2017, Vol. 32
2. 中核集团铀资源地球物理勘查技术中心(重点实验室), 石家庄 050002
3. 青海省有色地质矿产勘查局八队, 西宁 810012
, LI Huai-yuan1,2 , JIANG Min-zhong1,2 , WANG Pei-jian1,2 , LUO Yan1,2 , LIU Zhen-feng3
2. Key Laboratory of Uranium Resources Geophysical Exploration Technology, China Nuclear Industry Group Company, Shijiazhuang 050002, China
3. The Eight Team of Qinghai Province Bureau of Nonferrous Metal and Geological Exploration, Xining 810012, China
五龙沟金矿整装勘查区(以下简称“勘查区”)位于青藏高原东昆仑中段、柴达木盆地南缘，海拔一般为3000~4500 m、最高超过5000 m，现已发现矿床(点)153处，其中金矿53处，金矿成矿类型以构造蚀变岩型为主(徐文艺等，2001；李智明等，2007；田承盛，2012；雷延军等，2014).由于地理位置特殊，勘查区空气稀薄、寒冬季长，自然环境艰苦、交通等基础设施落后，开展普通地面电磁法难度较大.再者，勘查区面积较大，成矿地质背景具有一定的差异，不同地区现有研究程度也不相同，投入工作主要集中在重点矿区及其周边(田承盛，2012)，总体来说勘查程度不高.
前人对勘查区内的局部地段开展了金矿找矿工作，取得了丰硕的成果.李厚民等(2001)通过对五龙沟金矿床矿化期次、成矿条件的分析总结，探讨了该矿床的成矿机理，总结了成矿模型.张延林等(2011)分析了Ⅺ号带赋矿规律，为扩大该带内金矿体规模、推动其他带金矿找矿工作提供了依据.寇玉才(2000)利用青海省航磁资料，分析了勘查区的区域磁场和深部构造特征.邹长毅和史长义(2004)对已圈定的1 20万化探异常再次进行筛选和评价，总结了金矿的地质-地球化学找矿标志.张廷斌等(2009)提取了遥感影像图中蚀变信息，其结果与已知矿化点对应，并结合解译的线性和环形构造，圈定了13个找矿预测区.田承盛(2012)通过对上述资料的进一步分析，并结合大比例尺的化探数据，建立了金矿综合找矿模型，预测资源金属量278 t，其中Au金属量为167 t，显示出巨大的找金潜力.
本次工作区位于勘查区东南缘，使用VTEM系统开展了时间域航空电磁、航磁测量(于德福和单广宁，2015)，分析了已知金矿的时间域航空电磁、航磁特征和与航电异常的对应关系，并结合地质、化探等资料，建立了找矿标志，圈定了找矿靶区6片，其中1片经后期验证发现隐伏矿体.结果表明：时间域航空电磁、航磁对构造蚀变岩金矿找矿效果好，能克服地面电磁法受制于高海拔、复杂地形等恶劣条件影响的诸多困难，可用于勘查区已知矿区深边部和空白区的“攻深找盲”以及其他地区的金及多金属矿产勘查工作.
1 时间域航空电磁法简介航空电磁法是航空物探常用的测量方法之一，具有勘探深度大、效率高以及受地形影响小等优点，可分为频率域和时间域测量(裴易峰等，2014).由于其以飞机为载体搭载电磁勘探设备，无需地面人员接近勘查作业区，特别适合高山、沙漠、湖泊沼泽、森林覆盖等地形复杂地区(殷长春等, 2013, 2015a, b, c).时间域航空电磁测量通过安装在飞机上的发射装置和接收装置，向地下发送一次脉冲电磁场，该电磁场感应地下涡流产生随时间变化的感应二次场，然后通过接收装置接收此电磁信号，从而达到对地下地质体探测的目的(雷栋等，2006).
