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第4 3 卷第 2 期 2 0 0 7年 3 月 地 质 与 勘 探 GE OL 0G Y A ND P ROs P E C 1 I NG Vo 1 ． 4 3 N o ． 2 Ma r c h， 2 0 0 7 瞬变 电磁测深在铝土矿勘查 中的应用 张林 河南省有色金属地 质勘查 总院， 郑州4 5 0 0 5 2 [ 摘要] 铝土矿具有明显的分布产出规律， 产状比较平缓。铝土矿含矿岩系与其基底灰岩存在明 显的电阻率差异， 是开展瞬变电磁测深工作的基本依据。依据施测的瞬变电磁异常， 分析利用全区公式 进行反演计算的视 电阻率剖面， 可以对灰岩基底的产状及埋深进行推断。对照工程施工剖面。 推断的灰 岩界面与其基本对应， 验证了瞬变电磁工作的推断结果。 [ 关键词] 铝土矿基底灰岩瞬变电磁测深 [ 中图分类号] P 6 3 1 ． 3 ； P 6 1 8 ． 4 5 [ 文献标识码] A[ 文章编号] 0 4 9 5 5 3 3 1 2 0 0 7 0 2 0 O 6 8 04 0 引 言 经过近 5 0年的勘查利用 ， 位于地表或近地表 的 铝土矿床已基本勘查殆尽 ， 有关铝土矿 床的勘查工 作正在逐步 由半 掩埋一浅掩埋 向全掩埋一深掩 埋 隐伏 过渡 J ， 利用地球物理方法对铝土矿床进行 初步定位 的工作被 日趋重视 ， 有关研究及试验工作 已经开展 J 。该次瞬变电磁工作在豫西刘庄铝土 矿区进行 ， 其 目的是了解 隐伏铝土矿含矿岩 系的展 布特征 ， 并推断可能存在的富矿体。 l 地质特征 矿区位于河南省西部 ， 大地构造位置属于 中朝 准地台华熊台缘坳陷之渑池一确山陷褶断束的西北 部 ， 华北地层区。区域上除上奥陶系、 志 留系 、 泥盆 系及下石炭统 缺失外 ， 自寒武 系至新 生界 均有 出 露 。 1 ． 1 矿区地层 矿区南部二叠系大面积 出露 ， 北缘 寒武系出露 良好 ， 而 中部石炭 系 、 奥陶 系无 出露 ， 为黄 土掩盖 图 1 。矿区地层单斜产 出， 倾 向 1 9 0 。 一 2 2 5 。 ， 倾角 1 5 。 一 3 6 。 ， 沿走向不 同地段 略有变化。地层岩性特 征如下 1 中奥陶统马家沟组。据邻区和钻孑 L 资料， 上 部岩性为青灰色、 灰黄色厚层状泥品质角砾状灰岩 、 白云质灰岩 ； 下部为厚层状灰岩 ， 局部夹黄色薄层状 钙质页岩； 顶部为古侵蚀面， 凹凸不平， 为含铝岩系 的底板 ， 对铝土矿的产出形态有着重要的控制作用 ， 厚度不详。 图 1 刘庄铝土矿 区地质简 图 l 一 第四系黄 土； 2 一 三叠系砂岩 、 页岩 ； 3 一二叠 系砂岩 、 页岩夹 煤 层； 4 一上石炭统上部灰岩 、 砂岩， 下部含铁铅岩 系； 5 一 中奥 陶 统灰岩 ； 6 一寒武 系灰岩 ； 7 一 中元古界 蓟县 系燧 石灰岩 夹页 岩； 8 一 矿区范 围 2 石炭系。区内无石炭系地层出露 ， 钻孑 L 中仅 见上石炭统， 又划分为本溪组及山西组 ①本溪组 该组是铝土矿的赋存层位， 又称含矿岩系， 大体可分 为下 、 中、 上 3个岩段 下段为铁质页岩 ， 紫红 、 褐黄 、 灰及深灰色 ， 铁泥质结构 ， 页理发育 ， 局部夹 “ 山西 式” 铁矿小扁豆体或小透镜体， 钻孑 L 厚度 3 ． 5 1 9 ． 4 3 m； 中段为铝土矿 、 黏土矿矿层 ， 局部夹黏土矿 级外品或黏土页岩 ， 主要 由铝土矿和黏土矿 硬质 黏土矿或高铝黏土矿 组成 ； 顶部多为一层黏土矿 ， 【 收稿日期1 2 0 0 6 0 3 0 6 【 修订日期] l o o 6 - 0 7 1 4 ； 【 责任编辑】 曲丽莉。 