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音频大地电磁测深法在辽宁瓦房店金伯利岩矿区的应用

更新时间:2009-03-28

辽南地区是我国著名的金刚石产地,前人在此地区对金刚石原生矿分布规律、地质特征、矿物岩石特征、含矿性及地球化学特征等做过相关研究[1-6],并取得了众多成果。但就找矿方法而言,目前还没有取得实质性突破。以往金刚石找矿,基本以地质填图、水系重砂追索、高精度磁法圈定异常、钻探验证为主要手段。随着地表资源开发程度的提高,发展深部找矿、圈定深部成矿有利地段、寻找矿集区深部第二空间成为今后金刚石勘查的重要趋势[7-9]。瓦房店地区隐伏金伯利岩矿主要分布在距离地表200 m以下范围,在深部矿体位置不明确的情况下,难以布设钻探和坑探工程。 AMT具有勘探深度大、分辨能力强、成本低等特点,是研究深部地质构造和寻找隐伏矿的有效手段[10-13]

教材以“在相似多边形中,最简单的就是相似三角形”引入全课,让学生的认知由一般走向特殊,聚焦到单元核心相似三角形上来.接下来,教材类比全等三角形的编排,给出了“六要素判定法”:在△ABC与△A′B′C′中,如果我们就说△ABC和△A′B′C′相似.这是判定两个三角形相似的原始方法,是所有简便判定方法的认知基础.为了让学生对“全等三角形是相似三角形的特殊情形”有深刻的认知,教材在明确“相似比为k”的同时,还在正文旁的“泡泡”中提出问题“如果k=1,两个三角形有怎样的关系”,以此引导学生相似三角形与全等三角形的内在联系.在随后的教材中,还先后给出了相似和两三角形相似的符号表示方法.

本文对辽宁省瓦房店30号岩管开展AMT法应用效果试验,取得了明显效果,对今后瓦房店地区乃至整个华北地台寻找隐伏的金伯利岩体具有重要意义。

一日别母于归,题诗云:“深闺一夜别,小女十年情。”余见而异之,因日事吟咏无辍。亚韩公正色曰:“女子无非无仪,奈何留心风雅!”细君遂焚其稿,不复作。无何,读《彤管遗编》,慨然曰:“班姑、谢女,后先掩映,岂遽不如男子耶?”更从事焉。每至夜分,不少间。[注]胡晓明、彭国忠主编《江南女性别集初编》,第130页。

1 矿区地质特征及岩石电性分析

1.1 矿体地质特征

30号岩管是瓦房店矿田第二大岩管,由浅部岩体和隐伏岩体(30-2)组成。浅部岩体呈不规则椭圆形,长轴方向为70°,长为212 m,短轴方向为20°,最宽约106 m,最窄为60 m,平均宽约80 m,地表面积为14 000 m2。浅部岩体向下延伸为筒状,倾向SE,倾角约50°,在+20 m标高以下岩体急骤收缩呈倾角较缓的脉状体,岩体呈近EW向延伸,略为扁长的烟斗状[14]。隐伏岩体(30-2)位于30号岩管南东200 m深部,岩体赋存最高部位为-40 m标高处,岩脉和30号岩体相连,顶部与岩层产状一致,下部岩体倾角较陡,略向南倾斜,倾角为80°~85°。岩体呈椭圆状,长轴的走向为75°,向下转为EW向。岩体的中部最宽,在-840 m标高以下仍未尖灭,尚有延深趋势。30号岩管未受较大构造和岩浆活动破坏(图1)。

30号岩管由金伯利岩岩浆上升爆破形成,具有火山角砾岩筒特征,形成含金伯利岩物质的角砾岩,多分布在岩管西南部和南部。在30-2号岩管中,含金伯利岩物质角砾岩多集中在岩管中部,爆破时由于围岩易从脆弱的节理面和层面上震裂,故岩管边界与节理面和裂隙面相互平行。

  

1. 第四系;2. 紫色泥灰岩夹页岩;3. 浅灰色薄层泥灰岩;4. 灰色中薄层泥灰岩;5. 灰色薄—中厚层条带状泥灰岩;6. 角砾岩;7. 金伯利岩;8. 施工钻孔及编号;9. (30-2)号岩管不同标高水平投影;10. 音频电磁测深剖面。图1 30号金伯利岩管地质图Fig. 1 Map showing geology of the study area and location of the No.30 kimberlite pipe

