长城金矿电阻率异常特征及其找矿意义

王久良，杨超，许曼，杨爱雪，刘德武，赵靖雯，高超

(1.河北省地质矿产勘查开发局第五地质大队， 河北 唐山 063000； 2.河北省海洋地质环境调查中心， 河北 唐山 063000)

0 引言

长城金矿位于冀东冷口断裂带东北端，中心地理坐标为东经118°50′06″，北纬40°09′19″，是冀东地区产于碳酸岩地层的代表性金矿床(孙爱群等，2002)。该区域岩石圈断裂、煌斑岩等幔源岩浆岩发育，很可能存在Au富集的上地幔源区，与胶东西部金矿集区成矿背景相似，显示出巨大的找矿潜力(张俊怡，2018)。自1987年发现以来，该矿床历经多次勘查，探明金属量约12 t，平均品位5.71×10-6，但目前探明矿体基本赋存在-300 m标高以上(河北省地质矿产局第五地质大队，2018①)；近些年随着勘探程度的增加，矿体连续性及品位均较差，勘查效果不理想，一味地投入钻探验证，勘查风险以及勘查成本均较大，因而对长城金矿-300 m标高以下部位进行预测以及精准定位，已成为亟需解决的问题(毕炳坤等，2019)。本文通过总结分析长城金矿控矿因素，利用可控源音频大地电磁测深(CSAMT)方法查明了矿区电阻率异常特征，发现矿区矿化蚀变带与围岩电阻率差异明显，根据综合研究建立了该矿床找矿模型，在-500～-600 m标高间预测了第二矿化富集带，为深部勘查提供了重要依据。

1 成矿地质背景

长城金矿位于冷口断裂带北东端，该断裂带是冀东地区重要的多金属成矿带之一，大地构造位置属华北克拉通北缘，地处华北板块与西伯利亚板块之间，马兰峪复背斜与山海关隆起衔接部位，呈NW向分布于迁安冷口—青龙清河沿一带(李纪良，1991)。该断裂带北东侧地层主要为太古宙结晶基底及中元古界沉积岩盖层，南西侧主要为太古宙深变质岩；另有一些燕山期中酸性岩体沿该断裂带北侧侵入。区域上金矿床大多赋存于冷口断裂带北东侧的沉积岩地层中，其中NW向构造是主控矿构造，NE与NW向断层交汇处往往形成具有工业意义的矿体，断裂带沿线主要有长城金矿、小井峪金矿、清河沿金矿等多处金矿床(董建乐，2002)。

2 矿区地质特征

图1 长城金矿构造位置图(a)及地质简图(b)(据王久良等，2021修改)1—第四系；2—侏罗系后城组；3—蓟县系杨庄组；4—长城系高于庄组三至四段；5—构造碎裂岩；6—煌斑岩；7—逆断层及编号；8—正断层及编号；9—推测断层及编号；10—地层产状；11—矿体位置及编号；12—村庄；13—研究区

长城金矿区出露地层为长城系高于庄组，蓟县系杨庄组、雾迷山组和侏罗系后城组地层以及新生界第四系(图1)。矿区内受冷口断裂带影响，构造发育，主要为NW、NE向断裂。同时，区内存在一背斜褶皱，轴向NE，翼部及轴部被断裂构造错动，而金矿脉就赋存于上述构造交汇处。肖营子岩体位于矿区北东侧3 km处，而矿区未见岩浆岩出露(樊秉鸿等，1998)。

矿区共发现40余条金矿体，矿床规模已达中型，矿区内大部分矿带受断裂或蚀变岩带控制，呈似层状、透镜状和脉状在矿化带中展布，其中以Ⅰ矿带Ⅰ-9号矿体规模最大，矿体长度360 m，平均厚度3.02 m，平均品位3.33×10-6，走向110°～140°，倾向SW，倾角55°～72°。目前所探明的矿体基本赋存于-300 m标高以上，岩石类型主要为自碎角砾岩、蚀变岩以及铁白云石化白云岩。浅部矿体围岩蚀变硅化、绢云母化、泥化、碳酸盐化及铁白云石化均有发育，其中以铁白云石化范围相对较广，主要沿隐爆角砾岩的多组裂隙呈迷雾状、网脉状分布。深部蚀变以铁白云石化、硅化最为发育，其次是绢云母化、泥化、碳酸盐化。铁白云石化较强处常伴随较强硅化；矿石为灰黑色致密块状蚀变白云岩时，金含量往往最高，品位可达20×10-6以上，褐铁矿化、硅化、铁白云石化为区内的找矿标志(王可南，1988)。

