罗传根：石墨矿激电异常特征研究与钻探验证
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罗传根（简介附后）
双湖石墨矿激电异常特征分析及验证
罗传根，高士银，王军成
(江苏省地质勘查技术院，江苏南京210049)
导读：
石墨矿属于战略性矿种。分析研究典型石墨矿物探异常特征，优选可靠的物探方法，可为石墨矿勘查提供重要依据。
双湖石墨矿激电异常钻探验证效果好！
据了解，江苏省地质勘查技术院负责的双湖石墨矿勘查成果受到江苏省高度重视！
推文提纲：
0 摘要
1 引言
2 工区地质概况
3 工区激电异常特征分析
4 结语
摘要：双湖地区石墨矿体赋存于东海岩群班庄组大理岩段，通过开展大功率激电工作，圈定激电异常，并对低阻高极化激电异常特征进行分析，研究石墨矿的激电异常特征，确定矿体的位置及空间赋存状态。经槽探与钻探验证，低阻高极化的激电异常与石墨矿(化)体无论在平面及空间位置都高度吻合，说明激发极化法在该区石墨矿勘查中合理有效。结合石墨矿的激电异常特征，通过开展井中激电推测盲矿体的位置、规模及其延伸情况，为后续工作开展提供了重要依据。
关键词：石墨矿；低阻高极化；异常特征；激发极化法；盲矿体
1 引言
石墨是碳元素的结晶矿物之一，是重要的非金属矿产，广泛应用于冶金工业、电气工业、机械工业、核工业、航天工业等。随着科技的发展，其应用领域还在不断扩宽，已成为高科技领域中不可替代的重要材料，在国民经济中有着举足轻重的作用。石墨矿是不可再生资源，为了响应国家对急缺矿产及新兴矿产的调查，江苏省近几年加大了对石墨矿产调查的投入。
石墨矿的普查通常需要采用地球物理勘探手段来进行，由于石墨矿体对周围岩体而言具有低阻高极化的地球物理场特征，因此，激发极化法(IP)对寻找石墨矿是一种行之有效的地球物理勘探方法。它是以地壳中不同岩、矿石的激电效应差异为物质基础，通过观测与研究人工建立的激电场的分布规律进行找矿和解决地质问题的一种电法勘探方法。
前人对石墨矿的地球物理特征有了详细的介绍，但石墨矿与激电异常的特征却少有详细分析，尤其是井中激电与石墨矿盲矿体的对应关系。本文通过对在东海双湖地区开展的大功率激电工作的异常特征进行分析，并根据井中激电异常特征推断石墨矿体的形态及其地下分布情况，为工区下一步详查工作提供依据。
2 工区地质概况
工区位于东海县双湖—三辅一带，区内陆层主要为新太古代—古元古代东海岩群夹山组(Ar4—Pt1Dj)、班庄组(Ar4—Pt1Db)，地表为第四系广泛覆盖。夹山组(Ar4—Pt1Dj)仅在预查区南部有少量分布，岩性主要为斜长变粒岩、黑云变粒岩，夹少量斜长角闪岩、角闪斜长片麻岩，其南侧被二长花岗岩侵入而破坏。班庄组分布广泛，可分为上部片麻岩段和下部大理岩段：其中上部片麻岩段主要岩性为二长片麻岩、钾长片麻岩夹变粒岩，厚度＞3.6km；下部大理岩段以白云石大理岩、白云质大理岩、含石墨大理岩与变粒岩互层为主，局部夹透辉石石英岩、白云母石英(片)岩、石墨石英岩，主要呈透镜状、似层状，厚度数米至数百米；工区内仅在西部双湖地区及南部三铺—范庄一带出露，另在北部区外黑豆涧—窝子一带、南部区外吴庄—小杨庄一带也有少量出露。区内第四系覆盖较广，多为冲积、残积含砾粉砂质黏土、黏土质粉砂，厚度一般为0〜3m。区内岩浆岩比较发育，区内局部出露新太古代—古元古代基性—超基性岩体，岩性以蛇纹岩为主，主要呈脉状侵入于大理岩中，局部为石墨矿体的底板。
通过对苏鲁超高压变质带石墨矿产的分布特点和成矿规律的总结(表1)，区内石墨矿化主要赋存于班庄组下部大理岩段。
表1苏鲁超高压变质带石墨矿产对比
3 工区激电异常特征分析
3.1 岩（矿）石物性（激电）特征分析
为了解工区岩矿石物性特征，丰富工区物性资料，共完成172块岩（矿）石标本的测量工作，其电性参数电阻率p（Ω·ｍ）及极化率n（%）统计结果如表2所示，同时对5块石墨石英岩进行各向异性研究（平行、垂直片理两个方向），其结果如表3所示。
表2 岩(矿)石电性参数统计
