胥　溢，杜　發(fā)，謝志峰

(甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局 第二地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 蘭州 730020)

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地球物理方法在甘肅省狼娃山磁鐵礦的成礦綜合應(yīng)用解釋

胥溢，杜發(fā)，謝志峰

(甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局 第二地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 蘭州 730020)

狼娃山鐵礦屬于巖漿巖型磁鐵礦床，預(yù)測(cè)類型為矽卡巖型，礦床規(guī)模為中型。為了找尋狼娃山地質(zhì)—地球物理成礦模型，首先可根據(jù)航磁異常劃分出地層、巖性、構(gòu)造等地質(zhì)單元；然后選擇成礦有利部位開(kāi)展高精度地磁測(cè)量，尋找和圈定礦致異常；最后通過(guò)分析研究該測(cè)區(qū)的地質(zhì)地球物理特征，找出了狼娃山簡(jiǎn)要的成礦模型。結(jié)果表明，通過(guò)對(duì)地質(zhì)—地球物理資料的分析來(lái)為礦區(qū)周?chē)业V方向提供地質(zhì)—地球物理成礦模式是可行的。

狼娃山鐵礦；磁鐵礦；高精度磁測(cè)；找礦模式

1　引　言

隨著淺部礦產(chǎn)資源逐漸枯竭，找礦方向逐步轉(zhuǎn)向深部礦體。然而，對(duì)于深部找礦光靠地質(zhì)和化探找礦的思路逐漸變得吃力?，F(xiàn)今人類尚無(wú)法直接探知地下深部的物質(zhì)成分與地質(zhì)結(jié)構(gòu)，因此，不能利用傳統(tǒng)的地質(zhì)方法直接進(jìn)行深部金屬礦的找礦與勘查，使得深部找礦的難度增大。地球物理找礦勘探方法與技術(shù)是在當(dāng)今高新科學(xué)技術(shù)成果不斷的應(yīng)用和創(chuàng)新下發(fā)展起來(lái)的，具有探測(cè)深度大、分辨率高、方法手段多元化的特點(diǎn)，能為深部找礦勘探提供豐富的信息。把成礦系統(tǒng)與地質(zhì)構(gòu)造背景聯(lián)系起來(lái)研究，是礦床學(xué)研究的一大進(jìn)步。地球物理勘探具有高精度和高分辨率等特點(diǎn)，對(duì)地質(zhì)構(gòu)造具有明顯的異常反應(yīng)。礦床的形成，尤其是大型、超大型礦床的形成是地球深部巨量物質(zhì)、能量聚集的結(jié)果，它們受地球深部不同尺度的動(dòng)力系統(tǒng)控制。過(guò)去，由于人們把更多的精力集中到了微觀尺度的成礦物理化學(xué)條件研究，而較少地關(guān)注區(qū)域尺度的深部過(guò)程研究和結(jié)構(gòu)的探測(cè)，導(dǎo)致對(duì)礦產(chǎn)形成的深部背景和分布規(guī)律缺乏系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。如今，如何通過(guò)地質(zhì)地球物理綜合找礦手段，尋找深部隱伏礦體已成為了地質(zhì)市場(chǎng)的主要工作。劉光鼎院士提到了“應(yīng)用地球物理攻深找盲”[1]及“深部探測(cè)技術(shù)與實(shí)驗(yàn)”[2]，它是通過(guò)進(jìn)行多種方法研究建立礦集區(qū)成礦地質(zhì)模型。采用多種方法是由于地球物理反問(wèn)題存在多解性，單一物探方法對(duì)于后期的解釋顯得較為吃力，因此在實(shí)際地球物理勘探中往往采用兩種或者兩種以上的方法進(jìn)行工作，并且合理地選擇地質(zhì)與不同的物探方法進(jìn)行組合解釋，對(duì)異常進(jìn)行精細(xì)的分析，這對(duì)深部找礦有著重要的意義[3]。如甘肅省紅山鐵礦找礦案例[4]就充分地運(yùn)用了地球物理與地質(zhì)結(jié)合分析的方法。參照這種案例分析的經(jīng)驗(yàn)，筆者以狼娃山磁鐵礦床為例，進(jìn)行地球物理資料的分析與探討，以期為周邊找礦提出該區(qū)域的成礦模式。

