重庆城口修齐锰矿AMT法深部找矿预测

2017-09-20黄朝阳张自贤冉瑞清高彩霞吴文英

中国锰业 2017年6期

黄朝阳，张自贤，冉瑞清，高彩霞，吴文英

(1. 重庆工程职业技术学院，重庆 402260； 2. 中国科学院广州地球化学研究所，广东广州 510640； 3. 重庆市地质矿产勘查开发局 205地质队，重庆 402160； 4. 中国矿业大学地球科学与测绘工程学院，北京 100083)

0 前言

巴山锰矿带是我国著名锰矿产地之一，位于扬子板块西北缘，边界断裂为大巴山断裂带和镇巴断裂带，成矿带呈北北西—南南东向展布，由南至北分布高燕、屈家山及水晶坪等大型锰矿床[1-3]。重庆城口地区位于巴山锰矿带南部，分布明月、高燕、大渡溪及修齐等典型锰矿。锰矿资源开发已经成为城口地区支柱产业，随着矿产资源的进一步开发，致使部分矿区锰矿资源枯竭，深部找矿工作十分必要。

由于大巴山地区构造活动频繁且复杂，含锰岩层已被后期构造破坏严重，很难对含锰岩层(矿体)进行定位预测，导致城口地区锰矿深部勘查工作难以突破[1]。前人研究表明，重庆城口地处大巴山南麓，主要经历晚印支期(170～160 Ma)中晚燕山期(147.3～94.1 Ma)和喜山期(66.7 Ma至今)三期构造运动，使得城口地区发生褶皱、逆冲推覆构造及强烈隆升[4-7]。而后期构造对前期构造、地层又发生切割和破坏，致使城口地区构造十分复杂，含锰地层被破坏严重，加大地质找矿难度。

为了勘探更多的锰矿体，研究人员在地质学基础上，通过城口地区锰矿床矿床地质、地层对比、地球化学等研究手段进行大量工作，并在成矿区域地质、矿床成因认识上取得显著成果[8-12]。由于区域构造复杂的原因，传统地质学方法还不能达到精确的矿体深部预测。音频大地电磁测深法是建立在大地电磁测深法基础上，由于其频率较高(0.1～104 Hz)，对低电阻率地层有较高分辨率的识别，并有高效、成本低，受地形条件影响小的优点，并广泛运用于地质矿产勘查中[13-16]。姚大为[13]通过武山地区AMT研究发现，不同地质体有电阻率差异，在视电阻率剖面图上，能较好识别2 km以内的电阻率差异较大的岩性接触带和断裂构造。杨炳南[14]通过李家湾锰矿进行AMT方法测试，建立“高—低—中高”的电阻率分层模式，从而确定含矿地层、构造在深部分布形态，进而为钻探布置提供依据。

本研究在地质学基础上，通过对修齐锰矿区域成矿地质背景、赋矿地层、矿体地质特征研究基础上，选择区内典型剖面进行AMT测试工作。通过其AMT地层高分辨率解译，探测矿区内深部地层分布、深部断裂构造位置，进而圈定找矿靶区，进行钻探验证工作。结果显示，AMT方法能很好的反演城口地区深部含矿岩层、断裂特征，其结果可以为城口锰矿深部找矿工作起指示作用。

1 地质概况

城口地区锰矿床由北西往南东分布有明月、高燕、大渡溪和修齐锰矿床，并组成城口锰矿带[1]。在锰矿带北侧，发育城巴断大裂带，南侧发育乌坪断裂带，两个断裂带不仅控制城口锰矿带分布，同时受二者影响，成矿带中断层及褶皱极其发育，地层倾角变大，部分地层倾向发生倒转，构造十分复杂(图1)[1]。

1 晚青白口世；2 晚华南世；3 早震旦世；4 震旦纪—志留纪；5 晚二叠世—中三叠世；6 断裂构造；7 地质界线

图1重庆城口区域地质图

城口锰矿带整体呈北西—南东向展布，修齐锰矿位于成矿东南部约5 km，地处城口锰矿带南东部位。修齐矿区内发育多期，断层、褶皱等构造活动影响，矿区内地层厚度变化大，难以对地层进行精确对比，总体构造线呈北西—南东向展布，总体走向10(°)～35(°)[8]。矿区出露地层为震旦系下统陡山沱组(Z1ds)，震旦系上统灯影组(Z2d)和寒武系下统水井沱组(∈1s)，其次是第四系全新统地层(Q)。

陡山沱组(Z1ds)为修齐锰矿的赋矿地层，厚40～65 m。该段可分为两层，上层为黑色、深灰色炭质页岩和泥质页岩层与白云岩互层，偶夹薄层状硅质岩；下层由深灰色细—粉砂岩与砂质页岩互层。含锰岩层位于陡山沱组(Z1ds)上层，出露厚度在6～15 m。锰矿体呈层状、似层状，局部呈透镜状产出，走向270(°)～325(°)，倾向北东，倾角12(°)～88(°)。局部地层受褶皱或断裂构造影响，地层倾角陡峭，部分地层在地表上重复，矿体厚度在不同位置均有不规则的变厚变薄现象[8]。

修齐矿区矿石矿物以菱锰矿为主，含少量水锰矿、锰白云石、黄铁矿、胶磷矿。脉石矿物白云石、石英、高岭石等粘土矿物组成，此外还有少量的磁铁矿、褐铁矿、电气石等。菱锰矿矿石结构主要为细中粒结构和球粒结构，少量为鲕状结构和胶体结构；构造类型为条带构造和纹层状构造，少量为块状构造。