本次以直升机为平台，搭载加拿大Geotech公司生产的VTEM系统.该系统由时间域航空电磁系统和航磁系统组成，能同时采集航空电磁dB/dt数据和航磁总场强度值(Witherly et al., 2004)，由于其飞行速度一般保持在80 km/h，且发射功率大，具有探测效率高、采样密度大、探测深度大等优点(骆燕等，2014；李怀渊等，2016).其中的时间域航空电磁系统的三个线圈位于同一平面内，外层为发射线圈、中间为补偿线圈，内层为接收线圈，这种共中心、垂直偶极收发装置能产生对称的系统响应，使得任何不对称电磁响应都是由地下异常体产生的，而非系统倾斜或是飞行方向导致的，从而使辨别异常体位置和分析电磁数据更加容易，同时采用了低噪声接收线圈和大功率发射线圈，具有很低的噪声水平(殷长春等，2015b；李怀渊等，2016).
VTEM系统已在国外成功应用于寻找金及多金属矿.在澳大利亚Nepean镍矿区，VTEM系统探测到了其他的航空电磁系统和地面电法设备没有发现的深部已知矿体(Combrinck et al., 2008).在东公牛湖地区，根据已知铜镍矿的航空电、磁特征，在其周围识别出多处弱异常，经钻探验证发现矿体，取得了较好的找矿效果(Legault et al., 2011).在Northern Empire金矿区，利用该系统的B场资料成功发现了处于接触带中的金矿体(Legault et al., 2010).在加纳南部的绿岩带上，通过与航磁资料的综合解释，确定了矿化主要位于北东向断裂与北西向断裂的交汇部位，并圈定金矿靶区(Thomas, 2010).在加拿大雪湖地区的Labor火山块状硫化物型(VMS)矿床上，该系统成功探测到了深度约800 m的矿体(Legault et al., 2014)；同时结合航磁、航放数据和从遥感影像图中提取的蚀变信息，在尼日尔Iullemmeden盆地开展了岩性构造填图，预测了找矿靶区(Bournas et al., 2014).
2 已知金矿地质及航空电、磁特征 2.1 矿床地质特征(1) 地质背景
勘查区位于昆中陆缘弧岩浆—变质杂岩带、昆中断裂带北侧.该带以大面积分布的前寒武纪基底变质岩系和各时代的侵入杂岩为特征，地层总体沿昆中、昆北断裂带分布，岩浆侵入活动从前寒武纪至燕山期均有发生.
勘查区主要有岩金沟、萤石沟—红旗沟及三道梁—苦水泉等3条韧性剪切带，其上叠加80余条构造破碎带，已圈定出金矿体200余条，它们控制着区内主要金矿床(点)的分布(李厚民等，2001；张延林等，2011；田承盛，2012).Ⅺ号带分布在萤石沟—红旗沟韧性剪切带中.
(2) 矿区地质
矿区位于工作区中东部，地层为长城系小庙组(Chx)，见图 1.该地层可分为两个岩段，上、下岩段以断层接触.Ⅺ号带沿小庙组上、下岩段之间的构造破碎带延伸，金矿体在构造破碎带中呈脉带状断续产出，局部富集.矿床成因类型为与韧性剪切带有关的构造蚀变岩型金矿.
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图 1 矿区地质简图 Figure 1 Geological sketch map of mining area |
(3) 矿床地质
受Ⅺ号带控制的构造破碎带中已圈定金矿体多条.其中，Ⅰ-1矿体走向170°~350°、倾角45°~68°，控制长度440 m、延深最深可达240 m，视厚度1.0~10.9 m，见图 2.其他矿体规模一般，部分为盲矿体，长以160 m为主，控制延深80~360 m，真厚度1.31~3.75 m.矿体中伴生铅锌，含矿岩性以碎裂岩、糜棱岩为主.围岩蚀变主要有硅化、绢云母化、黄铁矿化、绿泥石化等.矿石矿物主要为银金矿、辉银矿、闪锌矿、方铅矿、白铅矿、黄铁矿和毒砂等.
