李宏伟, 杨 虎, 李昂泽, 朱友欢

(中国地质调查局 应用地质研究中心,四川 成都 610036)

甘肃阳山金矿为我国西秦岭地区具有代表性的超大型金矿之一,近20年来,相关勘查单位和研究机构在矿区已开展多种物化探方法的应用,完成的主要工作如下:

2002—2003年,完成阳山矿区1∶1 0 000激电(induced polarization,IP)测量工作,划分成矿区带3处,推测断裂11条;2008年,开展了1∶50 000水系沉积物测量和构造叠加晕测量工作,提供可供进一步查证的Au异常9处及311号脉群金矿盲矿靶位9个;2009年,对安坝矿段01号和17号勘探线开展了EH4高精度电法测量实验性工作,对测线深部构造进行解译,推测深部存在较大的岩脉侵入可能性,同年在矿区开展高密度电阻率法测量工作,推测了深部斑岩体和构造;2011—2017年,在全矿带范围内进行了1∶10 000 IP扫面、IP测深、放射性能谱测量以及可控源音频大地电磁测深(controlled source audio-frequency magnetotellurics,CSAMT)测量等工作,重新圈定多个异常和深部构造,为后续勘查提供了一系列有用信息。此外,在矿区及外围开展了1∶200 000航磁测量,发现文县安坝至月照一带存在1条NEE向航磁正异常带,推测为隐伏北倾岩浆岩体所致[1]。

随着矿区深部勘查工作的持续推进以及下一步矿区外围勘查工作的开展,当前迫切需要建立针对阳山矿区深部找矿的物化探勘查模型,因此,有必要对各种物化探勘查方法在本矿区的适用性进行综合评价比较,找到最优化方案。本文在综合矿区已有勘查成果的基础上,对具有代表性的CSAMT、大功率IP、地面高精度磁法及构造叠加晕等勘查方法开展应用研究,对各方法的应用效果进行对比和综合评价,在此基础上,建立矿区深部勘查方法组合及应用流程,以期为矿区后续找矿工作提供参考。

1 矿区地质概况

阳山金矿带位于碧口地块北缘勉-略缝合带内,属西秦岭南亚带,夹持于华北板块、扬子板块及松潘-甘孜造山带三大构造单元之间,是中国大陆东西向中央造山系与南北向贺兰-川滇构造带垂向交汇区[2]。研究区区域地质图如图1所示(据文献[3]修改)。

图1 研究区区域地质图

该金矿带受区内汤卜沟—观音坝—月亮坝断裂带及其次级断裂控制[4],总体呈NEE向展布,东起汤卜沟,西至张家山一带,全长近30 km,宽约3～5 km,自西向东划分为泥山、葛条湾、安坝、高楼山、阳山、张家山6个矿段。其中,安坝矿段为阳山矿带的主要矿化集中区,该矿段自南向北由305号、360号、311号、370号共4条主矿脉组成。阳山金矿带矿区地质略图如图2所示(据文献[1]修改)。

图2 阳山金矿带矿区地质略图

矿区主要出露下泥盆统桥头岩组(Dq)、岷堡沟组和西沟组(Dx+m)、屯寨组(Dt),下白垩统周家湾组(Kzj)、鸡山组(Kj),以及三叠系(T)和第四系(Q)地层,其中赋矿地层桥头岩组(Dq)岩性主要为绢云千枚岩、钙泥质粉砂质千枚岩、钙泥质千枚岩及碳质千枚岩,可见千枚岩夹薄层透镜状石英砂岩、千枚岩夹薄层灰岩。

矿区内岩浆活动以各类岩脉为主。岩脉主要为斜长花岗斑岩脉,其次为英云闪长岩脉、花岗细晶岩脉。岩脉受构造控制,主要呈NEE向和NWW向展布,矿区内岩脉在不同部位的展布方向有所不同,NEE向岩脉主要出露于月元、葛条湾及安坝一带;NWW向岩脉主要分布在堡子坝、寺陡坪一带;近NS向的岩脉仅在矿区内零星出现,主要分布于肖家湾、麦娥堡及寺陡坪以南地区。

