薛林家,薛懷友,危曉平,夏國(guó)天,姚維軍

(1.江蘇省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局第六地質(zhì)大隊(duì),江蘇 東海 222300;2.江蘇省地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所,江蘇 南京 210018)

蘇魯造山帶南緣東海地區(qū)石英脈找礦方法試驗(yàn)

薛林家1,薛懷友2,危曉平1,夏國(guó)天2,姚維軍2

(1.江蘇省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局第六地質(zhì)大隊(duì),江蘇 東海 222300;2.江蘇省地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所,江蘇 南京 210018)

東海地區(qū)高純硅資源主要來(lái)源于石英脈。隨著硅工業(yè)的快速發(fā)展,硅資源用量增大,地表資源日近枯竭,急需一種有效的方法,用于覆蓋區(qū)找礦。根據(jù)該區(qū)石英脈產(chǎn)出地質(zhì)特征以及與圍巖的電阻率差異,從己知礦體入手,進(jìn)行了不同點(diǎn)距、線(xiàn)距和深度的對(duì)比試驗(yàn),表明物探電法是可行的。

石英脈;電阻率;網(wǎng)度;埋深;江蘇東海

1 概 述

江蘇省東海地區(qū)是我國(guó)石英脈 (含晶石英脈)的主要產(chǎn)地之一。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),僅東?？h每年開(kāi)采、收購(gòu)的脈石英數(shù)量就在 50萬(wàn) t左右,相當(dāng)于一個(gè)中型或大型礦床。隨著硅工業(yè)的快速發(fā)展,近年來(lái)硅資源用量大增,地表資源日近枯竭,急需一種有效方法,用于覆蓋區(qū)找礦。

20世紀(jì) 50年代以前,區(qū)內(nèi)僅以零星的礦點(diǎn)調(diào)查為主,20世紀(jì) 50年代后開(kāi)展了規(guī)模性的地質(zhì)工作,但由于手段單一,方法較少,研究程度也較差,因而找礦效果不好。如 50年代末到 60年代中期,原地質(zhì)部華東地質(zhì)局 304隊(duì)、徐州專(zhuān)署地質(zhì)局一隊(duì),在東海境內(nèi)開(kāi)展過(guò)水晶礦的普查找礦工作。20世紀(jì)八九十年代,江蘇省地質(zhì)礦產(chǎn)局第六地質(zhì)大隊(duì)、物探隊(duì)、中國(guó)科學(xué)院等單位也曾經(jīng)用物探方法進(jìn)行尋找石英脈嘗試,但都由于石英脈過(guò)于分散,規(guī)模小,第四系覆蓋廣,試驗(yàn)結(jié)果不理想而停止。

隨著地質(zhì)科技的飛速發(fā)展,物探找礦方法和儀器設(shè)備的不斷更新,為本次試驗(yàn)提供了可能性和有利條件。

本次實(shí)驗(yàn)工作選擇了石英脈成礦條件較好,巖性組合在區(qū)域上有代表意義的贛榆縣石橋地區(qū)和東?？h尤莊地區(qū)作為試驗(yàn)區(qū) (圖 1)。儀器使用重慶地質(zhì)儀器廠(chǎng)生產(chǎn)的DZD-4多功能激電儀;電源使用交流發(fā)電機(jī)和儀器廠(chǎng)配套的變壓整流設(shè)備;供電方式：5S ×5S,周期 1.5T,延 3。

圖1 東海地區(qū)構(gòu)造地質(zhì)略圖

2 找礦地質(zhì)背景

東海地區(qū)位于秦嶺 -大別造山帶東延部分,郯廬斷裂帶以東,蘇魯造山帶南緣 (圖 1)。

區(qū)內(nèi)基底地層為：下元古界東海群變質(zhì)雜巖;中上元古界海州群片麻巖、大理巖、含藍(lán)晶石白云石英片巖以及上元古界震旦系淺變質(zhì)的板巖、千枚巖、變質(zhì)砂巖等。蓋層主要有紫紅色砂巖、砂礫巖等,分布于局部斷陷盆地中。本區(qū)第四系覆蓋廣泛,厚度一般 1m～3m,局部大于 5m。

