郝書東,王先超,杜文龍,陳業(yè)斗

(1.山東省第五地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 泰安 271000；2.山東泰山地質(zhì)勘查公司,山東 泰安 271000)

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AMT法指導(dǎo)銅礦深部勘查的可行性

郝書東1,王先超2,杜文龍2,陳業(yè)斗2

(1.山東省第五地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 泰安 271000；2.山東泰山地質(zhì)勘查公司,山東 泰安 271000)

AMT法是通過觀測由地表不同頻率電磁波信號以確定地下的電阻率值的方法, 具有對低阻體分辨率較好的優(yōu)點(diǎn), 高效，成本低，適于資源勘探, 是重要的地球物理勘探手段。音頻大地電磁法(AMT)是資源勘探中一種重要的地球物理方法，對于低阻體有較好的分辨效果。AMT法盡管具有對低阻體分辨率較好且探測深度大的優(yōu)點(diǎn), 并有高效、成本低，受地形條件影響小的優(yōu)點(diǎn)；其缺點(diǎn)是場源不可控制且信號微弱, 易受自然及人為環(huán)境的影響, 尤其是人為干擾嚴(yán)重的地區(qū)。在人為干擾嚴(yán)重的地區(qū)可采用CSAMT法，即可控源音頻大地電磁測深法。筆者介紹了AMT法在甘肅某區(qū)銅礦勘探中的應(yīng)用。礦化蝕變帶(礦體)一般沿裂隙或巖性接觸帶發(fā)育，在視電阻率斷面圖中表現(xiàn)為梯度變化帶。AMT法能較準(zhǔn)確的反應(yīng)銅礦體的分布情況，對下步的地質(zhì)工作具有較好的指導(dǎo)意義。

AMT；銅礦；礦體

音頻大地電磁法( AMT)主要用于金屬礦、地?zé)崽铩⒐こ毯吐癫夭簧畹挠蜌馓锟碧健?0 世紀(jì)60 年代初，STRANGWAY等提出LE音頻大地電磁法(王家映,1992)。在20 世紀(jì)70 年代，STRANGWAY等在應(yīng)用音頻大地電磁法尋找金屬硫化礦床方面做了大量工作, 取得了有意義的成果(嚴(yán)良俊等,2001)。AMT是通過觀測由地表不同頻率電磁波信號以確定地下的電阻率值的方法, 具有對低阻體分辨率較好的優(yōu)點(diǎn), 高效，成本低，適于資源勘探, 是重要的地球物理勘探手段。但AMT場源不可控制且信號微弱, 易受自然及人為環(huán)境的影響, 尤其是人為干擾嚴(yán)重的地區(qū)很難開展工作。

1 區(qū)域概況

1.1 自然地理

勘查區(qū)位于馬鬃山山系，比高多在150 m以下，個別可達(dá)500 m。馬鬃山山勢陡峻，切割強(qiáng)烈、溝壑發(fā)育；部分地段由于斷層發(fā)育，常呈壁狀山坡，地形十分陡峭。地區(qū)屬溫帶荒漠氣候，干旱少雨，基巖出露較多，接地電阻較大，人為干擾較小。

1.2 地質(zhì)概況

勘查區(qū)內(nèi)地層除第四系外均屬非史密斯巖石地層單位，主要分布于勘查區(qū)中部，可歸入寒武紀(jì)馬鬃山混雜巖和奧陶紀(jì)窯洞努如巖片2個地層單位(中國地質(zhì)大學(xué)(武漢),甘肅省地調(diào)院，2000)。馬鬃山混雜巖巖性以灰綠色塊狀變質(zhì)玄武巖(輝綠巖)為主，夾灰綠色絹英片巖、絹云綠泥千枚巖、云英片巖，巖石大部強(qiáng)劈理化、片理化。窯洞努如巖片包括灰綠色-淺灰色安山巖、灰色-深灰色玄武巖和輝綠巖、灰色-灰綠色-淺灰綠色玄武安山巖等3種巖性。

