黃朝陽(yáng),張自賢,冉瑞清,高彩霞,吳文英
(1. 重慶工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院,重慶 402260; 2. 中國(guó)科學(xué)院 廣州地球化學(xué)研究所,廣東 廣州 510640; 3. 重慶市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局 205地質(zhì)隊(duì),重慶 402160; 4. 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院,北京 100083)
巴山錳礦帶是我國(guó)著名錳礦產(chǎn)地之一,位于揚(yáng)子板塊西北緣,邊界斷裂為大巴山斷裂帶和鎮(zhèn)巴斷裂帶,成礦帶呈北北西—南南東向展布,由南至北分布高燕、屈家山及水晶坪等大型錳礦床[1-3]。重慶城口地區(qū)位于巴山錳礦帶南部,分布明月、高燕、大渡溪及修齊等典型錳礦。錳礦資源開(kāi)發(fā)已經(jīng)成為城口地區(qū)支柱產(chǎn)業(yè),隨著礦產(chǎn)資源的進(jìn)一步開(kāi)發(fā),致使部分礦區(qū)錳礦資源枯竭,深部找礦工作十分必要。
由于大巴山地區(qū)構(gòu)造活動(dòng)頻繁且復(fù)雜,含錳巖層已被后期構(gòu)造破壞嚴(yán)重,很難對(duì)含錳巖層(礦體)進(jìn)行定位預(yù)測(cè),導(dǎo)致城口地區(qū)錳礦深部勘查工作難以突破[1]。前人研究表明,重慶城口地處大巴山南麓,主要經(jīng)歷晚印支期(170~160 Ma)中晚燕山期(147.3~94.1 Ma)和喜山期(66.7 Ma至今)三期構(gòu)造運(yùn)動(dòng),使得城口地區(qū)發(fā)生褶皺、逆沖推覆構(gòu)造及強(qiáng)烈隆升[4-7]。而后期構(gòu)造對(duì)前期構(gòu)造、地層又發(fā)生切割和破壞,致使城口地區(qū)構(gòu)造十分復(fù)雜,含錳地層被破壞嚴(yán)重,加大地質(zhì)找礦難度。
為了勘探更多的錳礦體,研究人員在地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)上,通過(guò)城口地區(qū)錳礦床礦床地質(zhì)、地層對(duì)比、地球化學(xué)等研究手段進(jìn)行大量工作,并在成礦區(qū)域地質(zhì)、礦床成因認(rèn)識(shí)上取得顯著成果[8-12]。由于區(qū)域構(gòu)造復(fù)雜的原因,傳統(tǒng)地質(zhì)學(xué)方法還不能達(dá)到精確的礦體深部預(yù)測(cè)。音頻大地電磁測(cè)深法是建立在大地電磁測(cè)深法基礎(chǔ)上,由于其頻率較高(0.1~104 Hz),對(duì)低電阻率地層有較高分辨率的識(shí)別,并有高效、成本低,受地形條件影響小的優(yōu)點(diǎn),并廣泛運(yùn)用于地質(zhì)礦產(chǎn)勘查中[13-16]。姚大為[13]通過(guò)武山地區(qū)AMT研究發(fā)現(xiàn),不同地質(zhì)體有電阻率差異,在視電阻率剖面圖上,能較好識(shí)別2 km以內(nèi)的電阻率差異較大的巖性接觸帶和斷裂構(gòu)造。楊炳南[14]通過(guò)李家灣錳礦進(jìn)行AMT方法測(cè)試,建立“高—低—中高”的電阻率分層模式,從而確定含礦地層、構(gòu)造在深部分布形態(tài),進(jìn)而為鉆探布置提供依據(jù)。