30号岩管围岩为新太古代城子坦组片麻岩、青白口纪钓鱼台组和南芬组,在深约500 m处见片麻岩。围岩产状平缓,蚀变极其微弱。岩管中有大量围岩捕掳体,包括片麻岩、泥灰岩、页岩、石英砂岩、粉砂岩,以及上部围岩塌落入岩管中的结晶灰岩、生物碎屑灰岩、鲕状灰岩和石英岩等。

1.2 岩石电性分析

矿区岩石及矿石物性测定统计见表1。结合岩管区勘探线提供的地层信息,将该区岩石电阻率分为3类。第一类为沉积地层,30号岩管区主要发育南芬组下段及中段,该组泥灰岩电阻率最高,电阻率为 1 000~40 000 Ω·M,其次为石英砂岩,电阻率均值为1 211 Ω·M,页岩及粉砂岩电阻率最低,电阻率均值为155 Ω·M;第二类为变质岩,黑云角闪片麻岩电阻率为2 000~30 000 Ω·M,变粒岩电阻率均值为14 320 Ω·M;第三类为矿体岩石,以金伯利岩为主,与第2类变质岩相比,其电阻率较低,电阻率值为50~500 Ω·M。上述3类岩石的电阻率可反映其相对导电性,沉积岩中的泥灰岩表现相对高阻,页岩及粉砂岩表现相对低阻,石英砂岩表现相对中低阻,黑云角闪片麻岩及变粒岩表现相对高阻,金伯利岩表现相对低阻。若岩管深部存在金伯利岩,其与围岩和上覆泥灰岩间应存在一定的电阻率差异,当具有一定规模时可形成明显低阻异常。另外,对比岩管区内沉积岩中的页岩、粉砂岩及石英砂岩与金伯利岩的电阻率,发现其幅值差异较小,在沉积岩中判断是否存在矿体需结合地质及构造等因素综合分析,但沉积岩作为上覆岩层,其厚度较下部的太古代变质岩系小。因此,该区具备利用电磁测深法探查深部金伯利岩的地球物理前提。

表1 30号岩管区岩矿石物性测定统计表

Table 1 Physical property statistics of rocks and ores from the No. 30 kimberlite pipe and its neighboring areas

  

样品块数电阻率幅值/Ω·m电阻率均值/Ω·m泥灰岩51000~4000032195页岩4115~281170粉砂岩977~200140闪长玢岩32000~123038120碳酸盐化金伯利岩6100~150117金伯利岩1050~500213黑云角闪片麻岩52000~3000020960石英砂岩41120~13901211辉绿岩41761~40712978斑状金云母金伯利岩1060~7066含围岩角砾金伯利岩1050~10071含岩球的斑状金伯利岩1080~10093含金伯利岩物质角砾岩10300~500396破碎带4200~25151543变粒岩66722~2398614320

2 AMT工作方法

水轮发电机组振动检测与故障诊断具有一定的复杂性与多样性,为确保水轮发电机组正常的运行,就必须对其进行全面、深入的研究与分析。目前我国水电站中的水轮发电机组运行状态监测和故障诊断的技术和方已经难以满足当今新时期的电力系统的需求,需要实现有效的机组状态监测与故障诊断,保障机组水电站以及电力系统的安全性与可靠性。本文提出了一种神级网络与专家系统混合的智能监测与诊断系统,实现了数据采集和信号分析功能,能对机组振动等故障进行实时监测与诊断,能将机组受到的破坏降到最低。

