王正海，王 娟，姚卓森，方 臣

(1.中山大學(xué)地球科學(xué)系，廣東廣州 510275;2.中國科學(xué)院地質(zhì)地球物理研究所，北京 100029）

隨著地表易找、易采、易利用礦產(chǎn)地的大多被發(fā)現(xiàn)和開發(fā)，找礦難度日益加大。礦產(chǎn)勘查的前沿問題就是要尋找隱伏礦和難識別礦勘查的新技術(shù)、新理論、新方法。EH-4大地電磁成像系統(tǒng)具有探測深度大、精度較高、分辨率好、快速、輕便的優(yōu)點(diǎn)，在金屬礦勘查中取得了較好的找礦效果。

西藏白容銅礦位于西藏尼木縣西北部麻江鄉(xiāng)，為一斑巖型銅礦床，前期的地質(zhì)勘探工作在白容礦區(qū)南部及西部發(fā)現(xiàn)了兩處規(guī)模較大銅礦體和若干小型礦化點(diǎn)。銅礦化主要與E2xm期的二長花崗斑巖有關(guān)。在礦區(qū)北部主要出露的是E2xm花崗閃長斑巖及 (K2－E1)d典中組凝灰?guī)r，目前未發(fā)現(xiàn)銅礦(化)體。此次探索利用EH-4系統(tǒng)進(jìn)行深部找礦研究，目的是希望查明白容礦區(qū)北部深部二長花崗斑巖埋深、形態(tài)及礦 (化)體分布情況，為下一步的銅礦勘查工作提供方向和依據(jù)。

1 礦區(qū)地質(zhì)概況

西藏白容銅礦區(qū)大地構(gòu)造位置位于岡底斯火山－巖漿弧帶東段，近東西向的帕古－熱堆脆韌性剪切帶與羊八井－當(dāng)雄走滑斷裂的交會部位，屬岡底斯－喜馬拉雅地區(qū)的謝通門－墨竹工卡銅、鐵、鉛、鋅、金成礦帶［1］。

礦區(qū)地層簡單，白容北部和西部出露下古近系古新統(tǒng)典中組 (E1d)爆發(fā)－噴溢相灰色、灰綠色及紫紅色玄武巖、黑云母安山巖、安山斑巖和英安質(zhì)凝灰?guī)r夾火山集塊巖。白容礦區(qū)的主要斷裂構(gòu)造以東西向麻達(dá)—沖江斷裂為主體，其次為與之相接的南北向斷層，以及其派生的北西向和部分北東向斷裂。勘查區(qū)巖漿巖體為復(fù)式巖體，陸緣弧中酸性巖漿巖、火山碎屑巖廣泛分布，主要出露二長花崗斑巖、含巨斑角閃黑云二長花崗巖、花崗閃長斑巖、凝灰?guī)r，次為安山玢巖、英安斑巖，及少量石英正長斑巖和閃長玢巖。與成礦有關(guān)的淺層侵入巖主要為安崗超單元之續(xù)邁單元 (E2xm)的黑云角閃二長花崗巖［2］。

白容銅礦為復(fù)式巖體成礦，分異演化充分，有利于含礦熱液的集中與富集成礦，而且?guī)r漿熱液活動(dòng)持續(xù)時(shí)間較長，斑巖體規(guī)模較大，蝕變與礦化明顯。白容礦區(qū)主要的容礦巖石為角閃黑云二長花崗巖和花崗閃長斑巖，次為閃長玢巖，局部見正長斑巖、安山玢巖脈體、透鏡體。與銅礦化有關(guān)的圍巖蝕變發(fā)育，地表出露的主要蝕變有硅化、泥化、黃鐵絹英巖化和青磐巖化，在鉆孔深部見到鉀化蝕變，蝕變具有一定的分帶現(xiàn)象，由下到上，由巖體中心向外延，大體可以劃分為鉀硅化帶、黃鐵絹英巖化帶、泥化帶及青磐巖化帶［3］。

