖面图上显示其深部一段，该异常交3线起点于标高-250m处，倾角70度左右，倾向北东。5线剖面图（图4）发现异常带两个，命名为K8、K9异常带。K8异常上端点位于5线距起点200m处，标高20m左右，倾向北东，倾角约70°。K9异常上端点位于5线距起点700m处，标高-100m左右，倾向北东，倾角70°左右。经推断K4、K8为同一矿化带，K5、K9也为同一矿化带。两条线上定位异常带的原则都满足以下四条原则：①低阻异常。②异常在倾向满足倾向北东或北北向，倾角应与坪原组地层倾角相近。③测线间低阻异常能被所有或者多数测线探测到，测线与测线之间能够相互验证，测线间在位置上和深度上合理。④测线间同一异常在平面图的连线延伸方向应满足万古构造控矿特征，即北西向或北西西向。通过以上四条原则，分析5条线的电阻率剖面图，共发现了三条矿脉，其平面走向如图5所示。

图3 3线视电阻率剖面图

图4 5线视电阻率剖面图

对于无法探测到的金矿化带。分析认为测区内有两种情况的金矿化带被CSAMT法所忽略。当矿化带为石英脉型且石英脉较小时或者破碎带规规模较小时，无法被电阻率法探测到。还有一个情况是断层在深部由于构造应力及上覆岩层的重力，导致古断层挤压致密，破碎带内破碎带岩石重结晶等情况，导致断层不容易被探测到。对于深部异常体来说，只有当厚度埋深比大于异常体与围岩电阻率比的平方根的0.2倍，异常体才能够被分辩出来。如下图（图6）在有钻孔验证下的试验剖面所示，在钻孔验证的深部矿脉在视电阻率剖面图上很难分辨出来。

图5 物探平面成果图

图6 试验电阻率剖面图和对应的地质剖面图

4 结语

CSAMT方法作为电法勘探的一种，只能区分出有电阻率差异，而金虽然有高导电体，但其在岩、矿石中含量极低且呈星点状分布对岩、矿石的导电性无任何影响，只能通过间接的方法寻找。本文通过CSAMT方法发现北西向或北西西向断层破碎带或者冷家溪群层间破碎带，间接的先圈出破碎带异常区域，再通过地质工作筛查异常区域是否为含金矿床。