3 岩石电性特征

本次工作从平硐及钻孔岩芯中采取标本，岩性较为单一，围岩为白云岩，矿体和蚀变带岩性有角砾岩、硅质白云岩、铁白云石化白云岩，对所采集的物性标本测量了电阻率和极化率(表1)。可见：杨庄组纯白云岩为相对较高的电阻率以及极化率；不纯白云岩(硅质白云岩、铁白云石化白云岩)、角砾岩都拥有较低的电阻率以及极化率。综合已知矿体产出位置及矿石类型认为，矿区矿体电性特征表现为中低电阻率，而极化率与围岩差别不大。综上所述，本区内矿体和矿体蚀变带电阻率明显低于围岩，从物性上来说CSAMT勘查具备物理前提(魏文博等，2006)。

4 CSAMT工作

4.1 CSAMT原理

CSAMT是一种电磁勘探方法，相对于MT、AMT等无源电磁勘探方法，CSAMT采用人工发射源具有信噪比高、抗干扰能力强的优点(柳建新等，2008)。在非均匀介质条件下，代表一定范围地质体的综合反映的电阻率以视电阻率的形式来反映(王建新等，2014)。视电阻率的计算方法有多种类型，本次采用常用的卡尼亚电阻率(ρω)，计算公式为(任宏等，2017；王振亮等，2019；刘诚，2020)：

(1)

式(1)中，ω为角频率；μ为磁导率；Ex、Hy为正交的电场和磁场。由于介质对电磁波有吸收作用，电场衰减到入射时1/e电磁波所传播的距离称为趋肤深度δ：

(2)

式(2)中，ρ为介质电阻率，f为电磁波频率。根据经验，探测深度D与工作频率和大地电阻率有如下关系：

(3)

通过上述推导可知，电磁波频率越大，探测深度越浅，CSAMT就是利用改变电磁波这一原理达到测深目的。

4.2 CSAMT工作方法

本次可控源音频大地电磁测深(CSAMT)工作主要布置在矿体南西侧，测线共9条，方向为0°和90°共2个方向，0°方向为西侧和东侧1300线—1900线，90°方向为南侧和北侧8180线～8780线(图2)。本次可控源音频大地电磁测深(CSAMT)法野外工作技术参数为：供电电极距(AB)=1200 m，接收电极距(MN)=40 m，可测扇区的夹角(θ)≤30°，工作频率范围f=9600～48 Hz，收发距(r)≥6500 m，点距40 m。每日采集数据传输至电脑，对照野外记录确认无误后，利用V8配套的SSMT2000软件，经过傅里叶转换实现时间域转换为频率域、相位转换、剔除跳点，利用MT2D soft软件对数据进行平滑、静态校正、空间滤波处理，选择合适的层间隔进行Bostick反演得到电阻率数据(刘岩波等，2015)。加上测地高程成果，利用sufer软件绘制单剖面图，再由已知地质情况与剖面成果对照，反复修正不合理处，最终获得CSAMT工作成果(孙燕等，2010)。

表1 岩矿石物性特征统计表

图2 研究区工程布置图1—人工堆积；2—第四系；3—侏罗系后城组；4—蓟县系杨庄组未分；5—长城系高于庄组未分；6—构造碎裂岩；7—矿化蚀变带；8—金矿体；9—断层及编号；10—实测地质界线；11—地层产状；12—见矿钻孔及编号；13—未见矿钻孔及编号；14—物探测线及编号；15—测点及编号

4.3 电阻率异常特征

4.3.1 矿区电阻率总体特征

由0°方位立体切面图(图3)可见，该区电阻率由南向北依次可分为蓝色低阻区(ρ<100 Ω·m)、浅蓝色中阻区(100≤ρ<500 Ω·m)及黄—深红色中高阻区(ρ≥500 Ω·m)，在矿区南部从西测线1300到东端1900线，均显示低阻异常，西向东其异常稍有减弱，低阻异常近地表等值线南西倾，越往深部逐渐变陡近直立且部分段转为北东倾向。测线从南向北8180～8780线，低阻异常范围逐渐减少，电阻率逐渐升高，至8780线已达中等电阻率值。根据已有资料分析，低阻区应为区域性断裂即冷口断裂带的反映，由南向北即远离该断裂，电阻率逐渐升高。浅蓝色中阻区应为其次级构造发育，岩石破碎，并存在多个扭曲分支现象，及多个异常中心，推测该区域断裂应存在多期次活动，使地层出现隆起、滑脱、倾向扭转等现象，并将地层分成若干小块。

