蔡家营铅锌银多金属矿综合物化探找矿方法应用*

万战生 李祥新 于建文3

（1.河北省地质矿产研究中心；2.河北省地球物理勘查院）

蔡家营铅、锌、银多金属矿床［1-6］位于河北省张北县北东65 km，面积9.59 km2。成因类型为典型的变质岩中的火山中温热液型矿床。矿区矿体规模大，品位高（锌最高品位可达49.0%），伴生有益元素丰富（Pb、Au、Ag、Ga、S 等），成为华北地台北缘一个具有代表性的铅、锌、银多金属矿床。自从1959年该矿发现以来，河北省地矿局第三地质大队、国土资源部地球物理地球化学研究所、河北省地球物理勘查院等在该区投入了大量的地质、物化探调查以及钻探工作，取得了大量的生产及科研成果。张长江、张素兰、曹洛华等［6-12］通过该区区域的地质、地球物理、地球化学等的研究，构建了地质—地球物理—地球化学找矿模型。然而由于种种原因，虽然区域上讲具有形成热液型多金属矿的地层、构造、岩浆“三位一体”的成矿背景，但是到目前为止，蔡家营外围找矿一直并未获得突破［10-12］。鉴于此，本研究在蔡家营多金属矿区采用了较为全面的物化探综合方法，包括高精度重力、磁法，直流激电（剖面、测深）、岩石地球化学测量以及目前较先进的瞬变电磁测深（TEM）、可控源音频大地测量（CSAMT）等，力求寻找合适的找矿模式，为今后在邻区以及相关工作提供作业依据。

1 矿区及外围地质背景

蔡家营铅、锌、银多金属矿床位于华北地台北缘中段，北侧由康保—围场与南侧的尚义—平泉2条近EW 向深断裂所狭持的内蒙地轴的中部，冀北断陷东缘沽源台凹西侧，蔡家营凸起东缘，是兰城子—蔡家营—青羊沟成矿带中最主要的矿床［2］。

蔡家营铅、锌、银多金属矿包括6个矿带，矿体形态以脉状为主，形态非常复杂，产状陡倾，厚度不一。矿石构造以脉状、块状和稠密—稀疏浸染状为主。太古代红旗营子群角闪斜长变粒岩为潜在的矿源层，燕山期酸性—超酸性次火山岩为成矿提供了热源、成矿流体以及有益元素富集条件。深大构造康保—围场与尚义—平泉2 条深断裂及其派生的次级断裂形成区内的主要导矿和容矿构造，不同方向断裂交汇部位，火山机构的存在，特别是断裂与火山机构交汇部位，是成矿的有利地段，也控制着与成矿有关的斑岩体的分布。矿体主要赋存于三级羽状构造裂隙带发育部位。

1.1 地 层

区内出露地层简单，仅有红旗营子群大同营子组，侏罗系白旗组、张家口组和第四系。

大同营子组主要岩石类型有矽线斜长变粒岩、石榴斜长变粒岩、绿泥石化角闪斜长变粒岩。侏罗系白旗组分布于矿区北部，主要岩石类型为凝灰质角砾岩、砂岩、砂质页岩、安山岩、玄武安山岩。张家口组在矿区南部大面积出露，主要岩石类型为流纹质晶屑凝灰岩、流纹岩和粗面岩。第四系松散物分布在平坦及沟谷地带，面积较大。

1.2 构 造

矿区内构造较复杂，基底构造是叠加在复式向斜北翼的一系列近南北向陡倾的紧闭褶皱，盖层为一单斜。断裂构造主要有F17 和F45，它们均经历了先张后扭的活动过程。F17 为一隐伏断裂，控制着矿床北部边界；F45 位于矿床南侧，走向北东东，倾向南东，倾角65°～70°，断裂带宽度20～50 m，主要由断层角砾岩组成，并伴有褐铁矿化、方铅矿化和闪锌矿化。两断裂在其挟持地带派生的旁侧羽状裂隙常成群成带出现，呈雁行状排列，且共轭产出，北西向裂隙发育，北东向裂隙次之，是矿体赋存空间。此外还有一些近南北向断裂如F47 等对矿体起一定的破坏作用。

