EH4连续电导率成像仪在隐伏矿体定位预测中的应用研究.pdf

2007 年 2月 Feb. , 2007 矿 床 地 质 M INERAL DEPOSITS 第 26 卷 第 1 期 Vol. 26 No. 1 文章编号 02587106 2007 010070 09 EH4 连续电导率成像仪在隐伏矿体定位 预测中的应用研究 申 萍, 沈远超, 刘铁兵, 李光明, 秦克章, 曾庆栋 中国科学院矿产资源研究重点实验室, 中国科学院地质与地球物理研究所, 北京 100029 摘 要 EH4 连续电导率成像仪是近几年美国生产的快速高效的数字化地球物理探测仪器, 其基本配置10 100 kHz 的装置能测量地表以下 1 000 m 深度范围内地质体的连续视电导率值, 作者对 25 个不同类型的金属矿床 进行了隐伏矿定位预测, 取得了显著的效果。经钻孔验证后显示 岩浆熔离型铜镍硫化物矿床, 很好地反映了基 性超基性杂岩体的形态和规模, 并识别了岩体的不同岩相, 得出矿化异常岩相呈盆状, 电阻率为 130 300 m 的 结论; 斑岩型浅成低温铜金矿床, 区分了隐伏斑岩和矿化蚀变带, 确认矿化异常在隐伏斑岩外围呈面状分布, 矿化 异常体的电阻率小于 100 m; ∀ 韧性剪切带型金矿床, 明显区分了矿化蚀变构造带和围岩, 矿化异常形态呈脉状, 电阻率小于 200 m。这 3 个矿床实例研究表明, EH4连续电导率成像仪测量所得的二维视电阻率深度剖面图能 清晰地反映地下不同地质体的精细电阻率结构, 判读含矿构造带以及矿化异常在空间上的展布, 因此, EH4 连续电 导率成像仪在隐伏矿定位预测方面将起到重要的作用。 关键词 地球物理; EH4 连续电导率成像仪; 矿化异常; 隐伏矿体; 铜镍矿床; 斑岩铜矿; 金矿床 中图分类号 P618. 53 文献标识码 A Application of stratagem EH4 system to prediction of hidden ore bodies SHEN Ping, SHEN YuanChao, LIU T ieBing, LI GuangMing, QIN KeZhang and ZENG QingDong Key Lab. of Mineral Resources, Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China Abstract T he Stratagem EH4 system, made by Geometrics a concealed porphyry 本文得到中国科学院创新工程项目 KZC3 SW137 、 国家科技攻关 305∃项目 2001BA609A0708 和 2003BA612A06 19 的联合资助 第一作者简介 申 萍, 女, 1964 年生, 博士, 从事成矿预测理论与技术方面研究工作。E mail pshen mail.iggcas. ac. cn 收稿日期 2006 07 31; 改回日期 2006 1221。李 岩编辑。 with high resistivity higher than 300 m is detected. What is most important is that the mineralization anomaly resulting from the epithermal coppergold deposits may be defined by the smaller resistivity lower than 100 m , with the anomaly assuming planar distribution;∀ the concealed gold ore body of the shear type gold deposit can be detected by the resistivity value of lower than 200 m, with its shape being veinlike in section. T he resistivity value of the wall rock is higher than 360 m. T he three examples of the studied deposits show that the