表3石墨石英岩电性参数各向异性统计
由表2分析，电阻率p变化趋势为：石墨石英岩＜含石墨大理岩＜二长片麻岩＜大理岩＜变粒岩＜碎裂岩＜含黄铁矿变粒岩＜钾长片麻岩；极化率n变化趋势为：大理岩＜变粒岩＜二长片麻岩＜钾长片麻岩＜碎裂岩＜含石墨大理岩＜含黄铁矿变粒岩＜石墨石英岩。分析表3得出：石墨石英岩各个方向均显示低电阻率、高极化率，但平行片理方向的电阻率小于垂直片理方向，而极化率与方向的相关性不明显。
综合表2、表3可以看出：不同岩（矿）石之间存在电性差异；同类岩（矿）石由于矿化蚀变程度及各向异性的不同，其电性也有较大的差异。其中石墨石英岩、含石墨大理岩具有明显的低阻高极化特征，与其他岩矿石差异明显，为大功率激电工作的开展提供了依据。
3.2 面积性激电异常特征分析
激电中梯面积性工作AB=1500m，MN=40m，激电面积性数据经专业软件处理后成图（图1），其极化率异常下限为2%。由图1可以看出视电阻率值p（Ω·ｍ）整体东高西低的趋势与第四系覆盖层厚度有关，工区中部、东部第四系覆盖较薄，西部相对较厚，从而形成东高西低的变化趋势；视电阻率曲线受地层等因素影响，其走向为北北东向；中东部长条状高阻异常（硅化）可能与断裂构造（F1）有关，F1为郯庐断裂带次级断裂，该断裂虽为破矿构造，但其对矿体的连续性没有影响。图中极化率异常主要集中在工区南部低阻区域，据物性资料中石墨石英岩、含石墨大理岩具有明显的低阻高极化特征，面积性工作划分出两个低阻高极化激电异常JD-1、JD-2，本文着重分析JD-1异常。
图1 视电阻率、极化率平面等值线
JD-1异常位于工区南部F1断裂西侧，异常形态大致呈条带状，近南北向展布，略呈“S”形，长度约1100m。异常中心极化率值达4%以上；视电阻率p表现相对低阻，且未圈闭，一般＜1000Ω·ｍ。异常总体强度高，规模大，异常区出露岩性为变粒岩、大理岩、石墨石英岩等，推测异常是由多条“S”形石墨矿脉所引起。根据槽探资料共控制晶质石墨矿体4条，矿体厚度2〜7m，走向近南北向，矿体位置、走向与异常基本吻合。
3.3 剖面激电异常特征分析
为了对JD-1异常进行评价，布置了三条测深剖面（I线、Ⅱ线、Ⅲ线，测深点位置如图1所示），测深工作采用对称四极等比装置，ABmax=1600m。三条剖面近东西向平行展布，且垂直于异常走向，剖面间距80m，异常中心处点距10m，两侧点距逐渐增大。
3.3.1 I线剖面激电异常特征分析
从I线反演等值线断面图（图2）可以看出，940〜1000m处及1040〜1140m处，分别有一低阻异常，异常形态不规则，推测可能为断裂F1的次级断裂破碎带引起。剖面860〜1040m，标高50〜—250m范围内有一高极化异常，该高极化异常总体呈条带状，宽约100m、长约300m极化率最大达7％以上，极化率异常范围内电阻率相对较低，推测该低阻高极化异常由石墨矿（化）体所引起。该异常往深部范围增大，推测深部石墨矿（化）体规模可能更大。
图2 I线剖面反演等值线断面
3.3.2 Ⅱ线剖面激电异常特征分析
从Ⅱ线反演等值线断面图（图3）可以看出，剖面1010〜1070m，标高50〜-250m范围内有一高极化异常，该异常呈向西陡倾（约70°）的长条状，宽度40〜100m，长度约300m，异常中心极化率值达6．5%左右，对应位置处电阻率值相对较低，推测该低阻高极化异常由石墨矿（化）体所引起。高极化异常往深部范围增大，推测深部石墨矿（化）体规模可能更大，与I线剖面推测结果对应。
图3 Ⅱ线剖面反演等值线断面
3.3.3 Ⅲ线剖面激电异常特征分析
根据Ⅲ线反演等值线断面图（图4）分析，剖面960〜1040m，深0〜250m范围内有一高极化异常带，对应位置处电阻率相对较低。该低阻高极化异常宽度较I线、Ⅱ线剖面激电异常明显变窄，而且异常中心极化率值也有所降低，约为5%左右，推测该低阻高极化异常由石墨矿（化）体所引起，但其规模已变小。
3.3.4 测深剖面异常验证
