激发极化法在西刚果造山带尼阿里裂谷盆地铜多金属矿勘查中的应用

雷清 程胜红 潘 登 姬磊喆 薛凯夫 王一昕 王贺 叶高峰

1）中国天津300170天津市地球物理勘探中心

2）刚果共和国黑角市黑角索瑞米股份有限公司

3）中国北京100083中国地质大学（北京）地球物理与信息技术学院

4）中国北京100083陆内火山与地震教育部重点实验室（中国地质大学（北京））

0 引言

资源和能源的供应对一个国家的经济发展至关重要。中国各类探明矿产资源总量可观，但人均资源量全球排名靠后。近十年来，我国的产业升级和出口转型导致新能源车、超高压输电和光伏等行业发展迅猛，对铜、锂和钴等金属矿产的需求量急剧上升。众多中资企业在非洲、南美等地开展了矿产资源的勘查与开发等工作，获得了一定成就与收益。在众多勘查目标区中，非洲中西部的新元古代西刚果超群一直是铜、金、钴、铁和铅锌等矿床的重点勘查区域（余金杰等，2015）。

对于铜铅锌多金属矿，比较便捷和有效的勘查手段是利用矿体的极化率异常进行探测的激发极化法，尤其是该方法的中间梯度装置，能迅速圈定极化率异常的平面分布范围，为详细勘查确定目标区（Kumar et al，2019；Revil et al，2022）。本文采用激发极化法，在中国黄金集团刚果共和国合资子公司索瑞米（SOREMI）采矿权和探矿权区域开展勘探工作，分析研究区激电异常特征，确定找矿靶区，为西刚果超群金属矿探测提供方法技术组合。

1 地质与地球物理背景

从大地构造位置看，索瑞米（SOREMI）采矿权和探矿权区域位于西刚果造山带东南部尼阿里裂谷盆地（Niari Basin）（图1）。西刚果造山带整体呈NW—SE向展布，自加蓬向南穿过刚果共和国（刚果布）西南部、刚果民主共和国（刚果金）西部，到达安哥拉东北部，总长超过1300 km，宽度约160 km（Tack et al，2001；叶浩等，2014；卢树东等，2017；Mfere et al，2020）。其北—北东部为柴鲁地块，东部为贝特克高原，西部为海岸盆地。尼阿里裂谷盆地则呈弓形贯穿西刚果造山带中段，长度约300 km。刚果布南部尼阿里裂谷盆地中东部的弧形转折部位内地层主要为上元古界西刚果超群，构成宽缓的尼阿里复式向斜，研究区南部处于复向斜核部，断裂构造较发育，是刚果布南部重要的铜多金属矿成矿远景区（图2）。区域内金属矿产资源丰富，主要矿种有Fe、Au、Cu、Pb、Zn、Ag、Ba、W、Sn、Nb、Ta、Re、Be、Ti、Zr、Cr、Ni、Pt等，金属矿产多具成群成带分布特点（李如满等，2009；余金杰等，2015；卢树东等，2017）。

图1 刚果共和国（刚果布）西部地质简图[图1(a)改自Mfere等(2020)]Fig.1 Simplified geological map of the western part of Republic of the Congo[Fig.1 (a) modified from Mfere et al,2020]

区内地层属于西刚果超群（West Congolian Group）。西刚果超群自底部往上被2个砾岩单元（1个含砾片岩、混积岩和1个杂砾岩层）分隔为3个群，即：Diamictites-Gres群（简称DG群，以石英岩、片岩为主）、Schisto-Calcaire群（简称SC群，以碳酸盐岩为主）和Schisto-Gresseux群（简称SG群，以砂岩、粉砂岩为主），其总厚度大于3500 m，以SC群分布最广（Mfere et al，2020）。

该区褶皱构造总体表现为一个巨型宽缓复式向斜，属于区域性尼阿里复向斜的一段。在研究区范围，该复向斜总体呈近EW走向，其核部位于BokoSongho（博科松戈）、Mfouati（姆富瓦提）、Luangu（卢安谷）一带。该复向斜北翼宽缓，南翼产状变化较大，其核部带次级褶皱发育，多以紧闭的背斜和宽缓的向斜相间为特征，其中紧闭背斜轴部及破碎带对区内矿化有明显的控制作用。研究区断裂构造的空间分布与复向斜的核部带一致，以NW向和NEE向为主，是次级皱褶的伴生产物，断裂性质多为张—张剪性，已知铜矿床（点）主要沿NEE向断裂带分布。区域岩浆活动主要发生于中元古代之前，在研究区范围内未发现岩浆岩。

