苏鲁造山带南缘东海地区石英脉找矿方法试验

薛林家,薛怀友,危晓平,夏国天,姚维军

(1.江苏省地质矿产勘查局第六地质大队,江苏 东海 222300;2.江苏省地质矿产调查研究所,江苏 南京 210018)

苏鲁造山带南缘东海地区石英脉找矿方法试验

薛林家1,薛怀友2,危晓平1,夏国天2,姚维军2

(1.江苏省地质矿产勘查局第六地质大队,江苏 东海 222300;2.江苏省地质矿产调查研究所,江苏 南京 210018)

东海地区高纯硅资源主要来源于石英脉。随着硅工业的快速发展,硅资源用量增大,地表资源日近枯竭,急需一种有效的方法,用于覆盖区找矿。根据该区石英脉产出地质特征以及与围岩的电阻率差异,从己知矿体入手,进行了不同点距、线距和深度的对比试验,表明物探电法是可行的。

石英脉;电阻率;网度;埋深;江苏东海

1 概 述

江苏省东海地区是我国石英脉 (含晶石英脉)的主要产地之一。据不完全统计,仅东海县每年开采、收购的脉石英数量就在 50万 t左右,相当于一个中型或大型矿床。随着硅工业的快速发展,近年来硅资源用量大增,地表资源日近枯竭,急需一种有效方法,用于覆盖区找矿。

20世纪 50年代以前,区内仅以零星的矿点调查为主,20世纪 50年代后开展了规模性的地质工作,但由于手段单一,方法较少,研究程度也较差,因而找矿效果不好。如 50年代末到 60年代中期,原地质部华东地质局 304队、徐州专署地质局一队,在东海境内开展过水晶矿的普查找矿工作。20世纪八九十年代,江苏省地质矿产局第六地质大队、物探队、中国科学院等单位也曾经用物探方法进行寻找石英脉尝试,但都由于石英脉过于分散,规模小,第四系覆盖广,试验结果不理想而停止。

随着地质科技的飞速发展,物探找矿方法和仪器设备的不断更新,为本次试验提供了可能性和有利条件。

本次实验工作选择了石英脉成矿条件较好,岩性组合在区域上有代表意义的赣榆县石桥地区和东海县尤庄地区作为试验区 (图 1)。仪器使用重庆地质仪器厂生产的DZD-4多功能激电仪;电源使用交流发电机和仪器厂配套的变压整流设备;供电方式：5S ×5S,周期 1.5T,延 3。

图1 东海地区构造地质略图

2 找矿地质背景

东海地区位于秦岭 -大别造山带东延部分,郯庐断裂带以东,苏鲁造山带南缘 (图 1)。

区内基底地层为：下元古界东海群变质杂岩;中上元古界海州群片麻岩、大理岩、含蓝晶石白云石英片岩以及上元古界震旦系浅变质的板岩、千枚岩、变质砂岩等。盖层主要有紫红色砂岩、砂砾岩等,分布于局部断陷盆地中。本区第四系覆盖广泛,厚度一般 1m～3m,局部大于 5m。

区内岩浆活动强烈,在元古代吕梁期有基性、超基性岩浆侵入。超基性岩经区域变质作用己变质为蛇纹岩,其原岩为纯橄榄岩 -辉橄岩;基性岩主要为榴辉岩和角闪岩;中生代燕山晚期有大规模花岗岩侵入,主要有花岗闪长岩、二长花岗岩、石英二长岩等,主要分布在郯庐断裂带东侧,多呈北北东向展布。喜山期局部仍有小规模的玄武岩喷发。

区内断裂构造比较发育,主要为北东向及北北东向,局部北西向。北东向断裂主要有邵桑断裂,该断裂控制了中生代沭阳凹陷盆地和龙苴凹陷盆地的展布。北北东向断裂有郯庐断裂和海泗断裂,它控制着中生代白垩系的沉积和燕山晚期二长花岗岩的侵入。北西向断裂规模较小,多为北北东向断裂的派生断裂。

