广域电磁法在大红山铁铜矿中的应用

吴秀红 杨旭山 周天贵 吕锐

（玉溪大红山矿业有限公司）

前言

玉溪大红山铁铜矿是我国著名的大型-超大型铁铜矿床，矿区位于滇中中台坳南端。红山群是区内主要含矿层。自早远古代末期，本区长期经受抬升——剥蚀作用。而南部受肥味河断层切割，故要寻找下一个“大红山式”铁矿，工作重心应放在南部外围深部区域。

将具有相同层位及类似电性特征和磁感应强度区域作为成矿有利区，借助广域电磁法查明区内隐伏断裂构造带，指导寻找大红山式铁矿。

利用本次物探解译成果，结合地物化资料、钻孔工程资料及异常区自身的特点，查明勘探区深部岩体的顶面分布形态及隐伏构造的分布范围，为地质找矿提供物探依据及优选靶区，扩大找矿空间。为将来本区的钻探勘探工作提供指导信息。

1 绪论

1.1 交通位置

大红山铁矿地处玉溪市新平县以西约45公里处，为戛洒镇所辖区域。极值坐标范围（北京54坐标）：东经101°38′03″—101°39′54″，北纬24°05′13″—24°06′30″。

1.2 前人区域地质研究状况

区域地质调查如下表1：

表1 前人区域地质研究工作

1.3 主要实物工作量

本次广域电磁法测量测深勘探剖面工作部署在云南省玉溪市大红山铁矿区及外围，测线方位和长度分别为：

完成广域测线共计3条，线号分别为GY01线、GY02线、GY03线，方位157°，点距40 m，总完成广域物理点402个，完成率100.5 %。完成的主要实物工作量见下表2：

表2 大红山铁矿区广域电磁法测量项目实物工作量一览表

2 区域地质概况及矿区地质特征

2.1 区域概况

2.1.1 区域大地构造位置

大矿区位于扬子准地台、康滇地轴、滇中中台拗三组构造线的交汇地带，处于偏西向构造带内，底巴都背斜的南翼西端，东西向构造为本区基本构造骨架。NW/NE向次级断裂次之，因而矿区构造较为复杂（图1）。

图1 矿区构造纲要图

2.1.2 区域地层

矿体赋存层位主要是大红山群（Ptd），系海底火山喷流-沉积而后变质而成。现由老至新分述如下：

（1）晚太古代哀牢山群（Aral）：底巴都组（Ard），另有昆理工实地勘查未见此地层。

（2）早元古代大红山群（Ptd）：主要赋矿及研究地层，分为五组，早远古到中生界的地层缺失，为本区长期抬升剥蚀的结果。

（3）中生界（Mz）：区内主要有上三叠统、下侏罗统、中侏罗统及上侏罗统地层。主要分布于矿区外围。

（4）新生界（Kz），老第三系（R）：见于红河河谷周边、第四系（Q）：见于沿河两岸及低洼处。

2.1.3 区域岩浆岩

侵入岩：本区岩浆活动可大致划分为以下五个阶段：即哀牢山期、大红山期、晋宁期、加里东期及燕山期[1]。①哀牢山期主要指哀牢山群及底巴都组，以古老、深变质的斜长角闪岩系为主；②大红山期火山及岩浆活动都比较强烈，以岩浆喷溢为主，代表岩性为细碧角斑岩，岩浆演化趋势从基性—中性—中酸性。其中中性偏碱性岩与大红山式铁矿关系密切；③晋宁期研究区内未出露；④加里东期以辉长辉绿岩为代表、CN常见；⑤燕山期：主要为超基性岩、花岗岩、石英斑岩及云煌岩等，见于哀牢山地区。

3 工作技术、方法

3.1 广域电磁法技术研究概况

广域电磁法是基于不同岩性间电性的差异区分并预测地层分布、构造特征的勘查技术手段，于金属矿山、油气、空区断裂等有较广泛的应用前景，电流源广域电磁法野外工作方式示意图见图2、图3。

