0 引言

黔西北深部猪拱塘超大型铅锌矿的发现，为黔西北地区铅锌找矿指明了方向（何良伦等，2019；鲁承业和欧阳菲，2024），在黔西北找矿的热潮被重新掀起，专家学者认为垭都—蟒洞断裂带成矿地质条件优越，其深部具有发现大型或超大型矿床的潜力，有望开辟第二找矿空间（金中国，2008；王亮等， 2019；蔡国盛等，2020；农观海等；2023）。但如何找以及采用什么方法去找比较有效？这是大家共同面对的难题。该区以往开展过不少的找矿方法，如瞬变电磁测深法、频谱激电法、EH4大地电磁法、激电中梯和激电测深等，这些方法的探测面临探测深度小、分辨率不高、定位目标异常体难、识别矿与非矿异常难、钻孔验证差异大等一系列问题。针对这些问题，在“毕节试验区赫章县垭都铅锌矿外围普查”项目实施过程中，在频率 0. 01～1000 Hz范围测试了该区不同地层的岩（矿）石电性参数，总结了本区岩（矿）石电性组合特征，结合以往物探探测经验 （卢卯等，2020；罗发科和卢卯，2020），为达到探测深度更深，分辨率更高，在勘查中对激电探测装置和系数进行改良创新试验，开展了长周期大极距的激电中梯扫面和扩频激电双边三极测深新方法探测（陈儒军等，2020），经平面划分和剖面对异常再验证，电性多参数组合解译推断了硫化矿致异常，定位了矿致异常体深部空间位置，钻孔验证见矿与推断吻合，实现了对深部隐伏硫化矿体的准确定位，取得探测效果明显，可以在该区硫化物类金属矿床的深部勘探中推广使用。

1 研究区地质特征

研究区位于垭都蟒洞断层的中段，总体构造线呈北西向展布，图1 所示，区内北西向 F₀、F₁、F₂共 3 条逆冲断层及其间强烈变形的推覆体构成一复杂断褶带，以 F₁断层为主干，3 条断层分合出露，呈辫状、麻花状展布，均为区内的控矿断层。北西向逆冲断层推覆断距大小转换部位，形成了北东向走滑断层（如F₄、F₅、F₆、F₇、F₈）。受逆冲推覆断距、多期构造叠加改造、风化剥蚀差异影响，本区构造非常复杂、隐伏构造发育，在平面上北东向和北西向构造的交汇部位是铅锌矿成矿的有利地段。区内发育多条晚期的北东向断层，对北西向构造造成微小错动，一般倾向南东，倾角 65°~70°，具走滑断层特征，目前发现控制小矿体的产出，为区内次要控矿构造。

区内出露地层有第四系、中—上二叠统峨眉山玄武岩组、中二叠统茅口组、中二叠统栖霞组、中二叠统梁山组、上石炭统黄龙—马平组、下石炭统摆佐组、下石炭统上司组、下石炭统旧司组、上泥盆统高坡场组、中泥盆统鸡窝寨组、中泥盆统独山组、中泥盆统邦寨组、志留系韩家店组。其中茅口组、栖霞组、摆佐组、高坡场组是铅锌矿的赋矿围岩。矿体产于构造和层间破碎带中，目前发现的矿石类型有铅锌氧化矿、铅锌硫化矿、硫铁矿。铅锌氧化矿石赋存于断层破碎带中，表现为强烈的溶蚀风化特征和断裂特征，矿石结构主要有泥质结构、溶蚀残余结构，主要有土状构造、角砾状构造和碎块状构造。铅锌硫化矿赋存于断层或层间破碎带，矿石具半自形—他形粒状结构，中—粗晶结构，块状构造，浸染状—脉状构造等。硫铁矿体直接产于断层破碎带中，赋矿围岩为二叠系栖霞组灰岩—泥盆系高坡场组白云质灰岩，矿石主要呈自形黄铁矿集合体状、脉状和团块状。围岩蚀变主要有黄铁矿化、白云岩化、铁锰碳酸盐化、重晶石化、黄铁矿化、方解石化和硅化等。