2 矿区岩(矿)石物性及地球化学特征

2.1 矿区岩(矿)石磁性与电性特征

矿区各种岩(矿)石磁性及电性参数测定结果见表1所列。由表1可知:砾岩呈高磁化率,其他岩性磁化率较低;泥质千枚岩、破碎蚀变千枚岩、钙质千枚岩等磁化率差异不大;斜长花岗斑岩、灰岩等呈弱磁或无磁性特征。

表1 矿区岩(矿)石标本磁性、电性参数测量统计结果

矿区岩(矿)石视电阻率差别较大,砾岩、灰岩及斜长花岗斑岩等属于高电阻率岩石,破碎蚀变千枚岩、碳质千枚岩等呈低电阻率特征,而钙、泥质千枚岩呈中-低阻过渡电性特性。

矿区碳质千枚岩视极化率最高,其平均值为5.06%,是一般岩性极化率的5倍以上;主要赋矿围岩——破碎蚀变千枚岩,钙、泥质千枚岩视极化率均大于2%,属于相对高极化岩性;而普通千枚岩极化率最低,平均为0.79%,属低极化率岩石。

岩(矿)石电性参数研究表明,岩(矿)石之间电性差异较明显,矿区内大部分矿(化)体和构造破碎蚀变带具有相对中-低阻高极化率电性特征。

2.2 矿区水系沉积物化探异常特征

1∶50 000水系沉积物测量所圈定的Au、As、Sb等元素异常相关性好,且异常受断裂构造控制较明显,特别是在断裂转折部位、交汇部位分布的异常规模大,数量多。在大部分Au浓集中心内部或其附近均发现了金矿脉或金矿化带。例如,安坝矿段Au-10异常浓集中心,Au丰度下限为16×10-9,面积为1.6 km2,该浓集中心位于汤卜沟—观音坝断裂带北侧,围岩为下泥盆统桥头岩组(Dq)的千枚岩夹砂岩,通过地表工程在该浓集中心及其南部发现了305号、314号、311号及360号矿脉。

2.3 矿体构造叠加晕地球化学特征

文献[5-6]以311号矿脉为研究对象,根据不同成矿阶段叠加形成矿体(晕)的轴(垂)向分带特点,以及不同成矿阶段形成矿体的原生晕在构造有利部位的叠加结构,建立了矿脉体元素分带模式,如图3所示。图3中:Ⅱ、Ⅲ为2个主要成矿阶段;A、B、C分别表示不同部位矿体及其构造叠加晕分布。

图3 阳山金矿构造叠加晕元素分带及预测模式

矿体及其周围能形成异常的元素有Au、As、Sb、Hg、Ag、Pb、Bi、Co、Mn、Mo,各元素浓度具有分带特征:① Au、Ag、Pb为矿体的近矿晕指示元素,从矿体→近矿→远矿体,Au、Ag、Pb呈内带异常→中带异常→外带异常,异常与矿体规模基本一致;② As、Sb、Hg为前缘晕指示元素,在矿体上部及近前缘异常强度最高,在矿体中、下部及尾部异常强度低或无异常;③ Bi、Co(Mn、Mo)的强异常中心在矿体下方范围大且较连续,是矿体尾部和尾晕的重要指示;④ 单一次成矿形成的矿体原生晕轴向分带序列从上至下为:As、Sb、Hg→Au、Ag、Pb→Bi、Mn、Mo、Co。

Ⅱ、Ⅲ 2个主成矿阶段形成矿体(晕)具有空间上同位叠加、部分同位叠加等多种叠加形式和复杂的叠加结构。

3 勘查方法及应用效果简介

3.1 CSAMT

CSAMT通过改变频率测量卡尼亚视电阻率而达到测深的目的,由于具有相对抗噪性,是地下深部结构无损探测的一种有效方法[7-10]。本文以安坝矿段为研究对象,开展CSAMT测量工作,布置8条测线,测线方位156°,线距200 m,点距20 m,收发距约9 km,采集频段为1 ～8 196 Hz。