图2 广域电磁法场分布示意图

图3 广域电磁法信号接收示意图

3.2 物性采集

本次工作，为了解矿区岩石的物性情况，共测定了102块岩心标本的电阻率（Ω·m），包含地层、矿石标本共计10类。测定结果见表3。

表3 大红山铁矿标本物性参数统计表

不同岩性间电阻值差异较大，具备较好的地球物理前提条件。

3.3 地面高精磁剖面测量

矿区主要目标矿体为磁铁矿，具有较大的磁异常，为了后期的广域电磁法解译成果，在对应广域测线剖面，增加高精度磁测，进行联合解译，增加解译精度。

3.4 广域电磁工作方法

广域电磁仪器能够测量包括12个频组80个频率（其中7频组和3频组，6频组和2频组，5频组和1频组，4频组和0频组各重叠了一个频率），频率范围8 192Hz-5/512Hz，各个频率分布及每条数据显示间隔时间见表4。[6]

表4 广域电磁法数据采集频组

本次野外数据采集11、10、9、8、7、6、5、4、3频组共62个频点。

4 广域电磁法资料处理与反演

4.1 处理解释流程

本次资料处理和反演解释采用图4所示的流程。

图4 广域电磁法数据处理流程图

4.2 数据预处理

数据的预处理是对原始资料的一种再认识过程，它是资料处理过程中必经的一步工作，后续的一切定性的与定量的解释工作都是建立在这一基础之上进行的。经去噪处理、静态校正、地形校正等，剔除异常值后得到数据预处理结果。[7]

4.3 定性分析

频率-视电阻率拟断面图是根据各个数据采集点的视电阻率按等值圈定而得。根据断面图可得到沿垂向电阻信息、层位起伏、构造产状等信息。低频测深等值线分布于地层起伏呈正相关，而等值线突变则预示着断层的存在，在浅部犹为精准，故断面图上可有效读取断层的浅部起始点。各层位电性差异越大，断面图越准确[8]。

4.4 反演解译

通过对实测视电阻率的剖析，结合区内地物钻研究结果，设定基准地电模型并求出模型的理论视电阻率，分析实际与理论值。不断改变初始模型直到实际值与该模型计算值偏差达到最小，此模型即为所求反演图，该模型可量化读取地下各个电性体的赋存特征。

4.4.1 一维反演

一维反演是假设大地电性结构为一维的，即电性水平方向始终一致，仅随纵向深度变化。将电性体纵向划分成多个小层。利用软件自动拟合得到最佳大地电磁响应函数，即可求取每小层电阻。

4.4.2 二维反演

二维反演是设电性体在勘探线水平垂向为固定值，在勘探线延伸方向及纵向上可变。二维反演可更真实的模拟实际地电特征。

4.4.3 综合信息建模

二维层状介质反演是基于连续介质反演的地质认知上，对连续介质划分成区，设定地电-地质模型，做二维反演，来校正初始地质分析。而综合信息建模就是基于实验结果与原有综合地质信息，重新定义电性层位与断裂的地质信息，得到最终的地电模型。

5 综合地质解释

5.1 剖面综合解释

本次共布设3条广域电磁法测线，测线编号自西向东，分别为GY01、GY03、GY02，测线平行分布，GY01与GY03相间1 800 m，GY03与GY02相间730 m，点距为40 m。

通过原始数据测深曲线（图5），可以对数据质量进行整体评估，对于地层电阻率的横向和纵向变化也有较好反映。横向继承性较好的地段体现地层连续岩性单一，局部变化大的地段体现岩性及构造复杂。

图5 大红山铁矿广域电磁法GY01线频率-视电阻率测深曲线图

频率-视电阻率拟断面图，是反应测点频率与电阻率的对应关系，从（图6）可以看出，拟断面NW端由浅至深大致呈现中低电阻率到高电阻率的电性特征，SE端高频反应中高阻，低频反应中低阻电性特征。尤其是测线NW段电性横向连续性较差，视电阻率等值线密集、扭曲和畸变系断裂反映，说明该段构造发育[9]。

