通信作者李帝铨教授（简介附后）
朱溪钨铜矿的广域电磁法深部探测
陈后扬1，李帝铨2*，凌帆2，吴西全1，危志峰1，张斌3，田红军3，游文兵3，邹其峰1，刘献满1
1.江西省地质局物化探大队
2.中南大学地球科学与信息物理学院
3.湖南继善高科技有限公司
导读：
朱溪钨矿位于江西浮梁县朱溪钨铜矿区。近年来新增三氧化钨(WO3)推断资源量344.33万吨，另有伴生铜矿20余万吨、银矿1000余吨及锌、镓、镉等可综合利用，是世界最大的超大型钨矿床。世界第一朱溪钨矿深部物探异常特征值得关注！朱溪钨矿主矿体埋深超过1000m，探测深异常难度较大，为此，陈后扬、李帝铨等在研究前人物化探异常特征（见下图）基础上，选用大深度广域电磁法开展探测深部异常试验。采用创新方法，精细处理广域电磁法数据，构造的三维模型揭示了主要控岩控矿构造和赋矿层位的展布形态，为该区“第二找矿空间”成矿规律研究、确定找矿方向提供了有力依据，特别是为追踪朱溪钨矿深部尚未圈闭主矿体的勘查工作提供了物探异常依据。文中较详细介绍了朱溪广域电磁法数据创新精细处理、定性分析、反演解释、电性信息提取和综合地质-地球物理解释的试验过程，具有实用参考价值。朱溪钨铜多金属矿地质、重磁异常、地球化学异常剖析图（郭信等，2020）a－地质；b－布格重力异常；c－航磁化极异常；d－水系沉积物；e－综合推断成果；f－重力剩余异常；g－航磁剩余异常；1－侏罗系；2－二叠系；3－石炭系；4－新元古界程源组；5－新元古界牛头岭组；6－铜金矿；7－推断岩体；8－出露断裂；9－推断断裂；10－背斜轴；11－向斜轴；12－化探异常
1.地质概况
朱溪矿区地处钦杭结合带东段塔前-赋春钨铜多金属矿集区（图1（b））。区内陆层发育有新元古界（Pts）、石炭系至三叠系（C-T）、白垩系（K）及第四系（Q）等地层，主要由浅变质岩、沉积岩及少量第四系松散沉积物三大部分组成（图1（a））。图1 朱溪钨铜多金属矿区地质构造及广域电磁法剖面部署简图
(a)矿区地质图;(b)区域地质图
基底地层为新元古界（Pts1aW）深海盆地相夹浊流沉积，主要为绢云母千枚岩、凝灰质千枚岩、砂质千枚岩、变质粉砂岩、变质细砂岩组合的浅变质岩系。盖层主要为石炭系-三叠系（C-T）碳酸盐岩夹碎屑岩，总体呈走向北东、倾向北西、倾角22°~86°的单斜构造展布，以角度不整合覆于新元古代浅变质岩之上。其中石炭系黄龙组（C2h）和船山组（C2C）碳酸盐岩地层是矿床形成的重要物质基础，属主要含矿层位。石炭系与新元古界接触界面（滑脱断裂面）上盘的船山组和黄龙组地层中常有工业矿体产出。区内二叠系由下至上主要分布有栖霞组（P2q。、茅口组（P2m）、乐平组（P3l）和长兴组（P3c）；三叠系主要出露安源群（T3a）。受九岭南缘由北西向南东的逆冲推覆构造影响，区内发生多层次逆冲推(滑)覆，使新元古代浅变质岩逆冲推覆于C-T构造岩片之上；基底以紧闭褶皱为主，发育网格状剪切裂隙。矿区断裂构造发育，按断裂走向可分为NE向、近EW向、NNE向、NW向等4组，其中NE向断裂最为发育，F2断裂与成矿密切相关。F1、F2断裂均为区域性逆冲推（滑）覆断裂，断裂总体倾向NW，倾角变化较大，局部具有倒转现象。F1断裂带上盘为新元古界万年群、下盘为C-T地层，断裂带走向北东50。～60。、倾向北西、倾角60。～80。，矿区范围内多为高角度连续逆冲推覆。F2断裂最初应为不整合接触界面，受后期推（滑）覆构造叠加改造在矿区内表现为断层接触，既有推覆时的韧性挤压特征，亦有应力释放滑脱时的张性特征，断裂上盘以C-P地层为主，下盘多为新元古界万年群，断裂总体呈北东45。〜60。。舒缓波状延展，其倾向北西呈挠曲状，倾角在浅部较陡，往深部趋于平缓，层间滑脱扩容空间为主要赋矿场所，是区内最主要控岩控矿构造，是岩浆侵入、成矿流体运移的通道，亦是矿质沉淀集聚场所。