electrical conductivity imaging of EH4 data can not only clearly identify different resistivity anomalies but also reflect the shape and size of the buried mineralized body or the deep geological structure. T herefore, the Stratagem EH4 geophysical technique can play an impor tant role in locating mineralization systems and defining drilling targets at depth, and this is surely most impor tant in subsequent drillsite positioning and potential resource prediction. Key words geophysics, Stratagem EH4 system, mineralization anomaly, hidden ore body, CuNi deposit, porphyry Cu deposit, gold deposit 目前国家战略资源需求加大, 由于浅表矿床已 基本被发现, 故寻找深部隐伏矿床已成为当务之急, 地球物理方法是实现这一目标的重要手段。20 世纪 90 年代以来, 地球物理测量技术有了很大的进展, 浅 层地震、 MT 、 AMT 和 CSAMT 等在追踪区域断裂、 控矿断裂及岩浆岩体方面取得了显著的效果 Nobuo et al. , 2001; Wu et al. , 2002; Liu et al. , 2003; 梁 光河等, 2007 。2001 年初, 笔者引进了由 GEO MET RICS 和 EMI 公司联合生产的快速高效的数码 化EH4 连续电导率成像仪 简称为 EH4 , 前人已将 该仪器成功地用于地下水、 油气田、 煤矿、 铀矿等的 勘察中 伍岳, 1999; 刘鸿泉等, 2002 , 但在隐伏金属 矿定位预测方面应用较少。 EH4 系统是利用人工电磁场和天然电磁场测量 大地电阻率的一种频率域与时间域相结合的电磁 法, 它是 MT 和 CSAMT 两者的有机结合体, 其性能 优于两者, 尤其是该仪器采用人工电磁场 1 100 kHz 与天然电磁场 10 1k Hz 相结合的工作方式, 接 收频点丰富约 60个 而使其分辨率明显提高, 可获得 低频及高频探测均为高分辨率的视电阻率 深度图像, 实时数据处理和显示, 现场给出连续剖面的拟二维反 演结果, 基本配置 10 100 kHz 勘探深度大 大于 1 000 m, 数据处理及地质解译较以往同类方法简单而 明确。仪器较轻 15 kg , 便于野外实际操作。 迄今为止, 笔者采用 EH4 对横跨中国东西的 9 种不同成因类型的 25 个矿床进行了研究, 具体包 括 韧性剪切带型金矿床 额尔齐斯构造带、 甘肃 北山成矿带、 东天山康古尔成矿带 ; 火山晚期热 液型金矿床 北疆萨吾尔金矿带、 西准哈图金矿带 ; ∀ 斑岩型铜金矿床 西准包谷图铜金矿带 ; 浅成 低温斑岩铜金矿床 东天山卡拉塔格铜金矿带 ; ∋隐爆角砾岩型金矿床 甘肃北山 成矿带 ; 钒矿 甘肃敦煌平台山钒矿带 ; 热液 型铅锌银多金属矿床 内蒙赤峰多金属成矿带 ; ∗ 金钨矿床 湖南雪峰古陆金钨成矿带 。这些矿床 为 新疆的多拉纳萨依金矿床、 托库孜巴依金矿床、 萨尔布拉克金矿床、 扎克特金矿床、 布尔克斯岱金矿 床、 阔尔真阔腊金矿床、 罕哲尕能金矿床、 哈图齐 金矿床、 包谷图斑岩铜金矿、 苏吾勒斑岩铜金矿、 康 古尔金矿床、 卡拉塔格红山金铜矿、 卡拉塔格梅岭铜 金矿、 镜儿泉铜镍矿、 葫芦东铜镍矿, 甘肃的南金山金 矿、 小西弓金矿、 乌龙泉金矿、 460 金矿、 1780 金矿、 平 台山钒矿, 内蒙古的红花沟金矿、 雅马吐铅锌银多金 属矿, 胶东的金牛山金矿和湖南的李家冲金钨矿床。 钻孔验证后效果显著, 表明该方法能直观地反 映矿化异常在剖面上的形态、 规模、 矿化强度等, 是 隐伏矿定位预测的重要手段。 1 典型矿床研究实例 1. 