从D-D′线二维反演电阻率等值线图(图7)可知,反演断面图纵向上具有较好的成层性,分层与A-A′线、B-B′线、C-C′线剖面相似,图中黑色虚线指示分层位置。在太古代城子坦组中,测线南侧(小号点端)等值线向下扭曲变形,有一明显向下弯曲的弧形,且该处电阻率值较两侧低,推测该处为一断裂,命名为F1。推测受F1断裂控制的成矿带在太古代地层中分布在断裂两侧,且该成矿带具有由深部向浅部延伸的趋势,穿过南芬组一段至南芬组二段灰岩层,在地表1 700点附近出露。通过与已知勘探线剖面(图8)对比,推测的成矿带与图8中成矿带位置及倾向基本吻合。反演断面图上1 100~1 250点之间的低阻异常,与罗沟角砾岩带位置相吻合,且该角砾岩带形成的低电阻区具有向推测成矿带附近延伸的趋势,推测该岩体与金伯利岩矿体均受推测的F1断裂控制。

2.1 数据处理方法

从B-B′线二维反演电阻率等值线图(图3)可知,该剖面所反映的地层分层与A-A′线剖面相似,分界面与勘探线剖面基本吻合。地表至地下黑色虚线处指示推测的地层界线,分别为青白口纪南芬组二段泥灰岩、青白口纪南芬组一段页岩、砂质页岩及粉砂岩互层和太古代城子坦组斜长角闪片麻岩。受穿切于南芬组下段闪长玢岩脉(图3紫色线圈出位置)影响,电阻率略高于背景值的区域较A-A′线剖面大。图中红色虚线圈出部位推测的成矿带与A-A′线剖面具有一定的相关性,其位置、宽度及倾向与勘探线剖面(图4)相吻合。

2.2 数据反演

从E-E′线二维反演电阻率等值线图(图9)可知,反演断面图纵向上成层性与上述4条剖面相同,分层界线为图中黑色虚线处。推断的深部控矿断裂F1位于测线南端小号点一侧。深部推测受断裂控制的成矿带宽度大于C-C′线剖面,其倾向及延伸与C-C′线剖面具有一定的相关性。该成矿带在上覆南芬组一段及二段均有延伸(图中红色虚线圈定的带状异常),推测该成矿带穿切于1750点附近在地表出露,与勘探线剖面(图10)基本吻合。反演断面图中南端1100~1300点有一明显的较低阻漏斗状异常,底部延伸至南芬组一段底界面,可能为受测区村庄影响导致的高频数据精度下降。

3 成果解译与分析

3.1 A-A′线反演剖面

  

1. 青白口纪南芬组二段;2. 青白口纪南芬组一段;3. 闪长玢岩;4. 太古代城子坦组;5. 推测成矿带;6. 推测地质界线;7. 测点位置。图2 A-A′线反演剖面图Fig. 2 Inversion profile of the A-A′ line

从A-A′线二维反演电阻率等值线图(图2)可知,二维反演结果在纵向上具有较好的成层性,静态效应及近地表不均匀体基本得到抑制。对比反演电阻率断面图与勘探线剖面(图4)可知,近地表电阻率变化与现有勘探线剖面相吻合。剖面横向上电阻率具有“高、低、高”的变化特征,对应勘探线剖面中金伯利岩与围岩的位置。图2中黑色虚线指示推测的地层界线,标高约-50 m上部中高值的电阻率推测为青白口纪南芬组二段泥灰岩;该层下部至标高-400 m附近,电阻率的低值推测为青白口纪南芬组一段页岩、砂质页岩及粉砂岩互层。该组地层中,反演断面图中紫色线圈出部位的电阻率值略高于其背景值,应为穿切于该组地层的闪长玢岩脉与该组地层岩性的综合反映;该组地层下部电阻率的高值推测为太古代城子坦组斜长角闪片麻岩。反演剖面图中1 200~1 250点,红色线圈出的范围推测为金伯利岩赋存部位,与勘探线剖面中矿体位置、宽度及倾向基本吻合,低阻异常为金伯利岩筒的反映。

音频大地电磁测深法(AMT)是基于麦克斯韦尔电磁感应原理,根据不同频率的电磁信号反应地下不同深度的电性信息,从而探测地下介质电性分布特征的物探方法。本次野外施工主要采用加拿大PHOENIX公司生产的V8和3E多功能电法仪,V8测量系统通过GPS和UTC时间同步,结合热晶振器件(OCXO),长期锁定精度为1 μs或更精确,实现各测站间同步,从而提高野外工作效率。野外数据采集时间一般控制在1小时左右,从高频到低频,根据观测时间长短和后期数据解编、变换,获得数据频率范围为10 400~0.86 Hz,共55个频率。

