CSAMT法异常新认识，深部找矿新标志，超厚覆盖区发现大型铁铜矿【矿产勘查大会征文】
CSAMT法变形异常，覆盖区深部找矿标志应用汪青松1,3,4,5,6，张凯1,3,4,5,6，马冬2，王芝水1,3,4,5,61 安徽省勘查技术院2 安徽省地矿局326地质队3 安徽省电法勘探重点实验室4 安徽省深部资源勘查工程研究中心5 中国地球物理学会院士专家工作站6 自然资源部覆盖区深部资源勘查工程技术创新中心导读：CSAMT法电阻率异常正常情况下是呈水平层状的。当水平层状异常发生变形时，必然是由地质变化引起的。笔者总结研究了不同异常形态的地质解释模型。并根据CSAMT法变形异常特征在安庆月山超厚覆盖区发现了埋深千米的大型富铁矿床，同时查明共伴生铜、钴、镓矿3个中型规模资源量。因而进一步提出了CSAMT法变形异常可作为覆盖区深部找矿标志，不仅适用金属矿勘查，也适用地热资源勘查。【往期精彩回顾】有常印佛院士谈首届全国矿产勘查大会内容提纲0 引言1 淮北地区CSAMT法异常分类研究2 安庆月山地区发现朱冲大型铁铜矿床3 其它矿床CSAMT法异常特征4 小结0引言CSAMT法是在MT法（大地电磁法）、AMT法（音频大地电磁法）基础上发展起来的一种人工源频率域电磁测深方法，用于探测地下电性分布，研究地下介质导电性差异，推断地层岩性结构和构造。CSAMT有三个特点：一是用人工场源，所观测电磁场的频率、场强和方向可由人工控制，其极化方向明显，信噪比高，易于观测，工作效率高。二是主要使用音频频率，它可以穿过高电阻薄层，有些无法用直流电法和地震法探测到的高电阻薄层下的地质体，用CSAMT法可得到好的效果。三是沿用卡尼亚公式计算视电阻率。卡尼亚公式要求满足平面波近似，只有在“远区”测量才能满足这个条件，收发距R≥15D(D为探测深度)（何继善，2019），由于场源功率的限制，实际测量时很难满足“远区”条件。深部找矿需要大收发距、低频率，频率越低探深增大，然而R越大信号越弱，收发距也相对减小。现行规范规定R＞3-5倍勘探深度（图1），显然难以满足“远区”条件，特别是大深度探测时低频部分往往处在“过渡带”甚至到达了“近区”，已不符计算卡尼亚电阻率的要求，在剖面图上低频部分往往呈现一片高阻异常区，通常认为没有使用价值。
图1 CSAMT法测量示意图笔者认为，“过渡带”甚至“近区”的电阻率异常有时也具有参考使用价值，其理由是地下电性结构会影响地面电磁场分布，凡是经过重复检查的物探异常，在排除了地表和天空环境因素影响之后，必然是由地下地质体电性变化引起，是否由矿体引起则需要根据异常形态结合地质背景和控矿地质条件进行判断。因此，研究CSAMT法电阻率异常形态，进行地质解释至关重要。1 淮北地区CSAMT法异常类型1.1 地质背景安徽淮北前常-徐楼地区地表被新生代地层覆盖，厚度100~300m。基岩为古生代地层和燕山期岩浆岩。古生代地层岩性为寒武系(∈)白云质灰岩、泥灰岩、粉砂质页岩、页岩，奥陶系(O)灰岩和白云岩，石炭系-二叠系(C-P)灰岩、砂岩、页岩及煤层等。燕山期岩浆岩主要岩性为闪长玢岩、石英闪长玢岩、石英二长闪长玢岩等。主要岩体有三铺、徐楼、邹楼等中酸性岩体，均与铁、铜、金等矿产关系密切。主要矿床类型为夕卡岩型徐楼式铁矿和前常式铁铜（铜金）矿。前者产于奥陶系碳酸岩与闪长玢岩主岩体上接触带附近，单一铁矿。后者产于三铺复式岩体中闪长玢岩与寒武系碳酸盐岩接触带上，铁矿、铁铜和铜金矿，并富含“三稀”矿产。该区为典型新生界松散层厚覆盖区，物探工作在金属矿勘查能发挥重要作用。2006-2008年间，笔者在此负责省级覆盖区综合找矿方法研究项目，共施工CSAMT法测点2364个，完成剖面50余条，据此进行了CSAMT法二维剖面电阻率异常形态分类研究，建立了物探解释模板，现已发展为覆盖区找矿“循环渐近式勘查技术体系”探测十法之一（物探异常模板解释法）。1.2 CSAMT法异常类型本次工作在淮北地区根据二维剖面电阻率异常形态特征，将CSAMT法电阻率异常划分为6种类型（参见图2），并建立了相应的地质解释模型，经钻探验证取得了较好的找矿效果。