區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈,在元古代呂梁期有基性、超基性巖漿侵入。超基性巖經(jīng)區(qū)域變質(zhì)作用己變質(zhì)為蛇紋巖,其原巖為純橄欖巖 -輝橄巖;基性巖主要為榴輝巖和角閃巖;中生代燕山晚期有大規(guī)?；◢弾r侵入,主要有花崗閃長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)花崗巖、石英二長(zhǎng)巖等,主要分布在郯廬斷裂帶東側(cè),多呈北北東向展布。喜山期局部仍有小規(guī)模的玄武巖噴發(fā)。

區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造比較發(fā)育,主要為北東向及北北東向,局部北西向。北東向斷裂主要有邵桑斷裂,該斷裂控制了中生代沭陽(yáng)凹陷盆地和龍苴凹陷盆地的展布。北北東向斷裂有郯廬斷裂和海泗斷裂,它控制著中生代白堊系的沉積和燕山晚期二長(zhǎng)花崗巖的侵入。北西向斷裂規(guī)模較小,多為北北東向斷裂的派生斷裂。

由于揚(yáng)子板塊向華北板塊多期次的碰撞俯沖,使這一帶遭受擠壓并不斷抬升,形成了多期次規(guī)模不等的韌性剪切帶。這些韌性剪切帶對(duì)該區(qū)石英脈的形成具有一定的控制作用。

區(qū)內(nèi)石英脈產(chǎn)狀決定于形成時(shí)構(gòu)造裂隙形狀,與片麻理多為斜切、橫截、沿節(jié)理裂隙縫貫入,往往成群成帶出現(xiàn),分片集中,走向與超高壓變質(zhì)帶走向一致,以北東—南西向?yàn)橹?。圍巖以黑云斜長(zhǎng)片麻巖類(lèi)、榴輝巖類(lèi)為主,蝕變較復(fù)雜。一般圍巖為榴輝巖的,蝕變主要為綠簾石化、綠泥石化;圍巖為片麻巖時(shí),蝕變帶從里向外一般為蛭石化、綠簾石化,絹云母化、白云母化、高嶺土化、硅化等。蝕變帶寬度隨石英脈大小而變化,從數(shù)厘米到數(shù)米不等。

3 石英脈的地球物理找礦方法試驗(yàn)

本區(qū)石英脈單體規(guī)模較小,多呈脈狀、透鏡狀、不規(guī)則狀等,且連續(xù)性差,產(chǎn)狀較陡。前人主要采用淺層地震折射波法、面波法、高密度電法、探地雷達(dá)法及瞬變電磁法等方法,效果并不理想。鑒于工作區(qū)巖石類(lèi)型較少,高阻礦物 (主要為石英、云母、長(zhǎng)石、蛭石)較簡(jiǎn)單,考慮以巖 (礦)石間電磁學(xué)性質(zhì)及電化學(xué)性質(zhì)的差異為基礎(chǔ),選擇激電中梯 (電阻率)法和聯(lián)合剖面法進(jìn)行了對(duì)比實(shí)驗(yàn)研究。采集視電阻率ρ α和視極化率η α兩個(gè)參數(shù)。

研究區(qū)選擇有代表性的贛榆縣石橋地區(qū)和東?？h的尤莊地區(qū)。其中,贛榆縣石橋地區(qū)的第四系覆蓋較淺且在東?？h朱溝—贛榆石橋的石英脈成礦帶上,主要進(jìn)行方法有效性研究。東?？h尤莊地區(qū)在東?？h的埠后—牛山—新沂市阿湖鎮(zhèn)的石英脈成礦帶上,第四系覆蓋較深,主要進(jìn)行方法的可行性和電測(cè)深研究。

3.1 巖 (礦)石電性特征

本區(qū)石英脈的圍巖主要為各種片麻巖、片巖、榴輝巖。一般無(wú)裂隙的石英脈可視為絕緣體,片麻巖、片巖、變粒巖、榴輝巖的電阻率盡管較高,但遠(yuǎn)低于石英脈的電阻率,二者之間存在著明顯的電阻率差異,這就為電法尋找石英脈提供了地球物理前提條件。

為了解釋推斷的準(zhǔn)確性和可靠性,進(jìn)行了野外露頭小四極法電性測(cè)量,采集了大量巖 (礦)石的電性參數(shù) (表 1)。

表1 巖礦石電性參數(shù)測(cè)定結(jié)果

由表 1可以看出,片麻巖、片巖、變粒巖、榴輝巖的電阻率在 1 000Ω·m左右,石英脈的電阻率平均為1 225Ω·m,二者之間差異明顯。石英脈與其他幾類(lèi)巖石的極化率值都在 0.8～2.8之間,一般為1.35～2.20,相差不大,用極化率參數(shù)不易區(qū)分石英脈與圍巖的界線(xiàn)。