由于扬子板块向华北板块多期次的碰撞俯冲,使这一带遭受挤压并不断抬升,形成了多期次规模不等的韧性剪切带。这些韧性剪切带对该区石英脉的形成具有一定的控制作用。

区内石英脉产状决定于形成时构造裂隙形状,与片麻理多为斜切、横截、沿节理裂隙缝贯入,往往成群成带出现,分片集中,走向与超高压变质带走向一致,以北东—南西向为主。围岩以黑云斜长片麻岩类、榴辉岩类为主,蚀变较复杂。一般围岩为榴辉岩的,蚀变主要为绿帘石化、绿泥石化;围岩为片麻岩时,蚀变带从里向外一般为蛭石化、绿帘石化,绢云母化、白云母化、高岭土化、硅化等。蚀变带宽度随石英脉大小而变化,从数厘米到数米不等。

3 石英脉的地球物理找矿方法试验

本区石英脉单体规模较小,多呈脉状、透镜状、不规则状等,且连续性差,产状较陡。前人主要采用浅层地震折射波法、面波法、高密度电法、探地雷达法及瞬变电磁法等方法,效果并不理想。鉴于工作区岩石类型较少,高阻矿物 (主要为石英、云母、长石、蛭石)较简单,考虑以岩 (矿)石间电磁学性质及电化学性质的差异为基础,选择激电中梯 (电阻率)法和联合剖面法进行了对比实验研究。采集视电阻率ρ α和视极化率η α两个参数。

研究区选择有代表性的赣榆县石桥地区和东海县的尤庄地区。其中,赣榆县石桥地区的第四系覆盖较浅且在东海县朱沟—赣榆石桥的石英脉成矿带上,主要进行方法有效性研究。东海县尤庄地区在东海县的埠后—牛山—新沂市阿湖镇的石英脉成矿带上,第四系覆盖较深,主要进行方法的可行性和电测深研究。

3.1 岩 (矿)石电性特征

本区石英脉的围岩主要为各种片麻岩、片岩、榴辉岩。一般无裂隙的石英脉可视为绝缘体,片麻岩、片岩、变粒岩、榴辉岩的电阻率尽管较高,但远低于石英脉的电阻率,二者之间存在着明显的电阻率差异,这就为电法寻找石英脉提供了地球物理前提条件。

为了解释推断的准确性和可靠性,进行了野外露头小四极法电性测量,采集了大量岩 (矿)石的电性参数 (表 1)。

表1 岩矿石电性参数测定结果

由表 1可以看出,片麻岩、片岩、变粒岩、榴辉岩的电阻率在 1 000Ω·m左右,石英脉的电阻率平均为1 225Ω·m,二者之间差异明显。石英脉与其他几类岩石的极化率值都在 0.8～2.8之间,一般为1.35～2.20,相差不大,用极化率参数不易区分石英脉与围岩的界线。

3.2 点、线距的试验

以石桥地区为例,为了确定最佳点距,笔者在石桥地区的两条试验剖面上进行了激电中梯和激电联剖两种方法的不同点距对比。

首先,在石桥朱官庄正北正在开采的石英脉矿坑 (石英脉可见宽度约 1.5m,距地面 2.5m左右)边布置了 1号试验剖面 (大致垂直于石英脉延伸方向),该剖面距石英脉采坑边缘 20m处,测线方位150°。采用激电中梯装置,AB=1 000m,MN=点距 =20m,矿坑附近MN=点距 =10m。测试结果未发现异常,分析认为,该石英脉己经尖灭,后经槽探揭露确认。

其次,在石桥大温庄东北约 0.5km处布置了 2号试验剖面,剖面布设在已知的 1号石英脉上。剖面长度 100m,测线方位 5°,分别进行了激电中梯和激电联剖两种方法试验。激电中梯采用AB=300m,MN和点距相等,分别使用 2m、5m、10m、20m进行试验。激电联剖采用 AO=10m、MN=点距 =2m和AO=20m、MN=4m、点距 =10m两种极距。