L10、L14、L18号测线电阻率反演联合断面图如图4所示。

图4 安坝矿段L10、L14、L18勘探线CSAMT法视电阻率反演联合断面图

横向上3条测线深部电性分布特征相似,具有较好的一致性。电阻率异常由浅到深呈现低阻—高阻—低阻—高阻的4层分布,且南北两侧高阻,中间相对低阻。钻孔揭示高阻区大多对应于灰岩夹千枚岩地层,而低阻区与破碎带、(矿化蚀变)千枚岩、碳质千枚岩等对应。各测线上,利用低阻和电阻率梯度带电性特征推测出4条断裂(F1～F4)横向连续,钻孔揭示已探明的主要矿体呈带成串沿断裂带分布。测区深部电性特征为高、低阻异常呈等轴状相间分布,显示各断裂带内挤压剪切韧性变形十分强烈,其两侧岩石组合及构造变形均存在明显差异。

3.2 大功率IP

大功率IP法以岩、矿石电性差异为基础,通过向地下岩、矿体供脉冲交变电流,在地下形成一次场,在电流关断后,测量由一次场感生的二次场电位变化,从而研究地下存在电性差异的岩、矿体[11-12]。在矿区张家山矿段开展1∶10 000大功率IP法实验,以确定控矿构造,圈出有利成矿地段。测线方位153°,线距100 m,点距40 m 网度,AB供电极距1 500 m,测量范围为(2/3)AB。

张家山矿段视电阻率和视极化率等值线平面图如图5所示,推测出5条断裂构造带F1、F2、F3、F4及F6。

图5 张家山矿段视电阻率和视极化率等值线平面图

由图5a可知,测区视电阻率呈北高南低的分布趋势;由图5b可知,视极化率等值线向南梯度递增。测区以北分布大面积灰岩,物性测量表现为高阻低极化特征,而南部以破碎蚀变千枚岩为主,显示低阻相对高极化特征。IP异常与物性特征完全一致,说明该区应用大功率IP法多参数结合分析能够在平面上较好地划分出岩性分布。

已知3条矿脉皆分布于测区南部且总体呈NE走向,而测区南部呈相对低阻高极化异常特征,且异常带同样呈NE向分布,该特征与矿脉位置吻合,即表现为明显矿致异常;此外已知102号矿脉在8—10号测线间表现出北偏的趋势,同样,图5b上相应区域也表现出梯度带向北延伸的变化趋势。因此,矿体的分布和延伸与高极化率异常范围较吻合,低阻高极化异常特征可以作为矿区的一个找矿标志。

3.3 构造叠加晕

在阳山矿区构造叠加晕模式(图3)建立的基础上,对安坝—葛条湾矿段10—44号勘探线抽取构造叠加晕多元素分析样品开展了研究,主要分析Au、Ag、Cu、Pb、Zn、As、Sb、Bi、Co、Mn、Mo、Hg等12种元素。样品在矿体、岩体、蚀变带、构造带中有热液叠加部位采集,其叠加晕强度异常下限及异常强度的内、中、外带异常分带标准通过参考矿区围岩、样品分析结果统计、矿区已知化探工作成果,以及国内近几年划定异常下限的方法确定。

安坝矿段38号勘探线构造叠加晕异常特征及成矿预测如图6所示。311号矿脉在38号勘探线剖面上的构造叠加晕异常特征为:标高1 450 m至地表段,前缘晕和近矿晕元素均出现内、中、外带异常,异常连续,强度高,范围广;尾晕元素出现在1 850 m标高至地表及1 450～1 630 m处,均为外带异常,由此推断311号矿脉在38号勘探线附近表现为2个或2个以上矿化体部分叠加特点,其深部存在矿化体延伸或者第2矿化富集区的可能性较大,预测区标高为1 260～1 380 m。