2　地質(zhì)背景

2.1區(qū)域地質(zhì)特征

礦床位于哈薩克斯坦板塊東部北緣，北鄰西伯利亞板塊。前石炭紀(jì)末，掃帚山—紅石山—甜水井一帶發(fā)生裂谷及大范圍沉陷，形成石炭紀(jì)海盆，最早接受了早石炭世早期綠條山組一套海相碎屑巖沉積，之后由于裂谷帶海底擴(kuò)張，洋殼雙向特別向南較快俯沖，致使哈薩克斯坦板塊一側(cè)發(fā)生強(qiáng)烈火山噴發(fā)，沉積了白山群下部一套鈣鹼系列的中酸性火山巖—碳酸鹽建造，并伴隨其后的大規(guī)模花崗質(zhì)巖漿侵入活動(dòng)，形成海底火山—巖漿弧。鐵礦生成即與此巖漿弧環(huán)境中中酸性侵入巖接觸帶有關(guān)(圖1)。礦區(qū)位于明水—石板井華力西褶皺帶，處于狼娃山—紅柳疙瘩復(fù)背斜南翼，屬紅石山—黑鷹山地體。出露地層除第四系地層外，全為下石炭統(tǒng)白山群下亞群(C1bs1)。按層序和巖石組合劃分了兩個(gè)巖組。礦區(qū)大面積出露華力西中期花崗閃長(zhǎng)巖，又被稍后的紅色中細(xì)粒二長(zhǎng)花崗巖所侵入，兩者為同期同源巖漿演化產(chǎn)物，同侵入于C1bs1中，其中二長(zhǎng)花崗巖為成礦母巖。此外，尚見(jiàn)系列中酸性巖脈及次火山巖，有閃長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)玢巖、花崗巖、次流紋巖、次英安巖、次安山巖等，偶見(jiàn)輝綠巖，這些巖脈多切割礦體。礦區(qū)處于狼娃山—紅柳疙瘩復(fù)背斜南翼，巖層走向北西西、傾向南西，傾角70°～80°。斷裂構(gòu)造有三組：一組主要為近東西或北西西向壓性壓扭性斷裂或擠壓破碎帶，一些中酸性巖脈能反映的構(gòu)造形跡也屬于此組；二組為近南北向張性斷裂；三組為北東向張扭性斷裂。其中第一組近東西向斷裂對(duì)成礦熱液交代和礦體的分布起重要的控制作用(圖1)。

圖1　狼娃山磁鐵礦區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)構(gòu)造Fig.1　Regional geological map showing the minerals in Langwashan iron ore

礦床具有一定的地質(zhì)構(gòu)造背景[5]，為多期次多成因生成的矽卡巖—熱液型鐵礦。其生成過(guò)程大體分為四個(gè)階段：

1)矽卡巖成礦階段。二長(zhǎng)花崗巖侵入期后，富礦的高溫?zé)嵋号c大理巖沿構(gòu)造及巖石層面節(jié)理裂隙發(fā)生交代，形成矽卡巖化及矽卡巖，同時(shí)生成磁鐵礦化，礦化的強(qiáng)弱主要決定于交代作用的強(qiáng)弱和完全程度。當(dāng)交代作用強(qiáng)烈、完全時(shí)可形成富礦，弱時(shí)則形成貧礦或含礦矽卡巖，甚至僅出現(xiàn)矽卡巖化大理巖，只見(jiàn)少量磁鐵礦化浸染。此階段成礦作用為礦區(qū)主要成礦期，奠定了矽卡巖型礦床的基本特征。