1 岩浆熔离型铜镍硫化物矿床 ,,, 以东天山镜 儿泉葫芦铜镍硫化物矿床为例 东天山黄山 , 镜儿泉铜镍成矿带是中国继金 川、 喀拉通克铜镍矿床之后又一重要的铜镍资源基 地, 镜儿泉铜镍硫化物矿床位于黄山, 镜儿泉铜镍 成矿带东部。矿区出露地层是中石炭统梧桐窝子组 中酸性中基性火山岩、 火山碎屑岩夹变粒岩、 浅粒 岩、 片岩等, 矿区断裂构造发育, NEE 向镜儿泉 , 咸 水泉断裂控制了基性超基性岩体的形成和展布, 葫 71第 26卷 第 1期 申 萍等 EH4连续电导率成像仪在隐伏矿体定位预测中的应用研究 芦基性超基性杂岩体是矿区出露的主要岩体。 在前人研究的基础上, 笔者对葫芦岩体地表、 坑 道和钻孔岩芯进行了系统的研究, 并进行了主干地 质剖面测量和矿区 1−2 000 地质图修编 图 1 , 沈远 超等近期提出了新的认识, 认为葫芦岩体不是单一 岩体, 而是由东、 西 2 个岩体组成的复式岩体, 平面 上呈东小西大的不规则葫芦状。该岩体具有明显的 岩相分带, 主要由橄榄岩相、 辉石岩相、 辉长岩相和 闪长岩相等组成, 其中橄榄岩相位于葫芦岩体中心, 辉石岩相在地表分布于橄榄岩相的外围, 构成葫芦 岩体的东西两环, 钻探资料表明辉石岩相产出于橄 榄岩相之下, 是主要的赋矿岩石; 辉长岩相在地表分 布于辉石岩相的外围, 钻探中见有辉长岩穿插于辉 石岩相之中, 一般位于辉石岩相之下; 闪长岩相产于 辉长岩相外围或切穿上述各岩相, 分布于矿区的北 部和西南部。 矿区圈出.、 、 /、 0号矿体, /号矿体规模较 大, 主要为盲矿体, 呈似层状产于辉石岩相的底部, 具有上部贫矿下部富矿的垂直分带特点, 以贫矿体 为主, 矿体与围岩之间呈渐变关系。稀疏浸染状矿 石构成贫矿体, 稠密浸染状和细脉浸染状矿石构成 富矿体。根据矿床和岩体地质特征分析, 矿床形成 与基性超基性岩浆作用关系密切, 属岩浆熔离型铜 镍硫化物矿床, 具有特殊的成矿规律, 即矿床分布于 葫芦岩体中, 矿体呈似层状定位于辉石岩相底部。 因此, 对矿区隐伏矿进行预测, 首先要确定葫芦岩体 的形态、 产状和规模, 其次确定容矿岩相产出的范 围, 在此基础上对其中赋存的矿体进行定位预测。 基性超基性岩体的岩石具有三高一低 高重 力、 高磁异常、 高激化率、 低电阻率 的基本特征。42 个薄片鉴定表明, 镜儿泉葫芦基性超基性岩体含有 较高的铁镁矿物, 应具有较低的电阻率值, 且其中赋 存金属硫化物矿体, 因此, 整个岩体具有低电阻率的 特点。笔者在矿区布置了 6 条垂直岩体走向和 1 条 平行岩体走向的 EH4 剖面, 测量选择 1 10 1 000 Hz 、 7 1. 5 99kHz 频段, 信号弱的观测点叠加了 图 1 镜儿泉葫芦铜镍矿床地质图 据新疆地质六队 1991年资料修编 1, 第四纪沉积物; 2, 中石炭统梧桐窝子组; 3, 橄榄岩相; 4, 辉石岩相; 5, 辉长苏长岩相; 6, 辉长闪长岩相; 7, 斜长花岗岩; 8, 矿体; 9, 钻孔及编号; 10, EH4 测线位置 Fig. 1 Geological map of the Jingerquan CuNi deposit modified after the No. 6 Geological Party of Xinjiang, 1991 1, Quaternary sediments; 2, Volcanic rock and volcaniclastic rock of Middle Carboniferous Wutongwozi ation; 3, Peridotite facies; 4, Pyroxenite facies; 5, Gabbronorite facies; 6, Gabbro diorite facies; 7, Plagiogranite facies; 8, Ore body; 9, Drilling hole and its serial number; 10, Location of EH4 section 新疆第六地质队. 1991. 新疆哈密镜儿泉葫芦铜镍矿区普查地质报告. 72 矿 床 地 质 2007 年 73第 26卷 第 1期 申 萍等 EH4连续电导率成像仪在隐伏矿体定位预测中的应用研究 秦克章等新近发现的卡拉塔格 红山 铜金矿化 带位于土屋, 延东斑岩成矿带北 60 余公里处 秦克 章等, 2001 , 北京矿产地质研究院在红山铜金矿区 取得勘查进展, 并在其东侧新发现梅岭铜金矿区。 