图6 38号勘探线构造叠加晕异常特征及成矿预测

325号矿脉在钻孔ZK3812中1 480 m标高处的构造叠加晕异常特征为:前缘晕元素出现中、外带异常,近矿晕元素出现内、中、外带异常,且未见尾晕元素异常,据此推断325号矿化脉向深部延伸的可能性较大,预测区标高为1 270～1 420 m。

3.4 地面高精度磁法

磁法测量即通过观测和分析由岩(矿)石(或其他探测对象)磁性差异所引起的磁异常,进而研究地质构造和矿产资源(或其他探测对象)分布规律的一种勘探方法[13-15]。由表1岩(矿)石标本磁化率测量成果可知,虽然岩性均表现为低磁化率特征,但砾岩及泥质、破碎蚀变千枚岩等磁化率相对较高,灰岩呈弱磁性或无磁性,即利用该法划分岩性和构造具有一定可行性。因此,在安坝—葛条湾矿段进行了1:10 000地面高精度磁法实验性测量,评价其有效性。测线方位为153°,线距100 m,点距20 m 网度,共布设5 km2。

高精度磁测磁异常ΔT等值线平面图如图7所示。图7中,划分出4条断裂带F1～F4,其总体磁性特征表现为低磁背景中的相对高磁异常呈串珠状带状分布;圈定出3个相对高磁异常区M1、M2和M3,其分布面积、强弱、形态走向存在一定的差异。

图7 高精度磁测磁异常ΔT等值线平面图

将ΔT值向上延拓至200 m时M1、M3异常依然存在,且有扩大成片的趋势,推测这2个磁异常为深部岩体所致;M2异常随深度增加,逐渐消失,推测为浅部物质引起。M1、M2异常在地表对应千枚岩夹灰岩,且无明显构造出露,推测为岩体引起;M3异常处,地表出露灰岩,因灰岩基本为无磁性岩体,且该灰岩体周围出露一定规模的破碎蚀变带,推测该磁异常应为深部破碎蚀变千枚岩所致。此外,通过串珠状异常推测的F1、F2断裂总体呈NE走向(西段过度为NW走向),异常分布位置与汤卜沟—观音坝断裂带2条分支断裂相对应;同样,推测的F3、F4断裂与测区北侧NW向断裂相对应,为深部隐伏断裂。

4 勘查方法有效性评价

4.1 勘查方法评价

阳山金矿区CSAMT获取的深部电性分布与物性测量结果基本吻合,且与各剖面已知地质信息有较好对应关系,反映出该方法对区内韧、脆性构造和岩性具有一定的分辨能力。矿区主要矿体以断裂带控制为主,可以利用该方法圈定低阻异常带和视电阻率变化梯度带,快速确定成矿有利构造,从而达到间接找矿目的。由于该法分辨率随着深度增加而降低,且对普遍厚度较薄的矿体分辨不足,实测剖面深部矿体所对应视电阻率变化范围较大,无法直接对矿体进行解译。

矿区的载Au矿物主要为黄铁矿、毒砂等金属硫化物,大功率IP法测量结果显示,呈团块状或稀疏侵染状构造矿石均可引起一定程度视极化率异常,结合电阻率异常进行综合分析,有利于对成矿地质体的解译。该方法的不足是探测深度相对较浅,多用于面积性测量工作,且深切割区施工难度较大;此外矿区碳质成分可能引起解译的多解性问题,值得重视。

矿区岩性总体为弱磁性或无磁性,地面高精度磁测结果显示,利用低磁背景中的相对高磁异常串珠状带状分布推测的多条断裂带位置与地表情况基本吻合,说明该方法对于断裂带具有一定的分辨能力。当弱磁性岩体规模较小时其磁异常特征不明显,故矿区利用该方法划分岩性和识别深部岩体效果受限。