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图 2 P4号勘探线地质剖面 Figure 2 Geological profile of P4 exploration line |
矿区时间域航空电磁测量结果见图 3.其中，dB/dt由VTEM系统实测，时间常数(Tau)根据dB/dt晚期道数据计算而得.时间常数是目标体导电率和几何形态的函数，其值高，表明有低阻体存在(刘冲等，2014).
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图 3 矿区航空电、磁测量结果 (a)dB/dt(30~45道)剖面；(b)时间常数(Tau)；(c)航磁ΔT化极影像；(d)航磁垂向一阶导数. Figure 3 The results of airborne electromagnetic and magnetic survey in mining area (a)The profiles map of dB/dt(30~45);(b)The map of time constant; (c)The map of aeromagnetic anomalies after reducing to the pole; (d)The map of the first vertical derivative of aeromagnetic anomaly. |
由图 3a、b可知，矿区内电磁响应呈东西分带的特征，表现为近南北向—北北西向电磁强烈响应带和弱响应带相间排列.收集的岩(矿)石电阻率结果显示，含黄铁矿的矿(化)石电阻率为686~1755 Ω·m，铅锌矿石电阻率为117~650 Ω·m，花岗岩、片麻岩等围岩电阻率为1681~3753 Ω·m，矿(化)石与围岩之间存在明显的电性差异.矿区内的弱电磁响应带推测主要为花岗岩和片麻岩等围岩的反映.
对比图 1可以看出，已知的构造破碎带在平面上的形态、规模、延伸等均与图 3a、b中东部的北北西向电磁响应强烈区带相对应，可见其具有明显的时间域航空电磁特征，可以根据该方法来推断隐伏构造破碎带，因而，推测矿区西部近南北向的电磁响应强烈带由隐伏构造破碎带引起.而处于构造破碎带的金矿体电磁响应更为强烈，推测与矿体中含硫金属矿物富集密切相关.平面上，在dB/dt(30~45道)剖面平面图(图 3a)中，金矿体呈明显的双峰特征、且右侧峰明显比左侧峰强；在时间常数图上，金矿体位于高值带中间的相对低值区带、且东侧的值明显偏高，值大于0.8 ms、最高大于2.0 ms.
剖面上，以L2010线为例.由图 1可知，L2010线和P4号勘探线同时交于Ⅰ-1、Ⅰ-2矿体，将P4号勘探线中的两条矿体投影到L2010线综合剖面图上，结果见图 4.
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图 4 L2010线综合剖面与P4号勘探线地质剖面对比 Figure 4 Comparison map of the geological profile of L2010 line and P4 exploration line |
图 4中最顶端的粉色曲线为航磁垂向一阶导数(CVG)剖面图，中间为dB/dt(30~45道)曲线图，下部为根据dB/dt数据计算的视电阻率深度图(Meju, 1998).对比可知：在dB/dt(30~45道)曲线图中，矿体上方dB/dt曲线表现为双峰特征、且右侧单峰的电磁响应较强；在视电阻率深度图中，矿体与视电阻率值为10~100 Ω·m的低阻体对应，该低阻体由两个团块状低阻体和中间的相对高阻体组成.右侧的团块状低阻体视电阻率值较低(最大不超过20 Ω·m)、且具规模更大，这与图 2中显示的Ⅰ-1号矿体下延深度约100 m、Ⅰ-2号矿体下延深度超过150 m的地质事实符合，并且推测矿体能继续向下延伸.
在未收集到Ⅰ-1和Ⅰ-2矿体产状、规模等信息的情况下，利用MAXWELL软件对L2010线该双峰异常进行2.5D板状体正演拟合，将板状体长度、厚度、倾向(走向)、倾角和下延深度等参数与后续收集到的Ⅰ-1和Ⅰ-2矿体已控制的结果进行对比(表 1)，结果显示：该低阻板状体的产状、厚度与Ⅰ-1矿体基本一致.并且根据反演结果可知，矿体向深部仍然具有一定的延伸.