1.3 岩浆岩

矿区内岩浆岩只有燕山期花岗斑岩岩株及派生的脉岩—石英斑岩。矿区附近有薛家沟花岗斑岩和白水淖花岗斑岩，分别出露于矿区北东、西南部。

早期石英斑岩主要分布在矿区西部，多呈脉状，常见绢云母化、黄铁矿化、方铅矿化和闪锌矿化；中期石英斑岩分布在矿区中部，呈不规则长椭圆形，切穿更早期矿脉，蚀变矿化较强，局部富集形成铅锌银矿体；晚期石英斑岩脉广泛分布，呈不规则状，方向杂乱。

矿区内与成矿直接相关的为燕山期酸性浅成侵入岩。石英斑岩密集分布于Ⅲ级断裂构造的两侧，分早、晚两期：早期石英斑岩被热液交代可形成工业矿体，晚期石英斑岩则切穿矿体。

1.4 火山岩

火山岩主要是由安山岩、安山玄武岩、流纹质晶屑凝灰岩、流纹岩、粗面岩。花岗斑岩、石英斑岩、流纹岩等一套酸性—超酸性火山—次火山岩岩石组成，三者同源异象。与成矿直接相关的为石英斑岩。

2 矿区及外围地球物理和地球化学特征

2.1 重 力

由蔡家营矿区布格重力异常（图1（b））可见：蔡家营矿区处在规模较大的北东向重力梯级带北侧，西南部重力异常具有明显北西向重力梯级带特征。北东向梯级带重力值西北高、东南低，主要反映了F45 大断裂特征；西南部北西向重力梯级带由北西向断裂引起。北东向、北西向断裂构造交点以北、东区域重力高异常总体反映了太古界基底隆起。自蔡家营矿区往东北方向，为明显北东向局部重力高值异常，反映了太古界红旗营子群地层高密度的特征。

2.2 航空磁测

蔡家营矿区处在较大范围低缓磁异常区（图2）南部边缘，南邻北东向高值异常区。该异常带位置大致与重力异常梯级带相吻合，反映了北东向断裂构造特征。蔡家营矿区所处低缓异常区范围较大，与周边高值异常（区）差异迥然且分界清楚，显示了所在区域块体构造特征。周边高值异常区磁异常幅值高、变化强，主要与火山岩分布及磁性侵入岩作用有关。

矿区及附近存在低缓磁异常总体为北东向条带状，起伏明显。表明了太古代变质岩基底磁性较弱，与成矿关系密切的燕山期中酸性侵入岩磁性略强，是形成低缓高值局部异常的产因。

2.3 激电异常特征

矿区区内极化率背景场值在0.4%～2%，属于弱极化特征。矿区及外围有明显的激电异常，异常值在1.5%～5.0%，激电异常总体上呈近等轴状，面积约10 km2，边界清楚，内部变化较为复杂。已知矿带主要对应2%≤η≤5%极化率异常的分布范围内。据经验总结，这类高异常范围及附近深部赋存有铅锌多金属硫化物矿体，与之伴生有黄铁矿化，二者均可形成激电异常，以后者形成的异常范围较大，且往往强度较高。

2.4 地球化学特征

由1∶20万水系沉积物异常可见（图3），本矿区位于明显的综合异常内，异常西部延伸到工区之外未封闭，工区之内呈半椭圆形，长轴方向近东西，长半轴7.8 km，短半轴4.1 km，测区内面积为41.82 km2。

蔡家营矿区及外围元素组合为Ag、As、Bi、Cd、Pb、Sb、W、Zn 等。除Bi、W 外，其余元素具较好的三级浓度分带。除W 外，其余元素异常形态呈半个椭圆形，元素套合非常好，异常向西未封闭，异常NAP值排序为As-Pb-Sb-Ag-Zn-Cd-B-Bi-W。蔡家营矿区位于异常内带边缘。

3 综合物化探方法勘查应用

本区物化探综合工作选择在南部未开采的Ⅱ号矿带进行。综合物化探剖面布置在第200～215 勘探线，共布置3 条综合剖面，剖面方向垂直矿体。Ⅱ号矿体位于所布置的3条综合方法试验剖面中部。