區(qū)域侵入巖發(fā)育，種類較多。主要為震旦—寒武紀(jì)灰綠黑色粗粒橄欖輝石巖，寒武—奧陶紀(jì)石英閃長巖和花崗閃長巖，志留—泥盆紀(jì)輝長輝綠巖、閃長巖、石英閃長巖等，中泥盆正長花崗巖和二長花崗巖，石炭紀(jì)花崗閃長巖、石英二長巖和二長花崗巖。

勘查區(qū)內(nèi)構(gòu)造較復(fù)雜，斷裂和韌性剪切帶特別發(fā)育。斷裂發(fā)育北西向、北東向及近南北向等3組，其中北西向斷裂與銅礦關(guān)系密切。

2 音頻大地電磁法(AMT)工作原理及工作布置

2.1 AMT法基本原理

AMT法是以天然電磁場為場源來研究地球內(nèi)部電性構(gòu)造的一種重要的地球物理手段。其基本原理是依據(jù)不同頻率的電磁波在導(dǎo)體中具有不同趨膚深度的原理，在地表測量由高頻至低頻的地球電磁響應(yīng)序列，經(jīng)過相關(guān)的數(shù)據(jù)處理和分析來獲得大地由淺至深的電性結(jié)構(gòu)。

2.2 AMT法工作方法與技術(shù)

通過音頻大地電磁測深的野外工作，首先必須根據(jù)所要研究的地質(zhì)、地球探測問題和任務(wù)進(jìn)行施工設(shè)計；然后根據(jù)設(shè)計，正確的進(jìn)行觀測布極，資料采集時要求觀測資料必須包含有足夠的頻率成分，足夠的記錄長度并滿足一定的質(zhì)量指標(biāo)。最后對觀測資料進(jìn)行自評。

本次AMT法施工的布極方式主要為“+”字形，在地形條件較差的情況下，部分測點(diǎn)采用了“L”形或“T”形的布極方式，接地采用飽和鹽水，偶極長度為30 m，采集時間20 min。

2.3 AMT法野外工作工程布置

本次AMT法共布設(shè)6條測線，分布在地表的有孔雀石化的位置，測線方位大部分為45°，垂直于礦脈走向，與原勘探線基本重合(圖1)。測點(diǎn)點(diǎn)距為20～50 m。

3 音頻大地電磁法(AMT)應(yīng)用效果分析

3.1 巖礦石電性特征

選擇見礦良好的6線進(jìn)行探測，根據(jù)探測結(jié)果與已知鉆孔的揭露情況，確定了本區(qū)的巖礦石的電性特征(圖2)。

地層縱向上整體呈現(xiàn)低-高-低的電性特征。淺部巖性主要為裂隙較為發(fā)育的石英片巖，視電阻率斷面圖中表現(xiàn)為不均勻分布的相對低阻，一般小于1 500 Ω·m；中部為石英巖、硅化碎裂巖，視電阻率呈現(xiàn)相對高阻，一般大于1 500 Ω·m；深部巖性多為石英片巖、花崗巖、石英巖，其中石英片巖、花崗巖在視電阻率斷面圖中表現(xiàn)為相對低阻，電阻率一般為500～1 500 Ω·m，石英巖表現(xiàn)為相對高阻，電阻率一般為1 500～5 000 Ω·m。

圖1 礦體展布及AMT測線布置圖Fig.1 Distribution of ore bodies and layout of AMT survey line

礦化蝕變帶(礦體)一般沿裂隙或巖性接觸帶發(fā)育(圖2)，在視電阻率斷面圖中表現(xiàn)為梯度變化帶。

圖2 6線AMT法二維反演(視)電阻率斷面圖Fig.2 2D inversion (apparent) resistivity section of 6 line AMT method