矿区内岩浆活动较为强烈，发育中基性和酸性侵入岩，与成矿关系密切的主要为燕山期酸性岩，如黑云母花岗岩、蚀变花岗岩、花岗斑岩，主要侵位于万变群浅变质岩和C-T地层，均为隐伏岩体，以黑云母花岗岩规模最大。矿区目前已发现主矿种有W、Cu。18〜54线主矿体厚大，均为隐伏矿体。按矿体空间分布特征、产出形态及赋矿围岩特征，可将矿区内矿体划分为矽卡岩型、蚀变花岗岩型、云英岩细脉-网脉型和石英细脉-网脉型矿体四类。矽卡岩型矿体为区内最主要矿体类型，主要呈似层状、透镜状顺层产出于F2构造面及其上盘黄龙组中。矿体总体走向NE，倾向NW，沿走向己控制大于1200m，沿倾向控制近2000m。截至2017年主要矿体沿走向和倾向均未封闭，仍有一定的延伸。2.物性特征
物性是联系地球物理和地质的纽带，物性数据是定性解释和定量反演的首要约束条件，将研究区地层岩性与物性资料相结合，建立主要地质体地球物理推断解释标志，可为后续异常解释、构建地质-地球物理模型提供依据。物性研究以岩矿石物性参数为主要参考，本次试验整合了朱溪矿区及其外围弹岭、横路、月形等矿区的岩心标本物性参数（表1）。区内矽卡岩磁性最高，千枚岩为弱磁性，其余地层均为无磁性，因此可利用磁异常识别矿化蚀变。安源群（T3a）和乐平组（P3L）密度最低，其余地层密度均在2.7g/cm3左右。矽卡岩及大理岩密度最高，引起局部重力高异常；花岗岩密度平均值为2.6g/cms，与围岩地层约有-0.1g/cms差异，可引起局部重力低异常。矽卡岩极化率最高，含炭质灰岩次之，其余地层均为低极化特征。从岩性来看，灰岩、白云岩、大理岩和千枚岩的电阻率普遍高，粉砂岩和石英砂岩低，灰岩经热液交代形成矽卡岩电阻率降低。可见，大理岩表现为无磁性、高密度、高阻、低极化特征；矽卡岩表现为高磁性、高密度、低阻、高极化特征。花岗岩电阻率均值为2688.1Ω·m，深部隐伏岩体的围岩主要为万年群千枚岩及石炭系灰岩、白云岩，它们的电阻率值一般在3500dm以上，相对隐伏岩体略高；且深部岩株、岩脉规模小且破碎，往往被厚大的矿化蚀变带包围，甚至表现出中低阻特征，因此，单独依据电法资料识别和圈定岩体难度较大。P2q2含炭质灰岩的电阻率因炭质程度不同而变化，总体上为夹持于上、下高阻层之间的一相对低阻层，可作为本区广域电磁资料处理解释的一个“低阻标志层”。表1 研究区主要岩（矿）石物性参数统计表
综上所述，区内不同岩（矿）石物性存在一定差异规律，这为该区进行多参数综合研究提供了地球物理前提。3 广域电磁法深部探测试验
3.1测线布置
广域电磁法在该区主要针对深部500〜3000m“第二找矿空间”进行探索，在主矿体上方，与地质剖面重合，共部署实施了4条广域电磁法试验剖面，采用测量水平电流源产生的电场水平分量Ex的E-Ex广域电磁法，进行野外数据采集。4条测线均北东向布置，与C-T构造岩片垂交（图1，表2）。表2 广域电磁法测量信息表
获取可靠数据是物探工作成败的基础；可靠的推断解释则是成败的关键。广域电磁法资料处理主要运用了中南大学戴世坤教授团队研发的“地球物理资料综合处理解释一体化系统（GME_3DI）”。首先对原始数据进行细致的预处理，对电场进行静态校正，然后迭代计算广域视电阻率。其次，定性分析客观电性结构的“横向分块”和“纵向分层”特征，对比已知地质剖面、岩石物性、井旁广域电磁法测深曲线，不断优化反演参数。第三步，采取带场源的一维反演结果作为初始模型，进而开展2.5D连续介质反演。数据处理过程中结合已有地质、钻探、物探等资料，多次反复，逐步修正模型，减少反演拟合误差，降低反演解释的多解性。异常定性对物探解释推断来讲是头等大事。