自然电场法及激电中梯测量法在寻找隐伏石墨矿体中的应用

马文智，马进海

（中国建筑材料工业地质勘查中心青海总队，青海 西宁 810001）

1 地质背景

1.1 地层

工作区处于东昆仑造山带北缘欧龙布鲁克—乌兰成矿带东端，主要地层为下元古界金水口岩群(Pt1j)。金水口岩群为测区最古老的地层，出露面积约29km2，占预查区面积的43%，地层呈北西—南东向展布。金水口岩群均遭受了不同程度的形变、变质、变位作用，岩石中的地层层序、层位发生了巨大的变化，为一套层状无序的中—深变质岩系，根据岩层中的岩性组特征和形变、变质、变位所反映出的明显差异，将金水口岩群进一步化分出了两个非正式岩石地层单位，即片麻岩岩组和片岩岩组。

(1) 片麻岩岩组：大面积出露于矿区中南部，地层呈北西—南东向不规则条带状分布，西北与花岗闪长岩接触，其他方向均延伸出测区。主要岩性为黑云母角闪斜长片麻岩夹硅质大理岩，混合花岗片麻岩，出露长3.5～5.5km，厚度2.4～3.9km，产状3～40°∠31～70°，岩石节理较为发育，风化较强，较为破碎。硅质大理岩是主要的含矿部位。

(2) 片岩岩组：大面积出露于矿区西北部，地层呈北西—南东向不规则条带状分布，西北及东北部与花岗闪长岩接触，向南与片麻岩岩组接触，向东与三叠系与隆务河组不整合接触。主要岩性为云母石英片岩夹大理岩，局部夹少量斜长角闪片岩。出露长4.2～7.8km，厚度0.7～1.8km，产状15～21°∠38～43°，岩石节理较为发育，风化较强，较为破碎。

1.2 第四系

主要出露于工作区低洼地区以及山谷中，主要为浅黄色风积土，残坡积碎石以及山前洪积砾石、砂、亚砂土。大沟中覆盖厚约20～30m，为冲洪积砾石及砂土。小的沟谷及山区覆盖厚约0.5～2m，为风积土及残坡积碎石。有石墨矿化线索地段，覆盖较厚。

1.3 构造

工作区受区域褶皱及断层影响，地层产状复杂，次级断裂发育，呈北西南东向展布。

1.4 岩浆岩

区内岩浆活动强烈，主要为华力西期侵入岩，岩体主要分布在工作区东北部，有花岗闪长岩(γ δ4c)、钾长花岗岩()以及少量的岩脉(ν)。岩浆岩对石墨矿体有破坏作用。

1.5 变质岩

区内变质作用强烈，变质岩主要产于下元古界金水口群，岩性为黑云母角闪斜长片麻岩、大理岩、混合花岗片麻岩、云母石英片岩。工作区内以区域变质作用为主，伴随着混合岩化作用，变质程度从低级到中级都有分布。

2 地球物理特征

2.1 理论依据

含石墨大理岩有极低的电阻率和较高的极化率，是优良的电子导体，同时含石墨大理岩地层在一定的水文地质条件下能产生很强烈的自然电场，石墨矿能吸附负离子，因此呈负电位特征；而大理岩、片麻岩、石英片岩、岩浆岩等围岩具有相对高电阻率、低极化率的特性，在潜水面下及潮湿情况下只能形成离子导体，不能产生明显的自然电场。因此当石墨富集到一定规模时，与围岩间存在明显的电性差异。

2.2 物性依据

物性标本测量结果平均值如下页表所示。石墨矿化及含石墨矿的大理岩极化率较高、电阻率较低；磁铁矿石极化率高、电阻率低；其他岩石极化率均较低，电阻率高。表中标本测量数据可以作为本区物探异常的判断依据。

由此可见，本区围岩类岩石极化率变化范围为0.365%～1.523%、电阻率变化范围为972～3 525 Ω·m，含石墨大理岩极化率变化范围为1.507%～12.995%、电阻率变化范围为443～5 956Ω·m，突显石墨矿呈低阻、高极化的电性特征，围岩与石墨矿(化)体存在较大电性差距，且含石墨大理岩随着石墨含量的增加，其极化率呈递增、电阻率呈递减趋势。根据工作区的地质及地球物理特征，采用自然电场法、激电中梯测量方法圈定高极化的石墨矿体，提供了地球物理前提。

岩石物性统计

3 自然电场测量

3.1 本次电位观测

采用WDJS-2数字直流激电接收机进行电位观测。该仪器具有测量准确、快速、操作方便等特点。自然电场法测量按照DZ／T0081-93《自然电场法技术规程》执行。开工前对导线进行漏电检查，每公里绝缘电阻为7ΜΩ，不极化电极之间的极差均小于±2mV。收工前对导线进行了漏电检查，每公里绝缘电阻均大于5ΜΩ，收工后极差均小于±5mV。

3.2 电位异常推断解释

布置测线方位角36°，测线距为500m，测点距为20m。从图1电位异常剖平面图明显可见，测区整体呈正异常，区内明显存在5处负电位异常带，总体走向为近北西—东南向。