【 第一作者简介】 张林 1 9 5 6年一 ， 男， 1 9 8 1 年毕业于原中南矿冶学院， 获学士学位， 高级工程师， 现主要从事物探勘查方法研究工作。 维普资讯 第 2 期 张林 瞬变电磁测深在铝土矿勘查中的应用 中下部为铝土矿， 矿体主要呈层状 、 似层状、 洼斗状。 铝土矿为灰色 、 浅灰色， 有时为深灰色 ， 碎屑状 、 稀豆 鲡状 、 砂状结构。黏土矿分布于铝土矿的上部或下 部， 通常下部较多。矿层厚度稳定 ， 局部有夹层 ， 铝 土矿厚 1 ． 2～8 ． 4 5 m， 一般 3～5 m， 黏土矿厚 1 ～3 m。 上段为黏土页岩， 有时相变为炭质页岩或煤层， 厚 0 ． 5～4 ． 3 6 m。②太原 组 以灰 岩为主 ， 一般 1～2 层 ， 灰岩间及下部为砂岩 、 砂质页岩 、 页岩 、 炭质页岩 及煤层， 厚5 ． 5 7～ 2 1 ． 2 5 m。 3 二叠系。矿区仅见下统 山西组 及中统 下石 盒子组 ①下统山西组 下部为炭质页岩 、 页岩 ， 有时 夹硅质岩 ； 中部为砂岩； 上部为页岩 、 炭质页岩 ； 顶部 有煤层分布。该组一般厚 l 1 ． 3 0～ 5 5 ． 6 3 m。②中统 下石盒子组 下部 为深灰色厚层状中细粒石英砂岩 、 灰色粉砂岩 、 泥质页岩、 黏土岩夹薄层煤； 中下部为 浅灰色、 绿灰色中粒砂岩夹薄层粉砂岩； 中部以杂色 黏土页岩为主 ， 夹绿色粉砂岩 、 中细粒砂岩 ； 上部 以 灰色 、 深灰色黏土岩 页岩 、 粉砂岩为主， 夹中细粒 砂岩和砂质黏土岩等。该组厚 4 3 ． 6 0～1 3 3 ． 7 1 m。 4 第四系。现代河床堆积卵石层 、 亚沙土和黄 土、 亚黏土及钙质结核等组成。厚 4～ 6 4 ． 9 1 m， 一般 5～2 5m。 1 ． 2 矿床 铝土矿赋存于上石炭统本溪组中段， 矿体呈似 层状、 透镜状， 其厚度沿纵横方向均有变化。矿体 1 ～ 3 层， 呈单斜产出， 其产状倾向南西， 倾角 1 5 。～ 2 0 。 ， 与地层一致。矿体单层厚度一般 3～ 5 m， 最大 累计厚度可达 2 0 m 以上。铝 土矿厚度 及品质一般 与含矿岩系厚度呈正 比， 且与底板灰岩 的上界面古 侵蚀面的起伏特征相关 ， 厚度较大的富铝土矿一般 位于奥陶系灰岩上界面的低凹部位。其矿床特征与 区域一致 J 。 2 地球物理特征及工作条件分析 2 ． 1 物性特征 矿区内及西侧岩矿露头电阻率测定的统计结果 见表 1 ， 其电阻率值按大小可分为 3类 二叠系、 石 炭系砂岩 、 页岩及铝 土矿等为一类 ， 电阻率一般 为 1 0 0～ 5 0 0 f m； 石炭系灰岩及奥陶纪含泥 白云质灰 岩为一类 ， 电阻率为 1 1 0 0～1 3 O 0 0 f m； 奥陶系白 云质灰岩、 石灰岩电阻率为5 6 0 0 0～ 2 0 0 O 0 0 f m 。 另据矿 区对称四极 电测深异 常解释结果 地表黄土 的电阻率为 1 0～ 3 0 Q m； 河床砂、 砾石层的电阻率 1 0 0 0 m。这些数据基本构成了矿 区主要地层 岩性 的电阻率参数统计特征。 表 1 刘庄矿区岩矿露头电阻率测定统计表 n． 地层 岩性 点数／ 个 变化范 围 几何均值 算数均值 不难看出， 铝土矿的电阻率与各类页岩、 一般砂 岩及石炭纪灰岩相近， 从数值分析很难有相对异常 出现， 不利于直接作为目标地质体开展物探工作。 奥陶系灰岩与其它岩性相比高阻特征突出， 存在较 大物性差异， 使探测奥陶系灰岩基底具有较好的物 性前提 ， 并有可能解析 出奥陶系灰岩的上界面。由 于铝土矿含矿层位于奥 陶系灰岩的上部 ， 可 以将定 位铝土矿床的地球物理问题转化为定位含矿岩层的 基底界面问题 ， 通过研究奥 陶系灰岩上界面的埋深 确定含矿岩层的底部埋深 ， 并研究奥陶系灰岩界面 的起伏特征推断富铝土矿存在的可能位置。 