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2011 年 8 月 第 19 卷 第 4 期 综合物探方法在内蒙古草原覆盖区寻找隐伏矿床的应用 徐春宏 1， 2， 蒋鑫2 1.北京矿产地质研究院， 北京100012; 2.北京中色金泰地质勘查科技有限公司， 北京100012 摘要 内蒙古草原覆盖区是近年来隐伏矿床找矿工作的重点区域。为了寻找一种快速、 有效的适合草原覆盖区的找矿方法， 在阿鲁科尔沁旗某铁多金属矿区进行了大功率激电和 EH4 相结合的地球物理方法实验性研究。结果表明， 大功率激电法测量 识别出 3 条相对高阻带和 1 条低阻带， 前者同时显示出中高极化率异常， 可能属于矿化蚀变带引起的矿致异常； EH4 连续电导 率测深结果表明， 该矿床深部存在明显的地球物理异常， 异常强度大且清晰， 与已知的矿化蚀变带和激电测量结果对应良好， 显示矿床深部具有良好的成矿前景。实践证明， 结合针对性的地质研究， 大功率激电和 EH4 技术在草原覆盖区寻找隐伏矿体 的应用效果较好。 关键词 隐伏矿床； 草原覆盖区； 时域激电法； EH4 电导率成像系统； 综合物探法； 内蒙古 中图分类号 P 6 1 8 . 5 1文献标识码 A文章编号 1 0 0 5 - 2 5 1 8（2 0 1 1 ） 0 4 - 0 0 1 3 - 0 6 收稿日期 2011-05-20； 修订日期 2011-07-19. 作者简介徐春宏 （1969- ） ， 男， 新疆沙湾人， 工程师， 从事矿产勘查工作.chenwj1981 随着我国国民经济的迅速发展，对各种矿产资 源的需求量也急剧增长。然而，随着勘查程度的提 高， 地表找矿难度越来越大。因此， 加强矿产资源的 探寻， 尤其是隐伏矿床的预测找矿工作， 显得更加重 要和紧迫。总结过去的找矿经验， 应该不断引进新理 论、 新技术和新方法， 深入系统地开展隐伏矿床预测 理论和方法的研究，及时地将这些研究成果应用到 实践中， 发掘出更多地下深处的隐伏矿床， 以满足国 家建设对各种矿产资源的需要[1]。 实践证明，大功率激电和 EH4 技术作为快速有 效的找矿定位方法，在隐伏金属矿床的定位预测工 作中发挥了积极的作用[2-6]。目前， 将这 2 种方法结 合起来应用在同一矿区的研究比较少。以内蒙古草 原区某隐伏矿区为例，开展了大功率激电和 EH4 法 结合递进的测量工作， 取得了良好的应用效果， 为今 后该区的找矿勘查工作提供了参考。 1物探方法原理简介 激发极化法测量 （激电测量 ） 是金属矿床预测及 找矿勘探中最常用的地球物理方法[2]。 该方法以岩矿 石电化学性质为物理前提，研究在外电场作用下地 下地质体 （岩、 矿石 ） 充、 放电过程中产生的随时间缓 慢变化的附加电场现象，这种现象在电法勘探中称 为激发极化效应。地质体的激发极化机理主要包括 两部分 若是电子导体的激发极化， 一般认为大多数 金属矿、 石墨矿及矿化岩石属于良导体， 其产生的激 发极化现象是电子导体与其周围溶液的界面发生过 电位的结果； 若是离子导体的激发极化， 一般认为岩 石的激发极化效应与岩石颗粒和周围溶液界面上的 双电层有关，主要是由于双电层的分散结构和扩散 区内存在着可以沿界面移动的阳离子。 野外岩矿石激发极化效应的观测方法有时间域 （TDIP ） 和频率域 （RPIP ） 2 种[7]。 本次工作主要应用了 时域激电法[2]。该方法是向地下提供直流电， 激发岩 矿体产生瞬变异常场， 在切断供电电流后， 观测和研 究激电二次场的时间特性，其激电效应是在稳定电 流激发下根据电场随时间的变化观测到的。