重庆城口修齐锰矿AMT法深部找矿预测

2017-09-20 06:23黄朝阳张自贤冉瑞清高彩霞吴文英
中国锰业 2017年6期
关键词:锰矿白云岩电阻率

黄朝阳,张自贤,冉瑞清,高彩霞,吴文英

(1. 重庆工程职业技术学院,重庆 402260; 2. 中国科学院 广州地球化学研究所,广东 广州 510640; 3. 重庆市地质矿产勘查开发局 205地质队,重庆 402160; 4. 中国矿业大学 地球科学与测绘工程学院,北京 100083)

0 前 言

巴山锰矿带是我国著名锰矿产地之一,位于扬子板块西北缘,边界断裂为大巴山断裂带和镇巴断裂带,成矿带呈北北西—南南东向展布,由南至北分布高燕、屈家山及水晶坪等大型锰矿床[1-3]。重庆城口地区位于巴山锰矿带南部,分布明月、高燕、大渡溪及修齐等典型锰矿。锰矿资源开发已经成为城口地区支柱产业,随着矿产资源的进一步开发,致使部分矿区锰矿资源枯竭,深部找矿工作十分必要。

由于大巴山地区构造活动频繁且复杂,含锰岩层已被后期构造破坏严重,很难对含锰岩层(矿体)进行定位预测,导致城口地区锰矿深部勘查工作难以突破[1]。前人研究表明,重庆城口地处大巴山南麓,主要经历晚印支期(170~160 Ma)中晚燕山期(147.3~94.1 Ma)和喜山期(66.7 Ma至今)三期构造运动,使得城口地区发生褶皱、逆冲推覆构造及强烈隆升[4-7]。而后期构造对前期构造、地层又发生切割和破坏,致使城口地区构造十分复杂,含锰地层被破坏严重,加大地质找矿难度。

为了勘探更多的锰矿体,研究人员在地质学基础上,通过城口地区锰矿床矿床地质、地层对比、地球化学等研究手段进行大量工作,并在成矿区域地质、矿床成因认识上取得显著成果[8-12]。由于区域构造复杂的原因,传统地质学方法还不能达到精确的矿体深部预测。音频大地电磁测深法是建立在大地电磁测深法基础上,由于其频率较高(0.1~104 Hz),对低电阻率地层有较高分辨率的识别,并有高效、成本低,受地形条件影响小的优点,并广泛运用于地质矿产勘查中[13-16]。姚大为[13]通过武山地区AMT研究发现,不同地质体有电阻率差异,在视电阻率剖面图上,能较好识别2 km以内的电阻率差异较大的岩性接触带和断裂构造。杨炳南[14]通过李家湾锰矿进行AMT方法测试,建立“高—低—中高”的电阻率分层模式,从而确定含矿地层、构造在深部分布形态,进而为钻探布置提供依据。

本研究在地质学基础上,通过对修齐锰矿区域成矿地质背景、赋矿地层、矿体地质特征研究基础上,选择区内典型剖面进行AMT测试工作。通过其AMT地层高分辨率解译,探测矿区内深部地层分布、深部断裂构造位置,进而圈定找矿靶区,进行钻探验证工作。结果显示,AMT方法能很好的反演城口地区深部含矿岩层、断裂特征,其结果可以为城口锰矿深部找矿工作起指示作用。

1 地质概况

城口地区锰矿床由北西往南东分布有明月、高燕、大渡溪和修齐锰矿床,并组成城口锰矿带[1]。在锰矿带北侧,发育城巴断大裂带,南侧发育乌坪断裂带,两个断裂带不仅控制城口锰矿带分布,同时受二者影响,成矿带中断层及褶皱极其发育,地层倾角变大,部分地层倾向发生倒转,构造十分复杂(图1)[1]。