3.2 點(diǎn)、線(xiàn)距的試驗(yàn)

以石橋地區(qū)為例,為了確定最佳點(diǎn)距,筆者在石橋地區(qū)的兩條試驗(yàn)剖面上進(jìn)行了激電中梯和激電聯(lián)剖兩種方法的不同點(diǎn)距對(duì)比。

首先,在石橋朱官莊正北正在開(kāi)采的石英脈礦坑 (石英脈可見(jiàn)寬度約 1.5m,距地面 2.5m左右)邊布置了 1號(hào)試驗(yàn)剖面 (大致垂直于石英脈延伸方向),該剖面距石英脈采坑邊緣 20m處,測(cè)線(xiàn)方位150°。采用激電中梯裝置,AB=1 000m,MN=點(diǎn)距 =20m,礦坑附近MN=點(diǎn)距 =10m。測(cè)試結(jié)果未發(fā)現(xiàn)異常,分析認(rèn)為,該石英脈己經(jīng)尖滅,后經(jīng)槽探揭露確認(rèn)。

其次,在石橋大溫莊東北約 0.5km處布置了 2號(hào)試驗(yàn)剖面,剖面布設(shè)在已知的 1號(hào)石英脈上。剖面長(zhǎng)度 100m,測(cè)線(xiàn)方位 5°,分別進(jìn)行了激電中梯和激電聯(lián)剖兩種方法試驗(yàn)。激電中梯采用AB=300m,MN和點(diǎn)距相等,分別使用 2m、5m、10m、20m進(jìn)行試驗(yàn)。激電聯(lián)剖采用 AO=10m、MN=點(diǎn)距 =2m和AO=20m、MN=4m、點(diǎn)距 =10m兩種極距。

2號(hào)試驗(yàn)剖面上進(jìn)行了激電中梯和激電聯(lián)剖兩種裝置的測(cè)量,每種裝置又用了不同的點(diǎn)距進(jìn)行對(duì)比。試驗(yàn)過(guò)程中,在已知的 1號(hào)礦脈以北 222號(hào)—233號(hào)點(diǎn)的范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)一范圍更大、峰值更高的異常 (圖 2)。經(jīng)槽探驗(yàn)證,為 1條 5m多寬的石英脈。

從圖 2可以看出,在石英脈之上,4條激電中梯曲線(xiàn)都有異常顯示。但點(diǎn)距為 5m、10m的兩條曲線(xiàn)最清楚,20m的曲線(xiàn)較圓滑;點(diǎn)距為 2m的曲線(xiàn)由于受淺層干擾而出現(xiàn)鋸齒狀跳躍。因此,選用 5m、10m點(diǎn)距的異常曲線(xiàn)最清晰。在各種點(diǎn)距都能發(fā)現(xiàn)異常的前提下,點(diǎn)距越大,效率就越高。因此,普查時(shí)宜采用的點(diǎn)距為 20m,異常處加密至 10m。

本剖面上,中梯裝置的勘探深度大于聯(lián)剖裝置的勘探深度,聯(lián)剖曲線(xiàn)的異常點(diǎn) (B點(diǎn))在 233號(hào),中梯曲線(xiàn)的異常點(diǎn)在 220號(hào)—225號(hào),說(shuō)明石英脈向南傾斜。

視極化率曲線(xiàn)中,各種點(diǎn)距的視極化率曲線(xiàn)在石英脈上都無(wú)異常表示 (圖 3)。所以,在本區(qū)尋找石英脈時(shí),不需使用激發(fā)極化法,只使用電阻率法即可。

圖3 激電中梯裝置視電阻率異常曲線(xiàn)圖

為了找到最大有效線(xiàn)距,在本區(qū)預(yù)測(cè)成礦帶上及其附近共布置了 15條剖面,線(xiàn)距為 50m、100m。采用激電中梯裝置,AB=1 000m,MN=點(diǎn)距 =20m,在發(fā)現(xiàn)異常處,點(diǎn)距加密至 10m,共圈定異常 16個(gè)。經(jīng)探槽和淺鉆驗(yàn)證了 11個(gè),其中 7個(gè)異常是由石英脈引起的,揭露的石英脈寬度最小僅 0.5m,最大寬度為 8m,1個(gè)為蛭石片巖引起的異常,其余 3個(gè)可能為石英脈引起的異常,但由于埋藏較深,探槽深度不夠而未能確定。

