0 引言

南岭成矿带是中国重要的有色金属资源产地，区域成矿地质条件优越，矿产类型丰富。南岭成矿带在深部找矿中垂向上由浅部至深部呈现金、银-铅、锌-铜的分带性，反映了该区深部找矿方向为主要与岩体有关的热液矿床（吕志成等，2013）。因此在遵循南岭成矿带联合控矿机理的前提下，合理推断控岩控矿构造深延格局，为实现深部找矿新突破具有重要的意义（赵冻等，2023）。黄沙坪铅锌矿地处南岭成矿带中段北缘，是湖南省重要的铅锌矿生产基地。由于多年的开采和生产，矿区浅部资源前景不足。区内铅锌多金属矿受花岗斑岩和花斑岩的控制，而石英斑岩则与区内斑岩铜矿密切相关 （王恢绪，1992；钟正春，1996；李石锦，1997）；该区的铅锌矿体主要产于岩体外接触带，于已知矿体的下部，不断发现有新矿体，且与岩体关系密切。因此充分利用矿石和围岩的物性差异，运用电磁法探测岩体的分布，能有效实现较大的找矿突破（李建中等，2005）。前人通过对矿床深部地质特征分析发现，矿区深部可能存在矿床的第二富集带，其找矿的资源潜力极为可观（许以明等，2007；李欢等， 2023）；有大量研究表明矿区深部隐伏花岗斑岩和花斑岩体，对找铜、钼、钨、锡矿具有重大意义（汪林峰等，2011，2013；丁腾等，2017；黄富年和李茂平， 2019；王炯辉等，2019；陶琴等，2023）；已有研究发现在矿区北部标高-900 m处发现隐伏花岗岩体，接触带具有较好的铅锌硫化物矿化（汪林峰等，2016）。

由于黄沙坪矿区属于生产老矿山，地表及坑内各类电磁信号干扰严重，传统电磁法难以满足勘探需求，本文研究采用广域电磁法作为主要测深手段。广域电磁法只需测量一个电磁场分量，并利用较小的收发距获得较大的探测深度，可以在包括非远区的广大区域内进行测量，从而扩大了电磁测深的观测区域（何继善，2010a）。通过与2ⁿ 序列伪随机信号电法结合，一次同时发送、同时采集多个能量大体相当的主频率信号（何继善，2010b），广域电磁法具有勘探深度大、观测范围广、工作效率高、测量精度高、适应性强等特点（何继善，2013；刘春明等， 2013；石郝等，2017；蒋永芳等，2020）。该研究旨在探测矿区深部隐伏岩体的主要形态和分布区域，为今后该区深部找矿指明方向，扩大矿区深部找矿空间。

1 区域背景和矿区地质特征

南岭地区处于扬子板块和华南板块的接触部位，该区域是晚古生代—中生代构造和岩浆活动最为强烈的区域之一，印支期—燕山期的岩浆作用发育齐全，且呈现出与成矿极为紧密的时空联系（陈毓川等，1990）。南岭中段出露的地层除志留系不发育外，自元古代—新生代均有出露。构造以北东向和北西向的区域性深大断裂相互穿切呈棋盘状为特征，在构造交汇处控制了大型岩体的产出，深大断裂带也是矿床最为发育的区域（秦锦华等， 2024）。本区岩浆岩分布广泛，主要为花岗岩类，侵入时期可分为加里东期、印支期和燕山期。燕山期花岗岩类岩浆活动与本区许多有色、稀有金属矿床密切相关，一些大型、特大型多金属矿床直接产于这类岩体边缘。

黄沙坪铅锌多金属矿区出露主要有上泥盆统佘田桥组、锡矿山组，下石炭统天鹅坪组、陡岭坳组、石磴子组、测水组、梓门桥组（图1）。本区构造格架是由一系列近南北向的复式褶皱和逆断层构成，区内断裂构造极为发育，其活动具有多期性和继承性。矿区内广泛发育岩浆岩，主要有石英斑岩、花岗斑岩、英安斑岩、花斑岩，岩体一般呈岩枝（脉）产出，少数呈岩豆、岩瘤产出。各小岩体的内、外接触带上常见铅、锌、铜、钨、钼等多金属矿（化）体，矿区岩体深部同样具备较大的找矿潜力（刘悟辉，2007）。

1—下石炭统梓门桥组；2—下石炭统测水组；3—下石炭统石磴子组；4—下石炭统陡岭坳组；5—下石炭统天鹅坪组；6—上泥盆统锡矿山组上段；7—上泥盆统锡矿山组下段；8—石英斑岩及编号；9—辉绿玢岩；10—矽卡岩；11—云斜煌斑岩；12—地质界线；13—断层及编号；14—倒转背斜；15—倒转向斜

