音频大地电磁测深法在鲁南地区金伯利岩勘查中的应用.doc

音频大地电磁测深法
在鲁南地区金伯利岩勘查中的应用

张健桥，史忠民，曹春国
（山东省物化探勘查院，山东 济南 250013）

摘要：本次勘查区位于鲁南地区的金刚石找矿Ⅰ级预测区内，该区东临沂沭断裂带、且位于蒙阴金刚石原生矿带的南延带上，成矿地质条件较好。通过对蒙阴已知金刚石矿区和其它地区所做的岩石物性测量结果的分析，得知金伯利岩岩管与围岩有着明显的电阻率差异，使得利用音频大地电磁测深法进行深部勘查有着充分的地球物理前提依据，最终圈定近于直立且下延较深的低阻异常体，成为寻找该区金伯利岩金刚石的重要标志。
关键词：金刚石原生矿，金伯利岩岩管，音频大地电磁测深，低阻异常体，找矿标志

当前，寻找金刚石矿床已成为我国找矿工作的重点之一，相应找矿难度也较大。纵观世界各国的找矿经验及我们研究的综合勘查模式，地球物理勘查始终占据着重要的地位。目前，就山东省鲁南地区已知金刚石矿床的成矿特点，高分辨率、勘探深度大的地球物理方法的应用已迫在眉睫。因此，基于天然场源的音频大地电磁测深法（AMT），通过对地面电磁场的观测，来研究地下岩矿石电阻率的分布规律，将成为寻找金伯利岩的行之有效的地球物理探测方法。
1 矿区地质概况
本次勘查区位于华北地台（Ⅰ）东南部的山东部分、鲁西台背斜（Ⅱ）的南部，即尼山隆起（Ⅳ）区之临沂穹断（Ⅴ）东北部，东侧50公里为沂沭断裂带（Ⅲ）。区域地层主要有古生界寒武系、奥陶系及新生界第四系，各地层岩性由老至新分别为李官组（∈L）、朱砂洞组（∈）、馒头组（∈M）、张夏组（∈j）崮山组（∈jG）、炒米店组（∈j）、三山子组（∈—OjS）、马家沟组（OM）。该地区岩管周围广泛出露寒武系三山子组C段白云岩，其下岩性由灰岩、砂岩、页岩等组成。工作区内发育有两条构造角砾岩带和两条断裂构造，构造角砾岩带一条近南北向，位于岩筒的西侧，另一条位于岩筒的东北侧，展布方向为北西向；两条断裂构造平行分布于岩筒的东南侧。除在岩管内见有凝灰角砾岩、凝灰岩、角砾凝灰岩外，区域上岩浆岩不发育。
2 地球物理特征
2.1 磁场特征
在远离岩管的灰岩地层上，△T磁场显示强度为－10nT的平缓背景场，在穿过岩筒中心部位的东西向磁测剖面上，显示围岩和岩筒有明显的磁性差异，岩筒上靠近西边界5米处，显示20～35nT的低缓正磁异常。在平面图上，岩筒上东南角部分△T磁场值高达719nT，由10nT等值线圈定的正磁异常呈直径约40m的等轴状，且在正异常北侧伴生强度约－100nT的规整负磁异常。在正异常中心钻探揭露，测得68米深度处岩石磁化率1500～3500×10-64πSI，82m～84m处岩石磁化率2500～5200×10-64πSI，因与凝灰角砾岩混染且风化严重，未能对磁性岩石定名，但种种迹象表明磁性岩石可能为后期继承性喷发的安山岩，从其形成的磁异常特征看，异常源应为100m以浅、向南倾斜的柱状磁性体，但该磁性岩体并不能说明深部岩体的性质。
2.2 电性特征
测区内未做过系统的电法勘探和岩石电参数测量工作，但从蒙阴已知金刚石矿区和其它地区所做的岩石物性测量结果（见表1）看，各种金伯利岩的电阻率一般在50～530Ω·m之间，凝灰角砾岩电阻率一般在几百～几千Ω·m之间，灰岩、白云岩电阻率在1000～几万Ω·m以上。也就是说如果岩管深部有金伯利岩存在且具有一定的规模，它与围岩和上覆凝灰角砾岩间的电阻率差异将有可能在地表被观测到，这也正是我们利用电法勘探在本区探查金伯利岩的地球物理前提。
蒙阴金刚石矿区及其它地区岩矿石物性测定统计表 表1
标 本 名 称
电 阻 率ρ（Ω·M）
金伯利岩角砾岩
280
金伯利碳酸盐岩角砾岩
530
斑状金云母金伯利岩
60～70
含岩球的斑状金云母透辉石金伯利岩
80～100
含围岩碎屑的斑状金伯利岩
50
石灰岩
1000～40000
凝灰角砾岩
408～4579
安山岩
727～2820
流纹岩
8626
花岗岩
1500～11404
二长花岗岩
2000～11404
苦甘玄武岩
1479
橄榄霞石岩
42605～100732
玄武岩
60～2424
3 工作方法及参数选择
3.1 AMT勘探原理及推断解释原则
音频大地电磁测深（AMT）法所观测的物理参数是测点上的感应电场和感应磁场，而测得的电、磁场强弱变化又与地下岩（矿）石的电性分布有关。由于天然电磁场的频谱在104Hz～10－4Hz之间大致连续变化，当采集时间充足时即可获得勘探深度范围内不同深度上的电磁场响应数据。通过对实测电、磁场数据转换处理，最终计算出测点下方不同深度的视电阻率参数，该参数与常规电法视电阻率参数物理意义相同，成果的解释推断原则亦相同。
本区探测的目标地质体是高阻围岩中相对低阻的金伯利岩岩管，按照金伯利岩和围岩的电性特点，以及金伯利岩的产状规律和形态特征，本区推断金伯利岩的物探异常标志为：在断面等值线图上表现为近于直立的、下延深度较大的低阻“U”形状、漏斗状、带状、鸡尾酒杯状等；在水平切面等值线图上表现为似圆状、似椭圆状低阻异常。当实测成果图上出现上述符合金伯利岩产状规律的低阻异常存在时，有必要对其进行深入研究。
3.2 方法技术选择
在野外工作之初，首先过岩管中心选择了一条南北向试验剖面，试验内容包括：①通过了解方法的有效性选择工作方式；②确定最佳的采集时间和工作参数设置；③观察异常在断面图上的位置确定剖面的长度和端点坐标。试验投入的工作方法为：CSAMT和AMT。试验结果如图1：

