可控源音频大地电磁法在鄂东南封三洞铜矿深部找矿中的应用.pdf

收稿日期:2 0 2 2 0 8 1 7;改回日期:2 0 2 3 0 2 1 6;责任编辑:王传泰作者简介:蒋型义(1 9 8 6),男,工程师,学士,长期从事固体矿产勘查工作。通信地址:湖北省武汉市青山区和平大道1 2 5 0号,中国冶金地质总局中南地质调查院;邮政编码:4 3 0 0 8 1;E-m a i l:5 0 4 2 6 2 2 4 5q q.c o md o i:1 0.6 0 5 3/j.i s s n.1 0 0 1 1 4 1 2.2 0 2 3.0 2.0 1 5可控源音频大地电磁法在鄂东南封三洞铜矿深部找矿中的应用蒋型义1,蔡克杰1,杨朋2,肖德长1,黄丽梅3(1.中国冶金地质总局中南地质调查院,武汉 4 3 0 0 8 1;2.中南冶勘资源环境工程有限公司,武汉 4 3 0 0 8 1;3.中冶华亚建设集团有限公司,武汉 4 3 0 0 8 1)摘要:丰山铜矿是一个开采历史悠久的老矿山,需要接替资源勘查。基于在鄂东南封三洞铜矿矿区开展可控源音频大地电磁测深(C S AMT)找矿工作,结合矿区地质特征对反演图进行推断解释并圈定成矿有利部位,经后期地质勘查工作验证取得较好的找矿成果。因此,可控源音频大地电磁测深为封三洞铜矿的深部找矿工作打开了找矿思路。关键词:可控源音频大地电磁测深;深部找矿;封三洞铜矿;鄂东南中图分类号:P 6 1 8.4 1;P 6 3 1.3 2 5 文献标识码:A0 引言矽卡岩型矿床是我国重要的矿床类型,主要分布在我国东部,沿大地构造单元中的岩浆岩活动带展布,矿床规模大且矿体形态复杂,涉及铁、铜、金、铅、锌、钼等多种金属矿产,其中铜矿床占我国主要矽卡岩型矿床3 0%。长江中下游铁铜金成矿带是重要的产区之一。鄂东南封三洞铜矿位于我国长江中下游铁铜金成矿带1,是一个开采历史悠久的老矿山,资源储量越来越少,需要接替资源勘查。前人已开展过许多研究工作2,并取得了一些进展3。随着物探技术的应 用 发 展,特 别 是 可 控 源 音 频 大 地 电 磁 测 深(C S AMT)方法在地质找矿中的广泛应用48,在封三洞铜矿区深部找矿中拓展对矽卡岩型铜矿找矿突破具有重要意义。本文基于封三洞铜矿区以往的可控源音频大地电磁测深(C S AMT)工作,结合矿区地质特征,对反演图进行推断解释并圈定找矿有利部位,力图为鄂东南封三洞矿区深部找矿工作提供思路。1 区域地质特征研究区地处扬子准地台下扬子台褶带西端。该台褶带为中朝准地台与扬子准地台之间夹持的一个向南突出的弧形断裂坳陷带,其由NW向襄樊广济大断裂(X G F)、N E向郯庐大断裂(T L F)及南侧北东向阳新常州大断裂(Y C F)限定。该区在成矿区划上即“长江中下游成矿带”。区域构造奠定了成矿带西部的构造以NW向、EW向构造为主,东部的构造以NW向构造为主的构造格架,并控制了成矿带内岩浆岩、矿体的空间展布(图1)。鄂东南封三洞铜矿位于弧形断裂坳陷带前沿。2 矿区地质特征封三洞铜矿区位于呈近东西向的紧密线状褶皱带中的立头复式倒转向斜轴部,该复式倒转向斜在第3 8卷 第2期2 0 2 3年6月:2 4 9 2 5 5 地 质 找 矿 论 丛 C o n t r i b u t i o n s t o G e o l o g y a n d M i n e r a l R e s o u r c e s R e s e a r c h V o l.3 8 N o.2J u n.2 0 2 3:2 4 9 2 5 5图1 长江中下游成矿带地质简图(据文献1,改编)F i g.1 G e o l o g i c a l s k e t c h o f m i d d l e-l o w e r r e a c h o r e b e l t o f Y a n g t z e R i v e r矿区压缩最为紧密,向东向西均逐渐舒张,构成近于对称的双喇叭形,它由若干个正常、同斜、倒转的次级背向斜组成9。封三洞岩体正好处于构造作用最为强烈的压扭地段,直接受褶皱立头倒转向斜、次级柯家塘倒转背斜和竹林塘倒转向斜控制(图2)。