视电阻 率和视极化率是时域激电法的基本解释参数。在时 域激电法中， 岩矿石的极化率 （ηs） 是充电时间 （T ） 与 放电取样时间 （t ） 的函数。 ηs ΔU2（t ） ΔU （T ）100 式中， △U（T ） 为供电时间 T 的总场电位； △U2 （t ） 为断电后 t 的二次场电位差。 观测研究表明，不同 岩石的△U （T ） 充电达饱和的时间 （T ） 不同。 为了取得 较大的△U2（t ） ， 断电后的取样时间或延时， 太早或太 短都容易产生电磁耦合干扰，因此选择合适的充电 时间和断电后的延迟时间很重要。 EH4 连续电导率成像系统是由美国 GEOMET－ RICS 和 EMI 公司联合生产的， 采用了最新数字讯号 13 矿产勘查 处理器的硬、 软件装置[5]。该系统属于部分可控源与 天然场源相结合的一种大地电磁测量系统，其基本 原理若把地表天然电场与磁场分量的比值定义为 地表波阻抗， 那么， 在均匀大地背景下， 此阻抗与入 射场极化无关， 仅与大地电阻率及电磁场的频率有关。 Zπρμf姨（1-i）（1 ） 式中， Z 为频率， ρ 为电阻率， μ 为磁导率。由 （1 ） 式可确定大地电阻率。 ρ 1 5f E H （2 ） 式中， ρ 的单位为 Ω.m， E 的单位为 mV/km， H 的 单位为 nT。 对于水平分层的大地， 上述表达式仍然适用， 但 计算得到的电阻率将随频率的改变而变化，这是因 为电磁波的大地穿透深度或趋肤深度与频率有关。 δ≈503 ρ f姨 （3 ） 式中， δ 为趋肤深度， 单位为 m。 此时， 由 （2 ） 式计 算得到的电阻率为视电阻率，在一个宽频带上测量 E 和 H， 并由此计算出视电阻率和相位， 进而确定地 下岩层的电性结构和地质构造[5-6]。 2研究区地质概况 研究区位于内蒙古阿鲁科尔沁旗，地处大兴安 岭东南段山脉东麓草原覆盖区， 为铁多金属矿。 矿区 出露地层有中石炭统本巴图组和上侏罗统满克头鄂 博组， 矿区附近多被第四系松散沉积物覆盖， 基岩露 头较少，只在矿区中部和东部可见硅化强烈的矿化 蚀变带 （图 1 ） 。 Ⅰ号矿化蚀变带出露于矿区中部，产于上侏罗 统凝灰质火山岩中， 走向约 320， 倾向 NE， 倾角约 6070， 出露长约 40 m， 宽约 24 m。根据民采坑和 探槽的揭露情况，Ⅰ号硅化带呈褐黑色，具有浸染 状、 细脉状及胶结结构， 块状构造， 硅化强烈， 局部发 育石英细脉、 镜铁矿化、 褐铁矿化、 黄铁矾及红铁矾， 岩石破碎为蚀变碎裂岩。围岩为黄绿色、 青灰色、 暗 青色及灰紫色的凝灰质火山岩，由于受蚀变和碎裂 岩化的影响， 近矿围岩易于破碎。 Ⅱ号矿化蚀变带出露于Ⅰ号硅化带以东，产于 千枚岩， 走向近 EW， 出露长约 30 m， 宽约 120 m， 图 1研究区地质简图 Q-第四系； 1.火山岩； 2.千枚岩； 3.灰岩； 4.硅化带； 5.激电测区； 6.EH4 测线； 7.探槽 14 2011 年 8 月 第 19 卷 第 4 期 推测硅化带东部约 300 m 处出露的硅化带应为Ⅱ号 硅化带的延伸。该硅化带呈褐黑色， 具有浸染状、 细 脉状及胶结结构， 块状构造， 硅化强烈， 局部发育石 英细脉、 镜铁矿化及褐铁矿化， 蚀变比Ⅰ号硅化带稍 弱。 围岩为青灰色千枚岩， 硅化强烈， 发育绢云母化、 绿泥石化及石英细脉。 