地空瞬变电磁法在甘肃北山火山岩型铜多金属矿找矿中的应用与靶区验证

薛世虎; 路俊涛; 郭明; 王亚龙; 樊新祥; 杨镇熙; 陈海云

doi:10.12404/j.issn.1671-1815.2507933

科学技术与工程 ›› 2026, Vol. 26 ›› Issue (30) :12915-12925 DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2507933

论文：天文学、地球科学

地空瞬变电磁法在甘肃北山火山岩型铜多金属矿找矿中的应用与靶区验证

薛世虎 ¹^,² ,
路俊涛 ³^,^* ,
郭明 ³ ,
王亚龙 ¹ ,
樊新祥 ¹^,² ,
杨镇熙 ²^,⁴ ,
陈海云 ¹^,²

作者信息 +

Application of the Grounded Electrical Source Airborne Transient Electromagnetic Method for Mineral Exploration and Target Verification of Volcanogenic Copper-polymetallic Deposits in the Beishan Region, Gansu Province

XUE Shi-hu ¹^,² ,
LU Jun-tao ³^,^* ,
GUO Ming ³ ,
WANG Ya-long ¹ ,
FAN Xin-xiang ¹^,² ,
YANG Zhen-xi ²^,⁴ ,
CHEN Hai-yun ¹^,²

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文章历史 +

摘要

甘肃北山成矿带作为中国西北地区重要的地质构造单元,其内赋存有丰富的金属矿产资源,近期在北山南带开展的矿产勘查工作首次发现海相火山岩型铜多金属矿床。为在该区域快速识别发现类似矿床、实现找矿突破,采用以地面大功率发射和空中无人机搭载接收模块快速采集方式相结合的电性源地空瞬变电磁法,在已知矿区及外围实施了大范围探测。采用基于空间约束的拟三维正则化反演方法从观测数据中提取地下三维电性结构特征,并在钻孔勘探线剖面通过有效性试验验证了因铜多金属矿体而形成的相对低阻异常响应,结合统计物性信息与实测响应特征进行了理论模拟响应分析,进一步验证了该地区地空瞬变电磁低阻响应早期低幅值、整体慢衰减的特征,为火山岩型铜多金属矿找矿靶区预测提供了重要参考依据,验证了地空瞬变电磁法在该研究区的适用性与有效性。本次研究不仅验证了地空瞬变电磁技术在复杂地形区寻找深部隐伏矿的强大能力,也为中国西北干旱荒漠区紧缺战略性矿产资源的勘查提供了全新的技术方案,进而为新一轮找矿突破战略行动提供了重要的新技术、新方法选择。

Abstract

The Beishan metallogenic belt in Gansu Province is a significant geological tectonic unit in northwestern China, hosting abundant metal mineral resources. Recently, mineral exploration carried out in the southern part of Beishan identified a marine volcanic-hosted copper-polymetallic deposit for the first time. To achieve a breakthrough in prospecting and effectively discover similar deposits in such areas, GREATEM (grounded electrical source airborne transient electromagnetic) method, which integrates a high-power grounded transmitter with rapid data acquisition via a drone-mounted receiver, was employed to conduct a large-scale exploration in the known mining area and its periphery. A spatially constrained quasi-3D regularized inversion method was adopted to extract the characteristics of the subsurface 3D resistivity structure. The low-resistivity anomalies corresponding to copper-polymetallic ore bodies were confirmed by validation tests along the drilling section. By integrating statistical petrophysical information with observed response characteristics, a synthetic analysis was conducted to further verify that the low-resistivity responses obtained by the GREATEM method in this region were characterized by lower early-time amplitudes and an overall slow decay. The results provide an important basis for identifying prospective target areas for volcanic-hosted copper-polymetallic deposits and demonstrate the practicality and effectiveness of the GREATEM method in such areas. Overall, this work not only highlights the great capability of the GREATEM method for detecting deep concealed deposits in complex mountainous areas, but also provides a novel technology for the exploration of critical strategic mineral resources in the arid desert regions of Northwest China, thereby offering a significant technological and methodological option for the new round of national breakthrough strategic action of exploring mineral resources.