2 电性测试与方法技术

2.1 以往勘查难点

研究区地表矿化点多，构造复杂，勘查深度较小，深度基本在 500 m 以浅；发现的矿体规模较小，矿体分布不集中，矿石类型以氧化矿为主；地质条件复杂，深部受构造影响，地层变化较大，槽探、化探难以发现深部矿化异常，地质推断往往差异较大；物探工作以少量剖面测量为主，物探发现的异常范围受限，圈定异常范围有限，推断具有局限性； 瞬变电磁和常规的激电探测深度受限，抗干扰能力低，受地形和干扰地层等影响较大；以往设计的探测装置或参数存在缺陷，纵向、横向以及深部探测分辨率不够；标本采集不集中不全面，测量方法多样，统计尺度不一，同类岩石测量结果差异较大，岩矿石电性统计分析特征规律不强，特征组合总结不够，难以指导物探数据解译推断。研究区地处滇东高原向黔中山地丘陵过渡的乌蒙山区倾斜地带，地貌属黔西高原中山峡谷区，坡度起伏大、切割强烈，岩溶地貌发育，这给物探施工和数据解译带来更大的困难和挑战，本区深部勘查缺乏行之有效的物探技术方法。

1—第四系；2—中上二叠统峨眉山玄武岩；3—中二叠统栖霞—茅口组；4—中石炭统黄龙—马平组；5—中石炭统摆佐组；6—下石炭统上司组； 7—下石炭统旧司组；8—上泥盆统高坡场组；9—中泥盆统鸡窝寨组；10—中泥盆统独山组；11—中泥盆统邦寨组；12—中泥盆统龙洞水组；13—中泥盆统单林组；14—下志留统韩家店组；15—断层及编号；16—地层界线；17—见矿钻孔及编号；18—地表铁帽；19—勘探线剖面；20—激电测量范围

2.2 电性特征

被探测对象与周围介质之间有明显的电性差异是电法勘查的必要条件，在电法找矿工作开展之前必须要评价矿区的岩矿石电性，为使得各类岩矿具有代表性，规范要求每类岩石不少于 30 块，往往需要大量的采集和测试工作，可见电性测试工作成本很高，然而在各版本的勘查预算中未列入计费项目，这使得这项工作的开展相对较少，各类勘查中主要以收集以往资料或相邻区成果为主，从收集的电性参数看，在以往的工作中，各测试施工单位、测试方式和测试设备的不同，同一种岩矿石电性差异巨大，很难客观统计和评价其围岩与矿石电性差异。为解决这一问题，在垭都矿区研究（黄凯等， 2024）的基础上扩大了测量物性覆盖区域，系统采集垭都—蟒洞成矿段岩（矿）石进行电性测试。测试仪器为长沙巨杉智能科技有限公司生产的 GSZA-FW01 全波形阻抗分析仪器，测试均在野外完成，岩芯和标本均采用切割机切割成规则柱形和立方体，共计608块，涵盖了与铅锌矿有关的各类岩矿石。标本用清泉浸泡 24 h 后测量，测量相位、电阻和电阻率，计算极化率参数，测量频段 0. 01～1000 Hz。

