摘要
白云敖包白云石大理岩矿床主要赋存于大豁落山组中，地表出露面积约 1.1 km2 ，浅钻和刻线取样发现大豁落山组白云石大理岩达到了边界品位，单一矿体厚度大于 200 m。本文通过对矿区开展 CSAMT 法测量，查明了白云敖包白云石大理岩矿体的埋藏深度及空间展布特征，白云石大理岩矿体在北西向长度可达1100 m，北东向长度可达1300 m，矿体最大厚度可达550 m，表明白云敖包白云石大理岩矿体规模大，具有较大的开发利用价值。CSAMT法、浅钻和刻线取样在白云敖包地区白云石大理岩矿的测量成果，为白云石大理岩矿的后续开发利用提供可靠的依据，对其他地区应用CSAMT法探测非金属矿具有参考价值和借鉴意义。
Abstract
The Baiyun’aobao dolomite marble orebody mainly hosted in Dahuoluoshan Formation, with surface exposed area of about 1.1 km2 . The dolomite marble of Dahuoluoshan Formation reached the boundary grade and the single ore body thickness was more than 200 m by shallow drilling and line sampling. The depth and spatial distribution characteristics of the Dolomite marble orebody in Baiyun’aobao area have been found out by CSAMT survey of the Dolomite marble orebody in Baiyun’aobao area. The length of the dolomite marble orebody can reach 1100 m in NW direction, the NE direction length can reach 1300 m, and the maximum thickness of the ore body can reach 550 m, which indicates that the dolomite marble orebody in Baiyun’aobao area is large in scale and has great value of development and utilization. The survey results of CSAMT, shallow drilling and line sampling method in the dolomite marble deposit in Baiyun’aobao area provide a reliable prospecting basis for the subsequent development and utilization of the dolomite marble deposit, and can provide reference value and significance for the application of CSAMT method to detect non-metallic deposits in other areas.
Keywords
0 引言
可控源音频大地电磁测深（CSAMT）法是 20 世纪 80年代末在大地电磁测深（MT）和音频大地电磁测深（AMT）的基础上发展起来的，是一种人工源频率域地球物理勘探方法（王振亮等，2015；韦乖强， 2021），具有探测深度大、分辨率高、抗干扰能力强等特点（于昌明，1998；刘红涛等，2004；刘志臣等， 2016），是寻找隐伏矿、地下水资源勘查及研究深部地质构造的有效手段（杨瑞西等，2008；林建勇等， 2020；杨强等，2021），目前已广泛应用于地热、地下水、铀矿、金属矿产勘查中，并取得了良好的效果 （刘志臣等，2016；李玉录等，2018；李英宾等，2019； 王振亮等，2019；曾昭发等，2020；龚胜平等，2021； 汪来等，2022；王晓奇等，2022），但在非金属矿产勘查中的应用较少。白云石大理岩矿是由碳酸盐岩经区域变质作用或热接触变质作用而形成，主要由方解石和白云石组成，一般具粒状变晶结构及块状构造，部分具条带状构造；主要依靠地质调查发现，进而采用多种物化探方法技术确定其空间分布规律和展布形态，目前国内未见把可控源音频大地电磁测深（CSAMT）法应用于白云石大理岩矿勘查的先例。本文以内蒙古北山地区白云敖包白云石大理岩矿为例，应用可控源音频大地电磁法探测白云石大理岩矿体的埋藏深度及空间展布特征，为后续白云石大理岩矿的开发利用提供依据，对其他地区应用可控源音频大地电磁法探测非金属矿具有参考价值和借鉴意义。