本研究在地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)上,通過(guò)對(duì)修齊錳礦區(qū)域成礦地質(zhì)背景、賦礦地層、礦體地質(zhì)特征研究基礎(chǔ)上,選擇區(qū)內(nèi)典型剖面進(jìn)行AMT測(cè)試工作。通過(guò)其AMT地層高分辨率解譯,探測(cè)礦區(qū)內(nèi)深部地層分布、深部斷裂構(gòu)造位置,進(jìn)而圈定找礦靶區(qū),進(jìn)行鉆探驗(yàn)證工作。結(jié)果顯示,AMT方法能很好的反演城口地區(qū)深部含礦巖層、斷裂特征,其結(jié)果可以為城口錳礦深部找礦工作起指示作用。
城口地區(qū)錳礦床由北西往南東分布有明月、高燕、大渡溪和修齊錳礦床,并組成城口錳礦帶[1]。在錳礦帶北側(cè),發(fā)育城巴斷大裂帶,南側(cè)發(fā)育烏坪斷裂帶,兩個(gè)斷裂帶不僅控制城口錳礦帶分布,同時(shí)受二者影響,成礦帶中斷層及褶皺極其發(fā)育,地層傾角變大,部分地層傾向發(fā)生倒轉(zhuǎn),構(gòu)造十分復(fù)雜(圖1)[1]。
1 晚青白口世;2 晚華南世;3 早震旦世;4 震旦紀(jì)—志留紀(jì);5 晚二疊世—中三疊世;6 斷裂構(gòu)造;7 地質(zhì)界線
圖1重慶城口區(qū)域地質(zhì)圖
城口錳礦帶整體呈北西—南東向展布,修齊錳礦位于成礦東南部約5 km,地處城口錳礦帶南東部位。修齊礦區(qū)內(nèi)發(fā)育多期,斷層、褶皺等構(gòu)造活動(dòng)影響,礦區(qū)內(nèi)地層厚度變化大,難以對(duì)地層進(jìn)行精確對(duì)比,總體構(gòu)造線呈北西—南東向展布,總體走向10(°)~35(°)[8]。礦區(qū)出露地層為震旦系下統(tǒng)陡山沱組(Z1ds),震旦系上統(tǒng)燈影組(Z2d)和寒武系下統(tǒng)水井沱組(∈1s),其次是第四系全新統(tǒng)地層(Q)。
陡山沱組(Z1ds)為修齊錳礦的賦礦地層,厚40~65 m。該段可分為兩層,上層為黑色、深灰色炭質(zhì)頁(yè)巖和泥質(zhì)頁(yè)巖層與白云巖互層,偶夾薄層狀硅質(zhì)巖;下層由深灰色細(xì)—粉砂巖與砂質(zhì)頁(yè)巖互層。含錳巖層位于陡山沱組(Z1ds)上層,出露厚度在6~15 m。錳礦體呈層狀、似層狀,局部呈透鏡狀產(chǎn)出,走向270(°)~325(°),傾向北東,傾角12(°)~88(°)。局部地層受褶皺或斷裂構(gòu)造影響,地層傾角陡峭,部分地層在地表上重復(fù),礦體厚度在不同位置均有不規(guī)則的變厚變薄現(xiàn)象[8]。
修齊礦區(qū)礦石礦物以菱錳礦為主,含少量水錳礦、錳白云石、黃鐵礦、膠磷礦。脈石礦物白云石、石英、高嶺石等粘土礦物組成,此外還有少量的磁鐵礦、褐鐵礦、電氣石等。菱錳礦礦石結(jié)構(gòu)主要為細(xì)中粒結(jié)構(gòu)和球粒結(jié)構(gòu),少量為鮞狀結(jié)構(gòu)和膠體結(jié)構(gòu);構(gòu)造類型為條帶構(gòu)造和紋層狀構(gòu)造,少量為塊狀構(gòu)造。
礦體頂板為燈影組第1段(Z2d1)的底部含錳泥質(zhì)白云巖,泥晶結(jié)構(gòu),局部可見(jiàn)硅質(zhì)條帶,風(fēng)化后呈現(xiàn)出褐紅色,是間接的找礦標(biāo)志[17]。底板為陡山沱組上段(Z1ds)中部的黑色炭質(zhì)頁(yè)巖,局部有白云巖及硅質(zhì)條帶,與礦接觸部位可見(jiàn)膠菱礦團(tuán)塊、細(xì)脈。由于區(qū)域斷裂構(gòu)造及高角度逆斷層影響,部分地段地層發(fā)生倒轉(zhuǎn),對(duì)深部找礦預(yù)測(cè)加大難度。