对构造叠加晕方法圈选的6处成矿预测区开展了施工验证,其中见矿3处,见矿化1处,未见矿2处,从而验证了该方法对矿区深部矿体预测的有效性。由于矿区金矿赋矿围岩主要为千枚岩,受区内构造强烈活动影响,岩石普遍破碎,直接通过钻孔识别构造带存在干扰,势必影响抽样和预测定位的准确性。

4.2 方法有效性综合评价

阳山金矿勘查方法有效性评价对比统计结果见表2所列。阳山金矿带产于碧口地块北缘勉-略缝合带内,处于被动大陆边缘沉积环境,区域性文县弧形断裂系统弧顶部位控制着矿床的空间就位,更次级的汤卜沟—观音坝—月亮坝断裂带及其分支断裂提供各矿段最终的定位空间[16]。矿区内已探明的主要矿体严格受汤卜沟—观音坝—月亮坝断裂带NEE向、近EW向断裂的控制,呈带成串沿断裂带分布;其分支断裂多沿草坪梁—葛条湾复背斜南翼层间次级褶皱岩层薄弱面或不同岩性接触面发育,产状基本与褶皱岩层面平行或小角度斜交,其局部膨大和产状变化交汇部位以及断裂-岩脉交汇部位有利于矿体产出[17-19]。

表2 阳山金矿勘查方法有效性评价对比统计结果

本文研究表明:矿区面积性IP视极化率和视电阻率变化梯度带呈条带状异常,高精度磁测异常呈串珠状带状分布,低磁背景中出现相对高磁异常,这些异常特征对上述构造具有明显的指示效果;面状构造确定后,针对浅部构造,大功率IP测量能有明显分辨;CSAMT测量能够对500～700 m左右的成矿有利构造进行有效识别从而实现间接找矿。矿区深部构造的识别可以利用高精度重磁资料延拓辅助解译。

对阳山金矿安坝矿段探矿工程控制矿体部位岩性特征进行统计,结果见表3所列[20]。

表3 安坝矿段探矿工程矿体岩性特征统计结果

矿(化)体赋存岩性主要为泥质、粉砂质千枚岩,花岗斑岩和千枚岩接触带、花岗斑岩、碳质千枚岩、千枚岩夹深灰色薄层灰岩及少部分石英砂岩。矿区岩(矿)石电性参数测量结果(表1)显示,含矿地质体视电阻率值变化范围较大,因此,基于电阻率参数测量的电磁测深勘查方法无法对矿区深部矿体进行有效推断解释。

由表1岩(矿)石视极化率结果可知:主要的含矿体破碎蚀变千枚岩、钙质千枚岩及泥质千枚岩视极化率均大于2%,属于相对高极化岩性;碳质千枚岩的视极化率也较高;普通千枚岩视极化率最低,平均为0.79%,属于低极化岩性。因此,在矿区采用大功率IP测量可以在浅部针对千枚岩型矿体勘查取得一定的效果。实际测量中,已知矿体的分布和延伸与高极化率异常范围较吻合(见3.2节),低阻高极化梯度带异常特征可以作为矿区的一个找矿标志。需要注意的是,矿区还存在少量花岗斑岩型矿石(表3),其视极化率相对较低,需要结合多种方法进行解译。

矿区中、深部矿体的预测主要依靠构造叠加晕勘查方法,利用构造叠加晕模式确立的矿区深部矿体预测准则在部分矿体延伸的预测上达到了很好的应用效果(见3.4节)。

矿区赋矿围岩岩性主要为泥质、粉砂质千枚岩和斜长花岗斑岩,有少量碳质千枚岩和极少量石英砂岩;近矿干扰主要来自碳质千枚岩,其极化率最高,但电阻率最低,因此可以按照物性研究结果进行排除;其余围岩视极化率值普遍较低。另外,对于地球物理、地球化学方法的精细识别技术,可根据其反演方法、野外工作参数,进一步细化勘查效果。

