高频大地电磁法在山东招平断裂深部探测的应用效果

王敬志,李进桂,孙德华,王广朋,曹李慧,郝占优,李文尧,廖 忠,孙 暄,王 熙，隆季原

(1.招远市曹家洼金矿，山东 招远 265400；2.昆明理工大学 国土资源工程学院,昆明 650093；3.昆明鑫地地质勘探有限公司,昆明 650233)

胶东西北部是中国重要的产金基地，其黄金产量约占全国的1/4。招(远)-平(度)断裂带是胶东地区金矿非常重要的导矿容矿构造，区内矿床约50%赋存在招平断裂带上[1]。近年来，招平断裂北段水旺庄金矿区新发现的金矿体延伸至深部-2 173 m标高[2]，金矿体受招平断裂次级断裂控制。因此，有必要研究探测招平断裂深空间分布的有效物探方法。

许多学者对于招平断裂地质特征及其探测方法进行了研究[1-12]。杜长学等[5]探讨了招平断裂的形成机制；林文蔚等[6]研究了招远-平度断裂活动性质及活动时代。物探探测方法方面，2000—2001年，中国科学院地质与地球物理研究所[7-8]，在招平断裂中段曹家洼矿区开展了重力、磁法、可控源音频大地电磁法(CSAMT)、激电测深探测，指出招平断裂表现为电阻率梯度带特征。2008 年，李静等[9]以招平断裂带中段的夏甸金矿为例，探讨了岩(矿)石电阻率值对成矿构造环境的判别；2012 年，韩耀宗等[10]采用可控源音频大地电磁法对招平断裂进行了探测；2015年，单伟[11]采用反射地震法、可控源音频大地电磁法(CSAMT)及频谱激电法(SIP)研究招平断裂；2016年，孟银生[12]研究了重力、磁法、时间域激发极化法(IP)、CSAMT对招平断裂探测的有效性，总结了胶东招平金矿带厚覆盖区深部矿床综合地球物理勘查模型。以上探测方法主要研究重点是采用物探方法如何寻找金矿，顺便研究招平断裂的特征，除反射地震法方法外，其他方法探测深度都小于1 400 m，因此有必要进一步研究探测深度更大的快速的有效方法。本文采用高频大地电磁法(EH4)低频探头探测方式探讨了招平断裂深部探测的应用效果。

1 地质概况

研究区地质情况如图1所示。区内主要出露第四系腐殖土及砂质黏土，主要沿河流两侧低凹部位分布，厚度为3～20 m。此外局部出露残留的荆山群禄格庄组石榴矽线黑云片岩。

1.第四系腐殖土及砂质黏土；2.二长花岗岩；3.闪长岩；4.断裂及其倾向；5.钻孔及编号；6.EH4剖面及线点号图1 山东招平断裂中段地质图

研究区位于招平断裂带中段。招平断裂为胶东地区最著名金成矿构造，全长130 km，宽15～600 m，最宽处900 m。走向一般为5°～50°，倾向南东，倾角为21°～58°。上盘为角闪黑云英云闪长岩，下盘为二长花岗岩。断裂带大致沿玲珑超单元与栖霞超单元接触带展布，平面上形态极不规则，被北西向后期构造错断分成数段。沿走向及倾向均呈舒缓波状展布，为压扭性断裂，并具多期次活动的特征。其发育连续碎裂岩带，以断裂泥为标志的主断裂面发育。该断裂控制了台上、破头青、曹家洼、大尹格庄、姜家窑、夏甸等特大及大、中型金矿床的分布，发育于其下盘的大量次级断裂则控制了玲珑金矿田、金岭金矿田及原疃、金翅岭、谢家沟等一系列金矿床(点)的分布。

区内岩浆岩分布广泛，主要为栖霞、玲珑序列、少量谭格庄序列及各种脉岩出露。栖霞序列回龙夼单元(Ar3γδο)为条带状细粒角闪黑云英云闪长岩，分布于招平断裂带上盘的大部分地区，呈岩基产出。中生代燕山早期玲珑序列崔召单元(J3γ)为弱片麻状中粒二长花岗岩，分布于招平断裂带下盘的大部分地区。脉岩在区内多有出露，主要为闪长玢岩及石英闪长玢岩脉，偶见花岗斑岩与煌斑岩脉。