通过测量发现岩层电阻率基本不受频率的影响，图2a 显示玄武岩极化率随频率的降低而降低，砂岩、白云岩、灰岩、页岩和铁锰碳酸盐蚀变岩极化率随频率降低在频率 0.1～10 Hz 区间趋于恒定。图2b显示矿石极化率随频率的降低而缓慢降低，在频率 0.1～10 Hz区间趋于恒定，说明在该频率段岩 （矿）石产生随机性假异常的可能性较小。鉴于以上统计，选取频率为 0.1 Hz 的岩（矿）石相位绝对值、极化率和电阻率进行统计。

a—研究区岩石；b—研究区矿石

表1 显示矿石与围岩存在明显的电性差异，尤其是硫化物矿表现最强，相位和极化率差异明显； 铅锌硫化矿为高相位高极化最低电阻率特征，电阻率几何均值低至57 Ω∙m；硫铁矿为高相位高极化低电阻率特征，电阻率几何均值 1191 Ω∙m；铅锌氧化矿为低相位低极化相对低阻特征，极化率几何均值低至 0.62%，电阻率几何均值 2033 Ω∙m；褐铁矿为相对低相位低极化高阻特征，电阻率几何均值 36393 Ω∙m；菱铁矿、中泥盆统邦寨组砂岩（D₂b）、中泥盆统独山组白云岩（D₂d）和二叠系乐平统龙潭组砂岩（P₃l）具有本区相对于地层的高相位高极化特征；砂岩（P₃l）、页岩、炭质页岩（P₂l）和硫铁矿具有相似的低阻特征，电阻率几何均值为1191～1965 Ω∙m。

从表1 分析可见，矿与围岩和蚀变岩均有明显的组合电性差异特征，采用激法极化法可以从电阻率和极化率组合特征大致区分矿与非矿，氧化矿和硫铁矿与部分砂岩、页岩和炭质页岩电阻率相近，是本区电阻率法找氧化矿和硫铁矿的干扰地层，硫铁矿的勘查可以通过极化率和相位进行识别，氧化矿可以通过赋存地层进行大致区分。据图3 可知，硫铁矿和铅锌硫化矿具有比其他矿石和岩层明显的高极化特征，硫铁矿比铅锌硫化矿电阻率要高约 20 倍，勘查中可以结合本区地质与水文地质等因素，通过电阻率的差异，推断异常体是硫化矿或氧化矿引起。

2.3 方法与技术

向地下供入稳定电流的情况下，在供电期间会观测电极间的电位差将随时间而变化经过一段时间后两测量电极间电位趋于某一稳定的饱和值，在断开供电电流后，在最初一瞬间两测量电极间的电位差迅速下降，随后经过相当长时间后逐渐衰减到零。这种在充电和放电过程中，出现随时间缓慢变化的附加电场现象，称为激发极化效应（罗延钟和张桂青，1988）。基于此，20世纪30年代国际上开始应用于找矿实践中，中国于 20 世纪 50 年代开始研究和应用激发极化法，早期主要研究是时间域激发极化法。20世纪50年代Wait和Ness对频率激电响应进行了广泛的野外和室内试验研究（伯廷和洛布，1980），频率域激发极化法得以快速发展。国内科研人员在研究推广频率域激电法过程中发现，单频发射和单频接收的方式，其精度、抗干扰能力和工作效率受到限制。1976年何继善院士提出了“双频激电法”（何继善，2006），频率域激发极化法经过几十年的发展，理论与方法技术已经形成比较完备的体系。但是无论是时间域激发极化法还是传统的频率域激发极化法，其取得的成果都在 500 m 以浅（柳建新，2006；李帝铨等，2007；赵伟锋等， 2023），为了解决激发极化法抗干扰能力弱和勘探深度小等问题，陈儒军等（2020）提出了扩频激电原理，通过发送一定带宽的扩频信号，接收机测量一定带宽的扩频信号后，按照扩频通讯的思想进行解扩处理，可以提高相位测量的精度和抗干扰能力，该测量结果和时间域激电中对某个时间窗口的衰减曲线进行积分类似，但观测精度可获得极大提升 （米晓利等，2023）。

其基本原理与计算方法如下：通过向目标体发送扩频信号并获取该扩频信号的时序数据，包含电压时序数据和电流时序数据。根据得到的时序数据，获取该扩频信号中各主频的频谱值，并基于各主频的频谱值得到各主频的归一化复数值。