Graphical abstract

关键词

地空瞬变电磁技术 / 火山岩型铜多金属矿 / 拟三维正则化反演 / 靶区预测

Key words

grounded electrical source airborne transient electromagnetic method / volcanic-hosted copper-polymetallic deposit / quasi-3D regularized inversion / target area prediction

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薛世虎, 路俊涛, 郭明, 王亚龙, 樊新祥, 杨镇熙, 陈海云. 地空瞬变电磁法在甘肃北山火山岩型铜多金属矿找矿中的应用与靶区验证[J]. 科学技术与工程, 2026, 26(30): 12915-12925 DOI:10.12404/j.issn.1671-1815.2507933

XUE Shi-hu, LU Jun-tao, GUO Ming, WANG Ya-long, FAN Xin-xiang, YANG Zhen-xi, CHEN Hai-yun. Application of the Grounded Electrical Source Airborne Transient Electromagnetic Method for Mineral Exploration and Target Verification of Volcanogenic Copper-polymetallic Deposits in the Beishan Region, Gansu Province[J]. Science Technology and Engineering, 2026, 26(30): 12915-12925 DOI:10.12404/j.issn.1671-1815.2507933

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火山岩型块状硫化物矿床(volcanogenic massive sulfide deposits,VMS)因富集大量金属硫化物而被全世界普遍视为重要的矿产资源类型,在关键矿产领域均具有极高的经济价值和战略意义^[1]。这类矿床常含有丰富的铜、铅、锌及其他一些重要金属矿物,因其形成机制与成矿构造环境的复杂多变性,使其不仅是资源勘查的重点对象,也是现今地球科学研究领域的重要课题之一^[2]。相较于围岩,矿石中金属硫化物的赋存常常会导致其电阻率显著降低,这一特征为电磁法勘探识别地下矿体提供了重要物性基础。瞬变电磁法(transient electromagnetic method,TEM)凭借其对良导电地质体高敏感度和探测方式灵活的特性,在金属矿产勘查、煤层及采空区探测、地下水调查及工程勘察领域得到了广泛且有效的应用^[3-7]。

随着新一轮找矿突破战略行动的持续推进,针对复杂地质环境地区的深边部矿产勘查工作势在必行。常规地面瞬变电磁方法受地势环境因素制约,在山区、戈壁荒漠覆盖区等区域的勘查工作面临着施工条件差、工作效率低等问题,亟须开发探测能力强、分辨率高且经济高效的探测技术^[8-9]。全航空瞬变电磁法依托飞行平台可实现复杂地区的快速勘查,但由于飞行平台载重有限,发射功率受限而难以满足深部探测需求。地空瞬变电磁法(grounded electrical source airborne transient electromagnetic method,GREATEM)通过地面大功率信号激发保证勘探深度,轻便型无人机搭载接收装置实现复杂地区的高效数据采集,兼顾效率及探测深度的需求,在山区、戈壁荒漠及覆盖区矿产勘查任务中具有广阔的应用前景^[10]。

地空瞬变电磁法最早由Nabighian^[11]提出,早期主要采用地面大回线源发射,并应用于深部地质结构及 VMS 矿体勘查^[12-13]。然而,大回线源铺设范围广、施工复杂,工作效率受到限制。Mogi等^[14]首次采用地面长导线电性源作为发射,大大提高了地空瞬变电磁法的应用效率,并在火山构造、海岸线调查等任务中展示了良好的适应性与应用优势^[15-16]。经过十余年的发展,中国已有多家科研院所与高校持续开展地空瞬变电磁系统的研发工作,并在仪器设计、数据采集与解释算法等方面取得了显著进展^[17],并成功应用于多类实际勘探任务中,为复杂地区深部资源勘查提供了重要的技术支撑^[18-21]。

研究区大地构造位置属塔里木陆块区南缘敦煌陆块之柳园裂谷^[22]。整体位于柳园裂谷中部偏南地带,处于柳园-金场沟脆韧性剪切带和白墩子-金庙沟脆韧性剪切带之间。研究区以往主要围绕韧性剪切带型金矿开展了系统地质工作,取得了良好的找矿效果^[23-24]。近年来,在北山南带石炭系火山岩地层中首次发现海相火山岩型铜多金属矿,为区域下一步铜多金属矿勘查工作部署提供了新的思路和方向^[25]。前人在研究区内仅针对个别金矿点实施过少量地面激电剖面测量,未开展过针对火山岩型铜多金属矿的系统性电法勘探,未对研究区及周边形成系统的电性认识。