ZD5异常呈北西—南东走向的条带状，长约5km、平均宽度约400m，异常面积约2km2。异常以小于0mV圈出，其峰值为-400mV，峰值位于异常带东南面。经槽探揭露，异常带位置均发现含石墨大理岩，含石墨大理岩带宽度较大且石墨含量较高。结合含石墨大理岩电性特性，推断异常为石墨矿(化)体引起，为矿致异常，是最主要的异常。

图1 电位异常剖平面图

3.3 自然电位异常查证

地貌上ZD5自电异常处于一负地形中，第四系覆盖较厚2～25m，只有零星的基岩露头。在第四系覆盖较薄的地段，施工11个探槽对异常进行揭露验证。通过1∶1万地质草测及探槽揭露，圈出最主要石墨矿化带K1，石墨矿化带呈似层状产出，北西—南东向展布，断续出露长4.7km，宽3.52～13.54m。倾向北东，产状3～35°∠52～78°。石墨分布于硅质大理岩中，呈鳞片状均匀分布，多具弯曲现象，片径(0.02×0.01)～(1.53×0.26)mm，石墨片度〉100目的占66.34%。固定碳含量3.08%～9.27%。

4 激电剖面测量

4.1 剖面测量

对第四系覆盖较厚且自电异常较好的地段开展了1∶2000激电中梯剖面测量，1、2线是激电中梯测量的重点。线距100m，点距20m。背景值Mb值为2.49%。异常下限为Mx=Mb+5ε×Mb，ε为均方误差，本工作区的ε值为0.054，从式中求出本工作区的异常下限为3.16%。

1线开展激电中梯剖面测量，图2为A3线剖面异常图，显示桩号585～685段极化率为2.3%～3.2%、电阻率为150～250Ω·m，极化率在背景值Mb与异常下限Mx之间。曲线特征显示：由桩号680至640段，极化率急剧抬升；由桩号620至540段，极化率下降，地表600桩号处有探槽揭露，有石墨矿化。故推断此矿(化)体往北部倾斜。桩号600往580段，电阻率由250Ω·m升至600Ω·m，变化急剧，推断异常边缘位于590桩号。

图2 A3线激电中梯剖面异常图

图3 A3线断面异常推断解释图

针对异常进行了激电测深工作，主要用来了解此异常矿体埋深、倾向等要素。激电测深工作段位于异常东段，实际测量位置位于A3线585～685桩号。

图3为A3线断面异常推断解释图，显示图中圈出1个异常，编号Ⅰ。Ⅰ1-1、Ⅰ1-2为Ⅰ异常中的2个高值区。根据异常埋深计算公式H=K(1/4～1/8)×AB，本次K值取值为0.25，AB距为1km，计算出I1-1高值区埋深为112m、I1-2高值区埋深为177m，推断深度误差为±20%。异常总体往南倾，浅部异常体倾角约50°，中深部至底部异常体产状变陡，倾角约80°。

2线地表覆盖厚约25m， ZK02钻孔施工在2线剖面上，ZK02钻孔主要根据C2激电异常剖面进行施工。根据物性测量，石墨矿化极化率值均大于2%，围岩极化率均小于0.8%，含石墨矿大理岩电阻率相对于围岩较低。C2剖面上极化率最高为3.268%。根据石墨矿低阻高极化的激电特性，圈出1个异常，用ZK02进行深部验证。

4.2 激电异常查证

1线根据槽探施工、激电中梯剖面测量及激电测深工作后，确定施工钻孔ZK01，经过ZK01钻孔验证，在埋深110m处见矿，与推断的埋深基本吻合。矿体在1线探槽TC03出露厚度为5.82m，固定碳含量为4.84%。在1线钻孔ZK01中控制厚度为10.27m，向深部逐渐变厚，固定碳含量为3.64%。

2线施工钻孔ZK02验证，在埋深95m处发现石墨矿化。深部控制石墨矿体厚4.01m，固定碳含量为3.96%。

5 找矿成果

(1) K1-1石墨矿体地表探槽TC15、TC16、TC17进行了控制，向两端尖灭，深部未控制。长608m、宽3.96m、似层状产出，产状25°∠54～75°，平均固定碳4.96%。

(2) K1-2石墨矿体地表探槽TC16、TC18、TC22进行了控制，向两端尖灭，长422m、宽2.18m、似层状产出，产状25°∠78°，平均固定碳5.19%。

(3) K1-3石墨矿体在2线以西400m地表探槽TC20进行了控制，西北逐渐尖灭，东南第四系覆盖区有2线进行了深部控制。长727.4m、宽3.48m、控制斜深128.25m、似层状产出，产状27°∠78°，平均固定碳3.30%。

(4) K1-4石墨矿体在地表探槽TC02、TC03、TC44进行了控制，向两端尖灭，深部由钻孔ZK01进行控制。长620m、宽3.73m、控制斜深156.29m，似层状产出，产状335～3°∠49～70°，平均固定碳3.78%。

(5) 共求得334石墨矿石量143.04万t，资源量5.72万t，全区固定碳平均品位4.00%，为小型矿床。

6 结论

(1) 自然电场测量对隐伏石墨矿体有明显的效果，负电位异常延伸范围与石墨矿化带的分布吻合较好。

(2) 激电中梯测量在石墨找矿应用中，效率高、效果明显，能够有效地指导探槽和钻探施工，揭露和控制矿体，达到找矿的目的。

(3) 下元古界金水口岩群中，物探方法寻找石墨矿效果显著，能够给地质找矿工作提供可靠的物探资料。