3.1 矿区岩、矿石的物性特征

（1）岩矿石的密度与磁性特征见表1 可见，区内矿石密度大都高于其它岩石。岩石密度最高者为蚀变岩，砂岩及其它侵入岩均小于其它岩石。

矿石的磁性微弱，与围岩间差异较小；沉积砂岩以及斑岩、花岗岩磁性均微弱。

（2）岩矿石的电性特征见表2。可见，区内各类矿石的极化率均明显高于围岩。最高者为多金属矿（含黄铁矿），极化率均值达45%，其余均在7.6%～11.4%。矿石的电阻率以闪锌矿为最高，与围岩相当。铅锌矿的电阻率也较高，但明显低于围岩。多金属矿、含黄铁矿的矿石及石墨化围岩的电阻率均会明显降低，而极化率值明显增高，以石墨化影响最大。闪锌矿矿石的电性与围岩相当，其极化率稍高于围岩，电阻率则偏低；多金属矿石为中阻—高极化特征，且与矿化岩层及石墨化蚀变岩电性差异不大。

围岩呈弱极化率—高阻特征。围岩的极化率值微弱，而黄铁矿化、石墨化变粒岩的极化率值与矿体相当。

3.2 面积性物探工作

蔡家营试验区3 条试验剖面的重、磁、电异常平面图反映了对于地层、断裂构造、Ⅱ号矿带的勘查效果，分别叙述如下。

（1）剩余重力异常是从布格重力异常中去掉区域重力异常后的剩余部分，其主要反映的是局部地质构造、成矿体等的剩余质量影响，成为研究局部地质构造和矿产勘探的重要资料。由剩余重力异常上延200 m 等值线平面图可见，剩余重力异常总体呈现为西北高向东南降低的特征，异常出现突变位置出现在深断裂F45 的两侧，其表现北东向梯级带特征。东南部为低密度的中生界盆地砂岩的地质结构特征。西北高重力异常反映了高密度红旗营子群变质岩与变质二长花岗岩，两者的界限表现为北东向（F45 断裂）和近南北向的密集低级带（F47 断裂），其东侧陡降为重力低异常，西部梯级带较缓。重力等值线走向的改变反映了隐伏断裂的存在（1 剖面170点附近）。F45 断裂西北部局部重力异常与的对应关系明显，宏观上指示了多金属矿的有利地质背景范围。Ⅱ号矿体即位于重力高异常东南部边缘的梯级带西侧，局部重力高异常与矿带大致对应。

（2）剖面控制范围内大部地段的磁异常变化平缓，在Ⅱ号矿带西侧磁异常起伏较大，并出现北北东向的局部高值磁异常，与西部低缓磁异常的边界陡立。已知矿带及附近异常起伏较小，其分布与构造裂隙带及岩脉发育地段相对应。

（3）视充电率（Ms）、视电阻率（ρs）等值线平面图上，整体上红旗营子群变质岩与变质二长花岗岩均表现为高阻、高极化的特征，侏罗纪流纹岩、砂岩等均表现为低阻、低极化的特征。

已知矿带位于视充电率高值局部异常峰值的东侧变化带上，Ms值在50%左右的中等异常地带（背景场为25%左右）。视电阻率异常为明显的“高中低”异常，展布方向与矿体一致。矿体为中等极化—中低阻组合异常特征。

视电阻率、视充电率出现的陡变、狭长的部位均反映了深断裂构造的存在。

3.3 剖面性物化探工作

物化探扫面工作反映了在某一平面上的各种地层、构造、矿体、岩浆岩的不同的物性差异的特点，物探异常在某种程度上反映了所探测目标体的平面走向以及倾向。物探剖面则可以在剖面方向上由浅入深从纵向上给出异常体的分布特征，进而达到识别不同深度目标体的目的，以1剖面为例，阐述不同方法及参数对已成矿带及所处地质环境所反映的异常特征如下。

（1）剖面西侧较大范围的剩余重力（Δg）高值异常主要反映红旗营子群（矿源层）高密度岩石的分布范围。高异常东侧剖面240 测点附近剩余重力异常上延200、500、1 000 m 出现明显局部数值“跳动”的部位正好对应于矿带附近，西侧Δg剖面低值异常是低密度体第四系、侏罗系砂岩、砂质页岩等的综合反映，重力高低异常同时反映了断裂构造的存在，但是具体位置不能清晰解译，总体而言，剩余重力异常能够反映地层、矿带及所在控矿构造带的特征。