2号试验剖面上进行了激电中梯和激电联剖两种装置的测量,每种装置又用了不同的点距进行对比。试验过程中,在已知的 1号矿脉以北 222号—233号点的范围内发现一范围更大、峰值更高的异常 (图 2)。经槽探验证,为 1条 5m多宽的石英脉。

从图 2可以看出,在石英脉之上,4条激电中梯曲线都有异常显示。但点距为 5m、10m的两条曲线最清楚,20m的曲线较圆滑;点距为 2m的曲线由于受浅层干扰而出现锯齿状跳跃。因此,选用 5m、10m点距的异常曲线最清晰。在各种点距都能发现异常的前提下,点距越大,效率就越高。因此,普查时宜采用的点距为 20m,异常处加密至 10m。

本剖面上,中梯装置的勘探深度大于联剖装置的勘探深度,联剖曲线的异常点 (B点)在 233号,中梯曲线的异常点在 220号—225号,说明石英脉向南倾斜。

视极化率曲线中,各种点距的视极化率曲线在石英脉上都无异常表示 (图 3)。所以,在本区寻找石英脉时,不需使用激发极化法,只使用电阻率法即可。

图3 激电中梯装置视电阻率异常曲线图

为了找到最大有效线距,在本区预测成矿带上及其附近共布置了 15条剖面,线距为 50m、100m。采用激电中梯装置,AB=1 000m,MN=点距 =20m,在发现异常处,点距加密至 10m,共圈定异常 16个。经探槽和浅钻验证了 11个,其中 7个异常是由石英脉引起的,揭露的石英脉宽度最小仅 0.5m,最大宽度为 8m,1个为蛭石片岩引起的异常,其余 3个可能为石英脉引起的异常,但由于埋藏较深,探槽深度不够而未能确定。

结果显示线距为 100m时能发现延伸较长的石英脉,但容易漏掉较小的石英脉,线距为 50m时才不至于漏掉较小的石英脉,从而得出：普查时用线距100m扫面,在异常地段,线距加密至 50m。

3.3 电阻率测深试验

为了进一步验证石桥地区试验结果,探测石英脉埋深方法的有效性,以尤庄地区为例,进行了电测深试验工作。

3.3.1 电阻率扫面 尤庄地区电阻率扫面仍采用AB=1 000m、MN=点距 =20m,观测区段 2/3AB,旁测距最大 1/6AB。测线方位 121°(大致垂直石英脉的走向)。完成视电阻率中梯剖面总长度 40.44km。其中测网网度为 100m×20m,长度为 34.96km,异常地段网度加密为 50m×10m,共发现 35个异常体。

根据平面异常等值线的轮廓的光滑性、规整性,结合地形起伏分析,石英脉沿走向有分枝复合与膨缩现象;在同一平面内,根据异常的强度、宽度、梯度的变化,推断异常体的侧伏和产状的变化,推断异常体位置。在异常中心位置布置工程进行了揭露、验证,结果有 11个异常见到石英脉,占验证异常的 34.4%。

3.3.2 电阻率测深实验 ①异常体选择及剖面布设。在上述扫面所圈定的 35个异常体中,选出 5个规模较大、形态较好的异常,布设 5条测深剖面。电阻率测深采用不等比对称四极垂向电测深,AB/2分别为 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为 340.0m,AB与 MN方向一致,与异常 (矿)体基本垂直。野外工作选择极差 ＜2mV,内阻 ＜1 000Ω的不极化电极配对进行测量,每个装置的观测前后都进行 AB和MN导线的对地绝缘电阻的检查,从而保证了 AB导线绝缘电阻 ＞2m·Ω,MN导线的绝缘电阻 ＞5m·Ω。解释软件采用 2W的电法数据处理软件。