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表 1 反演板状体与Ⅰ-1、Ⅰ-2矿体对比表 Table 1 Comparison of inver board shaped body and orebody Ⅰ-1, Ⅰ-2 |
由上可知，矿体位于电磁响应强烈区带中，dB/dt曲线双峰特征明显，时间常数值一般为0.8 ms、最高可达2.0 ms，视电阻率深度图中表现为低阻特征、值一般为10~100 Ω·m.根据这些特征，并结合成矿条件，在工作区内开展了航电异常筛选工作，如筛选的44号航电异常，呈北北向展布，连续多条测线有反映，推测由构造破碎带引起.该航电异常局部电磁响应强烈的地段与已知矿体对应较好，见图 1.
上述结果表明，时间域航空电磁法在寻找构造蚀变岩型金矿中效果好，正演拟合的板状体可有效的指导钻孔设计.
2.3 航磁特征矿区范围内总体表现为北北西向展布、ΔT值为-60~-40 nT的负磁场梯度带，零星可见局部升高5~10 nT的低幅磁异常存在.收集的岩石磁化率结果显示，变质岩、沉积岩为无磁性或弱磁性，能引起背景场；花岗岩、花岗闪长岩、石英闪长岩等酸性、中酸性岩体，磁化率变化范围大，总体具中等磁性，能产生磁异常.金矿体处于北北西向的负磁场梯度带上，局部升高磁异常表明，矿化与中酸性岩浆关系密切.航磁垂向一阶导数对断裂构造反映较好.已知金矿体位于航磁垂向一阶导数图北北西向的线性异常带上，表明矿体受断裂构造控制.
在剖面上，矿体上方ΔT磁场较弱且平稳变化，但两侧有明显的局部升高磁异常存在，ΔT垂向的变化率最大可达15 nT/km，见图 4.
3 成矿预测与验证 3.1 找矿模型建立通过对已知构造蚀变岩型金矿床的地质—地球物理特征分析，结合地球化学资料和成矿地质背景，建立了寻找构造蚀变岩型金多金属矿的地质—地球物理地球化学找矿模型，主要内容见表 2.
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表 2 构造蚀变岩型金多金属矿地质-地球物理地球化学找矿模型一览表 Table 2 Tectonic-altered rock type gold and polymetallic deposit geological geophysical geochemical prospecting model |
最新研究资料表明，勘查区内的金多金属矿不仅与剪切带、断裂和构造破碎带等线性构造有关，而且还与不同时期的侵入岩体有关(田承盛，2012；陈柏林等，2016).因此，在找矿靶区圈定前，首先对工作区的时间域航空电磁、航磁资料进行分析，重点是推断解释隐伏的构造和岩体等控矿地质要素.本次新推断构造破碎带10条、断裂11条，圈定了隐伏-半隐伏岩体19个(与成矿具有密切联系的有7个)，见图 5.根据前述找矿模型，结合物探推断解释成果和已知的地质及化探资料，进行了成矿预测，圈定找矿靶区6片.其中，T1~T4号靶区主要位于Ⅺ号带上已知的构造破碎带中；T5号靶区位于Ⅺ号带上新推断解释的4条构造破碎带上；T6号靶区则位于隐伏的花岗闪长岩体与围岩的接触带附近，有新推断构造破碎带2条.
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图 5 工作区时间域航空电磁、航磁测量综合成果 Figure 5 The comprehensive results of airborne electromagnetic and aeromagnetic survey in the working area |
由对L2010线上与已知金矿体对应较好的双峰异常分析可知，已知矿体能继续向下延伸，因此施工钻孔一个，在海拔约4000 m处揭露到总厚约16.7 m的矿体.矿体含金银铅锌，最高品位分别可达：金3.7×10-6，银239.2×10-6，铅10.1×10-2，锌8.2×10-2.
同时，在已知矿体外围的L1980线上(图 6)，施工钻孔两个，深部揭露到矿(化)体，总厚约8 m，也为金银铅锌矿体，最高品位分别可达：金1.8×10-6，银197.5×10-6，铅1.07×10-2，锌9.0×10-2.