為了對(duì)后續(xù)地球物理剖面更好的解釋,本研究對(duì)施測(cè)巖石、巖石組合電阻率參數(shù)進(jìn)行查閱資料及測(cè)定工作,以便采取有效的物探方法、選擇適當(dāng)?shù)膮?shù),從而確保分析、解釋、評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性,以提高勘探解釋可靠性。
通過(guò)調(diào)查、收集以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)及巖(礦)石標(biāo)本取樣的測(cè)定,對(duì)修齊錳礦區(qū)內(nèi)巖(礦)石電性特征統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。
表1 修齊礦區(qū)巖(礦)石電性參數(shù)測(cè)定統(tǒng)計(jì)
通過(guò)修齊礦區(qū)地質(zhì)調(diào)查及巖(礦)石實(shí)測(cè),整理、分析,修齊礦區(qū)電性特征按地層年代由新到老依次簡(jiǎn)述見(jiàn)表2。
第四系(Q)坡殘積層主要為粉質(zhì)粘土夾粉砂巖、硅質(zhì)巖、灰?guī)r碎石,厚0~18 m,河床沖洪積主要以砂卵石為主,含少量的泥及有機(jī)質(zhì),厚1~5 m。電阻率一般在120~1 500 Ω·m之間,由于次層較薄,又處于地表,解譯時(shí)可以忽略。
寒武系下統(tǒng)水井沱組(∈1s)厚度約1 000 m,由上至下為狀鮞狀灰?guī)r夾鈣質(zhì)頁(yè)巖,粉砂質(zhì)頁(yè)巖,底部為炭質(zhì)頁(yè)巖。電阻率由上至下依次降低,底部炭質(zhì)頁(yè)巖電阻率均值200 Ω·m,為明顯低阻特征。
表2 修齊礦區(qū)主要地層電阻率
震旦系上統(tǒng)燈影組(Z2d)厚度66~192 m,根據(jù)巖性組合可細(xì)分成3段。燈影組第3段(Z2d3)巖性為黑色硅質(zhì)巖夾硅質(zhì)條帶白云巖組合,電阻率一般在1 050~9 800 Ω·m,均值在2 050 Ω·m左右,可與上覆地層水井沱組(∈1s)低阻明顯區(qū)別。燈影組第2段(Z2d2)厚度33~154 m,巖性由上至下依次為水云母頁(yè)巖、致密狀微晶灰?guī)r及硅質(zhì)條帶,電阻率約3 000 Ω·m。燈影組第1段(Z2d1)上部為鈣質(zhì)頁(yè)巖、泥質(zhì)白云巖和白云巖,下部為含錳(鐵)泥質(zhì)白云巖,局部夾頁(yè)巖,為修齊礦區(qū)內(nèi)錳礦層的頂板層,厚度15~40 m,電阻率均值約1 000 Ω·m。
震旦系下統(tǒng)陡山沱組(Z1ds)是修齊錳礦體賦存地層,厚度約6~15 m。該段巖性組合可分上、下兩段,由于斷裂構(gòu)造影響,修齊礦區(qū)內(nèi)只出現(xiàn)陡山沱組上段(Z1ds2),該段頂部為錳礦賦存層位,巖性為炭質(zhì)頁(yè)巖、泥質(zhì)頁(yè)巖層與白云巖互層,偶夾薄層狀硅質(zhì)巖,其電阻率一般在5.0~600 Ω·m,高值可達(dá)到1 020 Ω·m;下部為砂巖頁(yè)巖與砂巖互層,其電阻率顯示為低阻特征,均值370 Ω·m。
