高密度电法在内蒙古喀喇沁旗毛林坝萤石矿找矿中的应用

2021-10-30金涛

地质学刊 2021年3期

金涛

(中化地质矿山总局地质研究院，北京 100101)

0 引言

毛林坝萤石矿位于内蒙古喀喇沁旗王爷府镇西南，为一低温热液裂隙脉状充填型矿床，矿体严格受北东东向断裂控制，呈脉状、透镜状产出。探测该类隐伏萤石矿床的关键是揭示隐伏断裂的深部延伸展布特征。

隐伏断裂探测是一项难度较大的工作，自城市活动断裂探测工作开展以来，有关隐伏断裂探测的各种方法和手段日益增多(邓起东等，2003；金东淳等，2003；时永志等，2014)。于汪等(2019)以我国东部地区典型中低温热液充填型萤石矿床为例，通过开展地面高精度磁测工作，发现萤石矿控矿构造破碎带边线为低磁异常或正负异常分界处，为隐伏热液裂隙充填型萤石矿找矿工作提供了依据。作为一种易行、低价、直观的物探手段，浅层电法在隐伏断裂探测工作中起着非常重要的作用，张向红等(2000)研究认为断层呈相对低阻体反映，在联合剖面上表现为出现正交点，但由于产生的原因较多，在证据不足的情况下仅根据正交点判定断层较为困难。前人的研究成果(王文龙等，2002；董浩斌等，2003；李志祥等，2003；姜早峰，2004)表明，高密度电法能直观地反映地下结构电阻率分布的差异，为隐伏断层探测提供了重要技术支撑。

虽然高密度电法在矿产勘查和工程勘察中已得到广泛应用，但在非金属矿产勘查方面，尤其是萤石矿找矿方面的实践相对偏少。以毛林坝萤石矿为例，结合地质和1∶1万高密度电法，在矿体西南隐伏部位探测至控矿构造延伸600 m以上，发现1处矿化露头，经槽探工程揭露，矿化达工业规模，为今后钻探工程布置提供了依据。该方法对热液裂隙充填型萤石矿找矿工作具有一定的参考价值。

1 研究区地质概况

1.1 区域地质背景

毛林坝萤石矿位于内蒙古东部赤峰市喀喇沁旗王爷府镇西毛林坝村，大地构造位置在中亚造山带东段兴蒙造山带南侧，华北板块东北部，属环太平洋成矿域和古亚洲洋成矿域复合叠加部位(曹华文等，2013)。区域上主要有高级变质基底、晚古生—中生代侵入岩、寒武纪盖层、二叠纪火山岩和晚侏罗—早白垩世陆相断陷盆地(张成信等，2019)。区内大构造主要为北东东向展布的美林—锦山和八里罕—红山深大断裂，其两侧发育派生次级断裂系统，为区域萤石矿的形成提供了通道和储存空间。在燕山中晚期，伴随着强烈的岩浆-构造活动，发育了一系列北东向断陷型盆地，同时诱发产生了一个高温地热流带，为成矿流体的形成和活动创造了基本条件(翟明国等，2003)。

1.2 地质概况

区内出露地层有：中侏罗统新民组(J2x)，岩性主要为凝灰质砂岩；上侏罗统满克头鄂博组(J3mk)，岩性主要为流纹质火山碎屑岩；上侏罗统玛尼吐组(J3mn)，岩性主要为安山质碎屑岩；下白垩统义县组(K1y)，岩性主要为安山岩；第四系全新统洪冲积物(Qhpal)。侵入岩广泛出露于工作区东部，岩性为晚二叠世黑云母二长花岗岩，该岩体中黑云母含量较高，萤石成矿具有就地取材特征，成矿物质氟主要取自被破坏的黑云母。断裂构造发育，主要有北东东向F1和北西向F2、F3、F4两组断裂，F1断裂两侧发育近于平行的次小级断裂，这些断裂是成矿流体运移的良好通道，毛林坝萤石矿严格受断裂F1控制产出(图1)。

图1 毛林坝萤石矿工程布置及地质略图1-第四系全新统洪冲积物；2-下白垩统义县组；3-上侏罗统玛尼吐组；4-上侏罗统满克头鄂博组；5-中侏罗统新民组；6-晚二叠世黑云母二长花岗岩；7-萤石矿化带；8-萤石矿体；9-石英正长斑岩脉；10-流纹岩、花岗岩、花岗斑岩(脉)；11-石英脉；12-三级氟异常及编号；13-断裂构造；14-槽探工程及编号；15-高密度电法剖面及编号；16-靶区范围；17-已有矿权范围Fig. 1 Engineering layout and geological sketch of Maolinba fluorite mine in Karaqin Banner

1.3 地球物理特征

在研究区采集了45块典型岩石、矿石标本进行分析测试。统计结果(表1)表明：① 安山质碎屑岩、流纹质碎屑岩及花岗岩电阻率多在1 500～1 800 Ω·m之间，相对较高，呈中高阻特征；② 完整的萤石矿石电阻率多在2 000 Ω·m左右，与围岩相比呈高阻特征，但萤石矿体受构造控制产出，赋存于断裂构造破碎带中，整体破碎严重，导致电阻率降低，电阻率值多在1 000 Ω·m左右，表现为低阻特征。上述物性指标为采用高密度电法识别赋存于断裂构造破碎带中的萤石矿体提供了物性基础，以圈定低阻异常为主。