4条试验剖面均垂直于北东主构造方向平行布置，它们所覆盖的地层构造单元基本相同，地下电性分布特征也体现出很好的相似性，本文以42线为例作定性分析阐述。由图2可见，中部C-T构造岩片地段广域视电阻率降低，等频率广域视电阻率曲线（图2（c））呈现两个层级的“V”型结构，体现出区内硅钙面（包含C/Pt界面、F2推（滑）覆构造）在纵深上的上下两个成矿台阶特征，下成矿台阶是厚大矽卡岩型钨矿体的储存场所。曲线类型（图2（b））总体以HKH型为主，在横向上有较大波动，这与C-T构造岩片的复杂岩性和构造相一致。图2 42线广域视电阻率定性分析综合断面图
两侧Pt31aW浅变质岩基底广域视电阻率升高，等频率广域视电阻率曲线总体平缓；曲线类型单一，横向连续性、继承性较好，基本以H型为主，曲线前支一般较短，推测为浅部风化、含水等引起，构成区内高背景场。印证了两侧浅变质岩基底“岩性单一”的结论。从等频率视电阻率曲线图可见（图2（c）），推（滑）覆构造F1、F2恰好处在“V”型结构的两侧。其中，F1附近的广域视电阻率梯度变化普遍较陡，指示F1产状更陡；F2附近的广域视电阻率呈宽缓的台阶式渐变，指示其产状在深部存在陡、缓变化，F2平缓处（即第二台阶）是本区重要的储矿部位，其两侧矿化蚀变发育。靠近F1、F2断裂构造的两侧基底局部地段的等频率视电阻率曲线存在扭曲和波动，指示两侧浅变质岩基底次级构造发育，岩体沿此侵位的可能性大。井旁电测深往往可以得到更具代表性的“统计”资料，图3、图4分别为42线ZK4210、ZK4212井旁广域电磁测深曲线。对比地层柱状图，不断调整反演参数，标定各电性层层位，得到的广域电磁法一维反演资料反映出良好的“分层”能力：P292炭质地层和富钨矿化体往往对应HKH型曲线的低阻层，P2m、C2c、C2h碳酸盐岩地层和矽卡岩等一般对应中阻层，底部Pt31aW浅变质岩基底引起深部高阻背景。
图3 42线ZK4210井旁2240号点广域视电阻率曲线及其一维反演曲线
图4 42线ZK4212井旁1840号点广域视电阻率曲线及其一维反演曲线
使用标定后的反演参数进行全区带场源的一维连续介质反演，以此初始模型经2.5D连续介质反演得到剖面电性结构（图5（a）），结合前述各岩组物性特征及井旁电测深资料，区内主要可划分出4个主要电性层：①P2q1、P2q3、P2m和P2C为中阻层；②P2g2炭质灰岩层和沿P2/C2界面侵入的岩脉为本区重要的低阻标志层，其与推测F2断裂构造可大致圈定本区主要赋矿层位C2C和C2h空间；③C2C和C2h矽卡岩化蚀变带表现为中阻层；④Pt31aW为高阻背景，在中浅部扭曲变化大，往深部电阻率值增大。图5 42线广域电磁反演断面背景场及局部场分离、梯度模提取
3.4电性信息提取
物探的终极成果（无论定性方面的，还是定量方面的）都是隐含的。隐含在数据、曲线、图像的背后。因此，物探成果中的大部分信息需要挖掘。一方面，在广域电磁反演结果（图5（a））的基础上，采用高斯低通滤波方法提取背景场（图5（c）、图6（a）），计算反演结果与背景场的残差得到局部场（图5（d））。背景场反映总体构造格架，局部场则重点突出C-T构造岩片的不同岩组及次级构造。以42线为例，通过背景场及局部场分离，背景场展现了中部C-T构造岩片与两侧浅变质岩基底的横向分块特征，它们之间由推（滑）覆构造F1、F2分隔开来，北西侧Pt31aW老地层推覆于C-T构造岩片之上。局部场则显示C-T构造岩片区域可进一步划分“T-P2q3”中阻层、“P2q2炭质地层和沿P2/C2界面侵入的岩脉”低阻标志层、“C2碳酸盐岩及矽卡岩”中阻层三个电性层，钨矿（化）体则夹持于板状低阻标志层与推（滑）覆构造F2之间，C2c和Ch为主要赋矿层位。图6 背景场及导数提取算子
