宋 鵬，徐德潮，于吉林，李永良，王紀(jì)平，張 磊

（中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心河南總隊(duì)，河南 信陽(yáng) 464000）

河南省魯山縣晶質(zhì)石墨礦物探方法應(yīng)用研究

宋 鵬，徐德潮，于吉林，李永良，王紀(jì)平，張 磊

（中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心河南總隊(duì)，河南 信陽(yáng) 464000）

晶質(zhì)石墨礦體相對(duì)于其圍巖為低阻高極化體。使用激發(fā)極化法測(cè)量視極化率、視電阻率作為物性參數(shù)，通過(guò)激電中梯測(cè)量圈定由低阻高極化體引起的異常范圍；通過(guò)激電測(cè)深對(duì)縱向異常進(jìn)行解釋推斷，再結(jié)合地質(zhì)成果，能很好地對(duì)低阻高極化體異常進(jìn)行驗(yàn)證及解釋?zhuān)_(dá)到晶質(zhì)石墨找礦的目的。

晶質(zhì)石墨礦；激電中梯；激電測(cè)深；視極化率；異常

河南省石墨礦產(chǎn)資源豐富，主要為晶質(zhì)石墨礦，目前資源儲(chǔ)量位于全國(guó)第六位，省內(nèi)已知的石墨礦床、礦點(diǎn)及礦化點(diǎn)有近百處，其中規(guī)模達(dá)到大中型的礦床有9處。其中魯山石墨成礦帶為省內(nèi)分布最廣的典型晶質(zhì)石墨成礦帶。

物探電法在省內(nèi)的石墨找礦有較為廣泛的應(yīng)用。1959年，河南省地質(zhì)局物探隊(duì)在魯山竹園銅礦區(qū)以尋找次生富集和原生銅礦及石墨礦床為目的，開(kāi)展1∶50000自然電法場(chǎng)普查和詳查，發(fā)現(xiàn)了分布范圍較大的晶質(zhì)石墨礦床。1975年，河南省地質(zhì)局地質(zhì)9隊(duì)在魯山縣大竹園電法異常區(qū)開(kāi)展地質(zhì)普查工作。

河南省魯山縣晶質(zhì)石墨礦區(qū)位于河南省魯山縣瓦屋鄉(xiāng)—觀音寺鄉(xiāng)，交通便利。本次物探電法工作在礦區(qū)范圍內(nèi)平行布設(shè)10條剖面線，使用激電中梯測(cè)量確定晶質(zhì)石墨礦化帶范圍后，再通過(guò)激電測(cè)深確定礦體埋深及空間賦存狀態(tài)。

1 礦區(qū)地質(zhì)、地球物理概況

1.1 礦區(qū)地質(zhì)概況

礦區(qū)大地構(gòu)造位置位于華北地臺(tái)南緣華熊臺(tái)緣坳陷，崤山—魯山拱褶斷束。地層區(qū)劃屬華北地層區(qū)豫西分區(qū)澠池—確山小區(qū)，出露地層主要為上太古界太華群水底溝組(Ar2s)、雪花溝組(Ar2x)和鐵山嶺組(Ar2t)，見(jiàn)圖1。

圖1 晶質(zhì)石墨礦區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖

水底溝組位于礦區(qū)中部，巖性主要為含石墨透輝斜長(zhǎng)片麻巖、含石墨黑云斜長(zhǎng)片麻巖、含石墨斜長(zhǎng)片麻巖、含石墨透輝斜長(zhǎng)片麻巖、角閃斜長(zhǎng)片麻巖、斜長(zhǎng)角閃片麻巖、大理巖、含石墨透輝(透閃)石大理巖、含石墨大理巖，夾有蛇紋石化大理巖、石英大理巖等。含碳原巖經(jīng)區(qū)域變質(zhì)作用，碳質(zhì)重結(jié)晶、富集，形成晶質(zhì)鱗片狀石墨礦。

雪花溝組位于礦區(qū)南部，巖性主要為黑云斜長(zhǎng)片麻巖、透輝斜長(zhǎng)片麻巖、綠簾斜長(zhǎng)角閃片麻巖。

鐵山嶺組位于礦區(qū)北部，巖性以黑云斜長(zhǎng)片麻巖和角閃斜長(zhǎng)片麻巖為主，斜長(zhǎng)角閃片麻巖次之。

晶質(zhì)石墨主要分布于水底溝組含石墨透輝斜長(zhǎng)片麻巖和含石墨黑云斜長(zhǎng)片麻巖中。晶質(zhì)石墨礦石風(fēng)化面黃褐色，新鮮面淺灰—灰黑色，具鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造。石墨晶片多呈鱗片狀較均勻的分布在巖石中，其與黑云母、透輝石毗鄰，片、柱狀礦物大致平行排列，呈單晶或聚晶分布于透輝石與斜長(zhǎng)石顆粒間，石墨片度一般為0.50～0.60×0.10～0.20mm，最大可達(dá)1～2mm，有滑感，易污手。礦石中固定碳含量2.5%～8%，平均約3.6%。

礦區(qū)地層總體呈單斜產(chǎn)出，傾向200～245°，傾角55～75°，區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造及小型褶皺構(gòu)造發(fā)育。