图2 CSAMT法二维剖面电阻率异常形态分类图（1）水平层状异常如图2A。该类型异常特征是电阻率等值线总体呈水平分布，并有一条或多条电阻率等值线密集带存在，分割为多个水平异常区，通常下层电阻率高于上层电阻率，是地层的反映，底部高阻层已有“过渡带”或“近区”场源影响。该类不是寻找与岩浆热液活动有关的矿床有利异常。（2）水平层状变形异常如图2B。当电阻率等值线发生扭曲或内凹时，说明正常地层岩性发生了变化，多为岩体侵入及其接触带引起，往往是成矿有利部位，需要结合地质条件分析。（3）陡倾梯级带异常如图2C。该类型异常特征是存在陡立状电阻率等值线密集带。两侧异常差异较大，是断裂构造带或岩体接触带的反映。（4）蘑菇状异常如图2D。该类型异常特征是异常形态呈蘑菇状，高阻部分为岩体和大理岩，低阻部分为岩体与围岩接触带，局部低阻异常为成矿有利部位。（5）高阻孤岛状异常如图2E。该类型异常只出现在岩体分布区，其特征是面积较小的高阻异常孤立分布于相对低阻异常区，很显眼，好似岛屿漂泊于海洋之中，高阻异常为大理岩捕虏体，相对低阻区为岩体，该类型异常是区内成矿最有利异常，在高阻异常边缘出现局部低阻异常，往往是铁矿体的反映。（6）组合带状异常如图2F。该类型异常特征是低阻异常带与高阻异常带同时出现，高阻异常在上部，低阻异常在下部，组成带状异常，高阻异常多为碳酸盐岩地层，低阻异常为碳酸盐岩地层与岩体接触带，下层高阻为岩体的反映，有“过渡带”或“近区”场源影响。高低异常之间分层界线复杂多变时，高阻异常带中局部低阻异常区是找矿的有利部位。2 安庆月山地区发现朱冲大型铁铜矿床2.1地质背景安庆月山岩体是一个燕山期中酸性成矿小岩体，它的深部形态为一呈北东—南西延长的椭圆形，浅部侵入于三叠纪地层中，分成东、西、西南、北四个岩枝（图3），为一多枝状岩株，总出露面积11km2，南部出露地表，向北渐低，到测区北部边界。岩体埋藏深度超千米（图4）。岩体上部地层主要为三叠系中统铜头尖组（T2t）和月山组（T2y）覆盖，局部见侏罗系下统磨山组（J1m）。地表第四系（Q）覆盖（图3）。
图3 月山岩体地质、物探综合图岩体边界北侧与三叠系中统月山组接触，向北缓倾（图4），倾角20°~30°；南侧与南陵湖组接触，接触面倾向北东，倾角与上接触带相似。地层特征、接触关系等见地层简表（表1）。
图4 月山岩体接触面等深线图表1 安庆月山地区地层简表系统地层名称符号厚度（m）主要岩性控矿性三叠系上统拉犁尖组T3l17－55细砂岩、粉砂岩、砂质页岩、炭质页岩，含薄层煤及透镜状赤铁矿。中统铜头尖组T2t1735粉砂岩、粉砂质页岩夹细砂岩、含砾粉砂岩及含铜粉砂岩透镜体。具有一定的找矿潜力月山组三段T2y343粉砂岩、页岩夹白云质泥灰岩。次要成矿围岩二段T2y252膏溶角砾岩次要成矿围岩一段T2y115-60薄—厚层白云岩，灰质白云岩，含石膏假晶。