1 地质特征
1.1 区域地质概况
白云敖包白云石大理岩矿床是近几年发现于内蒙古北山地区的非金属矿床，隶属于北山造山带，位于中亚造山带中南缘，处于华北板块、塔里木板块和西伯利亚板块的交汇部位（Xiao et al.，2010； 赵克强等，2020；张国震等，2022；图1a）。北山造山带先后经历了多期次复合造山，具有显著的增生造山特点（田健等，2020；王树庆等，2020；辛后田等， 2020），复杂且强烈的构造-岩浆活动，矿产资源种类繁多，使得北山地区逐渐受到地质工作者的广泛关注（Jiang et al.，2004；王国强等，2016；陈超等， 2017；许伟等，2019；赵克强等，2020）。北山地区由北向南分布着红石山—百合山—蓬勃山、明水—石板井—小黄山、红柳河—牛圈子—洗肠井、柳园— 音凹峡共 4 条重要蛇绿岩带（Liu et al.，2015）；白云敖包白云石大理岩矿床位于北山造山带中段，属于公婆泉—月牙山地体（左国朝和何国琦，1990），其南北两侧分别受明水 — 石板井 — 小黄山和红柳河—牛圈子—洗肠井蛇绿岩带控制（图1b）。
图2矿区地质图及工作布置
1.2 矿区地质特征
矿区内出露中元古界野马街组（Pt2ym）、大豁落山组（Pt2d）、下奥陶统罗雅楚山组（O1l）、下泥盆统三个井组（D1s）及下白垩统赤金堡组（K1c）、第四系全新统冲洪积物（Qhalp）（图2）。野马街组为一套浅海相碎屑岩组合，岩性主要为石英砂岩，其上部夹少量碳酸盐岩，主要形成于滨浅海的沉积环境；大豁落山组为一套碳酸盐岩系，岩性主要为燧石条带白云岩、白云石大理岩、灰岩和泥灰岩，为白云石大理岩矿的赋矿层位；罗雅楚山组岩性主要为变质细粒砂岩、长石砂岩夹少量石英砂岩；三个井组岩性主要为玄武安山岩、安山质凝灰岩、凝灰质砂岩；赤金堡组地层产状平缓，角度不整合在元古宙—古生代地层和早期侵入岩之上，被第四系全新统松散堆积物不整合覆盖，岩性主要为含砾砂岩；全新统冲洪积物分布在间歇河流的河床、河漫滩及干谷中，条带状分布，与暂时性水流流线一致，岩性为松散的亚砂土、亚黏土、砂、砾及碎石。区内侵入岩出露面积不大，主要为晚志留世二长花岗岩，同时还有零星闪长岩脉和石英脉侵入。区内断裂发育，主要为 NW—SE走向。
白云石大理岩矿体主要赋存于大豁落山组中，地表出露面积约为1.1 km2，呈白色，块状构造，粒状变晶结构（图3），矿石矿物组成简单，主要由白云石和少量暗色矿物组成。白云石呈他形粒状，粒径一般 1.0~2.0 mm，显定向分布，含量 95%～100%，为构成岩石的主体矿物。暗色矿物呈他形粒状，零散可见，直径＜0.8 mm。矿石化学成分主要为CaO、MgO 和 SiO2，其中有用组分为 MgO、有益组分为 CaO、有害组分为SiO2。
在矿区布置了 8 孔采样浅钻，浅钻累计深度 75.2 m，2 条刻线剖面，累计长度 1250 m（图2）。在浅钻岩心中采集化学分析样品12件，分析结果见表1，依据 2010 年版矿产资源工业要求手册及行业标准（DZ/T 0202-2002）的工业指标，8 件样品达到了边界品位，未达到工业指标4件，表明大豁落山组白云石大理岩大部分地段均达到了边界品位。刻线剖面kc02共采集化学分析样品37件，分析结果见表2，23件样品达到边界品位，其中15件为连续矿化样品，表明单一矿体厚度大于 200 m。上述研究工作查明了白云石大理岩矿体的化学成分变化规律，为进一步开展地质勘查和评价提供了依据。
图3白云石大理岩野外露头（a）及镜下照片（b）
表1浅钻样品化学分析结果（%）
表2kc02刻线样品化学分析结果（%）
2 物性特征
在矿区及周边采集物性标本 197 件，实验室测定其电阻率结果如表3所示。由表3可以看出，电阻率值变化幅度较大，凝灰岩、硅化白云岩变化幅度最大，呈现为高阻特征；大理岩、灰岩、二长花岗岩变化幅度次之，呈现为中高阻特征；凝灰质砂岩、石英砂岩、闪长岩变化幅度相对较小，呈现为中低阻特征。