表1 研究区岩矿石电性参数测量统计结果Table 1 Statistics of determination of electrical parameters of rocks and ores in the study area

2 测量方法及质量评述

2.1 测线布置

按照物探测线垂直于已知矿体走向的原则，同时考虑到工作区地形、输电线路电磁干扰等因素的影响(林金波，2011)，垂直于控矿断裂 F1布置了高密度电法剖面线3条，方位 153°，自南西向北东编号分别为 ZP10、ZP24和ZP36(图1)。

2.2 测量方法

开展高密度电法工作的前提是岩石与矿石之间存在电性差异。使用多道电极和多芯电缆人工建立地下稳定直流电场，通过程控式多路电极转换器选择不同的极距间隔和电极组合方式，实现测量电极和自动供电、观测、跑极、记录、计算和存储，从而获取地下一定深度内地质体的视电阻率分布规律，推断其结构构造。高密度电法剖面线能够了解地下断面的信息，通过合理布置测线来勾画三维地质体，达到立体勘探效果，对解决断层破碎带的追索关键问题非常有效。

使用WDMG-4高密度电法测量仪，每条测线最多可以布设电极90个，根据地形确定点距，一般为8.5、9.0、9.5 m；采用温纳装置采集15层。

高密度电法剖面测点施放采用GPS、罗盘，结合测绳布点。电缆布设沿剖面方向，电极尽量埋设在测点附近有泥土的地方，并浇灌盐水，以降低接地电阻。在测量过程中时刻关注仪器数据，每种方法测量完毕后从仪器中调出测量成果曲线，进行野外初步检查，若发现曲线有明显变化则重复测量。工作结束后将接收机中的数据回放至电脑，通过2DRES二维高密度电法反演软件对数据进行处理和反演，形成最终图件。

2.3 质量评述

共完成3条剖面线1 845个物理点的测量，质量检查采用“两同两不同”(同点位、同仪器，不同操作员、不同时间)的方法，共检查物理点335个，占总工作量的18.16%，视电阻率均方相对误差为±0.10%，满足相关规范要求。

视电阻率均方相对误差计算公式：

(1)

3 成果解释与验证

3.1 成果解释

研究区共布置高密度电法剖面线3条，根据区内岩矿石电性特征并结合地质资料进行地质推断解释。以往工作在剖面ZP24地表发现有萤石矿化蚀变破碎带露头，因此选择该剖面进行测量，ZP24剖面岩性主要为流纹质晶屑凝灰岩。图2显示：300～350 m位置视电阻率为0～400 Ω·m，呈低阻特征，推测为毛林坝萤石矿F1控矿断裂的延伸，断裂产状158°∠68°。

图2 毛林坝萤石矿ZP24地球物理综合剖面简图1-上侏罗统满克头鄂博组；2-萤石矿脉；3-流纹质晶屑凝灰岩；4-产状Fig. 2 Comprehensive geophysical profile of ZP24 of Maolinba fluorite mine

ZP10剖面位于ZP24剖面东侧约300 m处，岩性主要为流纹质凝灰岩，少量安山岩。图3显示，剖面200～300 m处ρs<100 Ω·m，为一明显的纵向低阻异常。该异常呈条带状从地表延伸至地下，视电阻率等值线呈陡立倾斜状，为一典型的断裂破碎带低阻异常。经查证，对应地表见断裂构造破碎带，且见有萤石矿化，推测该异常为控矿断裂构造破碎带所致。

图3 毛林坝萤石矿ZP10地球物理综合剖面简图1-满克头鄂博组；2-安山岩；3-流纹质含角砾岩屑玻屑凝灰岩；4-流纹质含集块角砾岩；5-硅化蚀变破碎带；6-产状Fig. 3 Comprehensive geophysical profile of ZP10 of Maolinba fluorite mine

ZP36剖面位于ZP24剖面东侧约600 m处，岩性主要为流纹岩和流纹质碎屑岩，图4显示300 m附近视电阻率呈现低阻特征，与两侧高阻区界线明显，产状较陡，略显南倾，在300 m以西见向南西延伸的陡立的断层陡坎，沿陡坎岩石破碎严重，碎裂岩化，见硅化蚀变，偶见萤石细脉。推测该处存在断层，其倾向南东，为毛林坝控矿断裂F1的延伸。

图4 毛林坝萤石矿ZP36地球物理综合剖面简图1-满克头鄂博组；2-流纹质含角砾岩屑玻屑凝灰岩；3-流纹岩；4-硅化蚀变破碎带；5-物探推断断裂；6-产状Fig. 4 Comprehensive geophysical profile of ZP36 of Maolinba fluorite mine

3.2 地质查证

针对高密度电法发现的萤石矿化线索(俞胜等，2016)，在综合分析视电阻率异常的基础上，进行1∶1万地质填图，主要对矿体延伸南西方向进行追索，又发现硅化蚀变等矿化线索。在ZP10探测的异常处施工探槽TC11进行揭露查证(图1、图5，采样分析结果见表2)，在TC11处揭露矿体真厚度为0.90 m，CaF2品位为45.56%，与毛林坝萤石矿矿体产状一致，倾向南东，中间部位大部覆盖较厚，为隐伏区域，3条高密度电法剖面均探测到相对低阻异常，推测毛林坝萤石矿矿体向南西延伸至TC11以西，为深部钻探工程布设提供了依据。