2 ． 2 瞬变电磁工作条件分析 瞬变电磁法的理论基础是电磁感应理论， 其物 性前提是地壳岩 矿 石之间的导电性及导磁性差 异。基于矿区铝土矿含矿岩系与下伏基底 奥陶系 灰岩 之间存在明显的导电性差异， 已基本具有使 用瞬变电磁法开展工作的物质基础。瞬变 电磁法垂 向建场和采集信息， 并同时具有时间和空间的可分 性， 比较适合于研究层状地质体或岩性界面的展布 特征及其变化 J 。所以在该区开展瞬变电磁测深 工作应当是开展物探工作的较好选择。但也注意 到 奥陶系含泥白云质灰岩电阻率的统计值并不很 高， 与石灰岩相比低两个数量级， 说明部分奥陶系灰 岩基底的高阻特征并不清晰。因此， 在该区开展瞬 变电磁工作虽然具有对奥陶系灰岩基底进行定位的 前提条件 ， 但难以排除含泥 白云质灰岩对推断解释 带来的不利影响。 由于上石炭统太原组岩性组合与本溪组基本一 致， 在多数情况下的铝土矿含矿岩系电性层应为上 石炭统的全部地层 ， 仅 当太原组 中的灰岩 比较发育 时表现出部分较高视电阻率异常特征。 维普资讯 地质与勘探 2 0 0 7正 3 瞬变电磁测深及工作效果分析 3 ． 1 瞬变电磁测深工作方法 在该矿区开展瞬变 电磁测深工作的 目的是研究 奥陶纪灰岩的界面起伏特征 ， 大致确定铝土矿床的 分布范围及产状 ， 定位富铝土矿的可能位置 ， 对可能 存在的隐伏断层进行定位， 提高探矿工程见矿率。 瞬变电磁测深工作沿设计勘探线进行， 工作装 置采用中心回线 中一 高频磁芯探头 ， 发射电流为双 极性矩形脉冲， 脉冲宽度 l O re s 。瞬变电磁观测参数 为感应电动势 ， 用发射电流归一 ， 观测数据采用 1 s 等间隔采样 ， 初始采样 自激发电流切断开始 ， 最大采 样延时 4 m s ， 单次观测实际采样 4 0 3 2个。观测数据 叠加次数均在 1 0次以上。 观测数据 在进行反演计算 前需进行数据预处 理， 其 目的是剔除随机干扰， 圆滑衰减曲线。为了保 证该次各剖面之间的可比性 ， 采用 了统一 的数据 预 处理模式和参数选择。剖面反演计算采用二维无约 束全自动反演计算技术， 使用全区视电阻率计算公 式 。 其归一化公式如下 F Z3 4 , Z一 3 Z2 Z ≥ x p 一Z 一 q 4 Z 2 b t V 一t 0 、 f q l ，、 b pr f ， 4 wt Z2 式 中 z 鲁 ， z 2 e xp 一 z ， 6 IT I 为发射线框边 长， ， A 为发射电流 ， q I T I 为 接收线圈面积。 70 反演计算使用有效数据延时时段为 0 ． 1 3 ． 8 m s ， 采用对数间隔， 取 3 2个数据道。对反演的视电阻率， 经初步的统一深度改正后 ， 利用 自动成图程序绘制 一 h 断面图， 成为瞬变电磁异常的解释基础。 3 ． 2 瞬变电磁剖面异常分析 矿区完成瞬变电磁测深剖面 l 8条 ， 除部分剖面 受电磁信号干扰强烈其结果不能利用外， 多数剖面 结果 良好， 相互之 间具有 明显 的可 比性和连续性。 分析剖面反演结果 的一般规律 ， 可认 为异常大致由 3部分构成 最浅部为在低背景的基础上叠加高梯 度的局部异常； 中深部及以下为连续成片的中高阻 异常 ； 中间夹有一带状低阻带。此异常分布特 征与 前述物性特征一致浅部异常群主要对应于二叠 纪与石炭纪的砂岩页岩类地层 ； 中深部异常群主要 反映了奥陶系灰岩的物性特征； 中部所夹的低阻带 则是以页岩及铝土矿为主的岩性反映。低阻带与下 部高阻异常的过渡面应当是奥陶系灰岩的上界面。 但是 ， 部分低阻带可能由灰岩所引起。 以 8 4勘探剖面为例 。 该剖面上指示奥陶系灰岩 上界面异常特征反映比较清晰 图 2 ， 高阻异常上 界面连线的倾角与地质推断基本一致， 灰岩上界面 下部的低阻异常 由奥陶系含泥 白云质泥质灰岩引 起。