0 引言

地球物理探测是深部找矿预测不可或缺的重要手段（张立剑等，2019；张荣等，2020；马振波等， 2021；刘磊等，2022；刘洋等，2022；王庆乙，2022），但是由于地质条件的复杂性以及地球物理信息的多解性，地球物理深部探测信息的地质解释存在不确定性。电阻率是电法和电磁法探测的主要地球物理信息，其探测成果的地质解释一般需要参考地质样品的电阻率测定结果来进行。但是，由于测试条件的不同（如不同的干湿程度、不同的测试方向等），同一地质样品的电阻率测定数据会变化很大。因此，需要寻求其他方法对电法和电磁法探测成果的多解性和不确定性加以限定。本文通过对前人岩（矿）石热导率和湖南岩（矿）石电阻率研究成果的梳理，发现岩（矿）石的热导率和电阻率具有明显的正相关趋势，认为这一规律有助于限定深部电阻率信息的地质解释。

1 围岩岩性对矿化类型的控制

湘南地区中生代钨锡多金属矿床的矿化类型有构造蚀变带型、矽卡岩型、大脉型、云英岩型和蚀变岩体型5类（李厚民等，2021），成矿的围岩岩性有碳酸盐岩（灰岩及白云质灰岩、白云岩等）、变质砂岩、花岗岩等（表1），不同围岩岩性对矿化类型具有明显控制作用：以交代作用为特色的矽卡岩型矿化发育于花岗岩与碳酸盐岩接触带的外侧，受碳酸盐岩控制；以交代作用为特色的云英岩型和蚀变岩体型发育于花岗岩中（芙蓉、香花岭、荷花坪、野鸡尾）；以充填作用为特色的大脉型矿化主要发育于变质砂岩、砂岩中（香花岭，红旗岭，瑶岗仙），其次为花岗岩中（瑶岗仙）；既有交代又有充填作用的构造蚀变带型矿化可发育于碳酸盐岩（界牌岭、长城岭、黄沙坪）中，也可发育于碎屑岩（香花岭）和花岗岩（芙蓉）中，岩性控制不明显。

2 岩石的热导率

热的传递有对流、传导、辐射3种形式。与岩浆有关热液矿床的形成，热的传导和对流是成矿的能量，不可或缺。岩浆与围岩的传导换热，主要取决于围岩的热导率，其他热物理性质诸如热传递系数、比热和热膨胀等，则对传导换热所起的作用不大。一般而论，岩石的结构越紧密，孔隙度和介质 （水、气、油）充填度越低，则岩石的热导率越高（陈儒庆和袁奎荣，1992）。如，刘建军和刘海蕾（2009） 实验研究表明干密度越大的岩石热导率越大；沉积岩中泥岩的热导率较小，砂岩热导率较大。殷仁朝等（2014）实验研究表明：地层岩土体热导率随深度增加呈增大趋势，同一地层岩土体热导率随深度增加而增大；对于不同地层岩土体，结构越致密、颗粒越大、颗粒间的连结力越强、岩体强度越高的地层岩土体热导率也越大。雷晓东等（2018）测得北京地区白垩系火山岩和砂砾岩组合的热导率最小，蓟县系白云岩、页岩组合热导率最大。宋小庆等 （2019）研究表明：贵州地区岩石年龄越老，热导率越高；随着岩石中矿物颗粒粒度的增大，岩石热导率也随之增加。

大气、水在 150~650℃范围内的热导率分别为 0. 035~0. 072 W/（m·K）和 0.493~0.681 W/（m·K） （陈儒庆和袁奎荣，1992），比岩石低得多，因此岩石越破碎，含水越多，热导率越低。如江西第一口干热岩参数井中细粒花岗岩的热导率为3.482 W/（m· K），碎裂蚀变花岗岩为 2.981~3.415 W/（m·K）（胡秋祥等，2021）。

多尔特曼（1985）系统给出了不同岩性的平均热导率值（表2），可以看出：不同岩石的热导率从小到大为：煤＜细碎屑岩（泥板岩、泥质页岩、粉砂岩） ＜中粗粒碎屑岩（砂岩、砾岩）＜灰岩、大理岩、中酸性侵入岩（花岗正长岩、花岗闪长岩、石英斑岩、花岗岩）＜白云岩、角岩＜石英岩。

围岩的热导率对成矿具有明显的控制作用。如湘南黄沙坪—宝山矿田，矿化发生于测水组细碎屑岩与下伏石凳子组碳酸盐岩的界面附近靠灰岩一侧，这可能与热导率低的细碎屑岩热量不易散失、起到很好的热屏蔽作用有很大关系。测水组的热屏蔽作用，有利于含矿热液在其下热导率较大的碳酸盐岩中交代成矿。