在室內(nèi)目標(biāo)線路確定后,為保障野外數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確可靠,本次工作先在室內(nèi)確定測(cè)點(diǎn)坐標(biāo),再由技術(shù)員實(shí)地確定,并在每個(gè)點(diǎn)位采用紅布條記錄測(cè)點(diǎn)號(hào)的方式做好標(biāo)記。測(cè)線測(cè)點(diǎn)的編號(hào)采用自西向東、由南向北的原則,共布置測(cè)點(diǎn)30個(gè),檢查點(diǎn)3個(gè)。
經(jīng)過(guò)物探數(shù)據(jù)處理和二維反演,生成了修齊錳礦區(qū)電阻率剖面圖(圖2)。斷層構(gòu)造電性特征通常顯示為兩側(cè)電阻率變化劇烈,呈串珠狀分布,或電阻率等值線發(fā)生扭曲[18]。為此,此次AMT法識(shí)別出F1和F2斷層,F(xiàn)1斷層位于D5、D6間,斷層兩側(cè)電性明顯突變,斷層大致傾向北東,產(chǎn)狀較陡,向下延伸較大;F2斷層,位于D15、D16間,斷層兩側(cè)電性變化明顯,且電阻率等值線發(fā)生扭曲,斷層大致傾向北東,產(chǎn)狀較陡,向下延伸較大。
圖2 修齊4號(hào)勘探線AMT二維反演電阻率斷面圖
修齊礦區(qū)錳礦體位于陡山沱組上段(Z1ds2)中,頂板巖性為燈影組第1段(Z2d1),巖性為泥質(zhì)白云巖夾頁(yè)巖,電阻率顯示為中阻特點(diǎn);底板為陡山沱組上段(Z1ds2)底部,巖性為砂質(zhì)頁(yè)巖,電阻率顯示為低阻特點(diǎn),二者電阻率差距小,但能和燈影組第2段(Z2d2)高阻的白云巖有明顯差距。根據(jù)含錳巖系為修齊地區(qū)最老地層且電阻率小,頂板電性高電阻率的差異,可在剖面圖上圈定出含錳巖系的空間分布位置和形態(tài)特征。地質(zhì)資料顯示,測(cè)線測(cè)點(diǎn)D16附近震旦系下統(tǒng)陡山沱組,由于在礦層露頭位置發(fā)育斷裂構(gòu)造,導(dǎo)致震旦系下統(tǒng)陡山沱組巖層變薄[9]。電阻率剖面圖顯示為高低阻結(jié)合部位,與F2斷層重合,符合地表斷裂構(gòu)造發(fā)育特點(diǎn),故推斷錳礦層位于D16點(diǎn)電性高低阻結(jié)合部位,即此點(diǎn)為震旦系下統(tǒng)陡山沱組(含燈影組第一段)界線。
為了驗(yàn)證AMT電阻率剖面解譯的可靠性,選擇在此次地球物理剖面20號(hào)點(diǎn)及23號(hào)點(diǎn)布置兩條鉆孔(分別為Zk2016,Zk4-1)。Zk4-1在鉆孔資料顯示,菱錳礦體平均厚度為0.88m,含量在19.37%~23.24%,平均品位為21.56%。Zk2016顯示含錳巖層陡山沱組上段(Z1ds2)受斷層影響,厚度減薄,單層條帶狀礦體厚1~5 mm,脈石厚10~100 mm,未達(dá)到工業(yè)品位(圖3)[9]。
圖3 修齊4號(hào)勘探線鉆孔剖面圖
兩個(gè)鉆孔勘探發(fā)現(xiàn)多層錳礦化體,礦化位置與AMT解譯位置相當(dāng),表明AMT法在修齊錳礦區(qū)的對(duì)斷裂構(gòu)造、地層有較好的識(shí)別效果。
本次研究工作首次將AMT方法運(yùn)用在重慶城口修齊錳礦區(qū),進(jìn)行找礦預(yù)測(cè)工作。經(jīng)鉆孔驗(yàn)證,取得較好的找礦效果,不僅控制礦體深部走向,同時(shí)對(duì)深部斷裂、褶皺等構(gòu)造均有較好的指示作用。
AMT方法可在城口錳礦帶深部找礦工作中推廣應(yīng)用。