（2）高值激电异常是对本区热液矿化作用的直接反映，岩石的黄铁矿化、多金属矿（化）体均具有形成激电异常的产因。激电测深断面异常大体反映了金属硫物矿化（体）的断面形态。矿带位置处于断面异常边缘接触带中部偏东侧，反演极化率值最高可达6%～8%，对应的电阻率值整体上中等偏低，约200～400 Ω·m，西侧为强极化体，对应的电阻率值为高阻，600～400 Ω·m。东侧为低极化体，极化率值均小于＜1%。相对应位置的电阻率为低值异常，小于100 Ω·m。上述特征与激电中梯剖面异常相吻合，均说明了矿体所在部位的低电极且能够反映地层、矿带及所在控矿构造带的电性特征。

（3）根据单极—偶极相位激电测深视相位φs等值线断面图，视相位异常清楚地反映了深部矿体及西部矿化体的断面异常特征。在测点218～246 的300 m 深度内存在明显的高值异常，其视相位最高值大于180 mrad，同已知勘探剖面的矿体的位置及深度具有较好的对应关系。

单极—偶极相位激电测深与对称四极激电测深视极化率ηs的断面异常特征基本相似。相比之下，单极—偶极测深装置的数据信息较大，对隐伏矿体的识别效果较强；在相同极距情况下，勘查深度较大；单极—偶极装置在断面内观测到的视相位值多在130～180 mrad，说明该种装置所获得的二次场信号强度较大，有利于提高抗干扰能力。

（4）可控源音频大地电磁测深具有勘探深度最大、效率高的优点，其反演电阻率断面反映了较为丰富的电性结构信息。对宏观地质结构、矿带及附近的围岩构造裂隙带、已知断裂、隐伏断裂及破碎带、侵入岩体及岩脉均有明显的反映。如260 测点（F45断裂）东西两侧分别为红旗营子群变粒岩与早白垩世张家口组火山岩的分界线，断面异常有较清楚的特征；对应矿带部位，断面图中出现了明显的低阻变异，电阻率小于100 Ω·m，在500 m 深度内均表现为低阻特征；170测点以西出露侵入岩体，210测点附近的已知断裂等均有清楚的显示。

（5）瞬变电磁测深（TEM）的反演电阻率断面图可见：剖面西侧太古代红旗营子群变质岩与变质二长花岗岩整体表现为高阻，西部反映了低阻的侏罗系凝灰质角砾岩、砂岩、流纹岩等岩层以及断裂的电性特征，但是对于矿体的低阻特征反映不明显。

（6）蔡家营1 剖面岩石化学测量结果显示，对应矿Ⅱ号矿带Pb、Zn、Au、Ag 等成矿元素均出现突出高值异常，均高出均值几倍～几十倍，显示找矿效果明显。

4 结论和建议

（1）由于该区的太古代红旗营子群变质岩与变质二长花岗岩、侏罗系凝灰质角砾岩、砂岩、流纹岩等具有明显的密度、电阻率、极化率等差异，高精度面积性重力清晰地分辨地层、断裂及其相对位置。面积性的视充电率（Ms）、视电阻率（ρs）等值线平面图上同样有清晰的反映。

（2）地磁异常ΔT曲线在该区整体表现为平缓特征。对于具有磁性的侵入岩（脉）有明显的反映。

（3）瞬变电磁测深（TEM）反映了太古代红旗营子群变质岩与变质二长花岗岩、侏罗系凝灰质角砾岩、砂岩、流纹岩等岩层以及断裂的电性高低差异，但是对于矿体不明显。

（4）可控源音频大地电磁测深具有探测深度大、效率高的优点，且在该区对宏观地质结构、矿带及附近的围岩构造裂隙带、已知断裂、隐伏断裂及矿体、破碎带、侵入岩体及岩脉均有明显的反映。

（6）蔡家营Ⅱ号矿带Pb、Zn、Au、Ag 等成矿元素均表现为突出异常，显示找矿效果明显。

（7）通过以上方法的实验结果来看，在张北地区特别是同蔡家营铅锌矿具有相似地质条件的地区，首先进行高精度重力扫面，其效率较高，通过分析浅部剩余重力异常，合理圈定地层、深大断裂的分布、走向等。然后进行激电中梯扫面和岩石化学元素分析，再次对于地层、断裂给予定位，并且进一步确定低阻、高极化率矿体平面位置，在此基础之上，采用可控源音频大地电磁法（CSAMT）确定低阻体的走向、倾向、埋深等，最后合理布钻，会得到较好的地质效果。