物探方法在杨岔凹石墨矿勘查中的应用

许 波，陈少伟，李艳艳，张渐渐，黄传计

(1.河南省有色金属地质矿产局第五地质大队，河南 郑州 450016；2.河南省有色金属矿产探测工程技术研究中心，河南 郑州 450016)

桐柏县杨岔凹石墨矿位于河南省桐柏县北部，处于河南省三个主要石墨成矿带之一的北秦岭石墨成矿带[1-2]，成矿地质条件有利。区域石墨矿成因类型为典型的沉积变质型，含矿地层为古元古界秦岭岩群，矿体形态一般呈层状、似层状带状分布[3-7]。研究区内植被发育，石墨矿松软，矿体常常风化后被覆盖，野外露头不易查找。同时石墨矿体经过多期次构造叠加改造[8]，次级褶皱非常发育，产状复杂多变，地质勘查工作中钻孔布设尤其困难。

2015年，在桐柏北部的秦岭岩群开展区域石墨矿调查工作，对含矿地层开展了激电中梯测量工作，圈出多处激电异常，经异常查证，在异常带内发现石墨矿层5条，石墨矿体与激电异常高度吻合。2019年，根据激电异常和矿调成果，开展杨岔凹石墨矿普查工作，利用激电测深工作，推测矿体深部延伸，有效指导了钻孔布设，在施工的9个钻孔中，全部见矿，找矿成果显著，在桐柏地区首次提交大型石墨矿1处。物探方法在该区石墨找矿中起到了至关重要的作用。

1 研究区概况

1.1 地质概况

研究区大地构造处于北秦岭褶皱带寨根—彭家寨地背褶皱束[9-10]，出露地层为古元古界秦岭岩群和第四系，其中秦岭岩群为主要出露地层，根据岩石组合特征，分为郭庄岩组和雁岭沟岩组。郭庄岩组是一套古老的深变质岩系，岩性以斜长角闪片麻岩、黑云辉石斜长片麻岩、花岗质片麻岩为主，夹少量白云石大理岩透镜体。雁岭沟岩组为一套碳酸盐组合，岩性以白云石大理岩为主，夹条带状含石墨大理岩、蛇纹石化大理岩、黑云斜长片麻岩、石墨石英片岩。雁岭沟岩组的石墨石英片岩是石墨矿的赋矿岩层。

研究区位于彭家寨复背斜中部，次级褶皱构造极为发育，区内整体呈一复式向斜，从南向北连续发育向形—背形—向形—背形共4条相互平行的次级褶皱，矿体的分布和产状形态与地层一致，随褶皱的变化而折曲[3]，这些复杂的产状变化给矿产勘查和深部钻孔布设带来一定困难。

区内岩浆主要为工作区北部的早古生界变辉长岩，以及区内广泛分布的二长花岗岩脉和少量花岗斑岩脉、伟晶岩脉(图1)。

1.2 矿体地质特征

研究区矿体受雁岭沟岩组地层控制，其中规模较大的矿体为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ号矿体(图1)，估算石墨矿物量占全区总量的96.62%。矿体呈层状、似层状近平行产出，产状与地层基本一致，随褶皱形态的变化而折曲，倾向时而向北，时而向南，走向NW，沿走向局部分支复合。矿石类型为石英片岩型晶质石墨矿，围岩为含石墨石英片岩、二长花岗岩、花岗斑岩、白云石大理岩、条带状含石墨大理岩等。主要矿体特征见表1。

表1 杨岔凹石墨矿区主要矿体特征一览表

图1 桐柏县杨岔凹石墨矿区地质简图

1.3 岩(矿)石物性特征

研究区共采集有代表性的测定电性参数标本153块(表2)。围岩中的白云石大理岩、二长花岗岩、片麻岩、条带状含石墨大理岩等岩石极化率都很低，平均值都＜3%，而石墨矿石极化率平均值在38.33%，有非常大的物性差异。围岩电阻率在2 907～37 734Ω·m，而石墨矿石的电阻率在79Ω·m左右，电阻率差异明显。综合来说，本矿区石墨矿石具有低阻高极化，围岩高阻低极化特性，有很大的电性差异，这种极大差异为激电方法在矿区开展工作提供了良好的物性基础[11-12]。

表2 物性标本参数统计表

2 物探方法与装置

2.1 激电中梯测量

在区域含矿地层开展激电中梯(短导线)测量工作，测线方向垂直地层走向，方位角20°，按照500m×100m测网密度布设观测点，工作方法为激电中梯装置，短导线一线供电二线测量，供电极距AB选择1 800m，测线位于A、B极连线的两侧，旁测距≤300m，观测长度1 200m，点距100m，MN距100m。设备使用重庆地质仪器厂生产的DWF-10大功率供电系统，充电时间4s，断电时间4s，周期16s。接收机使用北京地质仪器厂生产的DWJ-3A仪，观测2个周期，断电延时100ms，采样宽度200ms，MN极采用不极化电极。

2.2 激电测深

为了推测深部异常形态和矿体产状，为钻孔布设提供依据，分别在07、23勘查线剖面的矿体富集地段开展激电测深工作，完成测深点32个，点距20m。

激电测深工作使用仪器为重庆地质仪器厂生产的DZD-6A型多功能激电仪。激电测深装置采用对称四极测深，AB极距最大1 000m，最小9m。极距按算术间隔变化，可以减小地形对物探结果的影响。根据设计探测深度300m，仪器使用中功率供电采用双向短脉冲，供电时间4秒，采样延时100ms，采样块宽度100ms。室内数据处理采用金维4.0专用电法软件进行处理成图，成果推断是在数据处理基础上，结合地质资料，综合推断石墨矿体的位置形态和倾向。