图2 封三洞矿区地质简图F i g.2 G e o l o g i c a l s k e t c h o f F e n g s h a n d o n g m i n i n g d i s t r i c t1.中下三叠统嘉陵江组(T12j);2.花岗闪长斑岩();3.角砾岩;4.铜矿体;5.背斜;6.向斜;7.勘探线及编号(1)地层矿区内出露地层较为简单,除第四系残坡积、冲积层、人工堆土层外,仅有下三叠统大冶组(T1d y)、中下统嘉陵江组(T12j)碳酸盐岩地层出露9。其中嘉陵江组(T12j)薄 中厚层状第一、二段碳酸盐岩地层与矿区成矿关系密切。(2)构造矿区褶皱构造以紧密线状褶皱为主,构造线方向呈2 8 5 方向,由北向南依次为大垅倒转向斜、仙人洞倒转背斜、立头倒转向斜、柯家塘倒转背斜、竹林塘倒转向斜等,其中立头倒转向斜与矿区成矿关系密切。受大地构造运动及后期岩体侵入影响,剖面上南缘碳酸盐岩地层褶皱构造明显,北缘碳酸盐岩地层则产状较单一。断裂构造不发育且规模不大,主要形成于成矿之前,对矿体无明显破坏作用。(3)岩浆岩矿区岩浆岩主要为燕山期中酸性岩浆岩,岩性以花岗闪长斑岩()、石英闪长斑岩()为主。平面上呈纺锤体状NWW-S E E展布,倾向SW,东西向出露长度约2 2 0 0 m,中部最大宽度约8 0 0 m,向东、西两侧逐渐缩小汇合,出露面积约0.9 k m2;剖面上岩体浅部呈蘑菇状,深部近乎直立。受南、北缘构造差异,岩体沿南缘褶皱轴面、断裂等构造薄弱面侵入接触带呈叠瓦状,北缘因构造简单接触带呈弧钩状。(4)围岩蚀变矿区围岩蚀变对碳酸盐类岩石来说,主要表现为大理岩化、矽卡岩化;对花岗闪长斑岩类岩石来说,则主要表现为高岭石化、绿泥石化、绢云母化、碳酸盐化。矿区岩矿石呈现出一定的分带性,自岩浆岩体中心向外,岩性上表现为花岗闪长斑岩蚀变花岗闪长斑岩矽卡岩化花岗闪长斑岩矽卡岩矽卡052地 质 找 矿 论 丛2 0 2 3年岩化大理岩大理岩大理岩化灰岩灰岩。3 矿区地球物理特征前人在该区进行了大量的物性标本采测,采用泥团法测量电性参数,利用质子磁力仪测定磁性参数。岩矿石的电性和磁性特征分别见表1和表2。(1)电性特征区内的灰岩,包括白云质灰岩、硅化灰岩、大理岩、角砾岩具有低幅频率、高电阻率的电性特征;花岗闪长斑岩具有中低阻、低极化的电性特征;各类矿石具有高极化率、低电阻率电性特征。各类矿石与围岩有明显的差异,矿石幅频率比灰岩、大理岩、角砾岩高出85 0倍,而围岩电阻率比矿石高5 01 0 0倍。本区的岩矿石存在着明显的电性差异,该区具有开展电法工作的物性前提1 0。(2)磁性特征统计结果表明,本区以含铜磁铁矿表现为强磁异常(2 0 0 0 n T以上),矽卡岩型铜矿石、含铜磁黄铁矿石表现为中低磁异常(2 0 0 n T1 0 0 0 n T),围岩则表现为低磁异常(2 0 0 n T)。矿石与大理岩围岩相比其磁性可高出2 0倍,与花岗闪长斑岩相比其磁性可高出8倍以上。表1 封三洞矿区岩(矿)石电性参数特征T a b l e 1 C h a r a c t e r i s t i c s o f e l e c t r i c p a r a m e t e r s o f r o c k a n d o r e o f t h e m i n i n g d i s t r i c t岩矿石名称幅频率F s(%)变化范围几何平均值电阻率s(m)变化范围几何平均值大理岩0.8 4.22.03 2 8 1 1 2 2 1 55 7 9 6角砾岩0.6 4.01.64 8 0 2 7 4 9 17 7 3 9黑色灰岩1 0 0 0 0硅化灰岩0.3 5.41.52 0 9 6 2 9 0 4 37 3 6 2白云质灰岩0.5 3.81.21 6 0 6 1 8 8 7 06 3 8 0花岗闪长斑岩0.1 4.21.23 5 1 0 4 05 8 5铜矿化花岗闪长斑岩0.9 3 6.56.06 4 1 7 7 88 2 0含金矽卡岩铜矿石1.1 8 4.41 5.81 6 9 4 51 0 6含金铜黄铁矿石1.6 1 1 43 21 3 1 62 4含金铜铅锌黄铁矿石1 4.5 1 8 06 7.92 4 0 01 8角砾岩型铜矿石7 2 1 2 69 91 5 1 51 5 注:数据来源于 湖北省阳新县丰山铜矿接替资源勘查(封三洞铜矿深部普查)报告。