1.2 礦區(qū)地球物理概況

區(qū)內(nèi)常見(jiàn)巖礦石物理性質(zhì)測(cè)定結(jié)果見(jiàn)下表。

晶質(zhì)石墨礦區(qū)常見(jiàn)巖礦石物性測(cè)定結(jié)果

從上表中巖礦石物性測(cè)定結(jié)果表可知：

(1) 極化率(η)：含石墨礦石能產(chǎn)生極化率高值異常，不含石墨的巖礦石普遍表現(xiàn)為極化率低。因此根據(jù)極化率異常能夠圈定石墨礦化帶。

(2) 電阻率(ρ)：含石墨巖礦石與大部分不含石墨的巖礦石存在較大的電阻率差異，因此電阻率可以作為圈定石墨礦體的依據(jù)之一。

2 礦區(qū)物探工作地質(zhì)應(yīng)用效果

晶質(zhì)石墨礦體相對(duì)于圍巖表現(xiàn)為低電阻高極化的地球物理性質(zhì)，采用時(shí)間域直流激電中間梯度裝置進(jìn)行剖面測(cè)量工作以及時(shí)間域直流激電對(duì)稱(chēng)四極測(cè)深裝置進(jìn)行測(cè)深工作。激電中梯測(cè)量I～X號(hào)共10條勘探線，線長(zhǎng)為1 000～3 080m，總長(zhǎng)度共計(jì)20.02km，各線測(cè)點(diǎn)距離均為20m，供電極距AB=800m、測(cè)量極距MN=40m；對(duì)稱(chēng)四極測(cè)深對(duì)10條線共布設(shè)60個(gè)測(cè)深點(diǎn)，采用不等比觀測(cè)裝置，最大供電極距AB等于600～1 200m。

解釋推斷時(shí)選擇視極化率ηs作為主要參數(shù)，視電阻率ρs作為輔助解釋參數(shù)；通過(guò)激電中梯反映的異常范圍來(lái)圈定晶質(zhì)石墨礦化帶的大致范圍，通過(guò)激電測(cè)深確定極化體的埋藏深度以及空間賦存狀態(tài)。

本次物探激電測(cè)量野外工作，使用重慶地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)的WDJD-4型多功能數(shù)字直流電法儀。

背景場(chǎng)值是由測(cè)區(qū)內(nèi)ΔV1≥3mV所有點(diǎn)的充電率值相加，除以相加的總點(diǎn)數(shù)，本次工作區(qū)的背景場(chǎng)值(Mb)為5.3%。

異常下限的計(jì)算方法為MX=Mb+3εMb，ε為均方誤差，本工作區(qū)的均方誤差為0.1，根據(jù)上式可以求出工作區(qū)的異常下限(MX)為6.89%。

2.1 激電中梯測(cè)量的效果

本次激電中梯測(cè)量工作分別對(duì)I～X線共10條剖面線進(jìn)行了測(cè)量工作，I線到X線依次由礦區(qū)的北西部向南東部平行布置。

2.1.1 剖面線上異常分布及推斷解釋

本次激電中梯測(cè)量工作測(cè)定并繪制了I～X線共10條剖面線的視極化率和視電阻率曲線。10條視極化率曲線均有視極化率高于6.89%的異常范圍，同時(shí)對(duì)應(yīng)位置的視電阻率曲線均顯示為低值，根據(jù)礦區(qū)巖石的激電性質(zhì)，可以認(rèn)為極化率異常部位為石墨礦化部位。

圖2為Ⅴ線電法地質(zhì)綜合剖面圖，圖中可以看出激電中梯異常與地質(zhì)剖面圈定的晶質(zhì)石墨礦化帶位置基本吻合。

通過(guò)對(duì)比各個(gè)剖面線視極化率、視電阻率曲線異常在地質(zhì)剖面圖上的位置，發(fā)現(xiàn)每條剖面線的激電中梯異常位置與地質(zhì)剖面上圈定的晶質(zhì)石墨礦化帶位置基本對(duì)應(yīng)，異常所處區(qū)域?yàn)樗诇辖M(Ar2s)，是成礦有利地帶, 體現(xiàn)了晶質(zhì)石墨礦的低電阻高極化的特性，證明了激電中梯在晶質(zhì)石墨找礦方面有明顯的效果。

2.1.2 激電異常的平面展布規(guī)律及推斷解釋

視極化率平面等值線圖(圖3)中，測(cè)區(qū)異常分布明顯，極化率高于6.89%的部分主要處于測(cè)區(qū)的中部，異常寬度不一，基本閉合。在平面上總體呈現(xiàn)北西—南東向條帶狀展布特征，基本反映了測(cè)區(qū)內(nèi)晶質(zhì)石墨礦(化)地質(zhì)特征。據(jù)其顯示的展布特征判斷，推斷測(cè)區(qū)內(nèi)晶質(zhì)石墨礦(化)的發(fā)育有一定的連續(xù)性。