圖1 西藏白容銅礦地質(zhì)圖Fig.1 Geological map of the Bairong copper mine in Tibet

2 EH-4成像系統(tǒng)基本原理

美國EM I和Geometrics公司聯(lián)合開發(fā)生產(chǎn)的EH-4大地電磁成像系統(tǒng)通過發(fā)射和接收地面電磁波來探測所在地質(zhì)體的電阻率或電導(dǎo)率。連續(xù)的測深點(diǎn)陣組成地下二維電阻率剖面，甚至三維立體電阻率成像。該系統(tǒng)屬于人工電磁場源與天然電磁場源相結(jié)合的一種大地電磁測深系統(tǒng)［4］。其觀測的基本參數(shù)為:正交的電場分量 (Ex，Ey)和磁場分量 (Ex，Ey)。

假設(shè)大地為水平介質(zhì)，天然電磁場為平面波垂直入射大地，則在地面可觀測到相互正交的電磁場分量E和H，將其比值定義為大地電磁波阻抗，用Z表示。便可通過下式計(jì)算出卡尼亞視電阻率 (張量)ρ

式中，Z為大地電磁波阻抗，μ為磁導(dǎo)率，ρ為電阻率。

將電磁波在地下傳播時(shí)，振幅值衰減到地面幅值1/e的深度定義為趨膚深度δ(m)，則

趨膚深度δ與頻率的平方根成反比，與大地的電阻率的平方根成正比。由該式可知，當(dāng)電磁波頻率高時(shí)，勘探深度小，隨著頻率的降低，勘探深度也隨著增大。

對于EH-4成像系統(tǒng)來說，當(dāng)在10～100 kHz這個(gè)頻帶上從高頻到低頻測量采集每個(gè)頻點(diǎn)上的電場和磁場分量時(shí)，其實(shí)就相當(dāng)于從地表逐步向下確定地電介質(zhì)的結(jié)構(gòu)情況。這就是高頻大地電磁測深法的基本原理。

3 野外數(shù)據(jù)采集

此次EH-4測線布置在白容礦區(qū)的最北端 (圖1)，東西走向，共設(shè)計(jì)了42個(gè)測點(diǎn)，間距25 m，測線總長度1050 m。測區(qū)地形開闊、平坦，高差較大，尤其是測線的西段，有些相鄰測點(diǎn)間高差高達(dá)20 m以上，測線距離南側(cè)河流距離有700 m左右。區(qū)域內(nèi)無高壓輸電線、電站、村莊、工廠等強(qiáng)干擾設(shè)備，距離公路也較遠(yuǎn)，屬于較為理想的EH-4測量環(huán)境。為了獲得較好的原始數(shù)據(jù)，此次采用EMAP測量方式，即電極距和點(diǎn)距相等，前后點(diǎn)電極首尾相連。

EH-4工作的X偶極方向?yàn)闇y線方向，Y偶極方向?yàn)榇怪庇跍y點(diǎn)方向。由于測區(qū)內(nèi)均未地表巖石出露，磁棒布置時(shí)平放在地面上，風(fēng)較大時(shí)，容易造成信號干擾。EH-4測線的數(shù)據(jù)采集過程中，由于積雪剛剛?cè)诨乇順O為濕潤，整體上時(shí)間域信號強(qiáng)度較好，電阻率誤差較小，X、Y方向相關(guān)度高。整個(gè)區(qū)域內(nèi)，地電結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，電阻值隨著深度的增加而增加，橫向上淺部電阻率值比較均勻，深部電阻率沿測線逐步增加。在035測點(diǎn)之后，無論是TE還是TM模式，電阻值普遍偏高，應(yīng)該與巖漿的侵入活動(dòng)有關(guān)。相位圖與電阻率的變化吻合程度很高，說明基本真實(shí)反映了地下電性結(jié)構(gòu)的特征。測量過程中，對測線上典型的巖石標(biāo)本進(jìn)行采樣，隨后對其進(jìn)行了磨片、精確定名以及地球物理參數(shù)的測定。

圖2 白容礦區(qū)EH4測線TE極化模式視電阻率和相位剖面圖Fig.2 EH-4 TE polarization pattern apparent resistivity and phase profile

測線上可看到明顯的礦化蝕變現(xiàn)象，綠泥石化非常常見，分別在BR003、BR007、BR010標(biāo)本點(diǎn)處發(fā)現(xiàn)綠泥石化，屬于中、低溫?zé)嵋何g變。其中BR007處規(guī)模較大，廣泛發(fā)育綠泥石化、綠簾石化等。