重要成矿围岩下统南陵湖组T1n＞420薄—中厚层石灰岩，顶部薄层灰岩夹灰质白云岩重要成矿围岩和龙山组T1h146薄层条带状灰岩与钙质页岩互层有利成矿围岩殷坑组T1y136上部钙质页岩，下部钙质页岩夹泥灰岩透镜体已经查明，月山岩体为一成矿岩体，且最佳成矿部位为“舌状体构造”的内、外接触带，成矿类型为夕卡岩型，矿床的规模较大。上接触带及其内接触带的捕虏体构造为次要成矿部位，其中赋存有一系列的小型铜、铁、钼等矿床（点）。具有一定规模型矿体集中在岩体东枝及东枝与北枝交汇部位。月山岩体已探明矿床15个，其中具一定规模的矿山6处，以往已提交铜金属储量50×l04t，铁矿石量5000×l04t（高硫富矿）。矿区的已知矿床分为四类：受东西向构造带控制的矿床、受上接触带控制的矿床、受捕虏体构造控制的矿床与构造断裂带控制的矿床（图5）。
图5 月山岩体矿床水平投影图2.2 布置CSAMT法工作目的月山岩体是一个成矿岩体，从上世纪60年代发现中型安庆铜矿以后，该区找矿工作一直没有大的突破。进入21世纪以后，安徽省326地质队加大了找矿力度，启动了“安徽省怀宁县月山地区深部找矿”项目，并得到了安徽省地矿局科研经费支持。地质人员研究结论为月山岩体深部北侧接触带成矿条件好，有可能发现新的矿床，存在的问题是深部接触带分布情况及其与重要成矿围岩接触部位的埋藏深度不清楚，难以进行钻探验证，需要深部物探方法支持。CSAMT法工作布置的目的是在岩体东枝及北枝以北地区，重点探测岩体接触带，寻找有价值的矿体，实现找矿突破（程长根等，2011）。先后5次布置CSAMT工作。第一次布置北北西向测区4条，剖面编号为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ，北西向2条剖面编号为I、II（图6），主要目的探索岩体向北倾伏深度；第二次布置北北西向11条，剖面编号为Ⅰ0、Ⅰ1、Ⅰ2、Ⅰ3、Ⅰ4、Ⅱ2、Ⅱ3、Ⅲ2Ⅴ1、Ⅵ1、Ⅶ，主要目的是增密网度，减少剖面间距和控制全测区；第三次布置北东东向剖面6条剖面编号为Ⅹ、ⅩⅠ、ⅩⅡ、ⅩⅢ、ⅩⅣ、ⅩⅤ，主要是寻找南北向构造和类比不同方向可控源物探信息。
图6 月山岩体CSAMT法第1、2、3期工作布置图2.3 水平变形异常首钻验证见矿2.3.1 “V”字形低阻异常Ⅵ线2525～5475点间电性在-450m标高分为上下两部分，电阻率上低下高。在4175～4775间（朱冲）出现水平变形异常，上部低阻区内出现陡立柱状异常体，直接插入下部高阻异常区，呈“V”字形低阻异常，深达-950m标高（图7）。重复检查测量异常可靠；现场调查没有外界电磁干扰，物探人员判断浅部低阻层由三叠系铜头尖组粉砂岩引起，深部高阻层为月山组白云质灰岩和闪长岩体引起，“V”异常由深部地质体引起。地质人员判断-950m可能是岩体与月山组接触带，有利成矿部位。最后决定在此布置首钻，孔号为ZK0901，地面标高约+100米。
图7 怀宁朱冲铁铜矿VI线CSAMT电阻率断面图
照片1 地质和物探人员在野外现场调查共同商定首钻位置时现场，现场调查没有发现电磁场干扰源存在，判断“V”异常由深部地质体引起，本文作者在其中。2.3.2验证结果ZK0901在孔深980.14～1097.45m见厚约110m的石膏矿（该区成矿规律是铁铜矿体位于石膏下部），在孔深1102.54位开始见含铜磁铁矿。见矿当时为夜里，项目组成员得知见矿消息后，十分激动！当夜即从安庆市驱车40多公里，深夜上山，来到钻机现场查看和指导钻探施工工作。矿体于1126.98m深度处结束，矿层厚度24.44米，其中22.85米为高品位含铜磁铁矿，终孔1176.93m，矿体位于“V”异常底部（参见图13）。朱冲铁铜矿勘查从此拉开序幕，对类似异常均进行了钻探验证。