3 物探效果

3.1 激电中梯测量效果

通过数据整理、计算、统计，取视极化率值5%为异常下限，在矿区及外围圈定3处激电异常，编号为T-19～T-21(图2)。

图2 杨岔凹矿区视极化率(a)、视电阻率(b)异常图

(1)T-19异常：位于矿区北部外围，北西西向带状分布，异常带视极化率峰值达6.39%，异常带西强东弱，带状特征明显。异常带总长度达6 000m，宽度一般为300m，面积约1.5km2。

(2)T-20异常：位于矿区西段中部，呈不规则带状，长度达3 000m，最宽处达600m，异常区面积约1km2，视极化率峰值为8.98%，视电阻率呈西部相对高阻东部低阻特征。异常带有向西延伸趋势。

(3)T-21异常：位于研究区西段南部，是T-20异常带向南东方向的延伸，东南部受地形限制异常没有封闭，使用大于3%的视极化率值在该区圈出3个异常中心，视极化率峰值分别为3.85%、3.46%和5.12%，这3个异常中心呈串珠状带状分布，走向为北西向，视电阻率表现为西段低阻、东段高阻特征。

(4)异常查证：T-19异常是紧邻矿区北侧的草帽岭中型石墨矿床，找矿成果明显，该异常为石墨矿致异常。T-20和T-21异常主体位于古元古界秦岭岩群雁岭沟岩组地层中，岩性组合为白云石大理岩夹条带状含石墨大理岩、蛇纹石化大理岩、黑云斜长片麻岩、石墨石英片岩，地层局部充填花岗岩脉、伟晶岩脉。通过1:10 000地质简测和槽探工作，在异常带内圈出4条规模较大的石墨矿体(编号Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ)，矿体呈北西—南东向顺异常带展布，矿体长度950～2 577m，厚度1.01～34.19m，品位2.01%～22.20%，在石墨矿化发育部位异常视极化率峰值偏高，证实该异常为石墨矿所致。

3.2 激电测深效果

(1)07线测深剖面：测深剖面长度380m，测深点20个，该剖面由南向北穿越Ⅲ号、Ⅱ号、Ⅰ号三个石墨矿体，矿脉处都表现为非常明显地低阻高极化特性。但由于个别矿体间距太近，激电、电阻率异常表现为综合异常，无法有效区分单个异常。极化率断面图(图3a)上显示54号点、62～64号点、72～78号点位置对应三个激电异常，其中72～78号点处对应激电异常形态强度最好，对应地表的宽度大品位高的Ⅰ号矿体。电阻率断面图(图3a)上，54～60号点、72～78号点有完整的低电阻率异常，和高极化率异常相对应。综合电阻率、极化率异常，结合地质剖面，推测54～60、72～78号点处异常体整体产状南倾，浅部倾角较陡，分别为80°和85°左右。

(2)23线测深剖面：测深剖面长度220m，测深点12个，该剖面由南向北穿越Ⅲ号、Ⅱ号、Ⅰ号三个石墨矿体，矿体处都表现为低阻高极化特性，极化率断面图(图3b)上显22号点位置对应一个激电异常，激电异常形态好，对应地表Ⅱ号矿体。电阻率断面图(图3b)上，18～22、30号点有完整的低电阻率异常，和高极化率异常相对应。综合电阻率、极化率异常结合地质剖面，推测22、30号点处异常体整体产状南倾，倾角约80°。

图3 杨岔凹矿区07(a)、23(b)勘探线地质、激电测深综合剖面图

(3)异常验证：根据激电测深推测的矿体产状，结合矿体地表信息，在矿体南侧布设钻孔，分别在07勘探线上施工钻孔ZK0702、ZK0701，在23勘探线上施工钻孔ZK2302。其中ZK0702穿过Ⅲ号、Ⅱ号矿体，ZK0701穿过Ⅰ号矿体，ZK2302依次穿过Ⅲ号、Ⅱ号、Ⅰ号矿体，结果表明与激电测深推断矿体产状基本一致，取得了非常好的找矿效果。

4 结论

(1)通过对激电异常与区内石墨矿体的分布关系研究，发现在研究区石墨矿主要分布在视极化率大于4.5%的异常内(局部为4%)，尤其在矿化品位较好的部位，视极化率一般＞6%，矿体与异常基本对应。视电阻率与石墨矿的对应效果也较好，一般石墨矿发育的位置，视电阻率＜500Ω·m，局部由于花岗岩后期侵入，视电阻率高于1 000Ω·m。综上所述，本次激电异常中低阻高极化异常与石墨矿对应关系良好。

(2)根据激电测深异常特征，对比地质资料，测深断面图中视极化率和视电阻率变化较大，异常明显；石墨矿体部位的异常一般呈明显的低阻高极化特征，视极化率一般＞5%，视电阻率一般＜500Ω·m，与地表激电异常类似。推测的深部异常体产状形态与石墨矿体产状基本一致，为钻孔布设提供了基础，提高了勘查精度，电法物探方法在本矿区石墨矿勘查中非常有效。

(3)本次电法物探工作，首先在区域含矿地层开展激电中梯(短导线)测量工作，圈定激电异常，确定找矿靶区；然后在找矿靶区内开展普查工作，通过地质填图及少量采样工程查证矿体地表分布情况；最后在石墨矿富集地段布设激电测深工作，根据深部异常形态推测的矿体产状，布设施工钻孔验证深部矿体。激电中梯测量、激电测深与地质相结合，取得了事半功倍的效果。