4 EH-4數(shù)據(jù)處理與綜合解譯

在野外測量采集連續(xù)點(diǎn)的時(shí)間序列數(shù)據(jù)，現(xiàn)場進(jìn)行FFT變換，獲得電場和磁場實(shí)虛分量和相位數(shù)據(jù)，并現(xiàn)場進(jìn)行一維Bostick反演;在室內(nèi)利用EH-4數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除發(fā)生畸變信號及刪除個(gè)別跳躍較大的頻點(diǎn)，之后利用二維成像軟件進(jìn)行快速自動(dòng)二維電磁成像并選取適當(dāng)?shù)膱A滑系數(shù)以得到較理想的二維成圖結(jié)果，最后再利用Surfer等成圖軟件對所得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)格化，并采用各向異性的方法進(jìn)行半徑搜索，從而提高分辨率，使得到的圖像能更精確地體現(xiàn)實(shí)際的地層情況［5－7］。

4.1 白容礦區(qū)巖 (礦)石物性特征

不同類型、不同成因的礦床均是由礦化蝕變帶和圍巖 (地層、侵入巖脈等)組成，二者之間具有著明顯的電阻率差異，是進(jìn)行EH-4地球物理勘探、礦床預(yù)測的理論依據(jù)。為此，實(shí)驗(yàn)室測定了測線巖石標(biāo)本以及區(qū)域內(nèi)典型巖石電阻率、極化率和密度 (表1)。

表1 白容礦區(qū)巖石物性參數(shù)Table 1 Physical parametersof rocks at Bairong mine

主要成礦斑巖體的黑云斜長斑狀花崗巖，雖然有輕微的綠泥石化和絹云母化，但是其電阻率值超過作為成礦圍巖的玢巖和砂巖的電阻率值3～6倍。地表主要出露的凝灰?guī)r，電阻率值高達(dá)390600 Ω·m，由于測區(qū)內(nèi)凝灰?guī)r的裂隙、節(jié)理發(fā)育 (如測點(diǎn)BR002)，EH-4剖面布測時(shí)，測區(qū)內(nèi)冰雪剛剛消融，推測實(shí)際地質(zhì)環(huán)境中凝灰?guī)r的電阻率值偏低。從極化率來看，整體表現(xiàn)為礦化巖石極化率是非礦化巖石的2～6倍。而在密度方面，整個(gè)測區(qū)各類巖石的密度大致相等，差異不大。

距離測線南1 km左右的Cu-Ⅰ礦體的實(shí)際物性參數(shù)研究表明區(qū)內(nèi)巖石具有如下電性特征:

1)極化率:黃鐵礦＞黃銅礦＞黃銅礦化、黃鐵礦化＞褐鐵礦 (化)＞氧化銅礦;

2)原生礦極化率為1.0%～2.7%，而氧化礦→0;氧化礦石幾乎無極化效應(yīng)，不引起激電異常;

3)浸染狀礦石極化率大于細(xì)脈狀礦石;

4)從露頭測定結(jié)果看，礦化、含礦巖體的極化率可達(dá)圍巖的2～3倍，而銅礦體的極化率則高達(dá)圍巖的5倍，電性差異十分明顯;

5)從電阻率、極化率與巖礦石的性質(zhì)看，氧化礦與圍巖 (凝灰?guī)r等)，ρ＜1500 Ω·m，η≤0.2%，呈低阻低極化特性;黃銅礦、黃銅礦化，ρ在2000～3000 Ω·m之間，η在0.8% ～1.7%之間，呈低阻高極化特征;黃鐵礦、褐鐵礦化、硅化巖類，ρ＞3000 Ω·m，η介于0.6% ～2.9%之間，呈高阻高極化特征。

白容礦區(qū)巖礦石物性差異明顯，因此，利用EH-4大地電磁測深來定位巖體和礦體是合理、可行的。

4.2 二維定性分析與地下電性結(jié)構(gòu)特征

利用EH-4數(shù)據(jù)處理過程中得到了張量阻抗，采用Swift的判別參數(shù)，就可以通過二維偏離度來評價(jià)地下電性結(jié)構(gòu)近似二維的程度［8］:

