河南省小秦岭地区晶质石墨矿远景调查物探技术应用

摘 要： 河南省小秦岭地区晶质石墨矿资源远景调查项目，工作中的物探方法为双频激电剖面和激电测深。通过激发极化法进行测量，了解了区内地质体的极化率和电阻率展布特征，大致查明了区内矿体赋存的有利部位，圈定了矿（化）体范围，确定了有进一步工作价值的找矿靶区，为地质找矿提供了重要的基础资料。

关键词： 小秦岭地区； 晶质石墨； 双频激电剖面； 激电测深

1. 概况

工作区位于小秦岭地区已知的典型矿床泉家峪石墨矿东侧，范围西起泉家峪，东到锅峪沟，呈北西―南东向延伸。行政隶属于河南省灵宝市，与陕西省紧邻。

该地区的石墨矿产资源丰富，是西部联接中部、东部的重要纽带，为尽快查明、开发和利用石墨矿产资源使当地群众脱贫致富，加快地方经济发展和矿业开发，对于促进中原经济区发展和实施“东引西进”战略具有重要意义。

区域及周边煤电资源丰富，交通较便利，有一定的工业基础，能够为石墨矿的开发利用提供良好的外部条件。

2. 区域地质

工作区处于秦岭造山带北支东段，属于经过长期演化的复合造山带，内部结构极其复杂。在不同的构造阶段，发育不同类型的岩浆侵入。长期多旋回的构造演化和复杂的地质作用，为本区石墨矿的形成提供了良好的地质背景。

本次小秦岭晶质石墨矿资源远景调查区内大面积出露地层为太古界太华群的观音堂组（Arthg）；岩层中石英岩、透辉岩和大理岩较发育，岩石普遍有强烈的混合岩化现象。经初步实地踏勘，工作区内石墨矿化现象明显，形成的矿化点较多。

根据已知的灵宝泉家峪石墨矿地质特征研究和初步建立的成矿模式，经过踏勘找矿在小秦岭中部南侧，即仓朱峪―枪马峪一带发现了靶区。靶区内石墨含矿层位（Arthg）在区域上较稳定，而且后期有伟晶岩侵入，混合岩化作用强烈。可作为重点工作区。

工作区成矿地质条件较好，矿石质量优良，原矿为结晶较好的大鳞片晶质石墨矿，其化学成分、矿石品位能满足工业上对石墨矿的一般要求，开采技术条件良好。目前，市錾鲜墨矿销售形势良好，石墨矿的市场潜力较大。

3. 典型矿床

泉家峪石墨矿是河南小秦岭地区已知的典型矿床。

泉家峪矿区出露地层主要为太古界太华群的观音堂组（Arthg），依据岩性特征又可分为11个小层（Arthg-1～Arthg-11）；石墨含矿层位为Arthg-4和Arthg-8，按产出位置分别称为下含矿层和上含矿层；含矿层岩性为石墨混合片麻岩夹斜长透辉岩、透辉大理岩，局部出现透辉混合岩。

下含矿层（Arthg-4）：厚度较小，一般约20m～46m，主要分布在矿区东段，形成的矿体多呈透镜状，规模较小。

上含矿层（Arthg-8）：主要分布在矿区中西部，厚度在60m～90m，呈似层状产出，矿体规模较大，是矿区主要矿体产出地段。

经过历时5年的详查地质工作，矿区内共圈出26个矿体，矿体形态有似层状、透镜状和楔形状，其中主要矿体有两个，即I号、II号矿体。

I号矿体：似层状，产于上含矿层（Arthg-8）顶部，厚度7.51m～33.27m，倾角40°～70°，平均60°，延长660m，延伸80m～250m，品位4.23%，向深部趋于尖灭。矿体中夹层少且厚度小，一般1m左右，多含石墨鳞片，品位在1%～2%。

II号矿体：似层状，产于上含矿层（Arthg-8）底部，厚度6m～33m，一般厚度12m～16m，倾角40°～74°，延长660m，延伸42m～250m，品位4.09%，向深部趋于尖灭。矿体中含一厚度2m～5m的斜长透辉岩、透辉大理岩夹层。

矿石工业类型属晶质鳞片状石墨矿；自然类型属石墨片麻岩型，主要有石墨混合片麻岩和石墨透辉混合岩。石墨呈聚晶、连晶产出，径片最大0.38×1.725mm，一般0.12×0.42mm。矿石矿物为石墨，脉石矿物有透辉石、斜长石、石英、黑云母、绿泥石等，微量矿物有磁铁矿、褐铁矿、黄铁矿、赤铁矿等。

矿体围岩有斜长透辉岩、透辉混合岩、透辉大理岩、混合伟晶岩、角闪混合片麻岩等，其中稳定的围岩主要是前三种岩石，即斜长透辉岩、透辉混合岩和透辉大理岩；夹层岩性特征与围岩基本一样，围岩和夹层中普遍含有石墨鳞片。含石墨岩石与矿石用肉眼无法精确鉴别，只能依据化验结果来圈定围岩和夹层。