4.3.2 典型剖面电阻率特征

由1800和1900线CSAMT反演电阻率剖面图(图4)可以看出，电阻率等值线的总体分布形态向南倾，局部受构造活动的影响向北倾，形成倒转背斜。图中等值线值<100 Ω·m为低阻区，应为冷口断裂带的反映。靠近冷口断裂带为相对低阻区，等值线值介于100～500 Ω·m，推测应为构造破碎带或地层层间裂隙发育所致。图中的高阻异常体，根据已知钻孔岩芯观察为杨庄组地层的反映。通过区内已有钻孔资料研究发现，矿体在电阻率等值线图上的分布呈现一定的规律，基本赋存于-300 m标高以上，且均分布于等值线值为100～500 Ω·m之间的相对低阻带中，位于低阻带各等值线过渡带上，矿体倾向SW，与等值线倾向基本一致。矿体赋存于低阻区段，与靠近冷口断裂带、构造破碎、地层层间裂隙发育有关，该区段可以为成矿流体的运移和存储提供良好的通道与空间。

图3 0°方位立体切面图

图4 CSAMT反演电阻率剖面图a—1800线；b—1900线

4.3.3 垂向电阻率异常特征

图5 垂向电阻率等值线图

由电阻率等值线垂向图可知(图5)，-300 m标高以上钻孔控制见矿位置为低阻带，电阻率等值线值均在80～500 Ω·m之间。从-300 m标高开始，高阻异常区域开始扩大，电阻率等值线值开始增加，-300～-400 m标高之间为次高阻异常带，相应位置等值线值多分布于500～1500 Ω·m之间，研究已有钻孔资料可知，多数钻孔在该标高区间并未见矿，只有个别见矿。通过岩芯观察，高阻区段主要为杨庄组致密白云岩，由此可知，高阻异常带(>500 Ω·m)不易成矿，主要是由于高阻异常带为白云岩，岩性较致密，层间裂隙不发育，不利于矿液的运移和存储。从电阻率剖面图可以看出，在1800线8620～8820点号-200 m标高处，1900线8340～8540点号-200 m标高处存在相对低阻带，与已知矿体赋存的低阻区类似，显示较好的找矿前景。电阻率等值线垂向图显示，-500～-600 m标高间电阻率等值线值又出现降低的现象，等值线值介于80～500 Ω·m之间，为相对低阻带，呈交替出现，推断应为第二个矿化富集区，找矿远景巨大。为今后在该矿区投入深部钻探工程，对该区段进行深部探矿提供了有力依据。

5 找矿模型建立及其找矿意义

长城金矿地处冷口断裂带北缘，本文通过前期勘查资料及本文研究成果对其成矿特征总结如下：

(1)通过前期勘查发现，矿体主要赋存在蓟县系杨庄组粉红色白云岩地层中(韦龙明等，2001)。

(2)从物探电阻率异常特征看，已知矿体主要赋存在电阻率在100～500 Ω·m范围内。

(3)从构造方面来看，矿体主要赋存部位主要为受冷口断裂带影响的次级构造中(王成辉等，2012)。

长城金矿多年来综合研究，其成矿类型尚未达成统一认识，但多数学者认为其成因为卡林型金矿(王宝德等，2003)，本文参照卡林型金矿低温热液侵入特点及矿区电阻率特异常特征，首次将长城金矿成矿规律与矿区电阻率异常相结合，建立了矿区找矿模型(图6)。

6 结论

(1)通过综合分析研究区地质资料并结合该区地球物理特征，结合矿区电阻率异常特征建立了矿区找矿模型，并在-500～-600 m标高间发现了第二矿化富集带，为深部找矿指明了方向，预测该矿床深部进一步开发将产生重大的经济效益。

(2)地球物理一直是辅助深部找矿的有力手段，然而深部物性勘查数据难以直接解释，以浅部已知条件为约束，总结地球物理找矿模型，再向深部推演，用找矿模型拟合电阻率勘查成果得出找矿方向，是较为可行的找矿方法，该方法在长城金矿的应用，取得了较好的找矿效果，发挥了地球物理手段其高效、经济的特点，为今后深部找矿提供了有力的手段支撑。

图6 电阻率特征找矿模型图1—冷口断裂带；2—完整蓟县系白云岩；3—微裂隙白云岩；4—容矿构造；5—已知矿体；6—推断矿体；7—电阻率范围/Ω·m

注 释

① 河北省地质矿产局第五地质大队. 2018. 冀东高板河-清河沿一带中上元古界地层成矿规律研究[R].1-45.