表2 封三洞矿区岩矿石磁性参数特征T a b l e 2 C h a r a c t e r i s t i c s o f m a g n e t i c p a r a m e t e r s o f r o c k a n d o r e o f t h e m i n i n g d i s t r i c t岩矿石名称(4 1 0-6S I)变化范围统计值J r(1 0-3A/m)变化范围统计值大理岩2 1 1 0 84 90.4 2 2 86矿化大理岩2 4 2 15 40.4 2 67蚀变大理岩1 3 2 9 8 3 42 6 81 1 8 81 7大理岩角砾岩1 2 5 9 8 2 11 2 70.9 2 9 1 56矿化角砾岩0 3 1 5 32 3 71 3 47灰岩1 1 1 0 7 85 20.4 5 84花岗闪长岩1 1 8 8 6 21 6 22 5 86蚀变花岗闪长斑岩1 5 1 3 7 3 71 5 40.6 1 6 47铜矿化花岗闪长斑岩6 4 9 7 4 72 7 95 2 2 2 2 71 8 7矽卡岩型铜矿石1 2 4 3 2 2 9 43 1 0 63 3 0 63 9含铜磁黄铁矿石5 5 3 4 5 0 01 2 4 91 8 3 02 7含铜磁铁矿石1 1 0 4 6 3 1 3 6 9 9 8 0 51 1 7 9 4 6 41 4 4 8 3 4 1 0 2 82 2 6 3 4 注:数据来源于 湖北省阳新县丰山铜矿接替资源勘查(封三洞铜矿深部普查)报告。152第3 8卷 第2期蒋型义等:可控源音频大地电磁法在鄂东南封三洞铜矿深部找矿中的应用 本区矽卡岩、矿化矽卡岩与含铜磁黄铁矿磁性相近,矽卡岩、矿化矽卡岩往往与铜矿体同时产于接触带附近,故由矽卡岩、矿化矽卡岩产生的异常往往叠加在矽卡岩型铜矿体产生的磁异常之上,使异常范围扩大。产于外接触带的铅锌多金属矿、含金黄铁矿、含铜大理岩因其多为脉状赋存于大理岩、灰岩围岩中,其磁性与围岩一致,均为弱磁性,不能产生明显的磁异常。图3 C S AM T联合剖面图F i g.3 T h e i n t e g r a t e d C S AMT p r o f i l e4 技术与方法利用G D P 3 2型电法工作站开展可控源音频 大 地 电 磁 测 深 工 作,频 率 在0.0 0 0 1 2 1 H z到8 KH z之间。野外工作方式采用标量阵列式,即电偶源发射,多电道一磁道接收。测深剖面的测线方位角与矿区勘探线方位角一致,测量点距为4 0 m,发射偶极长度为7 1 2.7 m,收发距离5 2 7 96 5 5 1 m。5 异常解释及勘查验证(1)异常解释“全国危机矿山接替资源找矿项目”曾在封三洞矿区3、5、7、8、9、1 1、1 3、1 5、1 6、1 7线等1 0条重点剖面开展过可控源音频大地电磁测深工作。其目的,一是推断接触带形态、产状变化特征,特别是舌状体岩凸构造产出部位、形态、大小等;二是推断深部隐伏岩体的形态、产状特征,以便为钻探工程布设提供依据。本文基于封三洞矿区的可控源音频大地电磁测深工作成果,通过对异常解释,力图对深部找矿工作有所帮助。根据反演结果,在剖面的南、北缘为灰岩(大理岩)高 阻 特 征,视 电 阻 率 均 在3 0 0 0 m5 0 0 0 m;剖面中部为岩体出露部位,呈现明显的低阻异常特征,视电阻率均在5 0 0 m以下,局部只有5 0 m。图3为1 0条剖面的C S AMT联合剖面图。1 0条剖面的电阻率异常大致呈现东侧3、5、7、8号勘探线低阻异常在深部向南倾、高阻异常分布于中北侧深部的特征,西侧1 1、1 3、1 5、1 6、1 7号勘探线剖面低阻异常在深部向北倾、高阻异常分布于南侧深部的特征,而9号勘探线正好位于东西两侧过渡位置。封三洞铜矿9号勘探线位于矿区中部偏东,根据以往 施工可知钻 孔 施 工 南 缘 最 大 揭 露 深 度 为-4 0 0 m标高,铜矿体呈透镜状、叠瓦状分布于岩体与围岩接触带,形态较北缘复杂;北缘最大揭露深度为-7 5 0 m标高,铜矿体呈似层状分布于岩体与围岩接触带,形态较简单。