本次工作的基本思路 首先进行地表踏勘， 了解 矿区的基本地质情况， 选定重点工作区段， 针对欲解 决的地质问题， 确定采用的工作方法和工作步骤； 然 后进行激电中梯法扫面，厘定矿化蚀变带的平面展 布特征； 最后运用 EH4 测深技术， 精细解剖矿化蚀 变带和异常体的剖面特征。 3时域法激电扫面测量结果与解译 本次激电测量使用的仪器是 DWJ-3B 微机激电 仪，采用中间梯度装置，装置参数为 AB＝1 000 m， MN＝40 m。测区内共布置了 24 条激电扫面测线， 测 线方向垂直于已知的矿化蚀变带， 走向为 NE40， 线 距 50 m， 点距 40 m， 每条测线 （4501 600 线 ） 从 200 点至 800 点， 线长 600 m。测量后获得了极化率与电 阻率 2 个重要参数， 运用 Suffer 软件处理成图， 得到 电阻率和极化率平面图。 从电阻率平面图 （图 2 ） 可以看出， 该区的电阻率 值背景值较低， 以 550 Ω 为异常下限， 圈定的相对高 阻异常， 结构十分清晰， 该区可识别出 3 条相对高阻 带 （a、 b、 c ） 和 1 条低阻带 （d ） 。各高阻带异常特征如 下a 高阻异常带走向近 NW320，宽约 50100 m， 延伸至图区以外，异常连续性较好； b 高阻异常带 走向近 NW290， 宽约 50 m， 呈串珠状向南东方向 延伸至图区以外，在北西方向与 a 高阻异常带相 交； c 为中阻异常带， 走向近 NW320， 宽约 50 m， 向北西延伸至图区以外； d 低阻异常带走向为 NW320， 宽约 50 m。 极化率异常平面图 （图 3 ） 显示， 矿区极化率异常 结构十分清晰，中高极化率异常区主要位于图区的 中部。极化率最高部位 （＞2 ） 位于图区的中部， 总体 走向近 NW320， 长＞750 m， 宽约 50150 m， 异常连 续性好，与 a 高阻异常带吻合。中等极化率异常区 （介于 1.52之间） 位于南部，总体走向近 NW320， 长＞750 m， 宽约 50 m， 与 c 中阻异常带对 应。 此外， 图区北部的高极化率异常可能为测量误差 引起。 电阻率异常图和极化率异常图中部的 a 高阻、 高极化率异常带与矿区北西走向的Ⅰ号硅化矿化蚀 变带具有良好的对应性，确定为该地质体引起的异 常。b 高阻异常带与矿区Ⅱ号硅化蚀变带对应， 应为 该地质体引起的异常。c 中阻异常带被第四系覆盖， 推测为隐伏的硅化蚀变带。d 低阻异常带被第四系 覆盖， 推测为隐伏断裂引起的异常。 4EH4 电导率剖面测量结果与解译 EH4 连续电导率剖面成像技术可有效地探测矿 化构造系统在地下 600～1 000 m 深度范围内的形 态、 规模及其变化趋势。 该方法是较为昂贵的地球物 理详查手段，这就要求在尽可能充分了解工作区的 地质、 构造和矿化系统的前提下， 择优选择 EH4 测 线的位置、 长度和数据采集的点距。 其基本原则是能 够揭示待测构造矿化系统的深部详细结构、变化并 发现潜在的隐伏含矿系统[5-6]。 对于本矿区而言，虽然地表已有明显的矿化构 造系统出露， 但深部地质情况不明， 因而采用了 EH4 剖面测量， 以了解深部地质构造信息。 EH4 剖面位置 图 2时域法激电测量电阻率异常图 15 矿产勘查 的选择， 主要根据时域法激电扫面测量结果， 结合地 表出露情况，在区块内有目的的实施 EH4 剖面测 量。因此， 部署了 4 条长度 EH4 测线， 分别为 700、 800、 1 000、 1 100 线的 200800 点，在异常中心以 20 m 为点距， 非异常区以 40 m 为点距， 测线总长 2 400 m， 共 79 个测点。 测线位置与时域法激电测线 重合， 测线方向均为 NE40 （图 1 ） 。 