表3岩石物性统计
3 工作布置
为了查明白云敖包白云石大理岩矿体在地下的埋藏深度及空间分布特征，在矿区共布置了 4 条可控源音频大地电磁测深剖面和地质剖面，两两垂直相交布设，测深点共 163个，测线总长度 6.52 km。 100线和 180线起始点号为 102，由西北向东南方向逐渐增大，终点分别为218和238；200线和240线起始点号为102，由西南向东北方向逐渐增大，终点分别为290和298；其中100线的174点与240线的166 点相交、100 线的 216 点与 200 线的 152 点相交、180 线的 130 点与 240 线的 254 点相交、180 线的 172 点与200线的238点相交，工作布置见图2。野外工作使用仪器是美国Zonge公司生产的GDP-32Ⅱ多功能电法仪，采用标量测量方式，测量的频率范围为1～8192 Hz。AB=1 km，收发距为 5 km，质量检查点卡尼亚电阻率与阻抗相位均方相对误差分别为 2.78%、4.5 mrad。
4 数据处理与异常解释
对 CSAMT 采集的数据，首先剔除畸变数据，其次是对多组观测数据进行对比分析、平均计算、电阻率转换计算、电阻率与相位的近区效应分析，同时对数据进行了静态校正，在上述数据处理的基础上采用卡尼亚电阻率和阻抗相位联合反演，结合1∶ 2000 地质剖面测量，并绘制出相应的综合剖面图 （图4~图7）。
由 100 线 CSAMT 二维反演和地质剖面综合剖面图（图4）可见，从 102 点至 140 点之间，电阻率显示为中低阻特征，其反演电阻率为60～250 Ω·m，向下延伸约 350 m，与地质剖面上含砾砂岩相对应。从 140点至 206点之间，电阻率显示为中高阻特征，电阻率为 500～1600 Ω·m，由 3 个不规则中高阻体组成，最大长度可达950 m，最大埋深约380 m，与地质剖面上白云石大理岩相对应，推测此中高阻体为大豁落山组白云石大理岩。206点至218点之间，浅部为一厚度约50 m的中高阻体，与地质剖面上二长花岗岩相对应。在含砾砂岩、白云石大理岩之下存在中部下凹的中低阻体，其反演电阻率为160～400 Ω·m，结合1∶10000地质填图工作，推测此中低阻体为野马街组石英砂岩。
由 180 线 CSAMT 二维反演和地质剖面综合剖面图（图5）可见，102点至 122点之间电阻率显示中低阻特征，反演电阻率为60～320 Ω·m，最大埋深约 80 m，与地质剖面上赤金堡组含砾砂岩相对应。从 122 点至 178 点及 186 点至 212 点，电阻率均表现为中高阻特征，且在地下相互连通，电阻率为 500～1600 Ω·m，最大长度可达 1100 m，最大埋深约 550 m，与地质剖面上大豁落山组白云石大理岩相对应，推测此中高阻体为大豁落山组白云石大理岩。从 178点至186点之间电阻率显示中低阻特征，反演电阻率为 320～400 Ω·m，最大埋深约为 50 m，与地质剖面上野马街组石英砂岩相对应。从 212 点到 238 点之间电阻率显示中低阻特征，延伸至海拔940 m，与白云石大理岩下部中低阻体为一整体，反演电阻率为160～400 Ω·m，与地质剖面上野马街组石英砂岩相对应，结合1∶10000地质填图工作，故推测该中低阻体为野马街组石英砂岩。
由 200 线 CSAMT 二维反演和地质剖面综合剖面图（图6）可见，102点至 118点显示地表为一薄层低阻体，与地质剖面上第四系冲洪积物相对应；在第四系冲洪积物之下有一延深约 350 m 的中高阻体，最大宽度约 280 m，该中高阻体未封闭，西南向可能还存在隐伏中高阻体，结合 1∶10000 地质填图工作，推测该中高阻体可能为白云石大理岩；在该中高阻体之下存在一倾向西南的低阻带，反演电阻率为 100 Ω·m以下，推测为隐伏断裂引起的构造破碎带，且具富水性。118点至138点电阻率显示为低阻体，反演电阻率为 60～250 Ω·m，最大埋深约 200 m，与地质剖面上赤金堡组含砾砂岩相对应。138点至 162 点电阻率显示为中高阻体，反演电阻率为 250～1000 Ω·m，最大埋深约 180 m，与地质剖面上二长花岗岩相对应。