由9号线剖面可控源音频大地电磁测深二维反演及剖面地质特征得出:该剖面地表南侧出露岩性为大理岩、灰岩,电阻率具 高 阻 异 常 特 征,对 应 水 平 位 置 范 围 内 的-2 5 0 m-4 5 0 m标高,有一低阻异常,向南西未封闭,推断与后期岩脉侵入有关;低阻异常上方2 0 0 m-2 0 0 m标高高阻异常被相对低阻分割,推断与断层有关;-6 0 0 m、-1 2 0 0 m标高处存在高阻向低阻带凸起异常区,推测为大理岩舌状体前缘,为成矿有利部位。剖面地表中部出露岩性为花岗闪长斑岩,电阻率具低阻异常特征,局部位置呈现高阻 低阻交替变化的特征。前者反映了岩体本身呈低阻的电性特征,后者反映了岩体内部与角砾岩化大理岩交互变252地 质 找 矿 论 丛2 0 2 3年化的电性分布特征,这与以往钻孔揭露的岩体和角砾岩化大理岩交互变化是相似的。剖面地表北侧出露岩性为灰岩、大理岩,电阻率具高阻异常特征。-4 0 0 m-7 5 0 m标高的低阻异常通道将上下高阻异常割断,推断这一低阻通道与后期岩浆侵入有关;-9 0 0 m标高处存在高阻向低阻带凸起异常区,推测为后期岩浆上侵产状转折点,为成矿有利部位。根据可控源音频大地电磁测深反演结果,结合地质成矿规律,认为9号勘探线南缘高阻 低阻接触位置反映了岩体在围岩中反复穿插所形成的电性特征,深部高阻向低阻带凸起异常区为成矿有利部位(9 1异常带);北缘深部高阻向低阻带凸起异常区反映了后期岩浆上侵产状由陡变缓位置所形成的电性特征,岩体与围岩接触带为成矿有利部位(9 2异常带)(图4)。(2)勘查验证在封三洞铜矿区L 9剖面共施工4个钻孔,南缘、北缘各两孔,南缘控制最深标高为-1 2 0 0 m,北缘控制最深标高为-7 4 0 m标高(图5)。南缘钻孔于深部-5 0 0 m、-6 7 0 m、-9 0 0 m、-1 1 8 0 m标高分别揭露J 1、J 2、J 3、J 1 3号C u(M o)矿体,矿体均赋存于大理岩舌状体前缘与花岗闪长斑岩接触带,剖面上呈叠瓦状分布,J 1、J 1 3号矿体对应推断9 1异常带中深部高阻向低阻带凸起异常区。因此,南缘施工钻孔所揭露地层、矿体与可控源音频大地电磁测深推断是相符的。北缘钻孔除揭露已知5 0 1号矿体深度延深外,于深部-7 0 0 m、-9 0 0 m、-1 0 5 0 m标高分别揭露J 2 6、N 0 2、N 0 6号M o、C u(M o)或C u矿体,矿体赋存于花岗闪长斑岩与大理岩接触带或岩体内部矽卡岩化大理岩、矽卡岩化斑岩中,剖面上呈似层状,与可控源音频大地电磁测深推断92号异常存在差异。图4 封三洞铜矿9号勘探线可控源大地电磁测深视电阻率剖面图F i g.4 C S AMT a p p a r e n t r e s i s t i v i t y p r o f i l e a l o n g l i n e 9 i n t h e m i n i n g d i s t r i c t1.花岗闪长斑岩;2.大理岩;3.铜矿体及编号;4.视电阻率;5.异常及编号;6.钻孔轨迹线352第3 8卷 第2期蒋型义等:可控源音频大地电磁法在鄂东南封三洞铜矿深部找矿中的应用图5 封三洞铜矿9号勘探线深部勘查施工剖面图F i g.5 T h e o p e r a t i o n p r o j e c t d r a w i n g o f p r o f i l e a l o n g t h e l i n e 91.花岗闪长斑岩;2.大理岩;3.铜矿体及编号;4.视电阻率;5.异常及编号;6.钻孔轨迹线;7.施工钻孔轨迹线6 结语从地质勘查验证结果来看,虽然验证取得较好的找矿效果,但可控源音频大地电磁测深在封三洞铜矿区深部南北缘地质找矿中的应用效果是存在差别的,通过对比取得了以下认识:南缘电阻率反映的电阻率异常形态与接触带的产状对应关系明显,电阻率异常梯度带的变化反映了岩体与围岩接触带的变化趋势,其主要为岩体沿南缘褶皱轴面、断裂面等构造薄弱面侵入导致,本质则为岩体、矿体、围岩间电阻率存在较大差异。北缘电阻率反映的电阻率异常形态与接触带的产状存在差异,推断为岩体自南东至北西上侵且倾向南西导致北缘构造单一,岩体在上侵过程中沿大理岩裂隙贯入,使得北缘的接触带附近岩体与围岩电性差异不明显,致使北缘内外接触带整体呈现被低阻异常包围的形态。