3 岩石的电阻率

虽然不同岩（矿）石的电阻率具有明显的规律性，但不同条件下的测定值变化还是比较明显的。湖南芙蓉矿田岩石的电阻率从低到高为：碎屑岩、矿化蚀变岩＜花岗岩＜灰岩＜大理岩（李磊，2007，表3）；湖南长株潭地区岩石的电阻率从低到高为：砂泥岩、泥岩＜炭泥质灰岩＜灰色砾岩、砂岩、变质砂板岩＜灰质白云岩＜花岗岩（曹创华等，2017，表3）；湖南香花岭矿田岩石的电阻率从低到高为：磁铁矿石、磁黄铁矿铅锌矿石＜蚀变矿化碳酸盐岩＜ 矿化蚀变碎屑岩＜灰岩、白云岩（屈利军等，2020）； 湖南衡阳盆地西北缘岩石的电阻率从低到高为：粉砂岩＜板岩＜硅质岩＜花岗岩（程云涛等，2021）； 湖南省汝城县鹿井铀矿田岩石的电阻率从低到高为：砂质板岩、炭质板岩＜花岗岩＜灰色砂砾岩（段书新等，2021）。屈利军等（2020）及本文从湖南省地质调查院等单位收集整理的湘南地层、岩（矿）石电阻率从低到高为：磁铁矿、黄铁矿、炭质页岩＜蚀变矿化碳酸盐岩＜泥灰岩＜矿化蚀变碎屑岩＜含炭质灰岩＜白云岩、灰岩（表3）。花岗岩的电阻率高且变化大，有时高于灰岩、白云岩，有时低于灰岩、白云岩。变质岩石比未变质电阻率大，如浙江省苦麻岭地区条带状灰岩、泥质灰岩的电阻率为 1492 Ω·m、1320 Ω·m，而大理岩化灰岩为2180 Ω·m （刘达龙等，2011）。同一种岩性，岩石破碎、蚀变越强烈，电阻率越低（肖昆等，2018），如紫金山矿田西南侧的何屋矿区，当硅化带含金属硫化物达到一定规模或碎裂蚀变带中储含构造裂隙水时，其电阻率具低阻特征（陈海锋，2016）；浙江省苦麻岭地区新鲜花岗岩电阻率为 3454 Ω·m，风化花岗岩为 2260 Ω·m，含钨锡钼萤石矿石为 650 Ω·m（刘达龙等， 2011）。

4 岩石热导率和电阻率关系

热电材料的电阻率和热导率具有明显的相关关系。有的热电材料的电阻率和热导率具有反相关关系，如石墨材料的热导率和电阻率呈反相关关系（邱海鹏等，2002）；Mo-Cu 合金添加活化元素 Ni 后，其热导率降低，电阻率增大（李增峰等，2006）； 随 T-ZnO_w用量的增加，T-ZnO_w/PP 复合材料的热导率提高，体积电阻率下降（李光吉等，2008）；Mo-18Cu合金添加活化元素 Co后，其电阻率增加，热导率下降（郭世柏等，2011）；Al₂O₃/Cu 复合材料中，随 Al₂O₃含量增加，材料的电阻率明显增大，热导率减小（张阳琳等，2021）。也有的热电材料的电阻率和热导率具有正相关关系，如以适当的元素对 Ca₃Co₄O₉基体材料 Ca 位进行适量掺杂，能够使其电阻率和热导率下降（陈袁魁等，2009）；在 Fe₄₁Co₇Cr₁₅ Mo₁₄C₁₅B₆Y₂非晶合金中掺杂Co₆₅Cr₁₅Zr₁₀W₁₀非晶合金形成的板状 Fe 基大块非晶合金的电阻率和热导率呈正相关关系（王诚杰等，2017）。

虽然对岩（矿）石电阻率研究很多（李磊，2007； 刘达龙等，2011；陈海锋，2016；曹创华等，2017；肖昆等，2018；屈利军等，2020；程云涛等，2021；段书新等，2021），对岩（矿）石热导率也有一定研究（多尔特曼，1985；陈儒庆和袁奎荣，1992；刘建军和刘海蕾，2009；殷仁朝等，2014；雷晓东等，2018；宋小庆等，2019；胡秋祥等，2021），但对岩（矿）石热导率和电阻率关系的研究鲜见文献报道，仅欧新功等 （2005）对大陆科学钻探 100~3100 m 的综合岩石物理资料进行了相关性调查和聚类分析。