根据三条测深剖面异常的空间分布特征（图5）可以看出，异常有很好的连续性，与面积性工作异常JD-1位置基本吻合。Ⅰ线、Ⅱ线剖面分别布置了钻孔（ZK01，ZK02）对异常进行验证，ZK01揭示71.95—231.55m为班庄组大理岩段，主要为大理岩与变粒岩互层；大理岩内见石墨矿体7层，石墨矿（化）体13层，岩性为含石墨大理岩；该石墨矿（化）体与I线剖面反演断面图低阻高极化异常位置基本吻合。ZK02揭示23.42〜58.41m为班庄组大理岩段，主要岩性为大理岩；大理岩内见石墨矿体3层，石墨矿化体2层，岩性为含石墨大理岩；该石墨矿（化）体与n线剖面反演断面图低阻高极化异常位置基本吻合。
图5激电测深剖面三维立体图
由此可以看出石墨矿（化）体在各个方向均有一定规模的延伸，与低阻高极化异常位置对应。从浅至深，多条石墨矿体呈雁列状排列，倾向向西。而且低阻高极化激电异常与矿体在平面及空间位置都高度吻合。
3.4 井中激电异常特征分析
地井方位观测是探测井旁和井底盲矿体行之有效的方法，利用不同方位上的异常曲线特征，可大致确定异常体的电性特征和空间展布，因此对钻孔ZK01及ZK02进行了井中激电测量，并对数据进行处理，根据井中激电异常特征，结合低阻高极化异常与石墨矿体的位置对应关系，推测石墨盲矿体的位置及延伸情况。
ZK01孔中低阻高极化异常主要分布在75〜170m，与石墨矿（化）体基本吻合。其四方位测井在东向70〜190m段有明显低阻高极化异常，说明石墨矿（化）体向东有一定规模的延伸，其他三个方向高极化异常主要分布于110〜220m段，推测深度110〜220m内石墨矿（化）体向三个方向均有一定规模的延伸。
ZK02孔中30〜55m段为有相对低阻高极化异常显示，推测与该段大理岩中的石墨矿化、弱黄铁矿化有关。四方位激电测井中各方位曲线差异较大：东向、北向40〜55m段有低阻高极化异常，推测该深度范围内向东、北分别存在石墨盲矿体；南向40〜50m、60〜70m、80〜90m段有低阻高极化异常，推测该区段内向南存在多层石墨盲矿体。西向的43〜58m段存在明显的中低阻高极化异常，推测向西存在石墨矿（化）体。
4 结论
1）本文通过在双湖石墨矿地区开展的大功率激电工作，圈定激电异常经槽探、钻探工作得到充分的验证，激电异常与石墨矿（化）体无论在平面位置还是空间位置都高度吻合，说明激发极化法在该区石墨矿勘查中合理有效。
2）双湖地区石墨矿体赋存于东海岩群班庄组（Ar—PtDb）大理岩段，为大理岩一变粒岩一石英岩组合。石墨矿体呈似层状、透镜状夹于大理岩中。
3）石墨矿化体具有相对低阻高极化的特征，低阻高极化的激电异常特征是寻找石墨矿的重要找矿标志，并根据井中激电异常特征的分析推测了盲矿体的位置、规模、及其延伸情况，为双湖地区后续开展石墨矿勘查工作提供了重要依据。
来源：
罗传根，高士银，王军成．双湖石墨矿激电异常特征分析及验证［J］．工程地球物理学报，2020，17（1）：38－44。
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罗传根介绍：
男，54岁，江苏泰州人，物探高级工程师，现任江苏省地质勘查技术院副院长兼总工程师。1989年长春地质学院地球物理系勘查地球物理专业毕业，历任江苏省地质勘查技术院技术员，研究所副所长、所长、分院长、院长助理、副院长、总工程师等职。
长期从事地球物理勘查工作，先后主持完成上百项省部级大型地球物理勘探项目，如以杭州湾跨海大桥为代表的几十座跨海跨江大桥的地球物理勘察、以秦山核电为代表的数十个核电选址海域陆域地球物理勘察、以江苏赣榆石墨矿及江苏月亮湾地热为代表的几十个资源勘探地球物理勘察项目。获省部级奖多项：地矿部及国土资源部的二等奖、三等奖，中国地球物理学会工程银奖等；厅局级奖十几项：省国土资源厅一等奖、二等奖，省住建厅一等奖、二等奖等；发表文章十余篇，获得以第一完成人的使用新型专利多项，现为中国地球物理学会金属矿勘查专业委员会副主任，江苏省地球物理学会副理事长，江苏地质学会地球物理专业委员会主任，江苏省知名地球物理学专家。