4.1 EH4 测深结果 700 线 EH4 连续电导率测深影像图中 （图 4a） ， 异常结构十分清晰。A 高阻体产状近直立，延 深＞600 m， 宽约 50150 m， 地表为第四纪覆盖物； B 高阻异常产状近直立，延深＞600 m， 宽＞100 m， 地表 为第四纪覆盖物； C 低阻异常与 A、 B 高阻异常平行， 延深＞600 m， 地表为第四纪覆盖物。 800 线 EH4 连续电导率测深影像图中 （图 4b ） ， 异常结构十分清晰。A 高阻体产状近直立，延深 ＞600 m， 宽约 250 m， 地表为第四纪覆盖物； B 高阻异 常产状近直立，延深＞600 m， 宽约 100 m， 地表为第 四纪覆盖物； C 低阻异常与 A、 B 高阻异常平行， 延 深＞600 m， 地表为第四纪覆盖物。 1 000 线 EH4 连续电导率测深影像图中 （图 4c ） ， 异常结构十分清晰。A 高阻异常产状近直立， 延 深＞600 m， 宽约 250 m， 其中 440 点、 500 点及 560 点 近地表处的异常呈 “山” 字形， 与地表探槽揭露的硅 化蚀变带吻合； B 异常较弱， 分为两部分异常， 地表 为第四纪覆盖物； C 低阻异常与 A、 B 高阻异常平行， 延深＞600 m， 地表为第四纪覆盖物。 1 100 线 EH4 连续电导率测深影像图中 （图 4d ） ， 异常结构十分清晰。A 高阻体产状近直立，延 深约 400 m， 宽约 200 m， 底部分为两部分异常， 与地 表探槽揭露的硅化蚀变带吻合； B 高阻异常产状近 直立，延深＞600 m， 宽约 200 m， 地表为第四纪覆盖 物； C 低阻异常与 A、 B 高阻异常平行，延深＞400 m， 地表为第四纪覆盖物。 4.2 EH4 测深的异常解译 从 700、 800、 1 000、 1 100 线 EH4 连续电导率测 深影像的异常结构可以看出，这 4 条测线在 500 点 附近的 A 高阻异常体相互对应，并且与时域法激电 测量中 a 异常在该处的延伸对应，因此推断该异常 应为Ⅰ号硅化蚀变带的深部延伸所致。探测线在 300 点附近的 B 高阻异常亦相互对应，与激电中梯 测量的 c 中阻异常对应， 地表为第四纪覆盖物， 推测 应为隐伏的硅化蚀变引起。在 400 点处的 c 低阻异 常与激电中梯测量的 d 低阻异常对应，推测为断裂 引起。 5结论 通过时域法激电测量扫面结合 EH4 连续电导 率剖面测深， 在该隐伏矿区迅速选定靶区， 取得了良 好的应用效果。 时域法激电扫面的测量结果表明， 在 矿区平面范围内存在相对区域背景的异常，且地表 探槽揭露确定为矿化异常所致，说明该电法测量对 该地质体的反应效果良好， 进而采用 EH4 进行深部 测量， 掌握该异常体的空间展布特征。 EH4 测量既是 对时域法激电测量的验证，也是对该异常体三维特 征的深入解剖。二者结合能迅速有效地探测矿体的 三维形态、 规模和产状变化等， 为下一步深部钻探验 证工程提供可靠依据。隐伏矿区的找矿工作就是一 个由面到点、由浅入深、由粗到细的连续递进的过 程，只有根据这样的找矿思路才能使有效的资金投 入产生最大的找矿成果。 图 3时域法激电测量极化率异常图 16 2011 年 8 月 第 19 卷 第 4 期 参考文献 ［1 ］刘家远. 隐伏矿床预测的理论和方法 ［J ］ . 广西地质, 2 0 0 2 ， 1 5 （1 ） 2 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