矿床属于沉积变质成因，依据主要有：矿体呈透镜状、似层状赋存于一定层位，含矿层位区域上具有稳定性；矿层顶底板均为典型的沉积变质岩―大理岩和石英岩；矿石具残留变余砂状结构；矿石中重砂矿物多呈浑圆状、半浑圆状。据矿石结构构造和矿物组合特征，推测原岩为含碳酸盐泥质岩，形成石墨矿的物质主要来源于母岩。

通过分析研究矿床特征，泉家峪晶质石墨矿的形成具有以下两个特点：①含矿层受石英岩控制，透辉岩、大理岩较发育；②岩石普遍遭受较强烈的混合岩化作用，形成石墨混合片麻岩和石墨混合岩，混合岩化作用与成矿关系密切。

4. 地球物理特征

物性差异是开展物探找矿工作的重要前提，本次石墨矿勘探中使用激电法就是利用石墨矿的高极化率特征作为勘探的地球物理前提。石墨矿与各类围岩有明显的激电特性差异，石墨为低阻高极化地质体，各类围岩为高阻低极化地质体，根据矿化程度及围岩性质不同矿体表现其综合效应。

2013年度在已开矿区泉家峪矿区矿脉处利用小四极装置进行了露头物性测量，测量结果见（表1）。

根据表1可知矿脉附近围岩均受不同程度的矿化，并得出以下结论：

（1）岩（矿）的矿化程度与激电效应呈正相关，与视电阻率呈负相关。石墨矿脉幅频率达到20%以上，最高达27.62%，围岩的幅频率一般在10%以下；随着岩（矿）的矿化程度的加强，岩（矿）的视电阻率减小。

（2）（矿化）围岩的激电效应与距矿脉（体）的距离呈负相关。视幅频率与围岩岩性关系不大，而与其距矿脉的距离有密切关系，比如同是片麻岩围岩的幅频率值为5.43%～11.2%，而透辉石大理岩幅频率为1.15%～16.43%，其值与距矿脉距离成反比；在距离较远处的背景值一般为1.15%～2.03%。

（3）岩（矿）石的视电阻率与破碎程度呈正相关。含矿片麻岩与致密含矿片麻岩对比分析，随着母岩的破碎，其连通性遭到破坏，造成电阻率增高，而视幅频率受影响较小。

根据区内岩（矿）石的物性特征，利用激电视幅频率的变化情况可以大致圈定矿脉的空间展布特征，还可以对地表含矿构造带在走向及倾向上延伸、规模、产状变化以及对隐伏―半隐伏矿体进行深部预测，圈定中深部找矿靶区，指导深部探矿工程部署。

5. 双频激电

双频激电法剖面工作充分考虑到工区地形陡峭，普通时间域激电仪需要发电机且运移笨重，不适宜本次工作，故采用更加先进、便捷的SQ-3C双频激电仪。由何继善院士发明的双频激电仪是我国首创的一种频率域激发极化仪器，同时兼顾找矿效果和找矿成本两个方面要求，可广泛应用于金、银等贵金属和铜、铅、锌等矿产资源勘查。

双频道激电仪的基本原理是同时发送和同时接收两种不同频率的特殊波形信号，通过计算机程序对反应矿体信息的视幅频率（Fs）进行反演和正演从而分析出地下矿产的分布，仪器具有以下优点：

（1）观测速度快，工作效率高、探测深度600m～800m；

（2）轻便灵活，供电电流仅为时间域激电的1/10～1/20；

（3）受电流变化影响小，不需稳流；

（4）抗工业干扰能力强；

（5）自动消除电磁耦合效应；

（6）为判别激电异常源提供信息；

（7）经专家鉴定在频率域激电领域已达到国际领先水平。

剖面野外工作采用对称四极装置，MN/2=AB/2/5=10m，沿测线方向布极，点距原则上20m，在部分地形陡峭无法施工的地段进行了调整，供电电极使用接触面积大的铁电极，接收电极使用导电性好的铜电极。

测线布设以垂直矿化带、矿化体为基本原则，具体布设时考虑避开地面管线、高压电线及居民区等干扰因素，再结合前期成果和地质认识对测线位置进行实时调整。

在野外施工中，为了保证数据采集的有效性，在追索未圈闭激电异常带和石墨成矿有利部位时，不因地形困难而将测线布置到异常低缓区和没有成矿条件区。

双频激电测深法的仪器设备、工作方法原理及质量评述均与剖面测量法相同或基本一致。

激电测深剖面布置在成矿有利地段，结合激电剖面初步成果和地质调查成果具体布置，最大电极距根据各条剖面矿体的可能埋深而定，最大选择AB/2max=200m。激电测深参数的选择：装置类型采用对称四极，本次采用的极距分别为AB/2=1，2，3，5，7，10，14，20，28，40，60，80，100，130，160，180，200m，MN/2=AB/2/5。