1 晚青白口世;2 晚华南世;3 早震旦世;4 震旦纪—志留纪;5 晚二叠世—中三叠世;6 断裂构造;7 地质界线

图1重庆城口区域地质图

城口锰矿带整体呈北西—南东向展布,修齐锰矿位于成矿东南部约5 km,地处城口锰矿带南东部位。修齐矿区内发育多期,断层、褶皱等构造活动影响,矿区内地层厚度变化大,难以对地层进行精确对比,总体构造线呈北西—南东向展布,总体走向10(°)~35(°)[8]。矿区出露地层为震旦系下统陡山沱组(Z1ds),震旦系上统灯影组(Z2d)和寒武系下统水井沱组(∈1s),其次是第四系全新统地层(Q)。

陡山沱组(Z1ds)为修齐锰矿的赋矿地层,厚40~65 m。该段可分为两层,上层为黑色、深灰色炭质页岩和泥质页岩层与白云岩互层,偶夹薄层状硅质岩;下层由深灰色细—粉砂岩与砂质页岩互层。含锰岩层位于陡山沱组(Z1ds)上层,出露厚度在6~15 m。锰矿体呈层状、似层状,局部呈透镜状产出,走向270(°)~325(°),倾向北东,倾角12(°)~88(°)。局部地层受褶皱或断裂构造影响,地层倾角陡峭,部分地层在地表上重复,矿体厚度在不同位置均有不规则的变厚变薄现象[8]。

修齐矿区矿石矿物以菱锰矿为主,含少量水锰矿、锰白云石、黄铁矿、胶磷矿。脉石矿物白云石、石英、高岭石等粘土矿物组成,此外还有少量的磁铁矿、褐铁矿、电气石等。菱锰矿矿石结构主要为细中粒结构和球粒结构,少量为鲕状结构和胶体结构;构造类型为条带构造和纹层状构造,少量为块状构造。

矿体顶板为灯影组第1段(Z2d1)的底部含锰泥质白云岩,泥晶结构,局部可见硅质条带,风化后呈现出褐红色,是间接的找矿标志[17]。底板为陡山沱组上段(Z1ds)中部的黑色炭质页岩,局部有白云岩及硅质条带,与矿接触部位可见胶菱矿团块、细脉。由于区域断裂构造及高角度逆断层影响,部分地段地层发生倒转,对深部找矿预测加大难度。

2 岩石及地层地球物理特征

2.1 岩(矿)石物性参数测试

为了对后续地球物理剖面更好的解释,本研究对施测岩石、岩石组合电阻率参数进行查阅资料及测定工作,以便采取有效的物探方法、选择适当的参数,从而确保分析、解释、评价的准确性,以提高勘探解释可靠性。

通过调查、收集以及现场实测及岩(矿)石标本取样的测定,对修齐锰矿区内岩(矿)石电性特征统计见表1。

表1 修齐矿区岩(矿)石电性参数测定统计

2.2 各主要地层地球物理特征

通过修齐矿区地质调查及岩(矿)石实测,整理、分析,修齐矿区电性特征按地层年代由新到老依次简述见表2。

第四系(Q)坡残积层主要为粉质粘土夹粉砂岩、硅质岩、灰岩碎石,厚0~18 m,河床冲洪积主要以砂卵石为主,含少量的泥及有机质,厚1~5 m。电阻率一般在120~1 500 Ω·m之间,由于次层较薄,又处于地表,解译时可以忽略。

寒武系下统水井沱组(∈1s)厚度约1 000 m,由上至下为状鲕状灰岩夹钙质页岩,粉砂质页岩,底部为炭质页岩。电阻率由上至下依次降低,底部炭质页岩电阻率均值200 Ω·m,为明显低阻特征。

表2 修齐矿区主要地层电阻率

震旦系上统灯影组(Z2d)厚度66~192 m,根据岩性组合可细分成3段。灯影组第3段(Z2d3)岩性为黑色硅质岩夹硅质条带白云岩组合,电阻率一般在1 050~9 800 Ω·m,均值在2 050 Ω·m左右,可与上覆地层水井沱组(∈1s)低阻明显区别。灯影组第2段(Z2d2)厚度33~154 m,岩性由上至下依次为水云母页岩、致密状微晶灰岩及硅质条带,电阻率约3 000 Ω·m。灯影组第1段(Z2d1)上部为钙质页岩、泥质白云岩和白云岩,下部为含锰(铁)泥质白云岩,局部夹页岩,为修齐矿区内锰矿层的顶板层,厚度15~40 m,电阻率均值约1 000 Ω·m。

