地-井TEM在危机矿山深部找矿应用中的典型实例-修改搞.doc

1 地 井地 井 TEM 在危机矿山深部找矿应用中的典型实例在危机矿山深部找矿应用中的典型实例 张 杰 1 邓晓红1 郭鑫2 武军杰1 王兴春1 1 中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所 河北廊坊 065000 2 河北省区域地质矿 产调查研究所 河北廊坊 065000 摘要 摘要 地 井瞬变电磁法的应用与研究在国内较少 在当前对矿产勘查深度要求不断增大的形 势下 为了示范该方法在深部找矿应用中的效果 进一步在国内推广 选择在安徽黄山岭 湖 北铜绿山矿区开展地 井 TEM 测量试验 结果在黄山岭未见矿钻孔中探测发现了一处井旁盲 矿异常 正确地探测出了铜绿山 1200 多米深部已见矿体的延伸方向 这两个实例展现了地 井 TEM 法的典型效果 试验结果表明 地 井 TEM 法具有探测深部盲矿和追踪矿体延伸方向的 良好效果 值得在我国的深部找矿工程中广泛地推广应用 关键词 关键词 地 井 TEM 深部找矿 典型 实例 地 井 TEM 测量已是一种较成熟的方法 在国外得到了较广泛的应用 也取 得了很多令人瞩目成果 但由于各种原因 在我国一直没有被广泛的重视和推广 随着我国矿产资源不断的被开发利用 大批矿山逐渐面临资源枯竭的危机 急需向 矿山深部及外围寻找新的资源量 在此背景下 地 井 TEM 以其自身的特点和优 势被越来越多的人所关注 在危机矿山专项的支持下 物化探所在长江中下游地区 的多个矿区开展了地 井 TEM 测量 在安徽黄山岭铅锌矿区的外围发现了一处井 旁盲矿异常 在湖北铜绿山铜矿和安徽金口岭铜矿的深部发现了井中见矿异常 推 断出了已见矿体的延伸方向 并得到钻探验证 1 为矿山深部及外围的找矿突破提 供了重要信息 1 地 井地 井 TEM 方法技术简介方法技术简介 地 井 TEM 测量 就是将发射回线布置在井孔上方或附近地面上 用接收探 头在钻孔中逐点测量地下介质产生的感应二次场 其方法原理如图 1 所示 2 3 在不接地回线中供以双极性脉冲电流 从而产生激发电磁场 在该电磁场的激励下 地下介质受感应而产生涡旋电流 当发射回线的脉冲电流从峰值跃变到零 激发场 立即消失 而地下介质中的感应涡流并不立即消失 而是有一个衰变过程 这个过 程的特征与地下电性结构分布有关 通过研究井中感应二次场在空间和时间上的变 化特征 可以达到研究钻孔周围电性分布结构的目的 从而可以发现井旁 井底盲 矿 或推断已见矿体的空间分布与延伸方向 在地 井 TEM 测量时 所观测到的地 井 TEM 响应曲线的特征 一方面取决 于导电矿体的导电性和几何形态 另一方面还与发射回线 导体 接收探头之间的 位置关系有关 在实际工作中 当已有资料不足以对异常体进行精确定位时 可以 基金项目 全国危机矿山接替资源找矿专项项目 地 井 TEM 数据采集及解释技术示范研究 200799088 2 通过在地面不同方位布置多个发射回线 如图 2 4 每个回线激发时都用探头在 钻孔中测量一遍 可以得到不同特征的响应曲线 从而可以获得更丰富的地电信息 有助于对异常体的定性 定量解释 地 井 TEM 法具有以下几方面特点 1 观测的是感应二次场 具有旁测能力 可以寻找井旁或井底盲矿 2 纵向分辨力强 能定位良导电目标体的深度 产状及延伸方向 3 接收线圈更接近地下良导电目标体 能获得更强的 TEM 异常响应信号 有 利于探测深部良导电体 4 探头在井中接收 受导电覆盖层和外部电磁干扰小 图图 1 地 井地 