高密度電法在內蒙古喀喇沁旗毛林壩螢石礦找礦中的應用

金 濤

(中化地質礦山總局地質研究院，北京 100101)

0 引 言

毛林壩螢石礦位于內蒙古喀喇沁旗王爺府鎮西南，為一低溫熱液裂隙脈狀充填型礦床，礦體嚴格受北東東向斷裂控制，呈脈狀、透鏡狀產出。探測該類隱伏螢石礦床的關鍵是揭示隱伏斷裂的深部延伸展布特征。

隱伏斷裂探測是一項難度較大的工作，自城市活動斷裂探測工作開展以來，有關隱伏斷裂探測的各種方法和手段日益增多(鄧起東等，2003；金東淳等，2003；時永志等，2014)。于汪等(2019)以我國東部地區典型中低溫熱液充填型螢石礦床為例，通過開展地面高精度磁測工作，發現螢石礦控礦構造破碎帶邊線為低磁異?；蛘摦惓７纸缣?，為隱伏熱液裂隙充填型螢石礦找礦工作提供了依據。作為一種易行、低價、直觀的物探手段，淺層電法在隱伏斷裂探測工作中起著非常重要的作用，張向紅等(2000)研究認為斷層呈相對低阻體反映，在聯合剖面上表現為出現正交點，但由于產生的原因較多，在證據不足的情況下僅根據正交點判定斷層較為困難。前人的研究成果(王文龍等，2002；董浩斌等，2003；李志祥等，2003；姜早峰，2004)表明，高密度電法能直觀地反映地下結構電阻率分布的差異，為隱伏斷層探測提供了重要技術支撐。

雖然高密度電法在礦產勘查和工程勘察中已得到廣泛應用，但在非金屬礦產勘查方面，尤其是螢石礦找礦方面的實踐相對偏少。以毛林壩螢石礦為例，結合地質和1∶1萬高密度電法，在礦體西南隱伏部位探測至控礦構造延伸600 m以上，發現1處礦化露頭，經槽探工程揭露，礦化達工業規模，為今后鉆探工程布置提供了依據。該方法對熱液裂隙充填型螢石礦找礦工作具有一定的參考價值。

1 研究區地質概況

1.1 區域地質背景

毛林壩螢石礦位于內蒙古東部赤峰市喀喇沁旗王爺府鎮西毛林壩村，大地構造位置在中亞造山帶東段興蒙造山帶南側，華北板塊東北部，屬環太平洋成礦域和古亞洲洋成礦域復合疊加部位(曹華文等，2013)。區域上主要有高級變質基底、晚古生—中生代侵入巖、寒武紀蓋層、二疊紀火山巖和晚侏羅—早白堊世陸相斷陷盆地(張成信等，2019)。區內大構造主要為北東東向展布的美林—錦山和八里罕—紅山深大斷裂，其兩側發育派生次級斷裂系統，為區域螢石礦的形成提供了通道和儲存空間。在燕山中晚期，伴隨著強烈的巖漿-構造活動，發育了一系列北東向斷陷型盆地，同時誘發產生了一個高溫地熱流帶，為成礦流體的形成和活動創造了基本條件(翟明國等，2003)。

1.2 地質概況

區內出露地層有：中侏羅統新民組(J2x)，巖性主要為凝灰質砂巖；上侏羅統滿克頭鄂博組(J3mk)，巖性主要為流紋質火山碎屑巖；上侏羅統瑪尼吐組(J3mn)，巖性主要為安山質碎屑巖；下白堊統義縣組(K1y)，巖性主要為安山巖；第四系全新統洪沖積物(Qhpal)。侵入巖廣泛出露于工作區東部，巖性為晚二疊世黑云母二長花崗巖，該巖體中黑云母含量較高，螢石成礦具有就地取材特征，成礦物質氟主要取自被破壞的黑云母。斷裂構造發育，主要有北東東向F1和北西向F2、F3、F4兩組斷裂，F1斷裂兩側發育近于平行的次小級斷裂，這些斷裂是成礦流體運移的良好通道，毛林壩螢石礦嚴格受斷裂F1控制產出(圖1)。