3.2 斷面分析

測區(qū)共布置6條測線，分別為1～6線，控制礦區(qū)內(nèi)的①號、②號、③號、④號、11號礦體。礦區(qū)各測線視電阻率斷面圖均分為TM模式、TE模式2種。其中，TM模式為供電電極、接收電極和測線方向均垂直于構(gòu)造走向，即45°，更易于區(qū)分地層、構(gòu)造及礦體的信息?？煽卦匆纛l大地電磁法技術(shù)規(guī)程DZ/T0280-2015中對TM、TE模式的規(guī)定為：供電電極、接收電極和測線方向垂直于二維地質(zhì)構(gòu)造走向布設(shè)為TM模式，平行的為TE模式。本次工作TE模式剖面方位仍為45°，但接收電極為315°，不是嚴(yán)格意義的TE模式，僅是對TM模式的信息補(bǔ)充。因此，地層、構(gòu)造及礦體解釋主要依據(jù)TM模式的視電阻率斷面圖，TE模式輔助解釋。根據(jù)探槽、鉆孔的揭露情況與5線斷面圖(圖3)的電性特征，對5線的解釋如下。

AMT法5線視電阻率斷面圖，該剖面長度為450 m，方位為NE45°。樁號1 090～1 160 m、1 230 m、1 310 m處地表存在孔雀石化現(xiàn)象，樁號1 160 m附近有鉆孔ZK2。

圖3 5線AMT法二維反演(視)電阻率斷面圖Fig.3 2D inversion (apparent) resistivity section of 5 line AMT method

標(biāo)高1 980 m以淺，視電阻率一般小于1 500 Ω·m，呈現(xiàn)相對低阻，電阻率分布不均，推斷該相對低阻為裂隙較為發(fā)育的石英片巖；在標(biāo)高1 800～2 080 m，視電阻率大于1 500 Ω·m，呈現(xiàn)相對高阻，為石英巖的電性反映；標(biāo)高2 000 m以下，視電阻率由樁號1 090～1 140 m、1 290～1 340 m處的2個梯度帶分成3個電性區(qū)。其中樁號較小的低阻區(qū)，視電阻率小于2 000 Ω·m，為石英片巖的電性反映；中間的高阻區(qū)，視電阻率值大于2 000 Ω·m，為石英巖的電性反映；樁號較大的低阻區(qū)，視電阻率小于2 000 Ω·m，推斷為花崗巖的電性反映。

在樁號1 080～1 110 m，存在一視電阻率梯度變化帶，由地表延伸至標(biāo)高1 320 m，根據(jù)其他測線推測該梯度帶為礦化蝕變帶，對應(yīng)①號礦體；標(biāo)高2 040 m以深，視電阻率梯度變化較大，推斷礦體沿石英巖裂隙充填，礦化程度相對較好；標(biāo)高1 970～2 040 m，視電阻率梯度變化較小，推斷礦體受石英熱液影響，礦化程度相對較差；標(biāo)高1 970 m以下 ，視電阻率梯度變化較大，該處梯度變化帶為石英片巖與石英巖的巖性接觸帶，礦化程度相對較好。

3.3 礦體分析

3.3.1 ①號礦體

①號礦體呈脈狀，總體走向316°，礦體走向長433 m，由2線、3線、4線、5線、6線5條測線穿過。

礦體在視電阻率斷面圖中表現(xiàn)為梯度變化帶，圍巖為石英片巖、石英巖。視電阻率斷面疊合圖(圖4)顯示礦體兩側(cè)延深較淺，中部延深較大，礦體深部有變薄趨勢。

3.3.2 ③號礦體

③號礦體呈脈狀，總體走向316°左右，傾向南西，傾角52°～86°，礦體上部傾角陡，向深部逐漸變緩，沿走向長564 m。礦體由4條AMT法測線通過，分別為3線、4線、5線、6線。

礦體在視電阻率斷面圖中表現(xiàn)為梯度變化帶，圍巖為石英片巖、石英巖。視電阻率斷面疊合圖(圖5)顯示礦體在向下延深較淺，最深約為650 m。系礦體厚度穩(wěn)定程度較穩(wěn)定型礦體。礦體厚度南東有變厚趨勢。

圖4 視電阻率斷面疊合圖及①號蝕變帶空間分布圖Fig.4 The diagram of apparent resistivity section and the spatial distribution of the alteration zone ①

圖5 視電阻率斷面疊合圖及③號蝕變帶空間分布圖Fig.5 The diagram of apparent resistivity section and the spatial distribution of the alteration zone③