梅岭矿区出露的地层是中泥盆统大南湖组安山岩、 英安 玢 岩和凝灰岩等, 次火山岩主要为流纹斑岩、 石英斑岩、 闪长玢岩等 图 3 , 发生了广泛的蚀变。 矿区浅表铜、 金矿化较强, 蚀变矿物组合复杂, 黄铁 矿化发育, 以氧化矿为主, 深部以黄铁矿黄铜矿石 英细脉为主。含矿围岩为火山角砾岩、 石英闪长玢 岩和安山岩等, 围岩蚀变主要为硅化、 绢云母化、 叶 腊石化、 绿泥石化、 碳酸盐化 缪宇等, 2007 。对梅 岭矿区浅表金矿化和深部铜矿化的综合研究表明, 本区矿化具有浅部为浅成低温热液型金矿化、 深部 为斑岩型铜矿化的特点, 具有形成中大型斑岩浅成 低温热液型铜金矿的有利条件。 图 3 梅岭矿区地质简图 方同辉, 2005及 EH4测线位置 1, 中泥盆统大南湖组安山岩; 2, 中泥盆统大南湖组英安岩; 3, 中泥盆统大南湖组凝灰岩; 4, 中泥盆统大南湖组火山角砾岩; 5, 闪长玢岩; 6, 流纹斑岩; 7, 石英斑岩; 8, 断层; 9, 钻孔及编号; 10, EH4 测线位置及编号 Fig. 3 Geological map of the Meiling CuAu deposit after Beijing Institute of Geology for Mineral Resources and locations of EH4 measurement lines 1, Andesite of M iddle Devonian Dananhu ation; 2, Dacite of Middle Devonian Dananhu ation; 3, T uff of Middle Devonian Dananhu ation; 4, Volcanic breccia of M iddle Devonian Danan hu ation; 5, Diorite porphyrite;6, Rhyolite porphyry; 7, Quartz porphyry; 8, Fault; 9, Drilling hole and its serial number; 10, Location and serial number of EH4 section 为了验证上述认识, 笔者在梅岭矿区垂直构造 线方向布置了 2 条深部地球物理测线, 测量选择 1、 7 频段, 信号弱的观测点叠加了 4 频段甚至几个频段 多次叠加, 电偶极距为 20 m。对测量结果进行二维 反演, 视电阻率深度剖面图 图4 反映了地下存在3 种截然不同的电性体 低电阻率 100 m 电性 体, 规模较大且连续延深, 呈面状分布于中高电阻率 电性体两侧, 宽50 100 m, 延深达地下 700m; 中等 电阻率 100 300 m 电性体, 广泛分布, 构成本区 电性体的主体; ∀ 中高电阻率 500 5 179 m 电性 体, 呈一筒状产于低电阻率 100 m 电性体之中。 根据 2D 剖面中显示的视电阻率值大小, 结合本 区地表岩体和围岩特点综合分析加以判断, 中等电 阻率 100 300 m 电性体可能为地层即安山岩、 英安岩等, 呈筒状分布的中高电阻率 500 5 179 m 电性体可能是隐伏的石英斑岩、 闪长玢岩体。将 低电阻率 100 m 电性体与地表已知矿化体进 行比较发现 低电阻率异常与地表已知矿化蚀变 带出现的位置相吻合; 对应地表上出露的矿 化 , 在地下皆有低电阻率异常出现, 可以认为, 低电阻率 异常反映的可能是矿化异常。 2004 年验证钻孔 ZK001 孔深378 m 发现了80 余米厚的细脉浸染状铜矿体 wCu07 09 , 钻孔资料与地球物理测量结果对比表明低电阻率异 常 100 m 是矿致异常, 已发现的隐伏低阻体是 矿 化 体, 隐伏斑岩的电阻率为 500 5 179 m, 围岩为中低电阻率 100 300 m 。这一结果证明 了 EH4 测量能清晰地反映出深部电阻率的精细结 构, 测量的低阻区的确是矿化较好的地段。此外, EH4测量结果在剖面 300 500 m 处深部发现的 2 个板状低阻体延伸可达 700 m, 可以认为是矿致异 常, 具有重要的验证价值。 1. 