经钻探验证， 钻孔控制的奥陶系灰岩上界面的 埋深与异常特征位置基本一致 ， 工程控制的灰岩深 度在 Z K 8 4 0 4、 Z K 8 4 0 6、 Z K 8 4 0 8 、 Z K 8 4 1 0 、 Z K 8 4 1 2分 别 是8 5 。 7 m、1 1 0 ． 3 5 m、1 4 4 ． 0 7 m、1 7 3 ． 44 In 和 2 1 0 ． 3 6 m， 反 演 剖 面上 的特 征深 度 分 别 为 1 2 5 m、 1 4 1 I n 、 1 5 7 m、 2 0 0 m 和 2 3 1 I n ， 误差 为 1 5 ％ 一3 0 ％ ， 推 断深度大于实际深度， 并有大约2 0 m的系统误差存 在 。 从异常特 征看 ， 该剖面上的灰岩上界面 比较平 囤一目z囤， 一 图2 8 4勘探线瞬变电磁测深反演视电阻率综合剖面图 l 一对数视电阻率等值线； 2 一推断奥陶系灰岩上界面； 3 一钻孔及编号 E g 伽 姗 瑚 维普资讯 第2期 张林 瞬变电磁测深在铝土矿勘查中的应用 直， 不存在明显的厚大铝土矿赋存特征； 但在 8 5 0点 以后低阻异常带 比较明显 ， 可能指示 了含矿岩系的 相对发育。钻探结果表 明， 该 剖面上铝土矿含矿岩 系底板灰岩上界面 比较稳定 ， 但 含矿岩系厚度发育 不一 图 3 。钻 孔 揭 示 的 含矿 岩 系 厚 度 分别 是 2 2 ． 5 0 m、 3 2 ． 2 5 m、 5 5 ． 2 7 m、 6 3 ． 4 9 m 和 4 1 ． 9 8 m； 铝 土 矿的厚度分别 是 1 ． 7 6 m、 4 ． 7 3 m、 6 ． 0 0 m、 1 0 ． 4 0 m和 3 ． 2 3 m。依据视 电阻率异常特 征， 推断剖面上不存 在富铝土矿。这些地质特征与瞬变电磁视电阻率异 常及推断结果一致。异常剖面上部分基底灰岩界面 特征不清晰 如6 0 0～ 8 0 0 m段 ， 可能与该段含矿岩 系的发育厚度较小有关 图 3 。 其它 剖面上 的瞬变电磁测深反演结果基本类 似， 对于基底灰岩的推断解释深度与工程验证也存 在一定差异 ， 误差一般为 5 ％ ～3 0 ％。在工作 区内 未发现明显的断裂构造。 图 3 8 4勘探线地质钻探工程综合剖面图 l 一第 四系 ； 2 一中二叠统下石盒子组 ； 3 一下二叠统 山西组 ； 4 一 上石炭统太原组 ； 5 一上石炭统本溪组 ； 6 一铝士矿 ； 7 一 钻孔 及编号 4 结 语 利用瞬变电磁测深反演的视 电阻率剖面 ， 可以 对铝土矿含矿岩系的基底灰岩上界面的埋深及起伏 特征进行推断。虽然其推断深度与工程验证存在一 定误差 ， 但可以对矿 区基底灰岩的产状特征进行初 步估计 ， 作为探矿工程设计和施工的基本资料和依 据。从 目前的工作结果分析， 利用瞬变电磁异常尚 难以直接解析铝土矿 富矿体 及各地层的厚度。 [ 参考文献] [ 1 ] 戴耕 ， 李进化 ， 孙枫． 河南 省铝 土矿 资源开 发利用现 状及 其前景 [ J ] ．地质与勘探 ， 2 0 0 0， 3 6 3 2 22 4 ． 罗小南， 蔡运胜． 物探直流电法寻找铝土矿层的应用效果 [ J ] ． 地质与勘探， 2 0 0 3 ， 3 9 3 5 3 5 7 ． 郭文波 ． 宋建平 ， 韩俊明 ， 等． 中心 回线瞬变 电磁测深 的一种快 速解释方法 [ J ] ．物探与化探 ， 2 0 0 6 ， 3 0 2 1 5 41 5 7 ． 翟东兴． 刘国明， 陈德杰， 等． 河南省陕一新铝土矿带矿床地质 及成矿规律[ J ] ． 地质与勘探， 2 0 0 2 ， 3 8 4 4 1 4 4 ． 吴国炎， 姚公， 吕夏， 等． 河南铝土矿床[ M] ． 北京 冶金出 版社 ， 1 9 9 6 ． 蒋邦远． 