本次野外稻莶杉共完成激电剖面测线7条，测线长度8.6km，测点数422个，检查点13个，占总测点的3%；激电测深剖面5条，测点23个，检查点3个，占总测点的13%，（规范要求为3%～5%）。

6. 异常的圈定

依据异常特征将全区分为东西两个区，全区共圈定单线激电异常12个，相连而成的激电异常带4条，整体上全区较好异常集中在西部0、1、2线和东部10线北部，8、9线异常显示不明显，且从激电异常显示来看南部好于北部。

平剖图显示激电异常带形态陡而窄，垂直异常带走向方向异常幅值变化较大。JD-01异常清晰明显，且相应位置电阻率显示为较低阻，JD-04异常微弱且显示低阻，JD-02、JD-03显示出高阻高极化特征，视幅频率幅值稍高于JD-04。DX10-3异常为单线异常，但在一定范围内较为连续且幅值较高。

（1）西区JD-01异常带

根据0线、1线、2线剖面测量结果，圈定了物探单线异常DX0、DX1、DX2，通过对比三个单线异常形态及位置基本确定为同一异常带，结合视幅频率平面剖面图将各线异常相连组成异常带JD-01，见图1。

物探圈定的JD-01异常带与地质圈定的石墨矿化带几乎完全吻合，有力印证了该处矿化情况。

（2）东区JD-02、JD-03、JD-04、DX10异常带

东区测线包括8线至11线，其中JD-02、JD-03、JD-04异常带位于8线、9线，DX10-3异常位于10线，11线未发现异常。

从平面上8线的DX8-1异常与东侧的9线相应DX9-1异常位置相对应，共同组成JD-02异常带。DX8-2异常与东侧的9线相应DX9-2异常位置相对应，共同组成JD-03异常带。DX8-3异常与DX9-3异常位置相对应，组成JD-04异常，但该异常反应并不明显见（图2）。

DX10-3异常较为连续，且在10线异常幅值较高，异常值达5.82%，推测为矿致异常。

7. 石墨矿化异常特征分析

本次物探工作成果显示石墨矿引起的激电异常非常明显，再次验证了激电法对石墨矿的有效性。

激电异常特征共分为两类：低阻高极化和高阻高极化，均与本区石墨矿（化）有关，根据矿化围岩性质不同以及矿体破碎程度不同，分别显示出不同特征。如岩性为混合岩的矿化体与片麻岩矿化体均表现出高极化特征，但混合岩表现出比片麻岩高的电阻率特征；较破碎的矿体比致密矿体电阻率明显偏高。对于围岩表现为低阻低极化和高阻低极化，首先电阻率受岩性及破碎情况影响，其次受石墨矿化后，围岩也会表现出相对低阻的特征。本次物探工作与地质工作相结合验证了该情况。

据此，本次工作对传统石墨矿的一般特征即“低阻高极化”提出新的认识，石墨的特征确为“低阻高极化”，但当其赋存到岩石中，根据成矿母岩及其围岩的不同，其视电阻率并不一定表现为低阻，而是受矿化程度和围岩的共同影响。因此在本工区及类似工区，不能局限低阻高极化为找矿标志，高阻高极化同样可以作为石墨矿的找矿标志。

8.异常（带）划分

根据剖面、平面异常特征分析，对异常带进行了划分，见（表2）。

据统计，本次工作共圈定12个单线异常，其中矿致异常4个、矿化异常6个、性质不明异常2个；根据单线异常划定激电异常带4条，其中矿致异常带1条、矿化异常带3条。

根据划定的矿致异常带，圈出有进一步工作价值的工作区2处，即0、1、2线JD-01异常部位和东部10线DX10-3异常部位。

JD-01异常位于工区西部，异常幅值高且重现性好，推测矿化程度高且深部延伸较连续，为一近直立矿化体，但在地表宽度较窄。DX10-3异常位于工区东部，其范围及幅值较小，推测成矿范围较小。

可根据物探推断进行下一步工作布置。如在0线西部和2线东部各增加一条测线以圈闭JD-01异常带；在10线与11线之间布置测线以判断DX10-3异常的延伸情况；验证新发现异常。

9. 结论

本次物探工作共完成激电剖面7条共8.6km，测深点23个，完成了各项工作任务。

本次工作布置合理，方法技术正确，野外数据采集及资料处理均严格按相关规范进行，取得了明显的效果，达到了预期目的。通过综合分析解释，认为：

（1）圈定了4条激电异常带和3个单线异常，其中JD-02、JD-03异常带和DX10-3异常为新发现异常。对异常性质进行了判定，其中矿致异常带1条、矿化异常带3条，矿致异常1个、性质不明异常2个。

（2）大致查明了各异常带位置、走向和深部特征。

（3）圈定了物探异常范围，为地质组划定石墨远景区范围提供了物探依据，并为地质找矿缩小了靶区。

（4）对本区石墨矿进行了新的认识，并提出了本区石墨矿化的物探识别标志。

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