组合频率的频率值的计算公式为：

式（1）中，p为起始主频的起始索引，p的取值为（ j-1）× L，L 的取值范围为[1，n]，n 为组合频率的个数，w_i为频率加权值，w_i的取值为 1/n，f_i为主频的频率。根据各主频的频率值，得到所述扩频信号中各组合频率的频率值。

组合频率的归一化复数值的计算公式为：

式（2）中，p为起始主频的起始索引，p的取值为（ j-1）× L，L 的取值范围为[1，n]，n 为组合频率的个数，w_i 为频率加权值，w_i 的取值为 1/n，X_i 为第 i 个主频的归一化复数值。

针对多个组合频率的每个频率值，根据所述主频归一化复数值，计算所述组合频率的归一化复数值。根据所有组合频率的频率值和归一化复数值，计算所述组合频率的激电参数，所述激电参数包括视电阻率、频散率和相对相位。

所述电阻率ρ_j的计算公式为：

式（3）中，k为通过接收点位置和供电点位置计算得到的装置系数，C_j为第j个组合频率的归一化复数值；

所述频散率的计算公式为：

或

式（4）、（5）中，C_j为第 j个组合频率的归一化复数值，C_h 为第 h 个组合频率归一化复数值， h = j + 1；

所述相对相位的计算公式为：

根据电性测定统计结果，认真分析了研究区矿石与围岩的电性差异，结合卢卯等使用时间域激发极化法（长周期加密等比装置）在该成矿带洗线沟已知铅锌矿床的实验结果（卢卯等，2020），从扫面发现较深异常，剖面测深验证异常和定位异常深度的工作思路出发，设计了大极距小点距长周期的观测方式进行激电中梯扫面测量，数据采集设备为重庆奔腾仪器厂生产的 WDFZ-10T 大功率激电发射系统，激电中梯采用短导线方式一线供电3线测量， AB 极距离 3200 m，MN 距 120 m，点距 20 m，供电周期 32 s，断电延时 200 ms，采样宽度 80 ms。观测记录一次电位△U、一次电流I、视极化率ηa，计算电阻率参数，引入极化率比电阻率参数值参与异常分析。

激电测深采用扩频激电（SSIP）三极测深技术，仪器为巨杉智能科技生产的GSEM扩频激电采集系统，该仪器通过无线分布式阵列高精度采集系统实现了大深度（>1000 m）、高效率和高精度频谱激电信号采集。通过激电相对相位谱压制电磁耦合感应、通过扩频信号发射、Robust和相关叠加压制电磁干扰、通过带地形的精密反演实现任意观测装置组合下探测目标精密成像，最后通过地质地球物理的有效联系实现观测装置与勘探目标的最佳耦合，以及成矿有利区的高可信度预测。采集方式为无线分布式高精度阵列采集，外业施工可以根据每条测线的测点数量，一次在整条测线上布置全部测量电极，然后从测线中间开始供电，如图4 所示，先在A0B 供电。然后在 A1B 供电，之后是 A2B 供电，以此类推，直到供完所有的供电点。本次测量发送频率范围为 1/32～1/2 Hz，测点距为 20 m，测量极距 MN 为 40 m，供电电流 1. 0～8.5 A，无穷远供电点 B 垂直测线中心点5 km，单边供电最大距离测线中心点3 km，发送波形为5阶扩频波（组合频率4个），发送频率：1/32 Hz；测量 4 个电阻率参数、3 个相对相位参数、1个频散率参数。