162点至186点及210点至270 点之间电阻率显示为中高阻体，由 3 个高阻体在地下相互连通组成，反演电阻率400～1600 Ω·m，最大长度约1300 m，最大延深约550 m，与地质剖面上大豁落山组白云石大理岩相对应，推测此中高阻体为大豁落山组白云石大理岩。根据1∶10000地质填图及剖面测量工作，在二长花岗岩和白云石大理岩接触带可能存在倾向南西的断裂；在 228 点至 236 点之间存在一倾向南西的中低阻体，宽约 80 m，结合 1∶10000 地质填图及剖面测量工作，推测该中低阻体可能为断裂引起的。186 点至 210 点浅部表现为低阻体，延深约40 m，反演电阻率400 Ω·m以下，与地质剖面上野马街组石英砂岩相对应。270 点至 290 点之间为中低阻，最大延深约 200 m，与地质剖面上赤金堡组含砾砂岩相对应；270点至278点表现为低阻特征，宽约 80 m，最大延深约 700 m，倾向南西，反演电阻率 200 Ω·m 以下，推断此处为一构造破碎带，且具富水性。结合1∶10000地质填图工作，推测白云石大理岩之下的中低阻体可能为野马街组石英砂岩。
图4100线CSAMT二维反演和地质剖面综合剖面图
图5180线CSAMT二维反演和地质剖面综合剖面图
图6200线CSAMT二维反演和地质剖面综合剖面图
由 240 线 CSAMT 二维反演和地质剖面综合剖面图（图7）可见，102 点至 112 点显示为中低阻体，反演电阻率为 250～800 Ω·m，延深约 250 m，与地质剖面上赤金堡组含砾砂岩相对应。112 点至 140 点浅覆盖层显示为一低阻体，反演电阻率为 60～160 Ω·m，最大延深约60 m，与地质剖面上第四系冲洪积物相对应。140 点至 192 点电阻率显示为中高阻体，此中高阻体呈不规则状，反演电阻率为500～1600 Ω·m，最大长度约900 m，最大埋深约550 m，与地质剖面上大豁落山组白云石大理岩相对应，推测此中高阻体为大豁落山组白云石大理岩。192点至 238 点浅部电阻率显示为中低阻，与地质剖面上赤金堡组含砾砂岩相对应。238 点至 246 点显示地下岩性电阻率为一低阻带，宽度80 m，倾向西南，结合 1∶10000 地质填图和剖面测量，推测该低阻带为一倾向西南的构造破碎带，且具富水性，最大延深约 750 m。在 246点至 274点显示为中高阻，反演电阻率为 500～1600 Ω·m，最大宽度约 460 m，最大埋深约 480 m，与地质剖面上大豁落山组白云石大理岩相对应，推测此中高阻体为大豁落山组白云石大理岩。274点至298点浅部为一中低阻体，与地质剖面上含砾砂岩相对应。白云石大理岩之下的中低阻体，结合1∶10000地质填图工作，推测为野马街组石英砂岩。
图7240线CSAMT二维反演和地质剖面综合剖面图
从上述可控源音频大地电磁测深（CSAMT）测量二维反演结果可以看出，相交点对应的反演电阻率特征基本一致，个别的微小差异为不同方向发射引起的，为正常现象。依据CSAMT二维反演和地质剖面结果，基本查明了白云敖包地区白云石大理岩矿体的埋藏深度及空间展布特征，白云石大理岩矿体呈不规则状，上下窄，中间宽，北西向最大长度可达 1100 m，北东向最大长度可达 1300 m，东北向较西南向厚，最大矿体厚度可达 550 m；在西南向 200 线处可能存在隐伏白云石大理岩矿体，在 240 线上白云石大理岩矿体被断裂分成2个矿体。以上研究结果表明白云敖包白云石大理岩矿体规模大，具有较大的经济开发利用价值。
5 结论
（1）通过 1∶10000 地质填图查明了白云敖包白云石大理岩矿床的基本地质特征，矿体主要赋存于大豁落山组中，出露面积约为 1.1 km2；通过浅钻及刻线取样工作查明白云石大理岩矿体的化学成分变化规律，确定了大豁落山组白云石大理岩达到了边界品位，且发现单一矿体厚度大于200 m。
（2）通过可控源音频大地电磁测深（CSAMT）法测量，基本查明了白云敖包地区白云石大理岩矿体的埋藏深度及空间展布特征，白云石大理岩矿体呈不规则状，上下窄，中间宽，北西向最大长度可达 1100 m，北东向最大长度可达 1300 m，东北向较西南向厚，最大矿体厚度可达 550 m；在西南向 200 线处可能存在一隐伏白云石大理岩矿体，在 240 线上白云石大理岩矿体被断裂分成2个矿体。
（3）本文研究结果表明白云敖包白云石大理岩矿体规模大，具有较大的经济开发利用价值；同时为白云石大理岩矿体的后续开发利用提供可靠的物探依据，且对其他地区应用CSAMT法探测非金属矿具有参考价值和借鉴意义。