图1 试验剖面对比图（左图为AMT结果，右图为CSAMT结果）
由以上CSAMT和AMT试验剖面电阻率断面图可以看出，两种勘探方法均对600m以浅的低阻层和600m～1000m段的电性不均匀层反映明显，但在1000m以下可控源音频大地电磁测深（CSAMT）已不能显示地层沿水平方向的电阻率变化，各点电阻率参数曲线也在该深度出现近场特征，说明CSAMT在该区的有效勘探深度不超过1000m。而对于天然场音频大地电磁测深（AMT）测得的电阻率断面图直至3000m深度，依然能够反映电阻率沿水平方向的变化，显示了岩管出露区下方的低阻柱状异常和高阻围岩的电性变化特征。说明在本工作区AMT法能够满足勘探深度不小于2000m的技术要求。因此，选择AMT方式投入野外工作，采样时间全区统一为30分钟，TE、TM采样电极距统一为40m，南北主剖面长700m。
4 AMT剖面资料解释
在南北向穿过岩管中心的4270剖面上，天然场音频大地电磁测深AMT电阻率等值线断面图（图2）清晰地显示了沿剖面0～3000m深度范围内的电性变化特征。现分析说明如下：
（1）地表至250m深度范围内，为零乱的、高低阻相间的电性层。与该区地层资料对比，此深度范围大致对应寒武系上部三山子组C段白云岩和崮山组中厚层灰岩地层。
（2）250m～600m深度范围内，显示近乎均匀的、250Ω·m左右的低阻电性层。按照地层资料该范围应属寒武系张夏组――馒头组地层，由于本区构造裂隙和岩溶发育，该深度范围内的实测电阻率偏低，另外，也不排除低阻火山岩顺层侵入的可能性。
（3）600m～3000m的深度范围内，显示了巨厚的高阻围岩和近乎直立的、随深度逐渐加宽的低阻异常带。结合该区的地质资料，推断该区600m以下有规模较大的高阻侵入岩体存在。推断断面中的直立低阻带状异常，可能是高阻岩体中的低阻岩管或古火山构造引起。
图2 4270剖面ρ断面图
为验证南北向剖面所圈低阻异常的可靠性，了解深部低阻异常的产状和水平宽度，过南北向剖面显示的低阻异常中心布置了东西向测量剖面一条。测量结果说明，该剖面断面图特征与南北剖面大同小异，在对应岩管出露位置，近地表出现低阻异常，地表～250m深度范围内电阻率变化较大，在250m～650m范围内显示低阻层，650m以下显示巨厚的高阻地质体特征。在出露岩管正下方高阻围岩隆起并出现直立的低阻带状异常，其状如火山口纵切面图。这说明在出露岩管下方存在的低阻地质体在水平方向上没有走向延伸，这就排除了深大低阻断裂引起异常的可能性。
5 地质、物探综合解释
本次物探勘查的岩管位于金刚石找矿Ⅰ级预测区内，该区东临沂沭断裂带、且位于蒙阴金刚石原生矿带的南延带上，成矿地质条件较好。在岩管周围发现了大量的金刚石及指示矿物，确认该岩体是一个经自然重砂异常追索并经工程揭露和试验测试鉴定所确定的具金伯利岩型矿床特征的可疑岩体，是富含金刚石指示矿物和挥发组份且具喷发成因的管状岩体，岩性为偏碱性富钾质的超基性岩。由于火山口相富含围岩组分和遭受强烈蚀变的原因加上有燕山期安山岩的继承性喷发混染，使地表岩体的金伯利岩岩性受到强烈改造。据此，金刚石地质找矿专家推断在岩体深部500m以下，岩管颈部有岩石纯度较高的熔岩状金伯利岩存在。地表深达300m以上的凝灰岩、角砾凝灰岩、凝灰角砾岩将逐渐被深部典型产状金伯利岩所取代。
从这个地质体的空间形态及实测电阻率值进行分析，得知，各剖面断面图上显示的低阻管状地质体的围岩电阻率均在2500Ω·m以上，显示了巨厚而完整的高阻岩体的电性特征，根据地表岩管中发现有花岗岩捕虏体的事实，推断深部岩管的高阻围岩为花岗岩。高阻围岩中低阻地质体的空间形态及推断岩管产状，可在“岩管各深度水平切面电阻率等值线图（附推断岩管产状示意图）（图3）”上清晰显示。图中圈出的各水平切面上呈似圆状分布的低阻异常区，在900m以下的高阻围岩中有清晰连续的显示，且由上而下低阻异常区的面积逐渐增大，说明引起异常的原因并非低阻构造，而是由下粗上细的低阻岩管引起。由于在1000m～2000m深度范围内岩管中心位置的电阻率值约为63Ω·m。根据蒙阴金刚石矿区及其它地区几种有可能在岩管中出现的岩石的电阻率参数统计表（表1）可知，只有金伯利岩和玄武岩具有100Ω·m以下的低阻特性，因此岩管为金伯利岩和玄武岩的可能性较大。结合该区良好的金刚石成矿条件和地表发现大量金刚石及指示矿物的有力证据，推断出露岩管正下方存在较高纯度的熔岩状金伯利岩的可能性较大，且呈上细下粗、下延深度较大、水平截面并不规则的岩管状，岩管顶部在600m以下，这与地质专家的推断完全吻合。