在此背景下,现采用地空瞬变电磁法探测研究区内地下电性结构分布,以实现对该区域的快速高精度勘查。首先在已知矿区的3条勘探线开展方法有效性试验,在此基础上,对全区实施地空瞬变电磁法面积性测量。采用基于空间约束的拟三维正则化反演方法,从数据中提取地下电阻率分布情况,开展区域和深部找矿靶区预测,并运用钻探工程进行验证。旨在为研究区及甘肃北山地区后续地空瞬变电磁数据分析、反演结果解释及找矿靶区预测提供应用示范,为地空瞬变电磁在铜多金属矿产勘查中的应用提供借鉴。

1 研究区地质概况

研究区位于甘肃北山南带,属低山丘陵地貌,中低山地形,海拔高程一般在1 680~1 693 m。大地构造属塔里木陆块区南缘敦煌陆块之柳园裂谷带,如图1所示。研究区自泥盆纪完成洋-陆转化,在石炭纪—二叠纪进入板内“伸展-闭合-再伸展”的多旋回裂谷阶段,构造不稳定性显著^[26]。裂谷带南部发育柳园—金场沟与白墩子—金庙沟两条近东西向脆-韧性剪切带,整体延伸超过90 km,构造层级达中深部,呈现压扭性走滑逆冲复合变形和多幕次活动的特征;区域断裂构造发育,研究区西段主构造线近东西向,向东渐转为北东东向;剪切-断裂体系控制了区域上火山岩和侵入岩的分布,常位于次火山岩侵入体外接触带或早期火山岩层中,在两组断裂交汇处多形成角砾岩筒,沿与次火山岩相关的断裂—裂隙带多发育构造岩带,是海相火山岩型铜多金属矿的关键控矿因素。同时,剪切带派生的破碎-蚀变带及高渗透性网络为热液成矿提供了充足的运移和沉淀空间,控制了如长流水、小西弓、金庙沟等构造蚀变岩型金矿的形成^[27]。

研究区出露地层较为简单,主要地层为石炭系红柳园组和二叠系双堡塘组。石炭系红柳园组为一套海相火山岩夹灰岩的岩石组合,岩性组合包括石英角斑岩、角斑岩、细碧岩、沉凝灰岩、石英角斑质凝灰岩、结晶灰岩等,为偏碱性、富钠系列,石英角斑质凝灰岩为区内铜矿最主要的赋矿岩性。二叠系双堡塘组为一套退积型海底近缘浊积岩,岩性组合为浅灰色中薄层状变粉砂岩和含粉砂绢英千枚岩,常呈层对、纹层发育,该岩段为非旋回性基本层序,由粉砂岩—泥质岩韵律层组成。

对区域内主要岩石类型共460件样品完成电阻率测量与统计分析,统计结果如表1所示。其中,铜矿石电阻率平均值6.22 Ω·m,幅值相较于不含矿围岩低2或3个数量级,表现出明显稳定的低阻特征,当铜矿赋存于石英角斑质凝灰岩时,电阻率分布较为宽泛,区间幅度显著增大。综合考虑,低阻特征被用作识别赋矿层与约束靶区的重要地球物理物性标志,中外多项研究成果支持利用该特征在火山岩型金属矿找矿中的适用性与有效性^[28-31]。

2 数据采集、预处理及反演

2.1 数据采集

为了解研究区电性特征,采用成都理工大学研制的地空瞬变电磁仪^[32],首先在见矿勘探线开展剖面测量,验证地空瞬变电磁异常响应特征,在此基础上进行了快速面积性勘查。地空瞬变电磁法装置示意图如图2所示,在地面铺设接地长导线,通过大功率发射机向地下供以脉冲电流,进而激发地下目标体产生电磁响应,采用无人机平台搭载接收机实现对测区数据的快速采集。

本次部署有效性试验剖面3条,测线52条,完成1∶25 000地空瞬变电磁测量29.5 km²,工作布置如图3所示。地空瞬变电磁发射线源长度2 400 m,布线方位0 °;测线平行于线源布设,测线长2 250 m,测线间距250 m,线源距250~1 000 m。