索瑞米矿区（图1中蓝色多边形）位于铜铅锌多金属成矿带。该成矿带呈近EW向延伸，东西长约150 km，南北宽约30 km，产出的铜铅锌多金属矿床（点）近百处，均产于尼阿里裂谷盆地的碳酸盐岩—碎屑岩地层。矿床类型主要有2类，一类为受地层接触带和NEE及近NS向断裂构造控制的原生透镜状和不规则形态矿床（少量为层状矿床），另一类为产于碳酸盐岩风化侵蚀面之上或喀斯特溶腔中的粘土型风化矿床。

近年来，区内先后开展了航磁、放射性、航空电磁、瞬变电磁等物探工作。但是其工作比例尺偏小，精度较低，未开展更高分辨率的工作（卢树东等，2017；肖淳等，2018）。

地球物理特征是衡量一个地区是否具备地球物理勘查前提的条件，物性参数测定与统计分析，是物探资料的解译基础。矿区地层岩性主要为砂岩、白云岩及含矿（矿化）岩石，因此在矿区开展激电中梯测量的同时，对钻探岩芯标本及出露地层露头位置进行岩（矿）石的电性参数测定，并分别对测定结果进行统计分析，结果见表1。

表1 2021年露头岩（矿）石电性参数测定结果统计Table 1 Statistics of measurement results of electrical parameters of outcrop rocks (mines) in 2021

由表1可见，砂岩电阻率变化范围50.6—800.2 Ω·m，平均值398.90 Ω·m，其极化率变化范围0.08%—2.35%，平均值0.69%；白云岩电阻率最高，变化范围300.3—2165.1 Ω·m，平均值882.8 Ω·m，其极化率最低，变化范围0.07%—1.23%，平均值0.52%；含矿（矿化）砂岩电阻率最低，变化范围为11.9—473.9 Ω·m，平均值109.60 Ω·m，且其极化率最高，变化范围0.90%—7.24%，平均值3.80%。含矿（矿化）岩石表现为明显的低阻高极化特征，表明在该区进行激发极化找矿在技术上是可行的。

2 数据采集与整理

野外数据采集于2021年7—12月，在索瑞米矿区100 km2范围内完成1:25000激电中梯扫面工作，采取网度为250 m×20 m。在激电中梯测量工作中，根据相关技术标准要求，结合工区自然地理、交通条件、地质等情况进行测线布设，测线尽可能穿过不同地层构造单元。在垂直矿区内，沿主要构造总体走向布设测线，其中：采矿权区域测线方向：Sangola工作区测线布设方向90°，Kimbenza工作区测线布设方向90°，Yocolo工作区测线布设方向0°；探矿权区域测线方向：Mouyondzi工作区测线布设方向340°，Madingou工作区测线布设方向0°，Sonel-Louamb工作区内S1、S2、S3区块测线布设方向均为0°。

激电中梯测量及激电测深工作采用南方测绘S750型手持GPS（水平定位精度为1 m）结合卫星影像布设测网。激电中梯剖面测量采用北京桔灯公司稳流发射机SuperTXU08和3台美国Crystal地球物理公司Horn3D全功能激电仪接收机（仪器编号：302、304、306）。该接收机能直接测量并存储自然电位、一次场电位、12个连续不同延时窗口视极化率，具有精度高、功能强、可靠性高的特点。在激电（IP）中梯测量过程中，其供电电流为1—10 A，观测并储存每个点的测量数据，主要记录线号、供电电压、供电电流，以及每个测点的一次电位（Vp）和视极化率（ηs），并于当日传输至电脑备份。

为提高工作效率，取得较好的测量效果，在激电中梯测量野外施工前需进行仪器的技术试验（李忠平等，2022），以便合理确定电法工作技术参数。为此开展了仪器一致性、极距、供电时间等参数的选择试验工作。根据工区条件和探测要求，最终确定供电极距为1800 m，供电时间为16（s占空比1:1），观测延时为100 ms，窗口宽度为40 ms。3套仪器开工、收工过程中一致性均满足规范要求（图3），表明仪器设备精度高、性能稳定。

图3 Horn3D全功能激电仪接收机视极化率一致性观测结果Fig.3 Consistency observation results of apparent polarizability of receivers of Horn3D full-function IP instrument

对实测数据进行了检查观测，检查率3.09%，视电阻率的均方相对误差为2.93%，视极化率的总均方误差为0.0263，满足规范要求。室内工作内容如下：对当天采集的原始数据进行检查，主要检查每个测点各延时窗口视极化率衰减曲线是否平滑，核实观测畸变点、突变点、异常点等是否进行了必要的检查观测、异常是否完整等。