实用近区磁源瞬变电磁法勘探 [ M] ．北京 地质出版 社 ， 1 9 9 8 ． 牛之琏． 时间域电磁法原理[ M] ． 长沙 中南工业大学出版社， l 9 9 2． 李貅． 瞬变电磁测深的理论与应用 [ M] ．西安 陕西 科学技 术出版社 ， 2 0 0 2 ． AP PL I CATI oN oF TRANS I ENT EL ECTRoM AGNET I C M ETHoD D EXPLoRArl [’I oN oF BAUXI TE DEPoS I TS ZHANG Li n H e n a n I n s t i t u t e o fN o n f e r r o u G e o l o g yE x p l o r a t i o n ， Z h e n g z h o u 4 5 0 0 5 2 Ab s t r a c t Ba u x i t e h a s a n o b v i o u s r e g u l a r i t y o f d i s t rib u t i o n wi t h g e n t l y o c c u r r e n c e ．Or eb e a r i n g r o c k s e rie s of b a u x i t e a n d u n d e r l y i n g l i me s t o n e h a v e a n o b v io u s di v e r g e n c e of e l e c t r i c a l r e s i s t i v i t y，a nd t h e div e r g e n c e i s t h e b a s e f o r t r a n s i e n t e l ect r o ma g n e t ic me tho d i n e x p l o rat i o n of b a u x i te d e p o s i t s ．Ac c o r d i n g t o a c t u a l me asu reme n t an o ma l y of t r an s i e n t e c tr o ma g n e t i s m an d a p p a r e n t res i s t i v i t y p r o fil e i n v e r s e d b y c a l c u l a t i o n for f u l l reg i o n，o c c u r r e n c e an d d e p t h of u n d e rl y i n g l i me s t o n e o r b o n a n z a C an b e c o n fi r me d ．Co mp a r e d wi t h a c t u al e n g i n e e rin g p r o file，in f e r r e d bo u n d a r y o f u n d e rly i n g l i me s t o n e i s mR g h l y c o r r e s po n d i n g t o r e a l o n e．a n d i nfe r r e d r e s u l t s o f t r a n s i e n t e l ect r o ma g n e t i c me tho d a r e v e r i fi e d． Ke y wo r d s b a u x i t e，u n d e r l y i n g li me s t o n e，t r a n s i e n t e l ec t r o ma g n e t i c me t h o d 维普资讯