物化探方法在寻找深部硫化铜矿中的应用

　　内容提要：物化探方法寻找隐伏矿床在国内外已得到广泛应用，赞比亚麻希巴矿床属卢弗利安穹隆构造成矿带上一典型层控矿床，赋矿层位为下罗恩群RL6泥岩片岩下部和RL7砂砾岩上部，矿体从浅至深具有氧化带-硫化带过度特点。为探索深部硫化铜矿体延伸情况，本文利用地球物理(激电极化法、高密度电阻率法和音频大地电磁法)和地球化学方法(土壤测量、偏提取测量)，选择三条剖面进行物化探方法对比研究，物探结果显示硫化矿具有低阻(50～300Ω·m)、高幅频率(2.5%～8.0%)异常特征，高密度电阻率法和音频大地电磁法的电阻率等值线能较清晰地反映基底和RL7底部不含矿地层形态变化，对找矿有良好的指示作用;化探结果显示Cu元素相关元素为Ag、Bi，在沉积成矿过程中形成Cu-Ag-Bi元素组合，在近地表氧化矿呈“驼峰”高值异常，在深部硫化矿上方呈“偏锋”弱异常，偏提取显示Cu、Co、Bi元素主要是以第二相形式存在，在深部硫化矿上方呈“多锋”弱异常。在方法有效性试验结果的基础上，总结和建立了该矿床类型的地、物、化综合找矿模型，依据物化探异常圈定了深部找矿靶区，经后期钻探工程验证见到两层工业矿体，取得了较好的找矿效果。激电极化法、高密度电阻率法、音频大地电磁法、土壤测量和偏提取测量是实现层控型铜矿经济、快速找矿的方法组合，也为在矿田范围内同类型矿床找矿提供了参考。

　　关键词：物化探方法;硫化铜矿;深部矿体;麻希巴;赞比亚

　　随着国家“一带一路”战略的实施，非洲已成为我国企业海外铜矿资源开发的主要目的地之一(YinYiqiuetal.，2016)。非洲中部的赞比亚-刚果(金)铜钴矿带为世界著名成矿带之一，该成矿带上铜的储量占世界总储量的25%，其中赞比亚境内的铜矿石储量为16亿吨，伴生钴近100万吨(ZhaoJetal.，2016)。随着矿产资源的开发，越来越多的找矿技术方法也得以应用(ZhangHanetal.，2020;QinJinhuaetal.，2020)。

　　在刚果(金)马本德(Mabende)铜矿区，试验了多种物探方法组合，发现矿体对应位置为物探高阻中高幅频率异常，并进行推广应用(ZengGaofuetal.，2016);在刚果(金)加丹加省某矿区物探方法找铜的应用中，依据总结出的高极化低电阻异常为硫化铜矿致异常，发现了一 个东西长250m，宽约80m的原生硫化铜矿体(YaoJinqietal.，2015);在刚果(金)加丹加希图鲁(Shituru)矿区外围，运用物探磁法和化探土壤次生晕异常叠加方法快速圈定了2个找矿靶区(LiuTaoetal.，2017)。

　　针对赞比亚层控型铜矿床，利用激电中梯和高频大地电频系统试验，在谦比希(Chambishi)、穆瓦巴希B(Muwabashi-B)、麻希巴(Mashiba)三个典型矿床建立了主要围岩和矿体的地球物理电性示意模型(ZengGaofuetal.，2015);在赞比亚西北省卢姆瓦纳西部勘查中，先用1∶5万土壤地球化学综合异常缩小靶区，然后再用1∶1万地球化学异常和物探激电、电阻率异常叠加定位矿体，取得了良好的找矿效果(WangGuojun，2019)。卢安夏铜矿作为一个百年老矿山，前人技术方法应用较少，尤其是针对深部硫化铜矿体，没有系统的找矿方法，本次在赞比亚卢安夏矿田麻希巴矿床开展了多种物探、化探技术方法，圈定和评价由铜矿化引起的物化探异常，探讨深部找矿技术组合新模式。