图6 大红山铁矿广域电磁法GY01线频率-视电阻率拟断面图

从GY01测线的二维反演拟断面（图7）可以看出，垂向电性异常反映明显，横向电性层位较清晰。NW段的电性特征为：浅部中低-中高阻，中部显示高阻，深部地层为中阻。SE段的电性特征为：浅部呈中低阻、中部中高阻、深部低阻特征。

图7 大红山铁矿广域电磁法GY01线二维反演拟断面图

地面高精度磁测曲线（图8）显示在40-120号测点之间的磁场强度最高，此处位于深部熔岩铁矿赋存部位，与已知地质情况完全吻合。

图8 大红山铁矿GY01线地面高精度磁测ΔT曲线图

结合矿石的物性测量电性特征，磁铁矿石为低阻高极化特征，但在含磁铁矿的断层带和地层，地面电法采集数据所得的视电阻率值却不是表现为明显的低阻。这是因为本区内磁铁矿完全被厚大且高电阻的辉长辉绿岩包裹（如图9），而电法往往会存在明显的体积效应[10]。

图9 大红山铁矿广域电磁法GY01线解译综合剖面图

广域电磁法对构造有着灵敏的反应，表现在剖面图上有较清晰的电性差异。

通过对矿区各类岩石的物性测量（表3）及测线位置的地质资料分析，得出GY01线反演解译综合剖面（图9）。同样的，从图10、图11、图12、图13可得到GY02线反演解译综合剖面（图14）；图15、图16、图17、图18分析得到GY03线反演解译综合剖面（图19）。

图10 大红山铁矿广域电磁法GY02线频率-视电阻率测深曲线图

图11 大红山铁矿广域电磁法GY02线频率-视电阻率拟断面图

图12 大红山铁矿广域电磁法GY02线二维反演拟断面图

图13 大红山铁矿GY02线地面高精度磁测ΔT曲线图

图14 大红山铁矿广域电磁法GY02线解译综合剖面图

图15 大红山铁矿广域电磁法GY03线频率-视电阻率测深曲线图

图16 大红山铁矿广域电磁法GY03线频率-视电阻率拟断面图

图17 大红山铁矿广域电磁法GY03线二维反演拟断面图

图18 大红山铁矿GY03线地面高精度磁测ΔT曲线图

图19 大红山铁矿广域电磁法GY03线解译综合剖面图

5.2 成矿分析

5.2.1 地层分析

大红山群是矿区的主要含矿地层，大红山铁矿主要产于大红山群红山组地层中，铜矿产于大红山群曼岗河组第三岩性段内，受地层岩性接触带控制。可通过在广域电磁法测深剖面上区分具有电性差异的地层和不同岩性的界面，标定有利含矿层位。

5.2.2 构造分析

EW向的F1、F2、大红山向斜、底巴都背斜是本区的主干构造，也是区内主要的导矿、配矿、容矿通道。红山期的成岩成矿运动以及后期在本区叠加的龙川和晋宁运动，都对铁铜矿的富集起作用。查明EW向构造在地底的形态特征及对成矿的影响，是指导圈定大红山铁矿深部及外围潜在成矿有利区的关键。

5.2.3 岩浆岩分析

岩浆岩尤其是辉长辉绿岩与白云石钠长石岩与本区铁矿成矿关系密不可分，由区内地质平剖面图可见，铁矿被辉长辉绿岩紧紧包裹。岩浆分异晚期富含碳酸盐的高温热液对岩体本身、接触带及围岩发生交代、钠化作用，置换出铁并富集，也对原有矿体发生熔融改造，使巨大的Ⅱl等铁矿更加富集。由此可见，高电阻率的辉长辉绿岩与CN附近也是寻找铁矿体的重要部位。

5.2.4 成矿有利区圈定

本次工作主要以寻找铁矿体为目标，圈定成矿有利部位及具有良好成矿可能的地区，以区域地质背景、成矿地质环境和控矿因素为前提，利用以往地质资料结合本次广域地质综合解译成果来圈定靶区。