2 地球物理特征

研究区位于招远市曹家洼金矿区东部。曹家洼金矿区岩矿石标本电参数测量统计结果见表1，标本极化率及电阻率如图2、图3所示，可见：

图2 招平断裂中段曹家洼金矿区岩矿石标本极化率

图3 招平断裂中段曹家洼金矿区岩矿石标本电阻率

1)脉状及浸染状金矿石极化率为37.4%～9.12%，为高极化率特征；其他岩矿石极化率小于1.5%，为低极化率特征。

2)闪长玢岩、花岗岩、浸染状金矿石、金矿化黄铁绢英岩电阻率为2 000 Ω·m以上，为相对高电阻率特征；闪长岩电阻率为568 Ω·m，为中低电阻率特征；脉状金矿石电阻率为25 Ω·m，为低电阻率特征。

3)脉状金矿石电阻率为12～34 Ω·m，平均25 Ω·m，极化率为29.81%～47.21%，平均37.4%，表现为高极化率低电阻率特征；其他岩矿石为中高电阻率、低极化率特征。

招平断裂的上、下盘存在明显的电阻率差异，具备开展电法探测的物性前提条件。

3 高频大地电磁法应用效果

3.1 方法技术

为了研究高频大地电磁法对招平断裂深部探测的有效性，选择有已知钻孔控制的招平断裂中段曹家洼矿区进行试验研究，测线布于招平断裂向南东倾伏的勾下店村部位(图1)。布设剖面5条，剖面方向近东西向，主体测线线距100 m，点距 50～100 m，剖面总长5.3 km，测点113 个。

高频大地电磁法(EH4)测量使用的仪器为美国Geometrics公司和EMI公司联合研制的双源型(天然场源和人工场源)电磁系统Stratagem。磁探头采用0.1～1 000 Hz低频探头。开工前，进行了平行试验确保仪器正常和合格。X、Y方向电极距为50 m。叠加次数经32、64、128、160次试验，大于128 次效果较好，测点观测的叠加次数为128 次。使用IMAGEM软件进行反演。

3.2 断裂推断

反演后的视电阻率随深度变化的典型剖面如图4、图5所示，由于采用低频磁探头测量，反演深度达2 500 m，但无浅部信息。断裂推断如下：

图4 112线视电阻率剖面图

图5 98线视电阻率剖面图

根据电参数测量结果，闪长岩电阻率平均为586 Ω·m，花岗岩电阻率平均为2 919 Ω·m。招平断裂上盘为闪长岩，下盘为花岗岩，因此，招平断裂电阻率应为上低下高的梯度带特征。

以往开展的可控源音频大地电磁法测量结果[7-12]表明，招平断裂视电阻率也表现上低下高的梯度带特征。

图4为经过已知钻孔ZK65-1的122号线视电阻率反演剖面，剖面位于招平断裂倾向方向约2 000～3 000 m地段(图1)，视电阻率上低下高的梯度带明显，故推断梯度带为招平断裂引起，推断的招平断裂在图4中为粗黑线，推断的招平断裂视倾角为24°，与已知钻孔ZK65-1控制的招平断裂的视倾角一致，推断的深度相对误差为8.2%。

图5为98号线视电阻率反演剖面，剖面位于招平断裂倾向方向约1 600～3 000 m地段(图1)，视电阻率总体表现为上低下高的梯度带特征，故推断梯度带为招平断裂引起，推断的招平断裂在图5中为粗黑线，剖面之西有2个已知钻孔，编号为ZK12-2、ZK12-6，这两个钻孔控制的招平断裂视倾角为35°，推断的招平断裂视倾角为30°。

3.3 应用效果

断裂推断误差见表2，推断的断裂与已知钻孔控制的断裂对比，推断的断裂视倾角最大误差为5°，断裂深度推断相对误差为3.6%～8.2%。

表2 招平断裂中段深部断裂推断结果

4 结论

通过5条高频大地电磁法剖面测量，和已知10个钻孔的对比研究，推断的断裂倾角及深度相对较准确，说明高频大地电磁法是探测招平断裂的有效方法。

采用高频大地电磁法探测1 000～2 500 m深的断裂，应使用频率为0.1～1 000 Hz的低频磁探头。该探测方法值得在招平断裂深部探测中推广应用。