2 岩（矿）石电性特征

2.1 电性测量

本研究采用双频激电仪（型号 SQ-3C）对矿区岩性标本进行电阻率和极化率测定。该仪器能够同时获取野外露头电阻率及极化率信息，采集原理如图2。

研究区内系统采集了不同类型具有代表性的岩（矿）石标本，共测定了 260 块岩（矿）石标本的电阻率，其电性测量统计结果见表1。

2.2 电性分析

区内的磁铁矿石和铅锌矿石电阻率＜100 Ω· m，表现为相对低阻；炭质页岩、粉砂岩、大理岩化灰岩、含多金属矿矽卡岩电阻率200~500 Ω·m，表现为相对中低阻；矽卡岩及其外带灰岩、绿泥石化矽卡岩电阻率1000~2000 Ω·m，表现为相对中阻；花岗斑岩、石英斑岩、石榴子石矽卡岩电阻率 3000~6000 Ω·m，表现为相对中高阻；白云岩和灰岩的电阻率变化范围相对较大，成分较纯且解理裂隙不发育的灰岩和白云岩电阻率最高8000~13000 Ω·m，含杂质或破碎的白云岩和灰岩电阻率1000~2000 Ω·m。综上所述，矿区不同岩性之间存在较为明显的电性差异，因此本区具备广域电磁法应用条件。

3 方法及应用效果

3.1 方法介绍

广域电磁法是一种主动源频率域电磁测深法，场源使用伪随机电流信号，可以满足一次发射多个信号的需要。广域视电阻率的计算公式是严格适合于全区的全域公式，没有任何有损计算精度的近似舍弃，因而可以在非远区进行测量且较卡尼亚视电阻率有更高的精度，实际工作中只需要测量电磁场的单分量就可以达到提取视电阻率的目的。在广域电磁法中，以电偶极为场源，测量电场的 x 分量，则会得到均匀大地表面上水平电偶极源Ex的严格精确的数学表达式：

根据上式可以定义广域意义上的视电阻率：

式（2）中：$K_{E-{Ex}_{}}$为与观测装置几何尺寸有关的系数，ΔV_MN 为实际观测电位差（μV），I 为发送电流 （A），${\mathrm{F}}_{E-{Ex}_{}}$（ikr）为由发送电流频率 ω（rad/s）、地下电阻率 ρ（Ω·m）、收发距 r（m）构成的复合函数。基于不受观察点到场源距离限制的广域视电阻率公式，利用计算机迭代方法求解的视电阻率最佳值。

3.2 数据分析处理

广域数据处理以及反演采用《地球物理资料综合处理解释一体化系统》，是基于微机的集重、磁、电、震、井等资料反演、成像、定量解释等功能于一体的综合处理解释一体化软件系统，由系统平台与 10 个子系统组成。该软件系统在 2005 年中国地球物理学会组织的软件推优会上评为优秀软件，在 2010 年 12 月国土资源部组织的软件测评中高分通过测评，获准推广应用。

在研究区内进行广域数据采集的过程中，遇到有干扰的地区，均进行背景场测试。采用增加信号强度来压制干扰，提高信号性噪比，并进行多次数据采集，确保其稳定可靠。通过对数据干扰频点进行踢除和平滑处理，消除干扰源对采集数据的影响，使成果真实有效地反映地下情况。从 GY01 线的视电阻率测深曲线可以看出（图3）：每个测点的曲线形态光滑，相邻测点曲线类型具有较好的继承性，局部曲线类型变化带通常为岩性转换界面或构造发育部位，曲线横向稳定性较好的地段体现地层连续或岩性单一。

3.3 应用效果

在矿区南部设计2条平行测线，方位110°，点距 40 m（图4）。工作频率范围 8192～0. 0156 Hz，共计 62 个频点。发射源极距 AB≈1. 0 km，收发距为 r≈ 12.5 km，最大发射电流 85 A。GY01 线和 GY02 线相距400 m，所经过的地质构造单元基本一致，通过 2 条测线剖面的对比，能互相验证相同位置电性体的可靠性。通过这2条广域测线的探测结果与矿区已知地质信息进行对比，验证该方法在矿区的应用效果，并综合分析在矿区深部是否存在隐伏岩体，为矿山下一步的深部找矿工作提供可靠的地球物理信息。

（1）GY01线

从 GY01线的广域反演视电阻率剖面可以看出 （图5b），广域电磁法能对矿区不同地层、主要构造和岩体进行有效识别，也能根据不同地质体的视电阻率特征，确定深部岩体的界线和分部范围。该测线的地质剖面（图5a）显示石英斑岩（λπ）在西部地表小规模出露，往下延伸至标高-400 m，石英斑岩脉主要分布于下石炭统石磴子组灰岩地层内，也是区内矿体的主要产出部位。由于受断裂构造、矿体 （化）和围岩蚀变的影响，此深度范围内的石英斑岩视电阻率表现为相对低阻。标高-400~-2000 m，石英斑岩（λπ）沿发育在上泥盆统灰岩、白云岩的断层 F1上侵，视电阻率表现为相对中高阻。标高-2000~-3000 m 分布大规模的隐伏石英斑岩体，在其东侧约300 m处存在一独立岩体，推测为花岗斑岩（γπ），视电阻率均表现为相对中—中高阻。另外，在剖面西端视电阻率特征显示也存在一条沿构造上侵的隐伏石英斑岩脉，在标高-1600 m 以下规模有逐渐变大的趋势。