数据采集装置采用无人机等高度飞行的方式进行数据采集,测区内地形起伏较小,接收线源离地高度保持在30 m左右。发射与接收装置的参数设置如表2所示。

2.2 数据预处理

数据处理流程如图4所示。基于小波多尺度分析,对采集的原始垂直磁场随时间导数(dB_z/dt)数据首先进行基线校正,去除无人机飞行影响所产生的偏移。依据采集电流波形信息选择关断时间,并予以剔除从而得到完整二次场周期信号。随后进行数据叠加处理,以压制随机噪声的干扰,基于组合小波去噪方法^[33]去除低频运动噪声以及天电噪声等,提高采集信号的信噪比。最后采用梯形滤波器^[34]对数据剖面施加滤波平滑处理,进一步削弱残留随机噪声对数据的影响。

数据处理前后对比如图5所示,可见通过一系列滤波去噪后,噪声的影响得到有效压制。对于噪声水平之下的数据,有效信号与噪声高度混杂,数据可靠性较低,因此需要进行剔除,选取1 ms之前的数据参与后续反演计算。

2.3 数据反演

为进一步获取地下电性结构分布特征,采用基于空间约束的拟三维正则化反演方法从测线数据中提取电阻率信息,在一维正演框架下,对三维空间中相邻测点的模型参数施加连续性约束,以实现由测线数据构建的拟三维成像。相比传统一维反演方法,该方法可有效改善数据噪声等因素带来的反演结果虚假界面问题^[35]。

当测区内共有M个测点时,在拟三维反演框架中的观测数据集以列向量d_obs表示,将所有测点数据进行排列。

(1)${\mathit{d}}_{\mathit{o}\mathit{b}\mathit{s}}=[{\mathit{d}}_{1},{\mathit{d}}_{2},\dots,{\mathit{d}}_{\mathit{M}}{]}^{\mathrm{T}}$

同样地,所有测点的模型参数集以列向量M表示,即

(2)$\mathit{M}=[{\mathit{m}}_{1},{\mathit{m}}_{2},\dots,{\mathit{m}}_{\mathit{M}}{]}^{\mathrm{T}}$

基于一维模型进行反演时,模型设置可以采用反演迭代时层厚可变的离散模型,在反演过程中层厚同样作为反演参数参与迭代更新,这种设置下模型层数不宜过多,普遍选择在3~6层。另一种情况,即采用模型层厚固定的光滑模型反演方式,该类设置选择的层数通常在20层及以上,可生成复杂度较小的光滑模型从而避免对反演结果的过度解释,且在此框架下可削弱初始模型对反演结果的影响程度^[36]。选择光滑模型方式进行拟三维正则化反演。

在正则化反演框架当中,反演目标函数$\mathit{\varphi }\left(\mathit{M}\right)$由数据拟合项和正则化约束项构成,即

(3)$\mathit{\varphi }\left(\mathit{M}\right)={\left({\mathit{W}}_{\mathrm{d}}[{\mathit{d}}_{\mathit{o}\mathit{b}\mathit{s}}-\mathit{F}(\mathit{M}\left)\right]\right)}_{2}^{2}+\mathit{\alpha }{\left({\mathit{W}}_{\mathit{M}}\mathit{R}\mathit{M}\right)}_{2}^{2}$

式(3)中:W_d为数据加权矩阵,由数据标准差的倒数构成,本文中设为15%标准差;F为正演过程;α为权衡两项之间权重的正则化因子;W_M为模型标准差矩阵;R为空间约束算子。

对于任意三维测点分布情况,采用Delaunay三角剖分算法构建测点连接网络,从而实现空间约束算子的构建^[35]。

对上述目标函数采用阻尼最小二乘法进行迭代求解,数据拟合差计算采用数据均方根误差形式,即

(4)$\mathit{\chi }=\sqrt{\frac{[{\mathit{d}}_{\mathit{o}\mathit{b}\mathit{s}}-\mathit{F}{\left(\mathit{M}\right)]}^{\mathrm{T}}{{\mathit{W}}^{\mathrm{T}}}_{\mathrm{d}}{\mathit{W}}_{\mathrm{d}}[{\mathit{d}}_{\mathit{o}\mathit{b}\mathit{s}}-\mathit{F}\left(\mathit{M}\right)]}{{\mathit{N}}_{\mathrm{s}}{\mathit{N}}_{\mathrm{T}}}}$