井 TEM 法工作原理示意图法工作原理示意图 1 发射机发射机 2 发射回线发射回线 3 接收机接收机 4 接收探头接收探头 5 发射电流波形发射电流波形 图图 2 地 井地 井 TEM 测量示意图测量示意图 3 2 在黄山岭矿区外围发现井旁盲矿异常在黄山岭矿区外围发现井旁盲矿异常 2 1 矿区概况矿区概况 黄山岭铅锌矿位于安徽省池州市东南 36 公里 矿床成因类型为层间反应交代 矽卡岩 热液叠加 式 矿床 矿区主要出露奥陶系下统仑山组至志留系下统高家 边组地层 总体呈单斜产出 倾向南东 倾角 8 44 矿区地表仅见石英闪长玢 岩脉 矿区深部隐伏有花岗斑岩体 主要深埋于 450 米标高以下 黄山岭铅锌矿床包括 4 个主矿体 主要赋存于黄山岭背斜南东翼奥陶系上统汤 头组上部的矽卡岩带内 金属矿物主要有方铅矿 闪锌矿 黄铜矿 辉铜矿 黄铁 矿 磁黄铁矿等 2 2 钻孔情况钻孔情况 ZK1301 孔位于黄山岭铅锌矿区的外围 是危机矿山资源预测项目设计的钻孔 整个钻孔的岩芯都比较完整 岩性比较简单 如表 1 所示 800 米以上均为砂岩或 粉砂质页岩 在 801 812m 有一层约 10m 厚的炭质页岩 页岩底部有一层约 10 米 厚的矽卡岩化大理岩 由岩芯资料可见 该验证孔并未见到理想的矿层 而打到了一层约 10 米厚 可能会引起物探低阻异常的碳质页岩 若工作只进行到这一步 而没有开展地 井 TEM 测量或其它井中物探对钻孔周围情况进行进一步的探测 就可能给出以下几种 具有不确定性的结论 1 验证孔没有打到预测的异常体 原地质解释推断的结果有误 2 原推断解释的异常由 801 812m 的碳质页岩地质干扰所引起 属于非矿 异常 3 在没有其它对该区成矿条件有力证明的前提下 下一步的钻探工程很难 盲目确定 表表 1 ZK1301 孔岩芯统计表孔岩芯统计表 深度 深度 m 岩矿石名称岩矿石名称 s m 0 801砂岩或粉砂质页岩3940 812炭质页岩30 822矽卡岩化大理岩30150 2 3 地 井地 井 TEM 测量发现盲矿异常测量发现盲矿异常 钻探终孔后 没有见到预测的矿体 使勘查工作陷入困境 随后开展了地 井 TEM 测量 发现了一处井旁盲矿异常 使该区深部找矿工作出现新的转机 地 井 TEM 测量采用的仪器设备是加拿大 CRONE 公司生产的 PEM 系统 围 4 绕钻孔四周布置了一个 200m 200m 的发射回线 在回线中供以基频 25Hz 强度 20A 下降沿为 500 s 的斜阶跃脉冲电流 在钻孔 100 820m 的深度范围内观测了 三个分量的 TEM 响应 三个分量第 8 15 采样道的响应曲线如图 3 所示 图图 3 黄山岭铅锌矿黄山岭铅锌矿 ZK1301 孔三分量地 井孔三分量地 井 TEM 响应曲线响应曲线 由图 3 可见 三个分量的响应曲线都反映出有两处明显的异常 异常 1 位于 670 705m 井段 Z 分量曲线呈单峰负异常特征 是典型的井旁异常 异常 2 位于 井深 800 815m 井段 Z 分量曲线呈正异常特征 是典型的井中见矿异常 与岩芯 资料比照 可以确定异常 2 是由炭质页岩层引起的 为非矿异常 异常 1 是井旁盲矿异常 首先要对异常体中心位置及其范围进行精确推断 由 图 3 可见 Z 分量异常峰值位于 690m 井深 异常宽度约 20m X Y 分量异常曲 线形态相似 均显示为从浅至深由负变正的特征 即 S 型异常 且 X 分量的异常 幅值稍强于 Y 分量 由此可以对异常 1 作出定性推断 1 异常 1 为井旁低阻异常 低阻异常体的厚度较薄 