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图 6 L1980线综合剖面 Figure 6 Comprehensive profiles of L1980 line |
航空电磁法在欧美等发达国家应用广泛、找矿效果明显，但国内使用较少(殷长春等，2015b).本次在勘查区以直升机为平台开展了大比例尺、高精度的时间域航空电磁、航磁测量，不但克服了高海拔、复杂地形等困难，而且圈定的靶区经后期验证发现隐伏矿体，找矿效果显著，为勘查区金及多金属矿勘查提供了方法技术示范.众所周知，相比与地面物探，航空物探优势明显.因此，进一步开展该方法技术是否也适用于其他地区的讨论，对我国的金及多金属矿的矿产勘查十分必要.
开展物探的前期条件是岩、矿石之间存在物性差异.通过对国内外24个不同成因类型的金及多金属矿物探找矿勘查工作的总结(表 3)，认为：
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表 3 金及多金属矿找矿实例一览表 Table 3 A list of examples of gold and polymetallic deposit prospecting |
(1) 蚀变岩型、韧性剪切带型和岩浆热液型等金及多金属矿，矿石矿物以黄铁矿、黄铜矿等金属硫化物为主，具有低阻、高极化特征，可以使用航空电磁、AMT、CSAMT，时间域激发极化法、电阻率等方法来进行矿产勘查，效果较为明显.
(2) 石英脉型、斑岩型、矽卡岩、低硫浅成低温热液型和隐爆角砾岩型等金及多金属矿，由于矿石贫硫、硅化较强或与高阻岩体有关，矿体的电阻率值一般较高，但极化率异常较为明显.寻找这些类型矿产时可以先用航磁、航放、地磁、重力等方法研究与成矿有关的构造和岩体，再用激电法确定隐伏矿体的位置.
(3) 无论是寻找哪种类型的金及多金属矿，配合磁法资料进行综合分析均能取得较好的找矿效果.
时间域电磁法中存在激发极化效应(Morrison et al., 1969；游子余，1993；殷长春和刘斌，1994；韩玉雷，2006；牛之琏，2007).Kratzer和Macnae(2012)和Kwan等(2015)将在时间域航空电磁测量过程中出现的激发极化效应称为航空感应激发极化效应(Airborne Inductively Induced Polarization)，并将它分离了出来，成功地运用在俄罗斯某地的金矿勘查中(Kaminski et al., 2015).
因此，使用时间域航空电磁、航磁代替地面物探方法，在其他地区寻找不同类型的金及多金属矿是可行的，尤其是在高山沼泽、森林湖泊、植被发育的等地面物探开展难度较大的地区，不仅能克服地形、地貌等因素带来的困难，而且不会造成任何环境破坏，可以实现快速、准确地开展矿产资源勘查.
5 结论 5.1勘查区构造蚀变岩型金矿体航电异常特征明显，呈双峰、高时间常数和低阻特征，同时处于-60~-40 nT的负磁场梯度带上，边界可见局部升高5~10 nT的磁异常.
5.2利用本次测量成果，结合已知地质、化探资料，建立了构造蚀变岩型金及多金属矿找矿模型，圈定找矿靶区6片，其中T3号靶区经钻孔揭露验证发现深部金及多金属矿体.表明该方法测量效果显著，找矿效果好，可用于勘查区的金及多金属矿找矿勘查.
5.3以直升机为平台开展大比例尺、高精度的时间域航空电磁、航磁测量为高海拔、复杂地形提供了寻找金及多金属矿的方法技术示范，可以在其他地区推广应用.
致谢 感谢审稿专家提出的修改意见和编辑部的大力支持！| [] | Bournas N, Abdoul-Wahab D M, Kwan K, et al. 2014. Integrating airborne geophysics with Landsat tm imagery and geology for assessing the mineral potential of the Iullemmeden Basin, Niger[C].//SEG Technical Program Expanded Abstracts. Denver, Colorado, USA:SEG, 1725-1729. |
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