式(4)中:N_s为测点个数;N_T为数据时间道数。

反演中当均方根误差低于1.1,或者拟合差减小且相邻两次迭代拟合差变化率小于2%时,上述两种情况满足任一则终止迭代并输出结果。另外,反演设置了最大迭代次数,超过时同样停止反演。

本次反演初始模型设置为电阻率为500.0 Ω·m的均匀层状半空间模型,模型层数为20层,初始层厚为4 m,随后逐层的层厚按1.12倍递增。

3 地空瞬变电磁响应特征

3.1 典型剖面响应特征

本次地空瞬变电磁测量有效性试验选择在已知矿区04勘探线相邻位置L2、L4、L6测线,发射线源与接收测线部署如图3中紫色线所示。04勘探线揭示了一条向深部延伸的多层铜多金属矿富集体,如图6所示。

3条测线的观测多测道原始曲线如图7所示,随着距离线源的偏移距逐渐增大,响应的幅值逐渐减弱,可以看到3条响应曲线形态特征具有一定的连续性,这也反映出地下电性结构分布具有三维连续性特征。值得注意的是,3条测线响应剖面均在X方向偏移距300~500 m范围内出现了幅值较低且随时间衰减较慢的显著特征,这也是典型的低阻体分布下地空瞬变电磁响应特征。

对预处理后的3条实验剖面数据进行拟三维反演提取地下电性分布信息,反演结果如图8所示。3条测线浅地表均表现为低阻层,与浅地表大范围分布的第四系覆盖层电性特征相对应;向深部电阻率随深度加深呈增长的趋势。在X方向偏移距200~400 m范围内,3条测线呈现出连续且向深部延伸的低阻异常,通过对比勘探线剖面(图6),低阻异常分布范围与已知矿体赋存位置一致,印证了异常是由铜多金属矿体赋存而形成的矿致异常。随着测线号的逐渐增大,低阻异常规模变小,推测矿体在该位置主要分布于测线L2~L4范围内以深区域。实验结果与矿区已知矿体分布范围吻合,显示了地空瞬变电磁法在研究区寻找火山岩型铜多金属矿的有效性。

3.2 响应机理探讨

为进一步了解地空瞬变电磁在不同电阻率分布情况下的响应特征,基于层状模型进行正演模拟分析。收发设置参数和时间道设置与本次野外实际测量设置一致,接收点位置X和Y方向偏移距分别为0 m和500 m,离地高度为30 m。设计4组3层层状模型,首层和中间层厚度均为40 m,具体模型参数如表3所示,各个模型所得衰减响应如图9所示,其中,模型1为高阻结构,其衰减曲线表现为早期幅值大、衰减速度快的特征。相较之下,模型2的中间层为低阻层,衰减响应呈现早期幅值较低、整体衰减缓慢的特征。模型3的表层为低阻层,其衰减形态与模型2的基本一致,受浅层低阻影响,早期曲线形态具备抬升的特征,与图7中低阻位置对应的实测响应特征一致。模型4的底层为低阻层,其响应早期幅值更低,衰减更为平缓。综合对比可知,早期幅值低、衰减缓慢的响应特征可有效揭示地下低阻矿体的存在和分布情况,反演结果(图8)也进一步验证了这一特征。

对于该响应特征的形成机理,可通过分析地下感应电流随时间的扩散和变化特征来分析。Nabighian^[11]提出用“烟圈效应”概念描述回线源瞬变电磁响应,将线圈源激发的感应电流视为向外、向下扩散并逐渐衰减的烟圈,实测电磁场可等效为烟圈效应在地表的响应。与回线源相比,长导线电性源瞬变电磁法的地下感应电流并不能简单地以烟圈效应来解释^[37],其产生的地下感应电流同时包含水平分量与垂向分量,观测垂直磁场分量则由感应电流水平分量产生。因此,水平感应电流的消散速度决定了观测响应的衰减快慢,在导体介质中,感应电流扩散速度慢从而导致观测响应呈现出衰减缓慢的特征。Chen等^[38]通过理论模拟发现在长导线电性源激发下,低阻层上下界面的异号电荷会在层内形成与背景场相反的垂向电场,从而削弱导电层中的电场与感应电流,导致观测响应早期幅值较低。同时,早期水平感应电流中存在幅值较小且快速衰减的反向回流电流,进一步压制早期响应。因此,低阻体上方的地空瞬变电磁响应表现为早期低幅值甚至局部抬升、整体慢衰减的特征。