通过与地质剖面A34重合部位进行对比分析发现，矿体大致处于中高阻所包含的中低阻内。已知地质剖面内矿体产在大红山向斜核部，相同位置的广域反演剖面电性特征也明显表现为向斜形态（图20），表明广域电磁法在此处探测的有效性。向斜位置与地面高精度剖面磁测成果对比，对应高异常位置，吻合性亦较好。

图20 已知地质剖面A34（上）与GY01测线（下）反演解译剖面对比图

结合区域地质资料和成矿模型，参考地面高精度剖面磁测，在3条广域测线反演剖面图上优选了4处成矿有利区。将异常区分为甲、乙、丙三大类。

（1）甲类异常区

甲-B1：位于广域GY01测线（图21），为已知Ⅱ1主矿体矿致异常。作为参照指导圈定成矿有利区。

图21 大红山铁矿广域电磁法GY01测线异常区圈定

（2）乙类异常区

在矿权外围东边，根据区域地质资料和广域反演剖面图视电阻率变化趋势，圈定了两个乙类异常。在GY02测线剖面上圈定了乙-B2异常区（图22），位于广域GY02测线北西段（测点156-212，标高400～700 m）。在GY03测线剖面上圈定了乙-B3异常区（图23），位于广域GY03测线北西段（测点32-92，标高-200～100 m）。

图22 大红山铁矿广域电磁法GY02测线异常区圈定

图23 大红山铁矿广域电磁法GY03测线异常区圈定

含铁火山岩（磁铁变钠质熔岩）地磁强度较大，背景值高[11]，地磁强度在1 000 nT以上的多为矿异常，是指示铁矿存在的标志。这两个异常区范围对应的磁异常强度都超过了1 000 nT（图12、图18）。从视电阻率的变化趋势和形态来分析，乙-B2和乙-B3本身的电性特征都表现为中高阻内包含中低阻，与已知的矿致异常表现的电性特征类似，同时都伴随发育断裂构造带。通过电性特征的形态和切割深度推测，经过乙-B2和乙-B3的断裂带属于东西向构造。东西向基底构造既是控矿构造又是隆起构造，可作为本区找矿的构造依据。

（3）丙类异常区

丙类异常区共圈定一个（图21）：丙-B4位于广域GY01测线北西段（测点140-200，标高－1 500—－1 300 m）。丙-B4异常区位于矿区外围南边推测的红山组地层内，F1断裂为深部铁矿的南部边界。

6 结论及建议

6.1 结论

本次共完成广域电磁法剖面3条，总长度16.080 km，物理点共402个，质检点17个，质检率4.23 %。平均相对误差0.9 %。取得了勘探深度3 000 m以内的以下成果：

（1）根据反演剖面结合地质资料推断区内地层可分为9个电性体并结合已有地质资料详细分层。

（2）根据广域电磁法频率-视电阻率拟断面图、反演综合剖面图及相关地质资料等，本区共划分出18条断层带。其中与工区已知对应的断裂构造4条，未控制或隐伏构造14条。

（3）根据对该工作区已有地质资料的综合分析和研究，结合3条广域电磁法测线的成果和地面高精磁剖面测量成果，根据广域电磁法的电性异常特征和磁异常，排除非矿致异常，圈定4处异常区为找矿有利区，并划分了等级。

6.2 存在问题与建议

（1）工作区地质情况较复杂，次级构造发育，部分断裂破碎带厚度小，再加上电磁法本身分辨能力的限制，这些因素都会对解释结果和精度造成不利的影响。

（2）电法勘探具有多解性，建议在利用此次工作成果的同时，综合考虑各种地质、地球物理等资料进行分析研究。

（3）从现有广域电磁法测线测量成果来看，矿区南部中深部存在大面积低阻异常，推测为早元古代地层受热卤水的影响整体电性特征显示为低阻，由于电法的多解性和其他勘探手段在深部的局限性，无法进行层位的细分，不利于对矿区构造格架进行整体把控。建议加强综合地质研究，厘定成矿构造期次及其控矿作用与地位，系统分析赋矿岩系的岩性、产状及其与控矿构造的匹配关系。综合分析各类地质体、地质构造的电磁学信息响应特征。为进一步找矿工作的开展，提供直接依据。