5 勘查技术方法组合研究

根据阳山金矿安坝矿段各个目标体以及各种物化探深部勘查方法对其的最佳效果表现,本文总结了此类型矿(床)体的勘查技术方法,从含矿构造、控岩构造、围岩、成矿地质体角度对不同方法结果进行了分析,另外,从不同深度对6种地球物理(化学)方法进行了有效性评价对比(表2),建立本矿区深部勘查方法组合及流程如下:区域地表平面定位(遥感、水系沉积物测量、地面高精度磁测)→重点区平面和浅部矿(化)体勘查(IP扫面)→靶区中深部构造勘查(CSAMT、地面高精度磁测延拓)→深部矿体推测和解译(构造叠加晕、找矿信息量预测)。阳山金矿勘查技术方法组合示意图如图8所示。

图8 阳山金矿勘查技术方法组合示意图

具体找矿步骤如下:

(1) 在遥感解译圈定的成矿有利区带(蚀变、构造部位)和水系沉积物面积性测量初步圈定出的Au异常区,利用高精度磁法扫面圈定深部成矿有利岩体,划分控矿构造,选择有利靶区。

(2) 在找矿重点区域,首先开展大功率IP扫面工作,并结合化探分析,综合解译矿致异常,对矿体、浅部构造、蚀变带进行详细定位。

(3) 进一步缩小找矿靶区,筛选重要异常区进行深部勘查,利用电磁法,结合步骤(1)中的磁法测量延拓处理结果,联合解译查明成矿有利构造,利用IP测量获取的视极化率参数综合分析,推断深部构造含矿性。由于本矿区岩石物性的特殊性,需要重视高、低异常值的分析,特别注意在视极化率和视电阻率变化梯度带区域,利用其他各种方法进行断裂、矿(化)体的准确定位,根据验证情况反复及时反馈,达到找矿目的。

(4) 筛选成矿有利区域施工钻孔,利用构造叠加晕方法预测矿体的分布特征和深部延伸趋势,圈定深部找矿靶区,为后续勘查指明方向。钻孔的施工提供了更多找矿信息,反过来可补充和修正信息量法预测参数,同时修正完善物化探解译,减少其多解性,进一步提高深部成矿预测精度和准确性。此外,在确定找矿标志的基础上,可开展找矿信息量法深部成矿预测[21],增加更多的预测参数,辅助物化探方法解译。

6 结 论

(1) 本文对4种主要勘查方法在矿区的应用效果进行了分析评价,研究显示,大功率IP法视极化率和视电阻率变化梯度带条带状异常、高精度磁测呈串珠状带状分布以及低磁背景中的相对高磁异常对矿区面状展布构造具有指示效果。浅部及中、深部构造可以通过大功率IP、CSAMT等方法解译。大功率IP法低阻高极化带异常特征可以作为矿区的一个找矿标志。构造叠加晕勘查方法对于矿区中、深部矿体的预测是有效的。此外,矿区围岩的近矿干扰主要来自碳质千枚岩,针对其高极化率异常应多方法多参数联合解译。

(2) 建立了本矿区深部勘查方法组合及流程,即“区域地表平面定位(遥感、水系沉积物测量、地面高精度磁测)→重点区平面和浅部矿(化)体勘查(IP扫面)→靶区中深部构造勘查(CSAMT、地面高精度磁测延拓)→深部矿体推测和解译(构造叠加晕、找矿信息量预测)”勘查方法组合。

(3) 应加强对各种方法施工参数的研究,CSAMT方法应补充收发距实验、极距选择实验、测线两侧端点对比实验等采集参数的研究,为野外有效施工提供更多参考。

(4) 地球物理的多解性存在于各个方面,各种反演方法是其中一种,算法不同,其反演结果也有所差别。应加强电磁测深反演方法对比试验,探索适合于本矿区的最佳反演方法和计算参数。

(5) 具备条件的情况下,可在矿区开展音频大地电磁测深法或“广域电磁法”等大深度探测方法的实验研究,利用最新勘查技术研究矿区深部构造,为成矿模式研究提供基础资料,同时,探索矿区1 000 m及以下深部资源前景,解决矿区大深度勘查预测瓶颈。