3.3 平面异常响应特征

将研究区全部测线拟三维反演数据汇总后,抽取-50、-100、-150、-200、-250 m等不同深度电阻率数据绘制电阻率等深度切片图,研究区整体电阻率分布特征如图10所示。研究区电阻率整体南高北低,中部高东西低,电性分布特征与地层分布规律一致。结合地质资料及物性测定结果,研究区高阻区大致反映了石炭系红柳园组火山岩地层的分布,研究区北部及东西两侧低阻区则是二叠系双堡塘组沉积岩及红柳园组沉积岩的电性反应,火山岩地层中不同深度出现的团块状、不规则状低阻异常推测是构造破碎带、金属矿物富集地带。

在等深度上,大致可划分为4个不同的电性分区。

(1)横向上0~2 000 m偏北区域,呈相对低电阻,大致呈北东—南西向展布,电阻率一般≤500 Ω·m,推测是二叠系双堡塘组砂岩、页岩的电性反应。

(2)0~11 000 m范围南侧整体呈高阻,电阻率平均值≥1 000 Ω·m,极大值达10 000 Ω·m以上,推测是石炭系红柳园组凝灰岩、角斑岩等火山岩的电性反应。该区域局部见团块状、条带状、不规则状低阻异常,电阻率一般≤500 Ω·m,推测是由构造破碎带、金属矿物富集引起。该区域圈定的低阻异常带是寻找火山岩型铜多金属矿的有利区域。

(3)11 000 m以东南侧区域,呈相对低电阻,电阻率一般≤500 Ω·m,推测是石炭系红柳园砂岩、砾岩、第四系及区域构造交汇处地层相对较破碎的综合反映。

(4)纵向上1 500 m以北,整体呈中高阻,电阻率一般介于500~1 500 Ω·m,推测是二叠系双堡塘组砂岩、页岩等沉积岩的电性反应,该区浅地表大范围第四系覆盖引起了浅部的低阻异常。

由浅至深,-50~-250 m等深度电阻率切片图显示研究区电阻率整体呈低-高-低分布特征。

(1)-50 m电阻率切片图上大面积分布的低电阻区主要反映了浅部第四系覆盖的范围,中高电阻区则反映了基岩出露区的分布范围。

(2)-100、-150 m切片图上低阻区减少,以连续渐变的中高电阻为主要特征,反映了凝灰岩、角斑岩等火山岩和砂岩、砾岩等沉积岩的真实电阻率特征,电阻率南高北低的特征也直观显示出火山岩相较于沉积岩的高阻特征。相较于-150 m以深,几乎未见断裂构造及破碎带引起的线性低阻带异常,该特征间接反映了北山戈壁低山区干旱缺水,地下水埋深大的水文地质特征。

(3)-200、-250 m切片图上电阻率整体以高阻为主,穿插分布团块状、条带状低阻异常。纵向上1 500 m附近近东西向展布的低阻异常带清晰地反映了石炭系红柳园组和双堡塘组的地层界线。横向上2 000、9 500、12 500 m附近存在的北东—南西向线性低阻异常反映了区域断裂构造的展布规律。

在研究区圈定航电异常7处,异常均位于已知的赋矿地层——石炭系红柳园组。HD4异常位于已有矿权内,异常平面位置、形态、规模和空间位置与已知矿体相吻合,是已知矿致异常。HD6异常经前人验证为非矿异常。

4 找矿靶区预测

根据地空瞬变电磁测量结果,结合已有地物化遥资料,在研究区圈定铜多金属矿找矿靶区4处,如图10所示。

Ⅰ靶区位于研究区西侧,长约3.5 km,宽约1.1 km,覆盖HD1、HD2异常。两处航电异常均呈椭球状,浅部异常不明显,-150 m以深电阻率幅值降低、规模变大,异常特征与已知矿致异常相似。靶区主要出露石炭系红柳园组凝灰岩、角斑岩,岩性组合与已知矿区一致。该靶区-150 m以深具备寻找铜及多金属矿的潜力。