結(jié)果顯示線(xiàn)距為 100m時(shí)能發(fā)現(xiàn)延伸較長(zhǎng)的石英脈,但容易漏掉較小的石英脈,線(xiàn)距為 50m時(shí)才不至于漏掉較小的石英脈,從而得出：普查時(shí)用線(xiàn)距100m掃面,在異常地段,線(xiàn)距加密至 50m。

3.3 電阻率測(cè)深試驗(yàn)

為了進(jìn)一步驗(yàn)證石橋地區(qū)試驗(yàn)結(jié)果,探測(cè)石英脈埋深方法的有效性,以尤莊地區(qū)為例,進(jìn)行了電測(cè)深試驗(yàn)工作。

3.3.1 電阻率掃面 尤莊地區(qū)電阻率掃面仍采用AB=1 000m、MN=點(diǎn)距 =20m,觀(guān)測(cè)區(qū)段 2/3AB,旁測(cè)距最大 1/6AB。測(cè)線(xiàn)方位 121°(大致垂直石英脈的走向)。完成視電阻率中梯剖面總長(zhǎng)度 40.44km。其中測(cè)網(wǎng)網(wǎng)度為 100m×20m,長(zhǎng)度為 34.96km,異常地段網(wǎng)度加密為 50m×10m,共發(fā)現(xiàn) 35個(gè)異常體。

根據(jù)平面異常等值線(xiàn)的輪廓的光滑性、規(guī)整性,結(jié)合地形起伏分析,石英脈沿走向有分枝復(fù)合與膨縮現(xiàn)象;在同一平面內(nèi),根據(jù)異常的強(qiáng)度、寬度、梯度的變化,推斷異常體的側(cè)伏和產(chǎn)狀的變化,推斷異常體位置。在異常中心位置布置工程進(jìn)行了揭露、驗(yàn)證,結(jié)果有 11個(gè)異常見(jiàn)到石英脈,占驗(yàn)證異常的 34.4%。

3.3.2 電阻率測(cè)深實(shí)驗(yàn) ①異常體選擇及剖面布設(shè)。在上述掃面所圈定的 35個(gè)異常體中,選出 5個(gè)規(guī)模較大、形態(tài)較好的異常,布設(shè) 5條測(cè)深剖面。電阻率測(cè)深采用不等比對(duì)稱(chēng)四極垂向電測(cè)深,AB/2分別為 1.5m、2.5m、4.0m、6.0m、9.0m、15.0m、25.0m、40.0m、65.0m、100.0m、150.0m、220.0m、340.0m。最大 AB/2為 340.0m,AB與 MN方向一致,與異常 (礦)體基本垂直。野外工作選擇極差 ＜2mV,內(nèi)阻 ＜1 000Ω的不極化電極配對(duì)進(jìn)行測(cè)量,每個(gè)裝置的觀(guān)測(cè)前后都進(jìn)行 AB和MN導(dǎo)線(xiàn)的對(duì)地絕緣電阻的檢查,從而保證了 AB導(dǎo)線(xiàn)絕緣電阻 ＞2m·Ω,MN導(dǎo)線(xiàn)的絕緣電阻 ＞5m·Ω。解釋軟件采用 2W的電法數(shù)據(jù)處理軟件。

施測(cè)過(guò)程中,當(dāng)發(fā)現(xiàn)有明顯干擾現(xiàn)象,難以保證最終結(jié)果精度和視電阻率異常的突變點(diǎn)以及儀器顯示超差錯(cuò)誤指示等三種情況之一時(shí)均進(jìn)行了重復(fù)觀(guān)測(cè),并以合格觀(guān)測(cè)結(jié)果的平均值作為最終觀(guān)測(cè)結(jié)果。

②測(cè)深結(jié)果驗(yàn)證。根據(jù)測(cè)深試驗(yàn)結(jié)果,布施鉆孔 ZK3、ZK2,分別對(duì)測(cè)深剖面進(jìn)行了鉆探驗(yàn)證,結(jié)果如下：A.T17異常體 T17-1測(cè)深剖面。T17-1測(cè)深剖面,沿 T17異常體傾向,進(jìn)行電阻率測(cè)深測(cè)量。根據(jù)不對(duì)稱(chēng)四極測(cè)深推斷,地質(zhì)體傾向東南,傾角60°左右,頂端埋深約 5m ～7m,經(jīng)鉆孔 ZK3驗(yàn)證,由石英長(zhǎng)石脈引起,頂板埋深 18.55m,與測(cè)深推測(cè)相差 11m左右 (圖 4)。