图3 岩管各深度水平切面电阻率等值线图（附推断岩管产状示意图）
5 结语
（1）本次物探勘查结果与该区金伯利岩金刚石原生矿矿地质成矿条件及地质专家的推断完全吻合，但还需加大勘查范围并用深钻揭露该深部低阻异常体是否为金伯利岩金刚石矿。
（2）AMT法观测频带宽，纵向分辨率高，勘探深度大，受低阻或高阻覆盖层影响较小，对寻找深部低阻异常体是行之有效的。
（3）AMT是张量测量，对二维构造反应比较逼真，采用TM、TE两种模式观测，故能较真实的反应地质规律。
（4）金伯利岩岩管是大量的气相气体及液相岩浆、流体捕获着固相固体物质螺旋式上升，在地壳上部持续隐爆的最终产物。
（5）岩管群向下延伸，最终合成一体，且结合部位岩管的体积增大，说明隐爆产生的空间足够大时隐爆会在多个点发生、发展，进而出现岩管群。
参考文献：
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[5] 张培强.山东金伯利岩岩管成因.中国地质大学（北京）博士学位论文.中国地质大学（北京），2006年.
Application of Audio-frequency Magnetotellurics Method
in the Exploration of Kimberlite in Lunan Area
ZHANG Jian-qiao,SHI ZHong-min，CAO Chun-guo
（SHandong Institute of Geophysical and Geochemical Exploration，Shandong Jinan 250013，China）

Abstract：The prospecting region is located in the diamond prospecting Ⅰ level forecasting area in Lunan area，it lies to the east of Yi-SHu fault belt，and is located in the southward of MengYin diamond native ore belt，the ore-forming geological conditions are good. Through the petrophysical measurement result analysis of MengYin known mining and other areas of diamond,and know the kimberlitic pipes and surrounding rock having apparent resistivity discrepancy, and they make using audio-frequency magnetotelluric sounding method for deep exploration having fully geophysical prerequisite basis，and finally delineate the anomalous low resistivity that is nearly upright and deeper under the extension，which becomes an important indicator of finding kimberlite diamond in the area.
Key words: Diamond native ore;kimberlitic pipes;audio-frequency magnetotellurics; anomalous low resistivity;prospecting symbols
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