　　1区域地质背景

　　麻希巴矿床构造位上处于泛非运动时期产生卢弗利安穹隆构造带卡富埃背斜西翼，卢安夏次级向斜盆地内(GeHuaetal.，2018;NiuCongcongetal.，2020)。卡富埃背斜长约150km，宽约50km，沿NW-SE向展布，沿背斜两侧发育的次级向斜盆地有孔科拉-恩昌加盆地(Konkola-Nchanga)、谦比希-恩卡纳盆地(Chambishi-Nkana)、卢安夏盆地(Luanshya)，这些向斜盆地内发育有一系列的中-大型铜矿床，为赞比亚铜带省的主要成矿单元。区域地层主要由古-中元古代基底变质杂岩(花岗岩和片麻岩)和新元古代加丹加超群组成，二者呈不整合接触关系(Annels，1984;Sweeneyetal，1994;ZhangDaojunetal.，2013;ZhangXueliangetal.，2013)。

　　加丹加超群自上而下分为上罗恩群(分为RU1&RU2)、下罗恩群(分为RL3、RL4、RL5、RL6和RL7)、穆瓦夏群和孔德龙古群，铜主要在下罗恩群沉积成岩时期同时沉积成矿，微生物在同生沉积阶段起到重要作用，锆石U-Pb同位素测年为880～735Ma，后期地层普遍遭受了褶皱作用和区域变质作用(Freeman，1986;Sweeneyetal.，1991;Selleyetal.，2005;FangKeetal.，2019;RenJunpingetal.，2019)。

　　侵入岩主要为辉长岩，普遍发育于上罗恩群及穆瓦夏群中，侵入时代为765Ma，与成矿作用无直接关系，矿体主要受区域内“盆位”、“层位”、“相位”、“构造位”控制(Unrug，1988;Keyetal.，2001;NiuCongcongetal.，2020)。

　　2矿床地质特征

　　麻希巴矿床位于卢安夏成矿盆地中南部，地层单元主要为下罗恩群，岩性从上至下依次为长石砂岩(RL3)、白云岩(RL4)、互层状泥质岩和石英岩(RL5)、泥岩和片岩(RL6)、砂砾岩(RL7)，各层位之间呈整合接触关系，RL6泥岩和片岩为赋矿层位，局部位于RL7砂砾岩中。

　　构造上处于卢安夏盆地内复式向斜中，向斜总体呈北西西-南东东走向，南翼宽缓，北翼陡倾，向西倾伏，按照其向斜构造形态从浅至深分为第一凹陷带，第二凹陷带，第三凹陷带，其中第一、二凹陷带之间有小幅褶皱形态隆起，构造对矿体没有破坏，只起到改变矿体形态的作用，向斜、背斜核部往往赋存厚大矿体(RenChaoetal.，2017)。麻希巴矿体呈不对称紧密褶皱状，随RL6地层形态变化而变化，总体北倾，倾角20°～40°，向东变薄，向南、西两个方向尖灭，矿体平均厚度6～8m。

　　矿石具有从浅部氧化带到深部硫化带逐渐变化特点，浅部氧化带矿物组合为孔雀石-假孔雀石-黑铜矿-水胆矾及少量黄铜矿，深部硫化带矿物组合为黄铜矿-黄铁矿-斑铜矿，矿体矿化蚀变主要有黄铁矿化和透闪石化，与围岩界限明显，二者呈整合接触关系，围岩蚀变主要为方柱石化、透闪石化、弱黄铁矿化、弱硅化等。目前控制矿体主要集中于第一凹陷带中，控制最深300m，矿体深部延深方向的第三凹陷带矿体未完全控制。