震旦系下统陡山沱组(Z1ds)是修齐锰矿体赋存地层,厚度约6~15 m。该段岩性组合可分上、下两段,由于断裂构造影响,修齐矿区内只出现陡山沱组上段(Z1ds2),该段顶部为锰矿赋存层位,岩性为炭质页岩、泥质页岩层与白云岩互层,偶夹薄层状硅质岩,其电阻率一般在5.0~600 Ω·m,高值可达到1 020 Ω·m;下部为砂岩页岩与砂岩互层,其电阻率显示为低阻特征,均值370 Ω·m。

3 地球物理解译及验证

3.1 数据采集

在室内目标线路确定后,为保障野外数据采集准确可靠,本次工作先在室内确定测点坐标,再由技术员实地确定,并在每个点位采用红布条记录测点号的方式做好标记。测线测点的编号采用自西向东、由南向北的原则,共布置测点30个,检查点3个。

3.2 数据解译

经过物探数据处理和二维反演,生成了修齐锰矿区电阻率剖面图(图2)。断层构造电性特征通常显示为两侧电阻率变化剧烈,呈串珠状分布,或电阻率等值线发生扭曲[18]。为此,此次AMT法识别出F1和F2断层,F1断层位于D5、D6间,断层两侧电性明显突变,断层大致倾向北东,产状较陡,向下延伸较大;F2断层,位于D15、D16间,断层两侧电性变化明显,且电阻率等值线发生扭曲,断层大致倾向北东,产状较陡,向下延伸较大。

图2 修齐4号勘探线AMT二维反演电阻率断面图

修齐矿区锰矿体位于陡山沱组上段(Z1ds2)中,顶板岩性为灯影组第1段(Z2d1),岩性为泥质白云岩夹页岩,电阻率显示为中阻特点;底板为陡山沱组上段(Z1ds2)底部,岩性为砂质页岩,电阻率显示为低阻特点,二者电阻率差距小,但能和灯影组第2段(Z2d2)高阻的白云岩有明显差距。根据含锰岩系为修齐地区最老地层且电阻率小,顶板电性高电阻率的差异,可在剖面图上圈定出含锰岩系的空间分布位置和形态特征。地质资料显示,测线测点D16附近震旦系下统陡山沱组,由于在矿层露头位置发育断裂构造,导致震旦系下统陡山沱组岩层变薄[9]。电阻率剖面图显示为高低阻结合部位,与F2断层重合,符合地表断裂构造发育特点,故推断锰矿层位于D16点电性高低阻结合部位,即此点为震旦系下统陡山沱组(含灯影组第一段)界线。

3.3 钻孔验证

为了验证AMT电阻率剖面解译的可靠性,选择在此次地球物理剖面20号点及23号点布置两条钻孔(分别为Zk2016,Zk4-1)。Zk4-1在钻孔资料显示,菱锰矿体平均厚度为0.88m,含量在19.37%~23.24%,平均品位为21.56%。Zk2016显示含锰岩层陡山沱组上段(Z1ds2)受断层影响,厚度减薄,单层条带状矿体厚1~5 mm,脉石厚10~100 mm,未达到工业品位(图3)[9]。

图3 修齐4号勘探线钻孔剖面图

两个钻孔勘探发现多层锰矿化体,矿化位置与AMT解译位置相当,表明AMT法在修齐锰矿区的对断裂构造、地层有较好的识别效果。

4 结 论

本次研究工作首次将AMT方法运用在重庆城口修齐锰矿区,进行找矿预测工作。经钻孔验证,取得较好的找矿效果,不仅控制矿体深部走向,同时对深部断裂、褶皱等构造均有较好的指示作用。

AMT方法可在城口锰矿带深部找矿工作中推广应用。

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