2.4 深部变形异常验证再次见矿2.4.1深部异常概况在前两次布置的北西西向CSAMT法剖面电阻率等值线图上，物探异常基本分布在标高-800m以上部位，局部延伸到-1000m左右深度。钻探见矿部位也都是在-1000m以上部位，成矿地质位置也都是在岩体与上覆月山组（T2y）中下段接触带位置。经过一年多异常验证与勘探，初步确定该区矿体主要位于月山组（T2y）与岩体接触带，埋深在地表下1000m左右（个别地区达1200m的深度），标高一般在-1000m以内，主要矿体为含铜富磁铁矿。TFe品位约50%，mFe品位约45%，预测储量1000~1500×104t。因剖面深部异常特征不明显，在-800m标高的深度以下，电阻率值从5000Ω·m到20000Ω·m，局部达30000Ω·m以上，基本呈波状起伏，无明显异常特征，没有引起关注。在近东西向CSAMT法剖面中局部有异常出现，最典型的是ⅩⅢ线4175~4575点之间，在-1000m以下区段顶部和东西两侧电阻率值达1500~40000Ω·m，内部出现最低值只有400Ω·m的环形异常。经检查异常可靠，且无明显外部干扰因素存在，基本为地质原因所致，推断异常位于岩体内部。但本区找矿近40多年来，没有在岩体内部发现规模矿体（图8），验证风险大。
图8 ⅩⅢ线CSAMT电阻率断面2.4.2深部异常特征分析与推断解释（1）ⅩⅢ线的深部异常与上部异常分离，在剖面垂向电阻率等值曲线出现低―高―低明显特征。下部低阻异常不受上部低阻干扰，且下部低阻值只有400Ω·m，低于顶部2000~4000Ω·m，异常独有特征明显。（2）此异常规模大。宽度达400m，深度范围在-1100~-1500m之间。（3）此异常属于变形异常，在高阻区出现低阻“天窗”异常。应由地质因素引起。（4）并非孤立异常，其它测线有类似变形异常存在。与此异常交汇北北西向Ⅴ1（图9）、Ⅵ（图7、图13）、Ⅵ1（图10）剖面，交点分别为4100/ⅩⅢ与3830/Ⅴ1、4320/ⅩⅢ与4170/Ⅵ、4530/ⅩⅢ与2980/Ⅵ1，深部异常存在“V”型或“U”型变形特征。在-1000m的深度，下部异常大于20000~40000Ω·m电阻率值形成的波状曲线，呈明显“V”型特征，“V”型谷部位电阻率20000Ω·m，相对较低，两侧约高5000Ω·m。
图9 V1线CSAMT电阻率断面图
图10 VI1线CSAMT综合断面图与此异常平行的Ⅻ线（向南约500m）4075~4225点，异常总体特征类似，异常中部电阻率约1000Ω·m，顶部大于5000Ω·m，两侧2000Ω·m以上，属于相对低阻异常，位置降低，在-1200m以下（图11）。
图11 Ⅻ线CSAMT电阻率断面图（5）推断解释。经区域地质资料分析，南部马头山地区岩体中有一大理岩南宽北窄的透镜体向北延展（注：这是地质依据），可能到达ⅩⅢ线异常点（注：这是物探依据）。在岩体作用下具有成矿的可能，决定布置0803钻孔进行深部验证。2.4.3钻探验证情况深部异常验证实际最先施工了VI1线0706钻孔。在0803钻孔还没施工时，施工在先的0706钻孔穿过接触带后没有见到矿体。经对ⅩⅢ线4175~4575点异常在延展方向上的分析，认为向北可能延展到0706钻孔部位，在VI1线上也有CSAMT电阻率不明显的“V”低阻异常存在（参见图10），决定此孔打到岩体后再加深300m，率先进行岩体内深部异常验证（说明一下，此孔验证前没有注意该“V”低阻异常，设计见岩体后即停止钻进）。结果打入岩体160m后（孔深1151.40~1160.42m）见富铁矿体9.02m。