我接着说,想必您一定带着几只巨大的箱子,除了这些美丽的服装,和它们相搭配的帽子、羽扇什么的,也都很占地方。

3.2 B-B′线反演剖面

野外施工测量布设的电极或磁探头方位可能因实际调整而发生变动,因此在数据处理前,需核对各测点的电道布设方位、磁探头埋设方位及电道极距,并将南北电极Ex方位和Hx磁探头旋转至测线北。确定同一排列的各测点数据采集时间,建立傅里叶变换公式,保证数据质量,将全部测点的前2分钟采集时间切除。选择再处理参数,采用近磁参考道、互磁参考道或远磁参考道等方式处理数据,必要时选择远电参考道方式提高数据质量。按照“先编辑视阻抗相位,后编辑视电阻率曲线”步骤,删除不超过3个的连续频点,删除频点总数不超过15%。在该阶段处理中,由于天然场死频带对应频率的数据波动较大,为尽可能保留全部频点数据,除极个别幅值较大跳点做删除处理,基本保留全部数据。

  

1. 青白口纪南芬组二段;2. 青白口纪南芬组一段;3. 闪长玢岩;4. 太古代城子坦组;5. 推测成矿带;6. 推测地质界线;7. 测点位置。图3 B-B′线反演剖面图Fig. 3 Inversion profile of the B-B′ line

  

1. 青白口纪南芬组二段;2. 青白口纪南芬组一段;3. 金伯利岩;4. 含金伯利岩物质角砾岩;5. 闪长玢岩;6. 地层分界线;7. 钻孔位置及编号。图4 407勘探线剖面示意图Fig. 4 Schematic section diagram of exploration line 407

3.3 C-C′线反演剖面

  

1. 青白口纪南芬组二段;2. 青白口纪南芬组一段;3. 测点位置;4. 太古代城子坦组;5. 推测成矿带;6. 推测地质界线。图5 C-C′线反演剖面图Fig. 5 Inversion profile of the C-C′ line

  

1. 青白口纪南芬组二段;2. 青白口纪南芬组一段;3. 青白口纪钓鱼台组;4. 金伯利岩;5. 含金伯利岩物质角砾岩;6. 闪长玢岩;7. 地层分界线;8. 钻孔位置及编号。图6 415勘探线剖面示意图Fig. 6 Schematic section diagram of exploration line 415

3.4 D-D′线反演剖面

2017年是我国全面实施十三五旅游发展规划的开局之年,《中共中央、国务院关于深入推进农业供给侧结构性改革加快培育农业农村发展新动能的若干意见》正式发布,“旅游+”首次被写入中央一号文件。从产业角度来讲,旅游业早已是我国的战略支柱型产业。

3.5 E-E′线反演剖面

本次AMT数据反演借助加拿大研发的WinGLink软件完成。以A-A′线1 000点为例,天然场死频带对应频率的数据采取按全频段曲线趋势平滑处理;为确保二维反演数据收敛及反演结果的有效性,对低频段数据质量较差的频点采取删除处理。预处理编辑结束后,对多种分量组合模式进行反演。经过实验比较,选择TM+TE多分量联合2维带(2D)地形反演。A-A′、B-B′、C-C′3条线反演深度为1 000 m,D-D′、E-E′2条线反演深度为1 500 m。

  

1. 青白口纪南芬组二段;2. 青白口纪南芬组一段;3. 测点位置;4. 太古代城子坦组;5. 推测成矿带;6. 推测地质界线;7. 角砾岩带;8. 推测断层。图7 D-D′线反演剖面图Fig. 7 Inversion profile of the D-D′ line

  

1. 青白口纪南芬组二段;2. 青白口纪南芬组一段;3. 青白口纪钓鱼台组;4. 太古代城子坦组;5. 金伯利岩;6. 含金伯利岩物质角砾岩;7. 闪长玢岩;8. 地层分界线;9. 钻孔位置及编号。图8 423勘探线剖面示意图Fig. 8 Schematic section diagram of exploration line 423

  