其中，對于一維和二維理想構(gòu)造來說，S=0，而三維介質(zhì)中S＞0。一般而言，S越小，介質(zhì)構(gòu)造越接近二維特征，當(dāng)S≤0.2～0.5時(shí)，地下介質(zhì)就可以近似地看做是二維介質(zhì)。

從測線剖面的二維偏離度等值線圖 (圖3)和三維圖 (圖4)顯示出剖面電性結(jié)構(gòu)特征:

圖3 白容礦區(qū)EH-4測深剖面二維偏離度等值線圖Fig.3 EH-4 two dimensional deviation contour map

1)整個(gè)區(qū)域內(nèi)對應(yīng)高頻信息段的地下淺部構(gòu)造，電性特征較為復(fù)雜。在005－007號測點(diǎn)，020－023號測點(diǎn)，013、032、036、040號測點(diǎn)出體現(xiàn)出明顯的二維特性。但其余測點(diǎn)處，三維性較強(qiáng);

圖4 白容礦區(qū)EH-4測深剖面二維偏離度三維圖Fig.4 Three-dimensional map of EH-4 two dimensional deviation

2)低頻段數(shù)據(jù)部分測點(diǎn)的S＞1，顯示出明顯的三維特征，如測點(diǎn)028、013、008－010等，說明區(qū)域在深部可能存在復(fù)雜的構(gòu)造地質(zhì)體，相對二維構(gòu)造來說偏離程度較大。

總體而言，整個(gè)區(qū)域內(nèi)的二維偏離度絕大多數(shù)處于0.2～0.5的范圍之內(nèi)，可以看做二維構(gòu)造來看待，進(jìn)行二維反演解釋。但是，在低頻部分出現(xiàn)了較多的高二維偏離度的情況，說明區(qū)域內(nèi)較深部位的地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變，初步推測與相應(yīng)的巖脈分布有關(guān)。

4.3 擬二維視電阻率等值線圖綜合解譯

EH-4大地電磁測深儀器測量所得的擬二維視電阻率等值線圖能夠較為快速、簡單地反映地下不同地質(zhì)體的電阻率分布，能夠直觀地提供礦化異常的形態(tài)、規(guī)模、延伸等重要信息。

通過對EH-4大地電磁測深儀器測量擬二維等值線圖的分析，反映了地下存在5種截然不同的電性體 (圖5a)Ⅰ－Ⅴ:Ⅰ層低電阻體 (＜50 Ω·m，平行地面分布在剖面頂部，厚約20 m;Ⅱ?qū)拥碗娮梵w (50～100 Ω·m)出現(xiàn)在剖面的東段中淺部高程4000 m以上地區(qū)以及地表淺層;Ⅲ層中等阻值體(200～600 Ω·m)，為等值線的主體部分，分布在測線的中下部;Ⅳ高電阻體 (700～1000 Ω·m)，位于測線右下角。Ⅴ物性層 (100～200 Ω·m)為分布在Ⅲ層中等阻值體中間及接觸帶的低阻體。根據(jù)擬二維等值線圖中所顯示的電阻率大小，結(jié)合區(qū)域內(nèi)巖石物性參數(shù)的測定以及相鄰礦體的巖石電阻率研究，綜合斑巖銅礦的蝕變和礦化特征和研究區(qū)地質(zhì)資料和地質(zhì)剖面綜合研究，對擬二維等值線圖進(jìn)行綜合解譯，繪制綜合解譯圖 (圖5b)。

1)推測Ⅳ高阻體可能是隱伏二長花崗斑巖，Ⅲ層中等電阻體為石英二長斑巖體。Ⅱ?qū)拥碗娮梵w為 (K2－E1)d典中組凝灰?guī)r;Ⅰ層低電阻體為坡積物和冰蹟層。石英二長斑巖體、凝灰?guī)r地表均有出露，已證實(shí);隱伏二長花崗斑巖體是否存在，需要進(jìn)一步驗(yàn)證。