中心埋深约为 690m 左 右 异常体的产状较缓 2 异常体中心位于西北偏北方向 且与钻孔距离较近 进一步采用矢量交会方法确定异常体的中心位置 5 6 如图 4 所示 图中 X 方向指向磁北 异常中心位于钻孔西北方 与磁北夹角约 44 距离钻孔约 19m 埋深约 692m 最后采用EM Vision软件进行人机交互反演 经过反复多次拟合 得到三分量异 常场的拟合曲线如图 5 所示 由图可见 三个分量异常响应曲线的拟合程度均较好 根据以上的定性分析 定量解释结果可以推断 异常 1 是井旁低阻地质体产生的井 5 中 TEM 异常响应 低阻地质体中心埋深约 690m 低阻体近边与钻孔距离较近 异 常中心距离钻孔约 20m 方位位于北西方向 如图 6 所示 图图 4 黄山岭铅锌矿黄山岭铅锌矿 ZK1301 孔井旁异常矢量交会结果图孔井旁异常矢量交会结果图 图图 5 地 井地 井 TEM 三分量异常场拟合曲线图 三分量异常场拟合曲线图 原始曲线原始曲线 拟合曲线 拟合曲线 图图 6 黄山岭铅锌矿黄山岭铅锌矿 ZK1301 孔井旁异常推断解释成果图孔井旁异常推断解释成果图 6 就地 井 TEM 方法本身而言 无法判断该地质体是否为矿与非矿 但有两个方 面的资料有助于异常体的定性 1 据当地矿山地质专家介绍 该区砂岩层中具 有寻找局部高品位富铜矿体的条件和先例 2 对比地 井 TEM 曲线上的两处异 常 可见井旁异常强度大于炭质页岩引起的井中见矿异常强度 由此可以判断 该 井旁异常体为有价值矿体的可能性较大 3 在铜绿山矿区成功探测深部矿体的延伸方向在铜绿山矿区成功探测深部矿体的延伸方向 3 1 矿区概况矿区概况 铜绿山铜铁矿位于湖北省大冶市城区西南约 3 公里 矿区出露地层较为简单 主要有三叠系下统大冶组 中下三叠统嘉陵江组 白垩系下统大寺组和第四系 区 内与成矿关系密切的为大冶组 嘉陵江组碳酸盐岩地层 矿区岩浆岩主要为阳新杂岩体西北端铜绿山岩株体石英正长闪长玢岩 岩石呈 灰色 深灰色 斑状 似斑状结构 块状构造 此外 矿区还见有石英正长闪长岩 斜长岩及晚期脉岩 矿体主要由铜铁矿石组成 其次为铜矿石和铁矿石 多分布在矿体的分岔处及 部分铜铁矿石的边缘部位 矿石主要为富铜 富铁矿石 铜品位一般为 1 5 矿 体的平均品位一般为 1 3 在矿石类型中 以含铜磁铁矿含铜最高 铜平均品位 1 92 铁品位一般为 30 55 矿体平均品位 30 50 3 2 钻孔情况钻孔情况 ZK406 位于铜绿山矿区露天采坑东南方 距离采坑边缘约 150m 是一个深部 矿体探测孔 终孔深度为 1580 2m 在 1213 1240m 约 27m 厚度的岩层中 见到多 层赤铁矿磁铁矿 磁铁矿 含铜磁铁矿等含矿层 岩芯资料统计如表 2 所示 发现深部矿体是危机矿山找矿的重大突破 但随之而来的一个重要难题急需解 决 那就是如何确定该深部矿层的延伸方向 由于矿体埋藏深度大 常规的地面物 探方法很难起到效果 此时井中物探是最佳选择 表表 2 铜铜绿山山 ZK406 孔岩芯统计表孔岩芯统计表 深度 深度 m 岩矿石名称岩矿石名称 s m 0 0 50含沙粘土层50 1206 72石英二长闪长玢岩3940 1213 02透辉石矽卡岩763 1240 80 赤铁矿 磁铁矿 含铜磁铁矿矿 石与透辉石矽卡岩互层 183 1580 20石英二长闪长玢岩 4458 3 3 地 井地 井 TEM 成功追踪矿体延伸方向成功追踪矿体延伸方向 根据钻孔情况 在其四周布置了一个总面积约 20 万平方米 等效于 7 500m 400m 的不规则发射回线 