3 异常识别与矿致异常定位

3.1 激电中梯异常划分

基于前期勘查效果，在垭都铅锌矿区，为了增大勘探深度和发现异常的能力，开展了长周期大极距激电中梯扫面探测。经计算本区视极化率背景值为 1.53%，异常下限为 2.4%，强异常北西南东向呈条带状分布于工作区南西侧（图5a），弱异常在测区均有不同程度分布，异常边界难以划分。为突出矿致异常，使异常形态分布规律更为明显，解释结果更加直观，特引入金属因子（傅良魁，1987；焦方谦等，2013；杨红等，2015）。结合异常下限，根据极化率与电阻率比值2.80×10^-3 来划分异常，弱化了高阻高极化异常区域，突出了低阻高极化异常，异常分区分带明显，边界清楚，推断了强金属因子异常 13个（图5c）。根据极化率、电阻率和金属因子组合 （图5a～5c），预测了相对低阻低极化强 η/ρ 铅锌氧化矿异常4个（②、③、⑩、⑪），相对低阻高极化强η/ ρ硫化矿异常9个（①、④、⑤、⑥、⑦、⑧、⑨、⑫、⑬），其中①、⑥、⑧、⑨可能为硫铁矿。异常呈条带状沿构造分布，或分布于构造交叉部位，与本区构造控矿特征吻合。根据电阻率的分布特征，在推断了高低电阻率异常边界为构造边界，高电阻率异常为碳酸盐岩分布区，低电阻率异常为韩家店组和蟒山组砂岩分布区。物探推断异常与地质成果均有较好的对应关系（图5b、5d），强金属因子异常多分布于较低阻区域，沿构造边界分布明显，具有较好的找矿潜力。

3.2 深部异常定位

结合本区地质成果，图5d北西向与北东向构造交汇部位，开展扩频激电双边三极测深进一步验证 ⑥号异常。图6a极化率剖面显示，深部“板状体”高极化率异常（YC74-1），异常较强边界清晰，极化率异常边界 8.5%，异常中心最好达 12%，根据物性测量结果，硫化矿具有高极化异常，推断为矿致异常； 图6b电阻率剖面浅部为不连续高阻分布特征，表现了泥盆系和二叠系地层的电性分布，不连续面可能与断层F₂、F₁和层间破碎带有关；深部高极化率分布区域，为明显的浅部高阻深部低阻密集等值线界面分布，界面大致呈 45º倾斜，根据高极化低阻异常特征，综合地质认识推断该异常为控矿断层 F₁和断层下盘下石炭统摆左组层间破碎带含矿引起，预测见矿类型为硫化矿，根据异常区分布电阻率特征规律预测，异常浅部中心可能为硫铁矿，深部异常尾部层间破碎带可能见铅锌硫化矿，预测异常顶板深度 460～520 m，标高+1940～+2000 m。

4 钻探验证成果

经过物探平面发现异常，剖面验证异常并确定了异常深部位置，结合地质成果充分论证，选择物探推断矿致异常空间分布与地质成矿条件预测吻合度高的异常进行钻孔验证，设计与验证结果详见表2。

验证发现硫铁矿体 1 个（图6c、图7），由 ZK74-1、ZK74-2、ZK72-1 共 3 个钻孔控制，为热液型硫铁矿体，矿体直接产出 F₀断层破碎带中，赋矿围岩为二叠系栖霞组灰岩—泥盆系高坡场组白云质灰岩，矿石主要呈自形黄铁矿集合体状和脉状、团块状。矿体倾向 240，倾角 33°，真厚 3.33～12.47 m，平均厚 7.65 m，Ts（总硫）：17.32%～42.57%，Ts 平均： 28.54%。矿体埋深310.50～472.18 m；矿体底板标高：1898.86～2162.10 m。发现深部低品位铅锌硫化矿体 1 个（图6c），矿体产出于 F₀断层下盘背斜转折端，赋矿围岩为摆佐组粗晶白云岩，矿石呈细脉状、团块状和浸染状。围岩蚀变有铁锰碳酸盐化、重晶石化、黄铁矿化等。目前由 ZK74-2 钻孔单工程控制，矿体走向 294°，矿体倾向 24°；倾角 21°，矿体铅厚4.28 m，矿体真厚4. 00 m，埋深692.38 m，矿体标高为1780.33 m，Pb：0.78%， Zn：0.84%。