矿体顶板为灯影组第1段(Z2d1)的底部含锰泥质白云岩，泥晶结构，局部可见硅质条带，风化后呈现出褐红色，是间接的找矿标志[17]。底板为陡山沱组上段(Z1ds)中部的黑色炭质页岩，局部有白云岩及硅质条带，与矿接触部位可见胶菱矿团块、细脉。由于区域断裂构造及高角度逆断层影响，部分地段地层发生倒转，对深部找矿预测加大难度。

2 岩石及地层地球物理特征

2.1 岩(矿)石物性参数测试

为了对后续地球物理剖面更好的解释，本研究对施测岩石、岩石组合电阻率参数进行查阅资料及测定工作，以便采取有效的物探方法、选择适当的参数，从而确保分析、解释、评价的准确性，以提高勘探解释可靠性。

通过调查、收集以及现场实测及岩(矿)石标本取样的测定，对修齐锰矿区内岩(矿)石电性特征统计见表1。

表1 修齐矿区岩(矿)石电性参数测定统计

2.2 各主要地层地球物理特征

通过修齐矿区地质调查及岩(矿)石实测，整理、分析，修齐矿区电性特征按地层年代由新到老依次简述见表2。

第四系(Q)坡残积层主要为粉质粘土夹粉砂岩、硅质岩、灰岩碎石，厚0～18 m，河床冲洪积主要以砂卵石为主，含少量的泥及有机质，厚1～5 m。电阻率一般在120～1 500 Ω·m之间，由于次层较薄，又处于地表，解译时可以忽略。

寒武系下统水井沱组(∈1s)厚度约1 000 m，由上至下为状鲕状灰岩夹钙质页岩，粉砂质页岩，底部为炭质页岩。电阻率由上至下依次降低，底部炭质页岩电阻率均值200 Ω·m，为明显低阻特征。

表2 修齐矿区主要地层电阻率

震旦系上统灯影组(Z2d)厚度66～192 m，根据岩性组合可细分成3段。灯影组第3段(Z2d3)岩性为黑色硅质岩夹硅质条带白云岩组合，电阻率一般在1 050～9 800 Ω·m，均值在2 050 Ω·m左右，可与上覆地层水井沱组(∈1s)低阻明显区别。灯影组第2段(Z2d2)厚度33～154 m，岩性由上至下依次为水云母页岩、致密状微晶灰岩及硅质条带，电阻率约3 000 Ω·m。灯影组第1段(Z2d1)上部为钙质页岩、泥质白云岩和白云岩，下部为含锰(铁)泥质白云岩，局部夹页岩，为修齐矿区内锰矿层的顶板层，厚度15～40 m，电阻率均值约1 000 Ω·m。

震旦系下统陡山沱组(Z1ds)是修齐锰矿体赋存地层，厚度约6～15 m。该段岩性组合可分上、下两段，由于断裂构造影响，修齐矿区内只出现陡山沱组上段(Z1ds2)，该段顶部为锰矿赋存层位，岩性为炭质页岩、泥质页岩层与白云岩互层，偶夹薄层状硅质岩，其电阻率一般在5.0～600 Ω·m，高值可达到1 020 Ω·m；下部为砂岩页岩与砂岩互层，其电阻率显示为低阻特征，均值370 Ω·m。

3 地球物理解译及验证

3.1 数据采集

在室内目标线路确定后，为保障野外数据采集准确可靠，本次工作先在室内确定测点坐标，再由技术员实地确定，并在每个点位采用红布条记录测点号的方式做好标记。测线测点的编号采用自西向东、由南向北的原则，共布置测点30个，检查点3个。

3.2 数据解译

经过物探数据处理和二维反演，生成了修齐锰矿区电阻率剖面图(图2)。断层构造电性特征通常显示为两侧电阻率变化剧烈，呈串珠状分布，或电阻率等值线发生扭曲[18]。为此，此次AMT法识别出F1和F2断层，F1断层位于D5、D6间，断层两侧电性明显突变，断层大致倾向北东，产状较陡，向下延伸较大；F2断层，位于D15、D16间，断层两侧电性变化明显，且电阻率等值线发生扭曲，断层大致倾向北东，产状较陡，向下延伸较大。

图2 修齐4号勘探线AMT二维反演电阻率断面图

修齐矿区锰矿体位于陡山沱组上段(Z1ds2)中，顶板岩性为灯影组第1段(Z2d1)，岩性为泥质白云岩夹页岩，电阻率显示为中阻特点；底板为陡山沱组上段(Z1ds2)底部，岩性为砂质页岩，电阻率显示为低阻特点，二者电阻率差距小，但能和灯影组第2段(Z2d2)高阻的白云岩有明显差距。根据含锰岩系为修齐地区最老地层且电阻率小，顶板电性高电阻率的差异，可在剖面图上圈定出含锰岩系的空间分布位置和形态特征。地质资料显示，测线测点D16附近震旦系下统陡山沱组，由于在矿层露头位置发育断裂构造，导致震旦系下统陡山沱组岩层变薄[9]。电阻率剖面图显示为高低阻结合部位，与F2断层重合，符合地表断裂构造发育特点，故推断锰矿层位于D16点电性高低阻结合部位，即此点为震旦系下统陡山沱组(含灯影组第一段)界线。

3.3 钻孔验证

为了验证AMT电阻率剖面解译的可靠性，选择在此次地球物理剖面20号点及23号点布置两条钻孔(分别为Zk2016，Zk4-1)。Zk4-1在钻孔资料显示，菱锰矿体平均厚度为0.88m，含量在19.37%～23.24%，平均品位为21.56%。Zk2016显示含锰岩层陡山沱组上段(Z1ds2)受断层影响，厚度减薄，单层条带状矿体厚1～5 mm，脉石厚10～100 mm，未达到工业品位(图3)[9]。