另一方面，采用导数、梯度模等边界增强与检测方法，结合前人矿床构造研究成果，用于识别、厘定断裂构造。使用Prewitt（普鲁伊特）微分算子进行导数提取（图6（b）、（c））。垂向一阶导数（图7（a））和垂向二阶导数（图7（c））主要反映纵向分层特征，水平一阶导数（图7（b））和水平二阶导数（图7（d））则反映横向分界特征。同时，基于反演结果的垂向二阶导数，求取其解析信号振幅（总梯度模量），利用极大值位置进行了断裂构造的边缘识别（图5（b））。可见，各边缘识别方法能很好的互补、互证，二阶方法相比一阶方法细节更丰富、界面更明显，尤以梯度模对构造线和各岩组分层的表现更直观、清晰。42线广域电磁断面梯度模线性异常较好的刻画了控矿断裂、推覆、滑覆等构造的边界和位置。其中，F1产状极陡，局部反转（已有钻孔验证），F2产状上陡下缓，于深部同F1有交汇的趋势。两侧浅变质岩基底存在一系列具一定角度排列的低幅值线性异常、线性异常错断等特征，推测为区内次级构造。图7 42线广域电磁反演断面导数提取
多方法多参数综合分析是减少异常解释的多解性的有效方法。以42线为例，布格重力异常（图8（b））表现为中部低、往两侧逐渐抬升特征，这是低密度的花岗岩与C-P碳酸盐岩产生的低重力异常叠加在高密度的Pt31aW浅变质岩与矽卡岩高重力背景上的结果。重力低中存在的局部重力高，可作为寻找矽卡岩型钨铜矿的重力异常标志。磁异常（AT）剖面（图8（c））总体呈现低缓的正、负磁异常伴生分布，△T梯级带位于浅变质岩与碳酸盐岩接触带附近，受北东向构造F2控制。二维视磁化率成像反演结果显示（图8（d）），推（滑）覆构造F2附近存在一椭圆形磁性源，与激电高值异常吻合（图8（e））。分析广域电磁法反演断面（图8（g）），C-T构造岩片与Pt31aW浅变质岩基底的电性梯度界面是推（滑）覆构造的重要标示。北西侧的F1为压扭性逆冲推覆构造，其附近的电性横向变化快速，纵向分布较陡，反映其产状极陡，热液蚀变活动相对较弱。南东侧的F2为逆冲推覆后沿构造薄弱面产生滑脱的产物，是本区主要导热、控矿构造。相比F1，其电性横向宽缓渐变，纵向呈“阶梯式”形态向北西倾伏，较缓的“阶梯平台”则是重要的赋矿部位。图8 42线二维地质-地球物理断面
成矿热液沿主要的导热、控矿构造F2向上运移，上部栖霞组地层和下部万年群基底分别起遮挡和屏蔽作用，于缓凹处“圈闭”形成厚大矽卡岩型钨矿（化）体，在浅表形成细脉状、网脉状裂隙充填型铜矿（化）体。随着岩体沿F2“通道”上侵，岩浆活动形成的蚀变产物如矽卡岩、角岩、磁黄铁矿、黄铁矿等主要分布于F2附近，它们具有较强磁性和导电性，从而引起局部磁异常、激电异常和化探异常（图8（a））。值得注意的是，随着深度的增加，F1和F2表现出逐渐交汇的趋势，这也制约了C-T构造岩片的空间规模，导致主要赋矿层位C2c和C2h的展布空间被压缩。隐伏岩体一直是本区深部找矿重点关注的关键地质问题。区内与成矿密切的隐伏岩株、岩脉往往具有埋深大、尺度小、形态复杂、与围岩电阻率差异小等特点，单独依据电磁法资料识别和定位难度较大。从图9可见，4条广域电磁法反演断面中C-T构造岩片深度范围均存在不同程度的扭曲状相对低阻异常，在深部造成横向间断，其上部对应局部低重力异常和低缓正负伴生磁异常。目前己有多个钻孔遇黑云母花岗岩，岩体侵位大致分布在深度1600〜2200m范围。颜廷杰（2017）曾利用2.5D重磁反演技术构建了朱溪深部隐伏岩体。由于岩体与围岩具一定密度、磁性、电性差异，重、磁、电多参数组合得以互补、互证，推测该“扭曲状相对低阻异常+局部低重力异常+低缓正负伴生磁异常”表征隐伏岩体之侵位。图9 广域电磁法反演断面拟三维展示及三维地质找矿模型综上所述，重、磁、电阻率横向梯度界面主要反映断裂构造界线，高磁、高极化异常指示岩浆热液运移通道，低重力异常、低缓正负伴生磁异常叠加广域电磁深部扭曲状相对低阻异常可提取隐伏岩体侵位信息，广域电磁法反演断面中部的板状低阻标志层与F2夹持范围可大致圈定主要赋矿层位C2c和C2h的展布。4.讨论