4 結(jié)論

(1)AMT法優(yōu)缺點(diǎn)：根據(jù)AMT勘探結(jié)果，測區(qū)內(nèi)礦體主要分布在梯度變化帶所在的巖性接觸帶上，淺部主要沿石英片巖、石英巖巖性接觸帶，深部主要沿石英片巖、花崗巖的巖性接觸帶，與鉆孔揭露情況基本吻合。該測區(qū)依據(jù)地質(zhì)工程揭露和AMT法推斷，大致查明了礦脈的空間分布情況。

AMT法在勘查中的顯著優(yōu)點(diǎn)是其探測深度，其有效探測可達(dá)數(shù)千米。這一點(diǎn)是常規(guī)視電阻率測深法(探測深度數(shù)百米)難以比擬的，即便瞬變電磁法一般認(rèn)為其有效探測深度也僅為千米左右。

AMT法盡管具有對低阻體分辨率較好且探測深度大的優(yōu)點(diǎn), 并有高效、成本低，受地形條件影響小的優(yōu)點(diǎn)；其缺點(diǎn)是場源不可控制且信號微弱, 易受自然及人為環(huán)境的影響, 尤其是人為干擾嚴(yán)重的地區(qū)。在人為干擾嚴(yán)重的地區(qū)可采用CSAMT法，即可控源音頻大地電磁測深法。

(2)AMT法可能的適用條件：本次工作測區(qū)處著名的甘肅北山成礦帶，礦體一般沿裂隙或巖性接觸帶發(fā)育，在視電阻率斷面圖中表現(xiàn)為梯度變化帶。測區(qū)北距公婆泉斑巖型銅礦(王大為等，1995；郭小寶等，2015)30 km，著名的狼娃山鐵礦70km。據(jù)許榮科等(2010)研究，公婆泉斑巖型銅礦其礦脈多沿北東向、北西向或近東西向裂隙展布；狼娃山鐵礦礦脈也受控于北西西向斷裂(王衛(wèi)偉等，2015)；向西再遠(yuǎn)一些的土屋-延?xùn)|斑巖型銅礦床礦體是斜長花崗斑巖以細(xì)脈狀侵位于閃長玢巖體中形成的，視電阻率特征上表現(xiàn)為斑巖體侵位于高、低阻接觸帶(張征等，2010)。這一點(diǎn)與本測區(qū)一致。既然礦體展布與斷裂裂隙有關(guān)，勢必在其視電阻率特征上有所反映，找出測區(qū)礦體的規(guī)律性反映就不難為深部勘查提供依據(jù)。因此AMT法的適用條件是無人為干擾地區(qū)，尤其是西部人煙稀少的廣大地區(qū)。

綜上所述，AMT法在深部探測中能較準(zhǔn)確的反映銅礦體的分布情況?？梢灶A(yù)測在其他金屬礦深部勘探中可能也有較好的前景。

王家映. 石油電法勘探[M] ，北京: 石油工業(yè)出版社, 1992: 114-115．

WANG Jiaying. Oil and electrical prospecting [M], Beijing: Petroleum Industry Press, 1992: 114-115.

嚴(yán)良俊, 胡文寶, 楊紹芳, 等． 電磁勘探方法及其在南方碳酸鹽巖地區(qū)的應(yīng)用[M]．北京: 石油工業(yè)出版社, 2001: 61-62, 49．

YAN Liangjun, HU Wenbao, YANG Shaofang, et al. Electromagnetic survey method and its application in the south carbonate area of [M]. Beijing: Petroleum Industry Press, 2001: 61-62, 49.

王大為, 鄒志平, 李紹雄. 甘肅公婆泉銅礦成礦地質(zhì)特征及礦床成因[J]. 西北地質(zhì)科學(xué), 1995,16(1):115-122．

WANG Dawei, ZOU Zhiping, LI Shaoxiong.Mineralization feature Gongpoquan copper and genesis [J] Northwest Geoscience, 1995,16 (1): 115-122.

甘肅省地調(diào)院.1∶25萬馬鬃山幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告[R]. 2000.