Ⅱ靶区位于研究区中部偏西,长约1.5 km,宽约0.6 km,覆盖HD3异常。HD3异常似纺锤状,由浅至深均有显示,-250 m深度电阻率幅值明显降低、规模变大。靶区主要出露石炭系红柳园组凝灰岩、角斑岩,异常位置与已知“低电阻高极化”激电异常套合,也与岩石剖面测量发现的Cu、Pb、Zn、Ag组合异常相对应。在该靶区中部施工了验证孔,钻孔中见2条铜矿体、3条铅锌矿体,厚度0.88~2.61 m,Cu平均品位0.41%~0.72%,单样最高品位0.84%,Pb平均品位0.11%~0.76%,单样最高品位1.01%,Zn平均品位0.33%~1.60%,单样最高品位2.54%。

Ⅲ靶区位于已有矿权北侧,长约1.1 km,宽约0.5 km,覆盖HD5异常。HD5异常似椭球状,浅部异常不明显,-200 m以深电阻率幅值降低、规模变大,与矿区内HD4异常相接,异常特征与已知矿致异常相似。靶区主要出露石炭系红柳园组凝灰岩、角斑岩,岩性组合与已知矿区一致。该靶区航电异常可能是矿区内矿致异常向东北方向延伸,其-200 m以深寻找铜及多金属矿潜力较大。

Ⅳ靶区位于研究区东侧,长约1.7 km,宽约0.5 km,覆盖HD7异常。HD7异常呈条带状,浅部异常不明显,-100 m以深电阻率幅值降低、规模变大,异常特征与已知矿致异常相似。靶区主要出露石炭系红柳园组凝灰岩、角斑岩,岩性组合与已知矿区一致。该靶区-100 m以深具备寻找铜及多金属矿的潜力。

对比研究区地层构造与航电异常展布特征,多条呈条带状展布的低阻异常带与区内已知断裂构造位置吻合,据此可推测建立研究区构造格架。对应近东西向异常带的F₁₁、F₁₂及F₁₃断裂断续相接,贯穿研究区,其向深部延伸特征明显,是石炭系与二叠系地层的界线,推测该组断裂是区内主体构造之一,也是柳园—金场沟韧性剪切带的重要组成部分。对应近南北、近北东向异常带的F₂₁~F₂₄断裂构成区内另一组断裂,该组断裂一般规模不大,多产于火山岩地层中,在此类断裂构造交会部位往往利于形成构造角砾岩筒,因此该类构造也是研究区重要的控矿构造。综合前期勘查结果来看,已查明的铜及多金属矿均位于F₁₂断裂以南、F₂₄断裂以西区域,此认识或可作为找矿重点工作区的划定提供重要参考。以上认识表明,地空瞬变电磁法在识别深大断裂方面同样有一定效果,其在寻找构造控矿型金属矿方面亦有一定潜力。

5 结论

(1)通过在已知甘肃北山火山岩型铜多金属矿开展典型剖面响应有效性试验,于矿体赋存部位观测到幅值相对较低且随时间衰减较缓慢的多测道响应曲线。此曲线特征符合低阻地质体的典型地空瞬变电磁响应模式。反演断面显示的低阻异常与已知矿体位置、形态契合,证实了地空瞬变电磁法在勘查火山岩型铜多金属矿中是有效的。

(2)在对原始数据实施偏移校正、数据叠加、去噪以及时间窗口截取的基础上,采用基于空间约束的拟三维正则化反演方法,获取全区地下电阻率数据。本次工作采用抽取等深度电阻率数值绘制电阻率切片图的方式,实现了全区电性分区及异常圈定,完成了地空瞬变电磁法面积性找矿勘查,为该方法的应用提供了技术范例。

(3)首次在研究区应用地空瞬变电磁法开展了找矿靶区预测工作,圈定找矿靶区4处,表明研究区具备较好的找矿潜力。在圈定的Ⅱ靶区经钻孔验证见2条铜矿体、3条铅锌矿体,助推了找矿发现,进一步证实了地空瞬变电磁法在火山岩型铜多金属矿找矿勘查中的适用性和有效性。本次工作为该方法在甘肃北山地区类似矿床找矿预测中的应用提供了借鉴,为区域火山岩型铜多金属矿勘查提供了新的技术方案。

参考文献

原文顺序 | 出版日期 | 本文引用

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