TFe品位在47.99%，mFe品位43.23%，Cu品位0.11%。在1180.32~1215.60m处又见35.28m富磁铁矿，TFe品位在49.48%，mFe品位45.88%，铜品位0.14%。深部异常首孔验证获得成功。接下来在0706向西100m布置0807孔，0803、0807穿过闪长岩体160~290m均见矿，见矿厚度44~64m(图12)，实现了该区找矿重大突破，从而证实ⅩⅢ4175~4575点异常是成矿异常，推断是正确的（程长根等，2011）。
图12 ZK0807、ZK0706、ZK0803钻探验证结果ZK0807孔位于VI1线与VI1线中间部位，处于二测线“V”低阻异常带上。在ZK0706、ZK0807验证“V”字形低阻凹陷异常均见矿后，再次对VI线ZK0901（首钻见矿孔）南侧（3990-4250点）“V”字形凹陷低阻异常进行了验证，施工ZK0906和ZK0904孔，均见矿（图13）。进一步验证了“V”字形异常为矿致异常。
图13 VI线地质物探综合剖面图由于CSAMT法找矿效果好，此后又布置的第4期和第5期CSAMT法测量，前后5次共施工CSAMT法测点3278个，地质与物探相结合定位，累计查明铁矿矿石量5163.94万吨（富铁矿达大型），Tfe品位50.1%、铜金属量13万吨（中型）、钴金属量0.97万吨（中型）、镓金属量0.17万吨（中型）。填补了安徽省无大型富磁铁矿的空白。这是安徽省地质矿产勘查局326地质队启动“安徽省怀宁县月山地区深部找矿”成果。也是利用CSAMT法技术，发现了安徽省第一个大型富磁铁矿床(朱冲矿床)。矿床勘探报告评审专家们指出：“朱冲地区铁铜矿的探明，是地质与物探可控源音频大地电磁法（CSAMT法）在深部找矿工作中紧密结合实现找矿突破的成功范例”。
照片2 物探人员在钻机前合影（从左到右依次为赵景怀、刘德鹏、杨立本、汪青松、张凯）
照片3 朱冲铁铜矿岩心（含铜磁铁矿矿石）
照片4 地质人员编录朱冲铁铜矿钻探岩心3 其它矿CSAMT法异常特征进一步研究发现，很多岩浆热液矿床，都具有CSAMT电阻率变形异常特征，不仅金属矿床，带状热储也如此。图14在-1100~-1800点间，水平电阻率等值线明显出现扰动、下凹现象，尤其在高程-1200m以深的深部，出现“倒U形”低阻异常，表明深部存在隐伏断裂构造，后经钻孔证实。
图14 霍邱县西梢地区地热勘查7线CSAMT电阻率断面图4 小结1、CSAMT法变形异常，是覆盖区深部找矿标志；2、CSAMT法“过渡带””甚至“近区”的电阻率异常也有参考使用价值。主要参考资料汪青松.2011.CSAMT二维电阻率异常分类及其地质解释—以淮北前常-徐楼地区为例[J].安徽地质，21（1）：44-47.程长根，李勇，张凯，汪青松.2011.在月山岩体利用大地音频电磁测深（CSAMT）法寻找深部隐伏矿体的初步研究[J].安徽地质，21（1）：52-59.汪青松，崔先文，张凯，等.2018.厚覆盖区综合找矿模式研究与实践.北京:地质出版社.张凯，汪青松，崔先文，等.2018.可控源音频大地电磁法在地质找矿中应用[M].北京：地质出版社.张凯，许传建，黄素荷，汪青松，等.2018.浅析CSAMT法近场地电信息与利用[J].中国煤炭地质，30（8）：62-69.何继善.2019.大深度高精度广域电磁勘探理论与技术[J].中国有色金属学报，29（9）。汪青松,张金会,张顺林,张家嘉,产思维,程培生,崔先文,张凯.2021.厚覆盖区找矿“循环渐近式勘查技术体系”[J]，地质论评，第67卷 第4期。