3 异常与解释

3.1 异常圈定依据

由岩矿石电性数据（表1）可知，含矿岩石一般呈现低阻高极化特征。工作区原生矿规模较小，多为氧化矿，矿石多呈松散土状、砂状，金属矿物成分主要为氧化碳酸盐矿物，如孔雀石、蓝铜矿、白铅矿（铅矾）、菱锌矿、赤铁矿、褐铁矿等。因此，据矿体特征判断，矿体相对于围岩应呈现低阻高极化异常，但极低异常幅值不会太高。根据2019年矿区已知地段的激电中梯测量试验结果，结合矿区地质资料和铜矿化特点分析，工作区视极化率背景值较低，一般在0.5%左右。本区域极化率异常较弱，经8个测区的数据统计，工作区视极化率平均值为0.5%，标准差为0.17%，故确定以视极化率0.5%为工作区背景值，以视极化率1.0%为异常下限，圈出正确、可靠的异常。

3.2 异常特征与解译

受篇幅所限，文中仅介绍Sonel-Louamb工作区内S3区块（Mankala，曼卡拉）的探测成果（图2中红方块所示）。

Mankala区块视极化率、视电阻率平面剖面图和平面等值线见图4—图7，可以看出，该工作区视极化率背景场整体较低，而异常幅值较高。从局部高极化率异常的空间分布来看，则主要分布在白云岩地层及白云岩与砂岩接触带附近。以视极化率高异常值为主，电阻率呈相对低阻，由西向东依次进行编号，共圈定2个激电异常区，分别为T4异常区和T5异常区。

图4 Mankala区块激电中梯测量ηs平面剖面图Fig.4 Plan view of ηs profiles of IP intermediate gradient survey in the Mankala area

图5 Mankala区块激电中梯测量ρs平面剖面图Fig.5 Plan view of ρs profiles of IP intermediate gradient survey in the Mankala area

图6 Mankala区块激电中梯测量ηs等值线平面图Fig.6 Contour map of ηs measured by IP intermediate gradient survey inthe Mankala area

图7 Mankala区块激电中梯测量ρs等值线平面图Fig.7 Contour map of ρs measured by IP intermediate gradient survey inthe Mankala area

（1）T4异常区：为一低阻高极化带状异常，宽度最大处约500 m，长度大于750 m，异常区位于工区西部L39—L41线北段，向西未封闭，极化异常幅值相对背景值较高，异常规模较大，近EW向分布，主要出露为白云岩地层，极化率异常幅值较高，工作区内有铜矿化点出露，推测本异常可能由铜矿化体引起。

（2）T5异常区：为一低阻高极化带状异常，宽度约300 m，长度大于500 m，异常区位于工区西部L48—L50线北段，极化异常较连续，幅值极值达3.4%，异常规模较大，近EW向分布，主要出露砂岩地层，其西部边界附近为砂岩与白云岩接触带，工作区内有铜矿化点出露，推测本异常可能由铜矿化体引起。

Mankala区块岩层主要为Mpioka组，岩性以砂岩、粉砂岩、燧石条带块状白云岩为主。通过地质、物探异常分析，在Mankala勘查区圈定2处物探异常验证钻探靶区（T4和T5）。T5异常区共布设施工钻孔11个，目前钻孔验证结果显示，钻孔见明显矿体，白云溶蚀孔较发育，主要为块状白云岩及条带状白云岩，断裂接触带蚀变强烈（图8）。通过钻探验证，显示该区物探异常主要由辉铜矿化引起，且该原生辉铜矿床在T5异常深度70—90 m处，延伸长度400 m、宽度100 m，铜品位为3%—6%，表明采用激发极化法在索瑞米矿权区开展找矿工作，效果良好。

图8 Mankala区块激电异常与地层叠加图Fig.8 Overlapped map of IP anomalies and strata of the Mankala area

4 结论

在刚果布索瑞米公司矿权区开展激电中梯测量工作，获得极化率异常区，由于该区没有石墨化、黄铁矿化等引起的假异常，且围岩极化率值低，利用激电中梯测量方法圈定的异常在无露头、化探和钻探数据情况下，直接服务于找矿工作，取得了良好效果。该方法成本低、施工效率高，值得在适合区域继续开展相关工作。

但由于激电中梯测量获得的异常没有深度概念，而该区域主要是构造控矿，后续将投入音频大地电磁测深工作（杨宗耀等，2020），获得研究区三维电阻率结构模型，并对构造、地层界面进行推断解释，结合激电异常，更好地服务于找矿工作。

感谢中国黄金、中金香港和刚果（布）黑角索瑞米股份有限公司各部门人员的支持与配合，感谢野外组的艰辛工作。感谢“铜多金属控矿条件分析预测与找矿靶区筛选”科研项目的支持。