虽然影响岩石热导率、电阻率的因素多，导致其测定值变化范围大，但从表4和图1可以看出，岩石热导率和电阻率具有较明显的正相关趋势。在芙蓉矿田：

y=2039.1x-2665.9，均方差平方值为R² =0.7629

式中：y为电阻率，x为热导率。

在湖南长沙—株洲—湘潭地区（长株潭）：

y=2036.7x-2171.9，均方差平方值为R² =0.2528

在湘南地区：

y=3435.7x-1210，均方差平方值为R² =0.2453

由于数据点少，数据变化大，上述拟合线的拟合度不高，但岩（矿）石电阻率和热导率的正相关趋势是明显存在的。变质岩石比原岩热导率高（陈儒庆和袁奎荣，1992；刘建军和刘海蕾，2009；殷仁朝等，2014；宋小庆等，2019），而岩石越破碎，含水越多，热导率越低（陈儒庆和袁奎荣，1992；胡秋祥等， 2021）；同样，变质岩石比原岩电阻率高（刘达龙等， 2011），而岩石越破碎，含水越多，电阻率越低（刘达龙等，2011；肖昆等，2018；陈海锋，2016；胡秋祥等， 2021）。可见，热导率低的岩（矿）石，其电阻率也低。

5 岩石热导率与电阻率关系的隐伏矿找矿预测意义

（1）推断成矿有利部位

在矿床地质研究的基础上，根据岩石热导率与电阻率的关系，可以辅助开展地球物理深部探测电阻率成果的地质解释和找矿预测。如在芙蓉矿田，碎屑岩的热导率和电阻率均明显低；灰岩和花岗岩的热导率类似且电阻率较高，但二者可根据灰岩的层状特征和岩体的非层状特征进行区分；大理岩的热导率最高且电阻率也最高，该区大理岩发育于花岗岩体与碳酸盐岩的接触带，是与矿化蚀变有密切时空关系的岩石，其中局部低电阻率区域可能是矿化蚀变构造带的位置，也是成矿的有利部位。在湘南地区，尤其是在黄沙坪—宝山矿田，矿化集中发育在石炭系测水组含炭砂页岩下伏的石炭系石磴子组碳酸盐岩中，这可能是测水组细碎屑岩热导率低，能起到很好的隔热屏蔽作用，保障热量在其下的碳酸盐岩中累积且不易散失，有利于成矿，电阻率低的层状岩石可解释为测水组细碎屑岩，其下伏较高电阻率的碳酸盐岩中局部低阻带可能是矿化蚀变构造带，是找矿预测有利部位。江西龙南火山碎屑岩盆地盖层泥岩和玄武岩热导率分别为1.655 W/（m·K）和 2.610 W/（m·K），隐伏的燕山期花岗岩热导率 3. 090W/（m·K），花岗岩产生的热量可受到较好的保存，为干热岩资源前景较好的区块之一 （胡秋祥等，2021）。

（2）推断深部岩（矿）石类型及矿化蚀变类型

与岩浆有关的热液交代和充填成矿作用伴随着岩浆热能的传导换热和对流换热。由于流体相具有较低的热导率，因此当围岩与岩浆发生传导换热时，围岩中流体介质的温度将会率先提高，并沿粒间空隙迁移到断裂构造中，与其他流体一起与岩浆发生反复的对流换热，将岩浆热源源不断地供给围岩，充填交代形成热液脉体、蚀变岩及矿化（陈儒庆和袁奎荣，1992）。湘南地区中生代钨锡多金属矿化类型有矽卡岩型、大脉型、构造蚀变带型、蚀变岩体型、云英岩型，矿化蚀变的围岩有碳酸盐岩、碎屑岩（浅变质）、花岗岩。矽卡岩型矿化以接触交代方式发育于热导率较大的碳酸盐岩中，传导换热可能起重要作用；大脉型矿化以充填方式多发育于热导率中等的碎屑岩中，其次为花岗岩中，可能为对流换热；构造蚀变岩型矿化在碳酸盐岩、碎屑岩和花岗岩中均可发育，矿化蚀变作用以交代为主充填为辅，以对流换热为主，围岩的热导率影响不大；蚀变岩体型矿化发育于碎裂的岩体中，云英岩型矿化发育于碎屑岩和碎裂的岩体中，他们的热导率中等，交代作用和充填作用同等存在，传导换热和对流换热可能同等重要。因此，基于岩（矿）石的电阻率和热导率关系，还可以根据电阻率推断深部岩 （矿）石类型及矿化蚀变类型。

6 结论及存在问题

6.1 结论

（1）岩（矿）石的热导率和电阻率具有明显的正相关趋势。

（2）岩（矿）石热导率和电阻率的正相关趋势可以用于限定深部地球物理探测电阻率物性推断的多解性，有助于隐伏矿找矿预测。

6.2 存在问题

（1）岩（矿）石的热导率和电阻率影响因素多，测定值变化大，使用时应具体问题具体分析。

（2）在一个地区开展相关研究时，如果能实测岩（矿）石的电阻率、热导率，将更具说服力。

参考文献