a—视极化率；b—视电阻率；c—极化率/电阻率；d—研究区地质异常对比

5 结语和结论

5.1 结语

研究区工作程度较高，以往勘查工作开展过多种物探方法，找矿效果不理想，研究工作开始，认真分析了以往岩矿石电性成果、各物探方法异常特征及钻探验证成果，分析了以往勘查存在的各类问题。针对这些问题和本次研究的目的，首先开展了物性测试，测试统一了标本的测量尺度和测量参数，在多频率条件下系统测试了大量岩矿石电性，并重新统计了本区岩矿石电性特征。结合已知大深度铅锌矿体长周期加密等比装置激电测深研究的成果上，设计了大极距的中梯扫面测量，以期发现更深的高极化异常体。在异常分析过程中引入极化率与电阻率比值（金属因子）进行异常划分，屏蔽了部分高阻异常，使得部分异常与本区构造和地层吻合度更高，更容易识别金属矿致异常。在异常上设计了大极距的扩频激电测深（双边三级），进一步验证了异常的存在，确定了异常的深部位置及深部空间形态，结合异常的强弱，极化率与电阻率参数的组合特征，预测了深部见矿类型和见矿深度。

a—74线极化率；b—74线电阻率；c—74线地质剖面

1—中二叠统栖霞—茅口组；2—中二叠统梁山组；3—中石炭统黄龙—马平组；4—下石炭统摆左组；5—下石炭统旧司—上司组；6—上泥盆统高坡场组；7—中泥盆统鸡窝寨组；8—中泥盆统独山组；9—中泥盆统邦寨组；10—下志留系统韩家店组；11—地层界线；12—断层及编号；13— 推断异常及编号；14—硫铁矿体及编号；15—铅锌矿体及编号；16—钻孔及编号

验证成果说明，物探找矿工作是一系列严谨认真、环环相扣、循序渐进、已知到未知、由面到点、由浅至深和物探与地质等多学科相结合逐步解决各环节问题的复杂过程。要根据提出的地质问题，结合工作区环境条件、干扰条件、地质条件和工作程度，开展系统的物性测试和已知矿的探测研究，总结各异常特征的基础上，由工作区到异常区，由异常区到深部异常空间位置，由深部异常空间位置到定位异常深度，确定引起该异常的矿石类型，最终设计钻孔验证。

1—第四系；2—中二叠统栖霞—茅口组；3—中二叠统梁山组；4—中石炭系统黄龙—马平组；5—中石炭统摆佐组；6—下石炭统旧司—上司组； 7—上泥盆统高坡场组；8—中泥盆统鸡窝寨组；9—中泥盆统独山组；10—下志留统韩家店组；11—地质界线；12—断层及编号；13—钻孔及编号；14—矿体及编号

5.2 结论

（1）通过统一尺度的电性参数测定，总结了研究区岩矿石的相对电性组合特征，对频率0.1 Hz的极化率和电阻率几何平均值进行统计发现，铅锌硫化矿为高极化最低电阻率异常，硫铁矿为高极化率低阻异常，铅锌氧化矿为低极化低阻异常。

（2）激电扫面和测深装置的创新，具有发现更大深度矿致异常体的能力，结合异常下限，根据极化率与电阻率比值 2.80×10^-3 来划分异常，采用“极化率+电阻率+η/ρ”参数的异常组合推断，在平面上预测深部有利成矿区，异常可靠。

（3）采用扩频激电测深验证中梯平面异常，进行异常体二维空间分布探测，定位异常体位置，确定钻孔深度，经钻孔验证 3 孔见深部硫铁矿和铅锌硫化矿，获中型硫铁矿床1个，钻孔验证埋深高度吻合，为该类型矿床“精准探矿”的实现奠定了良好的物探基础。

参考文献