3 韧性剪切带型金矿床 ,,, 以甘肃北山成矿带 460 金矿床为例 甘肃北山成矿带位于塔里木与哈萨克斯坦板块 的对接部位, 成矿带内岩浆活动强烈, 以石英闪长岩 体为代表, 石英闪长岩体规模较大, 东西长约 10 km, 南北宽约 1 km, 在岩体中部宽度变小, 整个岩体 呈鞋底状, 故将其称为 鞋底岩体∃。该岩体中金矿 床广泛发育, 460 金矿床位于该岩体中部。前人对 460 金矿床研究较少, 深部资源不清, 仅在地表 50 m 方同辉. 2005. 1国土资源大调查项目 新疆哈密卡拉塔拉地区铜金矿找矿评价2报告. 北京矿产地质研究院. 74 矿 床 地 质 2007 年 75第 26卷 第 1期 申 萍等 EH4连续电导率成像仪在隐伏矿体定位预测中的应用研究 76 矿 床 地 质 2007 年 高电阻率电性体, 两者之间电阻率差异明显。岩浆 熔离型铜镍硫化物矿床 镜儿泉铜镍矿床 含矿岩相 的电阻率为 130 300 m, 围岩电阻率大于 500 m; 斑岩浅成低温铜金矿床 梅岭铜金矿床 低电阻 率异常 100 m 是矿致异常, 隐伏斑岩的电阻率 大于 500 m, 围岩的电阻率为中等电阻率 100 300 m 。韧性剪切带型金矿床 460 金矿床 含金 成矿带的电阻率小于 200 m, 矿体围岩的电阻率 大于 300 m。 2. 2 决定电阻率异常体的因素 电阻率异常值由代表性矿石 或岩石 的电阻率 和在 2D 模式图中的特殊异常值范围和已知矿体之 间的复合程度决定。 金属矿床的矿体含有一定量的金属硫化物, 引 起矿致异常的电阻率值较低, 岩浆熔离型铜镍硫化 物矿床含矿岩相的电阻率为 130 300 m, 斑岩 浅成低温铜金矿床、 矿体的电阻率为 100 m, 韧性 剪切带型金矿床含金成矿带的电阻率小于 200 m, 显示了所研究矿床的电阻率范围, 表明矿 化 体 异常的电阻率值较低。 矿化异常可以用已知矿体异常值与发现的异常 值进行对比而确定。如已知浅部矿体所在位置, 就 可以确定浅部已知矿体对应的电阻率值异常范围, 然后, 根据浅部异常体在倾向上的延深情况, 即可判 断深部电阻率值异常存在的范围, 进一步发现隐伏 矿体。 应当注意, 地球物理异常分布范围与矿带范围 相对应, 但异常范围比矿体范围大, 地球物理异常宽 度与矿体本身宽度比值大约是 10−1 3−1。 2. 3 地质解译的依据 前已述及, 测量的矿体与围岩之间存在电性差 异, 这是地质解译的基本依据。此外, 矿床成因也是 地质解译的重要依据。地质解译的基础是准确地建 立矿床地质模型。不同类型的矿床, 控矿因素和矿 化类型不同, 则矿床成因模型不同。如岩浆熔离型 铜镍硫化物矿床的形成受基性超基性岩浆熔离作 用的控制, 矿体产于岩体不同岩相的底部, 因此, 所 建立的矿床成因模型为盆状产出的模型; 斑岩浅成 低温铜金矿床矿化蚀变的展布受到隐伏的斑岩体及 区域断裂构造的控制, 矿化蚀变应围绕岩体呈筒状 产出, 矿床成因模型为筒状产出的模型; 韧性剪切带 型金矿床的形成受韧性剪切筒断裂构造的控制, 因 此, 矿床成因模型为单向延长的脉状。 不同类型的矿床成矿规律不同, 因此, 地质解译 的形态依据不同。对于岩浆熔离型铜镍硫化物矿 床, 矿体的分布规律是矿体位于含矿岩相的底部, 呈 近似的凹面状形态; 对于斑岩浅成低温铜金矿床, 矿化蚀变带分布于斑岩体及其周围的构造蚀变带 内, 剖面上, 矿体围绕岩体呈带状; 对于韧性剪切带 型金矿床, 矿化蚀变构造带及其中的矿体在电阻率 异常剖面上呈脉状。 上述方法试验表明, 通过数据处理及在地质研 究基础上的地球物理数据解译, EH4 连续电导率成 像仪测量所得的二维视电阻率深度剖面图能清晰 地反映地下不同地质体的精细电阻率结构, 判读含 矿构造带以及矿化异常在空间上的展布, 并能够直 观地提供矿化异常在剖面上的形态、 规模、 延深、 矿 化强度等重要信息, 保证了隐伏矿体预测的准确性。 因此, EH4 连续电导率成像仪在探测矿化系统和识 别深部矿化靶区方面将起到重要的作用, 是确定钻 孔孔位和隐伏矿定位预测的关键。 References Liang G H, Xu X W, Xiao Q B, Cai X P, Qin K Z, Zhang B L, San J Z, Hui W D and Peng X M. 2007. 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