可控源音频大地电磁测深所反映的是矿区岩(矿)石电阻率变化特征,其无法判定地质意义上的接触带,高阻与低阻也只是相对而言,并非高阻即围岩、低阻即岩体。比如:岩石局部黄铁矿化、接触带部位岩石破碎等,也会造成明显的低阻异常,这些异常往往会与矿体异常叠加在一起,有的甚至比矿体所引起的异常还要明显1 0。因此,在应用可控源音频大地电磁测深开展深部找矿工作中需结合矿区地质特征反复反演、反复解释,做到从已知到未知,遵循理论到实践再到理论的过程,并结合多种找矿方法进行了对比分析研究,从而达到指导深部找矿的目的。参考文献:1 周涛发,范裕,王世伟.长江中下游成矿带成矿规律和成矿模式J.岩石学报,2 0 1 7,3 3(1 1):3 3 5 3 3 3 7 2.2 刘延年,钱应敏.鄂东封三洞铜(金)矿床周边外围金银及金银多金属矿找矿新成果综述J.湖北地矿,2 0 0 1,1 5(4):5 3 5 8.3 欧阳玉飞,刘继顺,董新,等.鄂东南丰山铜(金)矿田新一轮找矿工作新进展J.矿产与地质,2 0 1 0,2 4(4):3 0 5 3 0 4.452地 质 找 矿 论 丛2 0 2 3年4 汤井田,何继善.可控源音频大地电磁法及其应用M.长沙:中南大学出版社,2 0 0 5.5 王大勇,李桐林,高远,等.C S AMT法和T 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o.L t d.,W u h a n 4 3 0 0 8 1,C h i n a;3.M e t a l l u r g i c a l H u a y a C o n s t r u c t i o n G r o u p C o.L t d.,W u h a n 4 3 0 0 8 1,C h i n a)A b s t r a c t:F e n g s h a n d o n g C u m i n e h a s a v e r y l o n g m i n i n g h i s t o r y.M i n i n g r e s e r v e s m u s t b e s u c c e e d e d.C S AMT s u r v e y i s c a r r i e d o u t i n t h e m i n e.T h e i n v e r s i o n m a p s a r e i n d u c e d a n d i n t e r p r e t a t e d o n b a s i s o f g e o l o g i c a l f e a t u r e o f t h e m i n i n g d i s t r i c t.F a v o u r i t e o r e-f o r m i n g p l a c e s a r e p r e d i c t e d a c c o r d i n g t o t h e d e-d u c t i o n a n d i n t e r p r e t a t i o n a n d c h e c k e d b y g e o l o g i c a l p r o s p e c t i n g w o r k i n g s w i t h g o o d r e s u l t.T h e r e f o r e,C S AMT i s e f f e c t i v e t o s o l v e p r o b l e m s o f s u c c e e d i n g r e s e r v e s o f o l d m i n e s.K e y W o r d s:C S AMT;d e e p o r e p r o s p e c t i n g;F e n g s h a n d o n g C u m i n e;s o u t h e a s t H u b e i p r o v i n c e552第3 8卷 第2期蒋型义等:可控源音频大地电磁法在鄂东南封三洞铜矿深部找矿中的应用