（2）GY02线

该剖面的电性特征与 GY01线具有较好的对应性，局部存在不同地质体的电性响应（图6）。对不同地层界线、控岩控矿构造和岩体形态界线，广域视电阻率均具有较好的显示。从该测线的地质剖面图可以看出（图6a），石英斑岩在测线西部地表出露规模较大，往下延伸至标高-200 m处规模逐渐变小，在标高-200~-1000 m 为岩浆上侵通道，岩体规模最小。从广域反演电阻率剖面上显示（图6b），在标高-1000~-3000 m 岩体规模急剧变大，岩体的整体表现为“沙漏”形态。在其东侧约600 m处存在一独立隐伏岩体，沿隐伏断裂上侵至断裂F₀，该岩体在标高-1800 m 以下规模有逐渐变大的趋势，推测为花岗斑岩（γπ），视电阻率均表现为相对中—中高阻。另外，在剖面西端视电阻率特征显示同样存在一小型岩脉，推测为隐伏石英斑岩，视电阻率表现为中高阻。

1—下石炭统梓门桥组白云岩夹白云质灰岩；2—下石炭统测水组石英砂岩、粉砂岩、炭质页岩；3—下石炭统石磴子组灰岩、生物碎屑灰岩；4—下石炭统陡岭坳组灰岩夹泥质灰岩、含燧石结核及条带；5—下石炭统天鹅坪组钙质页岩、粉砂岩夹泥灰岩；6—下石炭统一上泥盆统桂阳组灰岩、白云质灰岩、白云岩；7—上泥盆统锡矿山组上段薄层灰岩、砂质页岩、石英砂岩；8—上泥盆统锡矿山组下段灰岩、白云质灰岩；9—上泥盆统佘田桥组白云岩、白云质灰岩；10—石英斑岩及编号；11—矽卡岩；12—铅锌矿体；13—锰矿体；14—硅化；15—沪渣；16—逆断层；17—正断层；18—正常背斜轴；19—正常向斜轴；20—倒转背斜轴；21—广域电磁法勘探线及编号

4 综合地质分析

矿区基础地质资料表明岩体与围岩接触带是本区重点找矿位置，在岩体收缩（岩凹）和膨胀（岩凸）的转折端有利于形成矽卡岩，围岩为石磴子组生物碎屑灰岩时有利于矿质富集沉淀，在标高-800 m以上发现的矿体均围绕岩体周边产出（图7a）。以往众多研究成果推测认为石英斑岩自地表向下延深超过 1500 m，再往深部很有可能将出现大的隐伏岩体。同时在岩体接触带、断裂构造及层间破碎带构造是本区成矿的重要因素，控制了岩浆的侵位及其成矿岩体和矿体的形成和就位。

通过本文研究成果揭示了2条广域测线中深部各地质体的分布情况，且广域测深的结果显示在标高-1200 m 往下岩体规模逐渐增大，该信息与前人研究能较好的吻合，这也验证了深部存在大型岩体的事实（图7b）。通过与地质剖面浅部地质信息对比，发现在已探明矿体部位（标高200~-200 m）的电性特征表现为相对中低阻，因此岩体往深部延伸显示为中低阻地段，亦具有较大的找矿意义。在充分分析和综合前人工作成果的基础上，结合广域剖面电性特征，在剖面标高-1400 m 以下的隐伏岩体界面转折端位置圈定了3个异常区YC1、YC2、YC3，认为是该区域拓展第二找矿空间的有利地带。

5 结论

（1）黄沙坪铅锌多金属矿开采历史悠久，不同干扰因素众多，广域电磁法对各类电磁干扰和噪音具有较好的压制效果，可应用于老生产矿山。通过广域电磁测深获得了高质量的实测数据，能较准确地反应深部地质信息。

（2）根据本文广域探测结果，有效的反映了矿区主要控岩控矿构造、地层层位、隐伏岩体等控矿地质体的空间形态、位置及相互关系。同时也验证了测线所在位置的深部存在大范围隐伏岩体，明确了岩体赋存形态，为黄沙坪矿区下一步找矿方向，以及拓展深部找矿空间提供了有力依据。

（3）对地质情况类型且复杂构造发育的金属矿床，广域电磁法能较准确的探测大型地质体。而随着深度的增加，可供参考的地质信息的减少，提高广域深部探测频率的分辨率，对各大金属矿山深部探矿的意义重大。

致谢  该项研究工作在进行野外数据采集的过程中，得到湖南有色黄沙坪矿业有限公司地质综合科隆运清科长、宗志宏主任的大力支持，在项目中期进行地质综合分析期间，也获得了中南大学张术根教授、五矿勘查来守华博士等人员的大力指导，在此表示衷心感谢。

参考文献