在回线中供以基频 25Hz 强度 20A 下降沿为 500 s 的斜阶跃脉冲电流 在钻孔 300 1550m 的深度范围内观测了三个分量的 TEM 响应 800 1550m 井段的响应曲线如图 7 所示 图图 7 铜绿山铜铁矿铜绿山铜铁矿 ZK406 孔三分量地 井孔三分量地 井 TEM 响应曲线响应曲线 三个分量曲线在见矿的 1213 1240m 深度均有异常反映 由图可见 Z 分量早 期道异常特征为正 晚期道异常特征为负 表明钻孔穿过矿体 但稍偏离矿体中心 X 分量异常特征为 早 中期道曲线为反 S 型 晚期道曲线转变 S 型曲线 Y 分 量异常特征为 早 中期道曲线为 S 型 晚期道曲线转为反 S 型 根据三分 量异常响应曲线的上述特征 可以推断 ZK406 孔已见矿层主要向西南方向延伸 这个结论已被钻探验证 在 ZK406 西南方 100 多米位置布置的另一个钻孔 在 1200 多米深度见到了同一层的矿体 地 井 TEM 测量成功地追踪了深部矿体的延 伸方向 提高了钻探见矿率 4 结语结语 在两个矿区的应用实例充分地说明了地 井 TEM 法的特点和优势 在我国深 部找矿工程中 有效 合理地利用矿山可用钻孔开展地 井 TEM 测量 将发挥出 其重要作用 1 钻孔岩芯毕竟是 一孔之见 未见矿钻孔有可能与矿体擦肩而过 通过 地 井 TEM 测量可以获取钻孔周围上百米范围内的有用信息 2 对钻孔已见良导电目标体可以进行定位 追踪其延伸方向 为进一步的 布钻提供可靠资料 3 地 井 TEM 法在深部隐伏矿探测方面具有良好效果 国内少量的应用示 8 范已初现成效 因此 在我国深部找矿工程中应大力推广应用 充分利用矿山可用 钻孔开展地 井 TEM 测量 发挥其深部找矿的优势 提高深部找矿效率 参考文献 参考文献 1 张杰 邓晓红 武军杰 等 地 井TEM数据采集及解释技术示范研究成果报告 R 全 国危机矿山接替资源找矿项目研究成果报告 2010 2 蒋邦远主编 实用近区磁源瞬变电磁法勘探 M 北京 地质出版社 1998 3 牛之琏编著 时间域电磁法原理 M 长沙 中南大学出版社 2007 4 胡平 石中英 地井TEM工作方法及解释技术研究成果报告 R 地质矿产部 八五 科 技攻关项目研究成果报告 1995 5 张杰 地 井TEM异常定量解释技术研究成果报告 R 所科研业务费项目成果 报告 2009 6 张杰 地 井瞬变电磁异常特征分析及矢量交会解释方法研究 D 中国地质大学 北京 2009 Typical Case of Borehole TEM using in Deep Prospecting of Domestic Crisis Mines ZHANG Jie1 DENG Xiao hong1 GUO Xin2 WU Jun jie1 WANG Xing chun1 1 Institute of Geophysical and Geochemical Exploration CAGS Langfang Hebei 065000 2 Hebei Institute of Regional Geological Survey for Minerals Resoures Langfang Hebei 065000 Abstract The application and study on Down hole Transient Electromagnetic method is relatively small in our country Under the situation of incr