圖1 毛林壩螢石礦工程布置及地質略圖1-第四系全新統洪沖積物；2-下白堊統義縣組；3-上侏羅統瑪尼吐組；4-上侏羅統滿克頭鄂博組；5-中侏羅統新民組；6-晚二疊世黑云母二長花崗巖；7-螢石礦化帶；8-螢石礦體；9-石英正長斑巖脈；10-流紋巖、花崗巖、花崗斑巖(脈)；11-石英脈；12-三級氟異常及編號；13-斷裂構造；14-槽探工程及編號；15-高密度電法剖面及編號；16-靶區范圍；17-已有礦權范圍Fig. 1 Engineering layout and geological sketch of Maolinba fluorite mine in Karaqin Banner

1.3 地球物理特征

在研究區采集了45塊典型巖石、礦石標本進行分析測試。統計結果(表1)表明：① 安山質碎屑巖、流紋質碎屑巖及花崗巖電阻率多在1 500～1 800 Ω·m之間，相對較高，呈中高阻特征；② 完整的螢石礦石電阻率多在2 000 Ω·m左右，與圍巖相比呈高阻特征，但螢石礦體受構造控制產出，賦存于斷裂構造破碎帶中，整體破碎嚴重，導致電阻率降低，電阻率值多在1 000 Ω·m左右，表現為低阻特征。上述物性指標為采用高密度電法識別賦存于斷裂構造破碎帶中的螢石礦體提供了物性基礎，以圈定低阻異常為主。

表1 研究區巖礦石電性參數測量統計結果Table 1 Statistics of determination of electrical parameters of rocks and ores in the study area

2 測量方法及質量評述

2.1 測線布置

按照物探測線垂直于已知礦體走向的原則，同時考慮到工作區地形、輸電線路電磁干擾等因素的影響(林金波，2011)，垂直于控礦斷裂 F1布置了高密度電法剖面線3條，方位 153°，自南西向北東編號分別為 ZP10、ZP24和ZP36(圖1)。

2.2 測量方法

開展高密度電法工作的前提是巖石與礦石之間存在電性差異。使用多道電極和多芯電纜人工建立地下穩定直流電場，通過程控式多路電極轉換器選擇不同的極距間隔和電極組合方式，實現測量電極和自動供電、觀測、跑極、記錄、計算和存儲，從而獲取地下一定深度內地質體的視電阻率分布規律，推斷其結構構造。高密度電法剖面線能夠了解地下斷面的信息，通過合理布置測線來勾畫三維地質體，達到立體勘探效果，對解決斷層破碎帶的追索關鍵問題非常有效。

使用WDMG-4高密度電法測量儀，每條測線最多可以布設電極90個，根據地形確定點距，一般為8.5、9.0、9.5 m；采用溫納裝置采集15層。

高密度電法剖面測點施放采用GPS、羅盤，結合測繩布點。電纜布設沿剖面方向，電極盡量埋設在測點附近有泥土的地方，并澆灌鹽水，以降低接地電阻。在測量過程中時刻關注儀器數據，每種方法測量完畢后從儀器中調出測量成果曲線，進行野外初步檢查，若發現曲線有明顯變化則重復測量。工作結束后將接收機中的數據回放至電腦，通過2DRES二維高密度電法反演軟件對數據進行處理和反演，形成最終圖件。

2.3 質量評述

共完成3條剖面線1 845個物理點的測量，質量檢查采用“兩同兩不同”(同點位、同儀器，不同操作員、不同時間)的方法，共檢查物理點335個，占總工作量的18.16%，視電阻率均方相對誤差為±0.10%，滿足相關規范要求。

視電阻率均方相對誤差計算公式：

(1)

3 成果解釋與驗證

3.1 成果解釋

研究區共布置高密度電法剖面線3條，根據區內巖礦石電性特征并結合地質資料進行地質推斷解釋。以往工作在剖面ZP24地表發現有螢石礦化蝕變破碎帶露頭，因此選擇該剖面進行測量，ZP24剖面巖性主要為流紋質晶屑凝灰巖。圖2顯示：300～350 m位置視電阻率為0～400 Ω·m，呈低阻特征，推測為毛林壩螢石礦F1控礦斷裂的延伸，斷裂產狀158°∠68°。