圖2 晶質(zhì)石墨礦Ⅴ線電法地質(zhì)綜合剖面圖

圖3 晶質(zhì)石墨礦物探視極化率平面等值線圖

視電阻率平面等值線圖中，電阻率低值主要集中在測(cè)區(qū)的中部，呈條帶狀，北西—南東向分布于測(cè)區(qū)中部，視電阻率低值異常與極化率高值異常部位基本吻合，結(jié)合石墨礦的低電阻率高極化率的特性，可以認(rèn)為極化率異常部位即為成礦有利部位。

通過(guò)視極化率異常區(qū)與地質(zhì)界線對(duì)比，發(fā)現(xiàn)極化率異常區(qū)基本位于水底溝組(Ar2s)，為成礦有利地帶，推斷此異常為一連續(xù)的較大的晶質(zhì)石墨礦體?？傮w分析認(rèn)為在Ⅲ線、Ⅴ線和Ⅷ線形成極化率場(chǎng)較強(qiáng)，異常形態(tài)清晰集中，強(qiáng)度較大，分別是M1、M2和M3，幅值達(dá)22%以上的有兩處異常，這三處異常也反映了地質(zhì)上所圈定的晶質(zhì)石墨礦(化)帶。顯然物探異常與地質(zhì)異常信息吻合度較好。

2.2 激電測(cè)深的應(yīng)用效果

本次對(duì)稱(chēng)四極激電測(cè)深工作對(duì)10條剖面中異常較大區(qū)域選取60個(gè)測(cè)深點(diǎn)進(jìn)行測(cè)深。通過(guò)測(cè)深擬斷面圖來(lái)推斷解釋低阻高極化體的埋深以及其在空間上的大致賦存情況。

圖4為Ⅴ線激電測(cè)深視極化率、視電阻率擬斷面圖，圖中大致在視深度為100m處開(kāi)始出現(xiàn)視極化率異常，同時(shí)異常對(duì)應(yīng)的視電阻率均表現(xiàn)為低值。

圖4 晶質(zhì)石墨礦Ⅴ線激電測(cè)深視極化率、視電阻率擬斷面圖

各個(gè)物探剖面線上的激電測(cè)深擬斷面圖中視極化率大于6.89%的異常位置分布的深度不一，對(duì)應(yīng)的視電阻率大致呈低值特征，異常在深部的位置反映了晶質(zhì)石墨礦體的埋藏深度；根據(jù)視極化率異常等值線的分布情況大致推斷礦區(qū)內(nèi)晶質(zhì)石墨礦化層傾向?yàn)橄蛭髂蟽A，與地質(zhì)剖面上圈定的晶質(zhì)石墨礦化帶的傾向一致，充分證明激電測(cè)深工作效果明顯。

3 結(jié)論

(1) 本次物探激電中梯工作所圈定的異常M1、M2和M3，具有異常強(qiáng)度和規(guī)模較大、連續(xù)性較好等特點(diǎn)，激電測(cè)深亦有高極化率低阻地質(zhì)體相對(duì)應(yīng)，推斷它們?yōu)榘l(fā)育于地層中的晶質(zhì)石墨礦化富集引起。

(2) 本次物探工作成果充分證明，物探激電測(cè)量是尋找晶質(zhì)石墨礦的有效的地球物理手段，效果明顯。石墨礦具有高極化率低電阻率的地球物理特征，利用中間梯度裝置掃面可以快速的發(fā)現(xiàn)并圈定激電異常，利用激電測(cè)深可以了解極化體的埋藏深度以及空間賦存狀態(tài)，進(jìn)而為指導(dǎo)工程驗(yàn)證提供較為充足的依據(jù)，減少了深部工程驗(yàn)證的盲目性。

(3) 在具有相同或類(lèi)似成因類(lèi)型的區(qū)域石墨找礦過(guò)程中，利用激電中梯和激電測(cè)深的物探方法具有較好的效果。

4 存在的問(wèn)題

由于工作區(qū)地形切割劇烈和地表不均勻體的影響，致使激電中梯視電阻率無(wú)法正確對(duì)異常解釋?zhuān)室曤娮杪手豢蓞⒖际褂谩?/p>

由于激電中梯勘探工程密度小，以致追索晶質(zhì)石墨礦化的連續(xù)性(特別是向地下延伸)和空間上的分布形態(tài)有一定的困難。

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The Geologic Application Research of Graphite Mineralization Geophysical Exploration in Lushan County, Henan Province

SONG Peng, XU De-chao, YU Ji-lin, LI Yong-liang, WANG Ji-ping, ZHANG Lei
(Henan Team of Geological Survey Center of China Building Materials Industry, Xinyang 464000, China)

Graphite mineralization relative to the physical characteristics of surrounding rock of low resistivity and high polarization. By using induced polarization method, we can measure apparent polarization and apparent resistivity. By using induced polarization using central gradient array we can effectively determine the existence of the graphite mineralization, By using induced polarization method using schumberger array we can determine the plane distribution rule and the state space of the graphite mineralization, then combine with geological results, to achieve the goal of graphite mineralization prospecting.

graphite mineralization; induced polarization using central gradient array; induced polarization using schumberger array; apparent polarization; anomaly

P631.324

A

1007-9386(2017)02-0019-03

2017-01-19