1. 青白口纪南芬组二段;2. 青白口纪南芬组一段;3. 测点位置;4. 太古代城子坦组;5. 推测成矿带;6. 推测地质界线;7. 村庄及人文干扰;8. 推测断层。图9 E-E′线反演剖面图Fig. 9 Inversion profile of the E-E′ line

  

1. 青白口纪南芬组二段;2. 青白口纪南芬组一段;3. 青白口纪钓鱼台组;4. 太古代城子坦组;5. 金伯利岩;6. 闪长玢岩;7. 地层分界线;8. 钻孔位置及编号。图10 431勘探线剖面示意图Fig. 10 Schematic section of exploration line 431

从C-C′线二维反演电阻率等值线图(图5)可知,由地表至地下二维反演结果的成层性较好,推测各层所属年代、岩性与A-A′线剖面、B-B′线剖面相同,分层界线为图中的黑色虚线处。地表1 000~1 300点之间断面出现电阻率低值,推测南芬组二段泥灰岩发育风化裂隙。图中红色线圈出部位为推测成矿带,该成矿带穿切穿于南芬组一段,矿带北端在南芬组二段与太古代地层接触部位具有向深部延伸的趋势,向深部逐渐尖灭。结合野外地质填图,地表浅部1 300~1 500点之间应为金伯利岩矿体露头,由于受裂隙影响,在反演断面图上反应并不明显(图6)。

通过上述分析可知,30号岩管区5条AMT电阻率断面图较好地反映了地下地层及岩体的变化特征。横向上对比5条剖面,3组地层产状均较平缓,局部受矿体穿切、闪长玢岩脉及断裂影响,等值线表现出不规则的弯曲状。根据地质资料,地表至地下深部分别为新元古代青白口纪南芬组二段、南芬组一段及太古代城子坦组,岩性依次为泥灰岩、页岩、砂质页岩及粉砂岩互层以及斜长角闪片麻岩,对应于反演剖面图的电阻率值表现出“由中高阻、低阻到高阻”的变化特征,3组地层分界线推测在标高-50 m和-400 m附近(图11黑色虚线处)。根据测区电阻率物性条件、浅层地质填图和已知勘探线信息,利用AMT电阻率断面图推断A-A′、B-B′、C-C′3条剖面标高在-1 000 m以上,D-D′、E-E′ 2条剖面标高在-1 500 m以上的地电断面(图11)。推测出1条深部控矿断裂F1,该断裂倾向东南,倾角,约85°,将该断裂于标高-1 000 m投影至地表,判断其走向为NEE,与区域上具有导矿、储矿作用的构造走向基本吻合。南芬组推测成矿带主要依据浅层地质填图及已知勘探线信息,太古代地层推测的成矿带主要受推测的F1断裂控制,分布在F1断裂两侧,矿带推测深度为标高-1 000 m,向下逐渐尖灭。由于断裂不仅具有导矿、储矿作用,还具有储水作用,对厘定矿体空间位置造成干扰,因此,推测的低阻成矿带也可能为构造破碎带。

10月份,上海石化行业经济总体保持平稳运行态势,但有下行迹象,主要原因是9月中旬以来,国际油价大幅跳水,石化产品失去价格支撑,贸易争端影响逐步显现,化工品需求受到一定抑制。上海市统计局数据显示,10月份,石油化工及精细化工制造业实现工业总产值340.58亿元,环比下降8.89%,比去年同期下降4.4%;1—10月份,累计实现工业总产值达到3382.18亿元,同比增加279.56亿元。

  

图11 30号岩管区AMT反演断面立体示意图Fig. 11 AMT inversion section stereograph of the No.30 pipe area

4 结 论

(1)瓦房店地区30号金伯利岩岩管主要由金伯利岩与含金伯利岩物质角砾岩组成,与围岩青白口纪南芬组地层在电阻率上具有明显差异。岩管呈低阻反映,异常明显。

(2)通过AMT资料解译,推断F1断裂,呈NEE向,倾向ES,倾角约85°,是30号岩管区的主要控矿构造。

(3)30号金伯利岩管推测的成矿带与已知矿带在位置和产状上基本吻合,受推测的F1构造控制。

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万方来,蒋金晶
《华东地质》 2018年第01期
《华东地质》2018年第01期文献

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