圖2 毛林壩螢石礦ZP24地球物理綜合剖面簡圖1-上侏羅統滿克頭鄂博組；2-螢石礦脈；3-流紋質晶屑凝灰巖；4-產狀Fig. 2 Comprehensive geophysical profile of ZP24 of Maolinba fluorite mine

ZP10剖面位于ZP24剖面東側約300 m處，巖性主要為流紋質凝灰巖，少量安山巖。圖3顯示，剖面200～300 m處ρs<100 Ω·m，為一明顯的縱向低阻異常。該異常呈條帶狀從地表延伸至地下，視電阻率等值線呈陡立傾斜狀，為一典型的斷裂破碎帶低阻異常。經查證，對應地表見斷裂構造破碎帶，且見有螢石礦化，推測該異常為控礦斷裂構造破碎帶所致。

圖3 毛林壩螢石礦ZP10地球物理綜合剖面簡圖1-滿克頭鄂博組；2-安山巖；3-流紋質含角礫巖屑玻屑凝灰巖；4-流紋質含集塊角礫巖；5-硅化蝕變破碎帶；6-產狀Fig. 3 Comprehensive geophysical profile of ZP10 of Maolinba fluorite mine

ZP36剖面位于ZP24剖面東側約600 m處，巖性主要為流紋巖和流紋質碎屑巖，圖4顯示300 m附近視電阻率呈現低阻特征，與兩側高阻區界線明顯，產狀較陡，略顯南傾，在300 m以西見向南西延伸的陡立的斷層陡坎，沿陡坎巖石破碎嚴重，碎裂巖化，見硅化蝕變，偶見螢石細脈。推測該處存在斷層，其傾向南東，為毛林壩控礦斷裂F1的延伸。

圖4 毛林壩螢石礦ZP36地球物理綜合剖面簡圖1-滿克頭鄂博組；2-流紋質含角礫巖屑玻屑凝灰巖；3-流紋巖；4-硅化蝕變破碎帶；5-物探推斷斷裂；6-產狀Fig. 4 Comprehensive geophysical profile of ZP36 of Maolinba fluorite mine

3.2 地質查證

針對高密度電法發現的螢石礦化線索(俞勝等，2016)，在綜合分析視電阻率異常的基礎上，進行1∶1萬地質填圖，主要對礦體延伸南西方向進行追索，又發現硅化蝕變等礦化線索。在ZP10探測的異常處施工探槽TC11進行揭露查證(圖1、圖5，采樣分析結果見表2)，在TC11處揭露礦體真厚度為0.90 m，CaF2品位為45.56%，與毛林壩螢石礦礦體產狀一致，傾向南東，中間部位大部覆蓋較厚，為隱伏區域，3條高密度電法剖面均探測到相對低阻異常，推測毛林壩螢石礦礦體向南西延伸至TC11以西，為深部鉆探工程布設提供了依據。

圖5 毛林壩螢石礦TC11探槽素描草圖1-殘坡積；2-流紋質含角礫巖屑玻屑凝灰巖；3-高嶺土化；4-螢石礦體；5-產狀；6-采樣位置及編號Fig. 5 Sketch of TC11 trench in Maolinba fluorite mine

表2 探槽TC11刻槽樣分析結果Table 2 Analysis results of samples from test groove TC11

4 結 論

(1)利用高密度電法探測隱伏螢石礦控礦構造，對尋找螢石礦具有較好的效果，可將視電阻率低阻異常帶等典型特征作為熱液裂隙充填型螢石礦的地球物理找礦標志。

(2)低阻異常在礦體延伸隱伏部位具有較好的對應關系，建議下一步將毛林壩螢石礦南西延伸部位作為重點找礦地段，布設鉆探工程進行深部驗證控制，有望探獲中型以上螢石礦體。