B.T17異常體 T17-3測(cè)深剖面。T17-3測(cè)深剖面,沿 T17異常體傾向,從 1號(hào)采坑北邊通過(guò),做了電阻率測(cè)深測(cè)量,根據(jù)不對(duì)稱(chēng)四極測(cè)深推斷,地質(zhì)體傾向東南,傾角 60°左右,頂端埋深約 5m～7m,經(jīng)鉆孔 ZK2驗(yàn)證,由 3層石英脈引起,頂板埋深分別為4.70m、10.97m、14.39m,與測(cè)深推測(cè)基本相符 (圖5)。

圖4 尤莊礦區(qū) T17-1異常體視電阻率測(cè)深及地質(zhì)剖面圖

上述試驗(yàn)結(jié)果表明,一般相同大小的異常體,埋深越大,則異常強(qiáng)度越緩,引起異常的范圍越大,埋深淺的則強(qiáng)度越強(qiáng),引起的異常峰值就高,異常范圍相對(duì)較小。不同大小的異常體,埋深相同,大的異常體的異常強(qiáng)度強(qiáng),異常峰值高,異常范圍大,小的異常體異常強(qiáng)度低,異常峰值小,異常范圍亦小。

另外,同一深度異常體的強(qiáng)度與異常體厚度關(guān)系不大,而與異常體的面積呈正比。一般面積越大,則往往異常強(qiáng)度越大,電阻率值高;面積越小,則往往異常強(qiáng)度越小,電阻率值越低。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)本區(qū)石英脈物探找礦方法的實(shí)驗(yàn)研究,認(rèn)為物探工作不僅可以尋找石英脈,而且經(jīng)濟(jì)高效,為本區(qū)開(kāi)展大規(guī)模石英脈找礦工作探索了一條新路子。物探試驗(yàn)與工程驗(yàn)證表明,物探電法是淺覆蓋區(qū)石英脈找礦的一種有效方法。在物探方法中,電阻率法優(yōu)于其他方法,而中間梯度裝置比聯(lián)合剖面裝置的異常更加明顯,效率更高。一般采用線(xiàn)距100m、點(diǎn)距 20m,在異常地段加密到線(xiàn)距 50m、點(diǎn)距10m,即可滿(mǎn)足普查的精度要求。電阻率測(cè)深用于確定異常體的空間形態(tài),可以初步確定石英脈的頂板埋深以及垂向上的變化,為工程驗(yàn)證提供依據(jù)。

圖5 T17-3異常體視電阻率測(cè)深及地質(zhì)剖面圖

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Quartz vein mineral exploration test in Donghai area of south margin in Sulu Orogen

XUE L in-jia1,XUE Hua i-you2,W EI X iao-p ing1,XIA Guo-tian2,YAO W ei-jun2

(1.Party 6 of Jiangsu Bureau of Geology and Minerals Prospecting,Donghai 222300,Jiangsu;2.Jiangsu Institute of Geology and Minerals Investigation,Nanjing 210018,China)

The high purity silica resourcewasmostly derived from quartz vein inDonghai area of Jiangsu Province.Alongwith the development of national silica industry,the consumption of silica was increased and upper resourceswere nearly exhausted and an effective method to search silica in the buried zonewas urgent.Based on the analyses and studieson the geologicaloccurrence and occurring characteristics in quartz vein area and the difference of electrical resistivity on the wall rock,the authors conducted,based on the known ore bodies,a contrast test in ter ms of diversified spot distance,line distance and depth,and the results demonstrated that the geophysical electricitymethod was feasible.

Quartz vein;Electrical resistivity;Exploration grid;Burial;Donghai,Jiangsu

P631.3+22

A

1674-3636(2010)02-0178-05

2010-03-04;

2010-03-18;編輯：侯鵬飛

薛林家 (1958—),男,高級(jí)工程師,主要從事地質(zhì)礦產(chǎn)資源勘探工作.

10.3969/j.issn.1674-3636.2010.02.178