2)Ⅴ層低阻體共有三處，在Ⅲ層中等電阻值體石英二長斑巖體頂部，兩處低電阻率異常呈漏斗狀，具有向上發(fā)散、向下收斂的特點(diǎn)，推測為與火山熱液有關(guān)的Cu、Mo礦 (體)化;在Ⅲ層中等阻值體石英二長斑巖體中部，中－低電阻率異常呈等軸狀，具有面積型分布的特點(diǎn)，推測為斑巖型Cu、Mo礦 (體)化，需進(jìn)一步鉆探驗(yàn)證。(3)參照測線上所采集的標(biāo)本，在BR003(測線300 m處)、BR007(測線 900 m 處)，BR010(測線1050 m處)處野外均看到了大量的綠泥石化、綠簾石化，而通過薄片的鏡下觀察，也都發(fā)現(xiàn)有大量的絹云母化蝕變，這與我們所圈定的礦化異常體位置正好吻合，而且綠泥石化最強(qiáng)烈的BR007處正好與所圈定的最大礦化異常對應(yīng)，故可以合理推測地下存在著未出露的鉀硅酸鹽化帶，以及銅鉬礦化。

圖5 EH-4電阻率剖面 (a)及綜合地質(zhì)解譯 (b)(頻滑因子0.1)Fig.5 Resistivity section of EH-4 and comprehensive geological interpretation(slip frequency factor 0.1)

5 結(jié)論

1)經(jīng)EH 4在西藏白榮銅礦的勘探，初步查明了礦區(qū)北部深部二長花崗斑巖埋深、形態(tài)及礦(化)體分布情況，為下一步的銅礦勘查工作提供方向和依據(jù)。

2)EH4技術(shù)具有勘探深度大、巖體、礦化蝕變帶等反映直觀的特點(diǎn)，能夠有效探測深部隱伏的地質(zhì)體的形態(tài)、產(chǎn)狀，確定其位置、規(guī)模。

3)EH4技術(shù)具有連續(xù)測深的特點(diǎn)，成圖方便且直觀，對于地形較復(fù)雜的地區(qū)，較其他物探方法具有明顯的優(yōu)越性，因此可以在危機(jī)礦山外圍及深部進(jìn)行廣泛的應(yīng)用。

［1］李金祥，秦克章，李光明，等.岡底斯中段尼木斑巖銅礦田的K－Ar、40Ar/39Ar年齡:對巖漿－熱液系統(tǒng)演化和成礦構(gòu)造背景的制約［J］.巖石學(xué)報(bào)，2007，23(5):953－966.

［2］徐德章.西藏尼木縣廳宮、白容銅礦區(qū)礦床地質(zhì)的幾個(gè)問題［J］.地質(zhì)找礦論叢，2006，21(增刊):15 －19.

［3］胡光龍.西藏尼木斑巖銅多金屬礦區(qū)后續(xù)地質(zhì)勘查思考［J］.云南地質(zhì)，2011，30(4):394 －397.

［4］陳慶凱，席振銖.EH4電磁成像系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理過程研究［J］.有色礦冶，2005，21(5):7 －9.

［5］申萍，沈遠(yuǎn)超，劉鐵兵.隱伏礦體定位預(yù)測的地球物理—地質(zhì)找礦模型:以地質(zhì)與EH4雙源大地電磁測深技術(shù)結(jié)合為例［J］.地學(xué)前緣，2011，18(3):284 －292.

［6］區(qū)小毅，單娜琳.EH 4連續(xù)電導(dǎo)率成像系統(tǒng)在花崗巖型鈾礦調(diào)查中的應(yīng)用研究［J］.工程地球物理學(xué)報(bào)，2011(3):329－333.

［7］肖朝陽，黃強(qiáng)太，張紹階，等.EH4電磁成像系統(tǒng)在金礦勘探中的應(yīng)用—以黃金洞金礦為例［J］.大地構(gòu)造與成礦學(xué)，2011，35(2)242－248.

［8］沈遠(yuǎn)超，申萍，劉鐵兵，等.EH4在危機(jī)礦山隱伏金礦體定位預(yù)測中的應(yīng)用研究［J］.地球物理學(xué)進(jìn)展，2008，23(1):559 －567.