　　3物化探方法

　　3.1物探方法

　　本次物探采用方法有激电极化法、高密度电阻率法和音频大地电磁法(AMT)。

　　3.1.1激发极化法(IP)激发极化法分为时间域激发极化法和频率域激发极化法。本次采用频率域激发极化法中的双频道激发极化法，其技术原理见参考文献(HeJishan，1988)。双频道激发极化法野外工作使用仪器型号为SQ-3C双频道激电仪，采用中间梯度装置。MN=40m，点距=20m，AB长度不等，但都保证测量范围在为AB两极中间的2/3范围内，工作频率符合要求。

　　3.1.2高密度电阻率法为多种排列的常规电阻率法与资料自动反演处理相结合的综合方法，它是以岩土体导电性差异为基础的电法勘探方法，它的基本原理与常规电阻率法相同(SunYicaietal.，2011)。为了野外实际工作方便和有利于视电阻率自动测量的实现，高密度电阻率法系统一般用偶极-偶极等排列装置测量。电阻率法的勘探深度随着供电电极AB距离的增大而增大，当隔离系数n逐次增大时，AB电极距也逐次增大，对地下深部介质的反映能力亦逐步增加。

　　4找矿应用

　　4.1物探方法应用情况

　　通过对麻希巴矿区内不同类型的代表性岩矿石标本进行电性参数测试并系统统计，结果显示含铜透闪石片岩和黄铜矿化透闪石岩具有明显的低阻高幅频率异常特征，含矿白云母白云质泥岩具有中低阻中高幅频率异常特征，含铜品位越高，岩石的幅频率值越高;白云岩、白云质泥岩、泥质白云岩、石英岩、铁帽具有较明显的中高阻中低幅频率异常特征。因此，麻希巴铜矿体和围岩的电性差异明显，具备开展电法测量的前提条件。

　　本次物探工作剖面为SS64、SS65、SS63线，各剖面物探特征如下：SS64线矿体产出明显受基底顶界面形态控制，从浅部向深部延深约400m，浅部矿体上部分布有大范围铁帽。激电异常在8～21号点范围出现较明显的低阻高幅频率异常，推测为含铁质矿物较高的岩石引起，在25～38号点范围出现中低阻中高幅频率异常，该异常为已知矿体引起。

　　在AMT电阻率剖面中，剖面距800～1100m、标高800～1100和1200～1500m、标高600～1100m范围出现了明显的高阻异常，推测高阻异常为白云石化引起。高密度电阻率法剖面与AMT剖面的电阻率等值线形态较好的反映了基底的起伏情况(基底呈明显的高阻异常)。已知矿体受基底顶界面形态控制，与剖面的中低阻异常对应。

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　　结论：

　　(1)麻希巴矿床铜矿体赋存在下罗恩群RL6泥岩、片岩中，上下层位之间电性差异显著，深部硫化矿具有低阻(50～300Ωm)、高幅频率(2.5%～8%)异常特征，构造引起的异常大多为明显的低阻中低极化激电异常，电阻率异常平面等值线图和AMT 电阻率拟断面图中呈现为条带状低阻异常，第三凹陷带的物探异常特征与第一凹陷带物探特征类似，具有较好的找矿潜力。

　　(2)化探分析结果显示Cu元素相关元素为Ag、Bi，在近地表氧化矿呈“驼峰”高值异常，在深部硫化矿上方呈“偏锋”弱异常;化学偏提取结果显示Cu、Co、Bi元素主要是以第二相形式存在，在深部硫化矿上方呈“多锋”弱异常，显示其下方RL6层位有一定程度的矿化，可能存在硫化矿体。

　　(3)通过工程对物化探圈定找矿靶区验证，见矿情况较好，建立麻希巴矿床的地物化找矿示意模型，在卢安夏矿田乃至赞比亚铜带省类似矿山的勘查中具有良好的应用价值。

　　作者：牛聪聪1)，覃鹏1，2)，方科1)，邓贵安1)，曾高福1)，刘蒙蒙1)