China University of Geosciences (Wuhan), Gansu Province Institute of Geological Survey. Mazongshan web 250000 regional geological survey report [R]. 2000.

許榮科, 魯勝章, 李興德, 等.甘肅北山公婆泉銅礦礦集區(qū)成礦構(gòu)造剖析及成礦預(yù)測[J]. 地質(zhì)與勘探, 2010，46(1):93-101 ．

XU Rongke, LU Shengzhang, LI Xingde, et al. Beishan Gongpoquan copper ore district metallogenic analysis and metallogenic structure prediction [J]. Geology and Exploration, 2010,46 (1): 93-101.

張征，楊俊弢，莊道澤.土屋延?xùn)|斑巖型銅礦床找礦規(guī)律性研究[J].西北地質(zhì),2010，43(2)：169-183.

ZHANG Zheng, YANG Junsou, ZHUANG Daoze. Tsuchiya Yandong porphyry copper deposit prospecting regularity study[J]. Northwestern Geology, 2010，43(2)：169-183.

郭小寶，余吉遠(yuǎn)，校培喜.甘肅北山公婆泉斑巖型銅礦地質(zhì)特征及成礦流體包裹體研究[J].西北地質(zhì)，2015，48(4)：91-100.

GUO Xiaobao YU Jiyuan, XIAO Peixi. Beishan Gongpoquan porphyry copper mineralization geological characteristics and fluid inclusion studies[J]. Northwestern Geology, 2015，48(4)：91-100.

王衛(wèi)偉，姜修道，楊鎮(zhèn)熙，等，甘肅北山狼娃山鐵礦地質(zhì)地球化學(xué)特征及成因淺析[J].西北地質(zhì)，2015，48(4)：179-190.

WANG Weiwei, JIANG Xiudao, YANG Zhenxi, et al. Beishan Mountain Iron wolf baby Geological and geochemical Characteristics and Genesis[J]. Northwestern Geology, 2015，48(4)：179-190.

山東泰山地質(zhì)勘查公司.甘肅省肅北縣公婆泉二區(qū)銅礦普查(續(xù)作)報告[R].2015.

Shandong Taishan Geological Prospecting Company. Subei County, Gansu Province Gongpoquan II Copper census (sequel) Report [R].2015.

Feasibility Analysis of Audio Magnetotelluric Method for Guiding the Copper Prospecting in Depth

HAO Shudong1, WANG Xianchao2, DU Wenlong2, CHEN Yedou2

(1. No. 4 Exploration Institute of Geology and Mineral Resources of Shandong Province,Tai’an 271000, Shandong, China; 2. Shandong Taishan Geology Exploration Co., LTD, Tai’an 271000, Shandong, China)

AMT is different from the surface by observing the frequency of the electromagnetic signal to determine the value of underground resistivity method has low resistivity body, the advantage of better resolution, high efficiency, low cost, suitable for resource exploration, geophysical exploration is an important means. Audio magnetotelluric method (AMT) is an important resource exploration geophysical methods for low resistivity body it has better resolving effect. AMT law despite having low resistivity body better resolution and depth of great advantage, and has high efficiency, low cost, terrain conditions on small advantages; the drawback is uncontrollable and field source signal is weak, vulnerable to natural and man-made environmental impact, especially in areas of severe human disturbance. Disturbance-hit areas can CSAMT method, you can control the source audio magnetotelluric sounding method.This article describes the application of AMT law in a district of Gansu Copper Exploration. Mineralized alteration zones (ore) generally along fractures or lithological contact zone development, the performance of gradient zone in apparent resistivity section in FIG. AMT method can more accurately reflect the distribution of the ore body, it has good guidance for further geological work.

AMT; copper; ore body

2016-06-19；

2016-07-28

山東省地質(zhì)勘查項(xiàng)目“甘肅省肅北縣公婆泉二區(qū)銅礦普查(續(xù)作)”[魯勘字(2013)133號]

郝書東(1966-)，男，就業(yè)于山東省第五地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，目前從事地質(zhì)勘查與評價工作。E-mail:haosh12345@163m.com

P631.325;P618.

A

1009-6248(2016)04-0165-07