施测过程中,当发现有明显干扰现象,难以保证最终结果精度和视电阻率异常的突变点以及仪器显示超差错误指示等三种情况之一时均进行了重复观测,并以合格观测结果的平均值作为最终观测结果。

②测深结果验证。根据测深试验结果,布施钻孔 ZK3、ZK2,分别对测深剖面进行了钻探验证,结果如下：A.T17异常体 T17-1测深剖面。T17-1测深剖面,沿 T17异常体倾向,进行电阻率测深测量。根据不对称四极测深推断,地质体倾向东南,倾角60°左右,顶端埋深约 5m ～7m,经钻孔 ZK3验证,由石英长石脉引起,顶板埋深 18.55m,与测深推测相差 11m左右 (图 4)。

B.T17异常体 T17-3测深剖面。T17-3测深剖面,沿 T17异常体倾向,从 1号采坑北边通过,做了电阻率测深测量,根据不对称四极测深推断,地质体倾向东南,倾角 60°左右,顶端埋深约 5m～7m,经钻孔 ZK2验证,由 3层石英脉引起,顶板埋深分别为4.70m、10.97m、14.39m,与测深推测基本相符 (图5)。

图4 尤庄矿区 T17-1异常体视电阻率测深及地质剖面图

上述试验结果表明,一般相同大小的异常体,埋深越大,则异常强度越缓,引起异常的范围越大,埋深浅的则强度越强,引起的异常峰值就高,异常范围相对较小。不同大小的异常体,埋深相同,大的异常体的异常强度强,异常峰值高,异常范围大,小的异常体异常强度低,异常峰值小,异常范围亦小。

另外,同一深度异常体的强度与异常体厚度关系不大,而与异常体的面积呈正比。一般面积越大,则往往异常强度越大,电阻率值高;面积越小,则往往异常强度越小,电阻率值越低。

4 结 语

通过本区石英脉物探找矿方法的实验研究,认为物探工作不仅可以寻找石英脉,而且经济高效,为本区开展大规模石英脉找矿工作探索了一条新路子。物探试验与工程验证表明,物探电法是浅覆盖区石英脉找矿的一种有效方法。在物探方法中,电阻率法优于其他方法,而中间梯度装置比联合剖面装置的异常更加明显,效率更高。一般采用线距100m、点距 20m,在异常地段加密到线距 50m、点距10m,即可满足普查的精度要求。电阻率测深用于确定异常体的空间形态,可以初步确定石英脉的顶板埋深以及垂向上的变化,为工程验证提供依据。

图5 T17-3异常体视电阻率测深及地质剖面图

[1]江苏省地质矿产局区域地质调查大队.江苏省区域矿产总结[R].1986.

[2]王登红,徐钰,陈毓川,等.苏北榴辉岩中水晶的形成时代及其对超高压变质带折返的示踪意义[J].地质学报 ,2003,77(4)：544-548.

[3]徐莉,孙晓明,翟伟,等.中国大陆科学钻探 (CCSD)HP-UHP变质岩中流体包裹体δD-δ18O同位素组成及其意义[J].岩石学报,2006,22(7)：2009-2017.

[4]邵世才.华北地台南缘金矿床的成因和成矿模式[J].华北地质矿产杂志,1997,12(4)：358-363.

[5]潘明宝,张庆龙,陈火根,等.苏鲁造山带南缘岩石 -地层格架[J].地质通报,2002,21(12)：848-854.

[6]李海负.水晶之最 [J].地球,1996(1)：15-17.

[7]郑大中,郑若锋.苏北东海水晶矿床的形成机理初探[J].地质学刊 ,2009,33(3)：239-244.

[8]胡文宣,孙睿,张文兰,等.金矿成矿流体特点及深—浅部流体相互作用成矿机制 [J].地学前缘,2001,8(4)：281-288.

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;编辑：侯鹏飞

薛林家 (1958—),男,高级工程师,主要从事地质矿产资源勘探工作.

10.3969/j.issn.1674-3636.2010.02.178