1）朱溪钨铜矿具有逆冲推覆深断裂带控岩-控矿、碳酸盐岩构造岩片赋矿、燕山晚期隐伏岩体成矿的特征。以广域电磁法成果为主，结合地质资料，构建的三维地质找矿模型（图9）反映了相关成矿地质体的空间形态及位置关系，对今后找矿方向提出以下两点认识：①区内由南东往北西方向钨铜矿体倾角逐渐变缓、厚度增大、个数增多，矿化蚀变总体增强，岩株、岩脉穿插更频繁，隐伏岩株北西侧、沿倾向深部具有矽卡岩型钨铜多金属矿增储潜力；②走向方向自南西向北东、垂向上由下向上成矿元素依次呈现出W—W-Cu-（Fe）-Cu-W—Cu-Zn—Zn-（Pb-Ag）（由高温到低温）变化趋势，岩体侵位亦有逐步升高之势，即朱溪矿区南西侧外围成矿岩体埋深更大，应作为下一步深部找矿方向。以上认识是基于现有地质-地球物理推断得出的。然而，对任何未知事物的推断，在被证实之前都是多解的，今后还需加大广域电磁数据处理与解释技术研究力度。例如：广域视电阻率的各向异性反演；三维反；广域电磁数据与重力、磁法等方法获得的数据进行联合反演等可作为进一步研究方向。2）钦杭结合带萍（乡）乐（平）坳陷带长期以煤、非金属矿产较为重要，内生金属矿床规模相对较小。下成矿台阶朱溪巨大钨铜矿床的发现，打开了坳陷带“深地”找矿的一扇窗户。萍乐坳陷西部的萍乡-丰城地区就有志木山、五宝山、七宝山、铁岗山4个被错断的“无根”矿床，东部塔前-赋春地区的塔前、月形、横路、弹岭等也已发现上成矿台阶。第二台阶（或下成矿台阶）是区内近一个时期金属矿床找矿的重要目标空间。广域电磁法在朱溪钨铜矿的深部探测试验结果表明：其对C-T构造岩片、逆冲推覆深断裂、主要赋矿层位有良好的空间定位能力（图5-图9），是金属矿产“探深寻根”的有效方法技术。另一方面，萍乐坳陷带第二台阶隐伏矿床具有覆盖厚、埋藏深、规模大、保存好的特点，利于广域电磁法发挥其技术优势和特点。
5 结论
1）朱溪钨铜矿是目前世界第一大矽卡岩型钨铜多金属矿床。通过广域电磁法探测试验，获取了高质量的广域电磁测深数据，经精细处理解释得到可靠的深部电性结构。综合前人研究成果，采用骨干剖面42线的二维地质-地球物理断面及区内广域电磁法反演断面拟三维图展示研究区构造格架，刻画推（滑）覆构造、石炭系赋矿层位、隐伏岩体等控矿地质体的空间形态、位置及相互关系，为朱溪矿区深部500〜3000m“第二找矿空间”的成矿规律研究、下一步找矿方向等提供了有力依据。2）本次试验利用物性资料和井旁视电阻率测深曲线建立目标地质体电性、密度、磁性与岩性之间的联系。立足可靠的原始数据，进行定性分析、反演解释，进而采用导数、梯度模等边界增强与识别方法提取电性信息。最终利用重、磁、电多参数组合互补、互证，进行综合地质-地球物理解释，并以拟三维形式进行立体刻画，构建三维地质找矿模型。朱溪广域电磁资料的“精细做法”，是取得矿区尺度深部探测良好效果的有力支撑，可推广应用于萍乐坳陷带半隐伏或隐伏金属矿产深部找矿。致谢 文章写作过程中得到了何继善院士、周雷高级工程师、王先广教授级高级工程师的指导和支持。江西省地质局科技教育处、江西省矿产资源保障服务中心、江西省地质局九一二大队给本文提供了宝贵的基础地质、物化探等资料。湖南继善高科技有限公司、中南大学在广域电磁法新技术、新装备的应用研究方面给予了大力支持。在此一并致以诚挚的谢意！
来源：陈后扬，李帝铨，凌帆，吴西全，危志峰，张斌，田红军，游文兵，邹其峰，刘献满.朱溪钨铜矿的广域电磁法深部探测[J/OL].中国有色金属学报.
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