2)中溫?zé)嵋撼傻V階段。矽卡巖成礦之后，含礦熱液溫度下降，交代作用減弱，礦液僅沿包括矽卡巖在內(nèi)的圍巖裂隙充填，形成石英—方解石—磁鐵礦組合的脈狀礦體，并在礦脈兩側(cè)邊緣發(fā)生綠泥石化。

3)硫化物成礦階段。該期熱液成礦作用時(shí)間較晚，礦液溫度較低，強(qiáng)度很弱，這時(shí)從礦液中分離出的硫化物溶液沿早期礦體裂隙充填，主要表現(xiàn)為黃鐵礦細(xì)脈及更晚黃銅礦細(xì)脈的充填。

4)表生氧化階段。由于構(gòu)造變動(dòng)和風(fēng)化侵蝕，礦體暴露地表，在氧化條件下礦石礦物發(fā)生次生變化，如磁鐵礦變?yōu)榧傧蟪噼F礦、赤鐵礦變?yōu)楹骤F礦、黃鐵礦變?yōu)楹骤F礦、黃銅礦變?yōu)榭兹甘龋瑫r(shí)在礦體上部形成氧化帶。

經(jīng)過(guò)以上四個(gè)階段，形成了該礦床現(xiàn)而今的面貌。

2.2區(qū)域地球物理特征

縱觀紅石山—狼娃山鐵礦航磁ΔT化極等值線平面圖(圖2)，航磁異常規(guī)整，異常多成范圍不大的橢圓形、條帶狀展布的強(qiáng)磁異常斷續(xù)連接組成的主異常體，異常跳躍較大；小范圍的磁異常成似橢圓形分布。磁異常強(qiáng)度大，地表可形成數(shù)千納特的磁異常，梯度陡，在帶內(nèi)呈北西向、斷續(xù)團(tuán)塊狀展布，多數(shù)伴生負(fù)異常，主要是出露和淺部礦體引起。平緩異常與已知礦異常成延續(xù)、漸變關(guān)系，貌似傾覆，平緩而規(guī)則，異常值一般在1 000～3 000 nT，形態(tài)規(guī)則，似橢圓形，是連續(xù)異常，推斷該異常為下伏礦體引起。

圖3為狼娃山鐵礦所在區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)及物探部析圖。在布格重力異常圖上(圖3b)，自北東向南西，重力值逐漸降低，降幅達(dá)20×10-5m/s2。

圖2　紅石山—狼娃山鐵礦預(yù)測(cè)區(qū)工作區(qū)航磁ΔT化極等值線平面Fig.2　Regional geological map showing the minerals in Hongshishan-Langwashan iron ore

圖3　狼娃山鐵礦所在區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)及物探剖析Fig.3　A regional and geophysical(ΔT) section map of Langwashan iron ore

圖幅東北角、西北角呈現(xiàn)未封閉的局部重力高異常；圖幅南部Δg等值線扭曲，向南凸出，預(yù)示有弱小局部重力低異常存在。在剩余重力異常圖上(圖3f)，上述局部異常得到增強(qiáng)，圖幅西北角、東北角、西南角的重力高異常更加明顯，圖幅中部偏西位置出現(xiàn)一規(guī)模較大的重力低異常(L-甘0030)，該重力低異常與華力西中期花崗閃長(zhǎng)巖產(chǎn)出位置相吻合，狼娃山磁鐵礦床位于重力低異常(L-甘0030)東側(cè)梯級(jí)帶上。在航磁ΔT等值線平面圖(圖3c)位于高磁區(qū)域，通過(guò)觀測(cè)垂向一階導(dǎo)數(shù)等值線平面圖(圖3d)，發(fā)現(xiàn)異常具有了一定的范圍顯示，高磁部分分布在中部范圍與東部范圍，呈帶狀分布。通過(guò)航磁ΔT化極平面等值線圖(圖3g)可以對(duì)去除掉斜磁化影響后的磁異常分布進(jìn)行分析。異常中部磁場(chǎng)值較高，走向?yàn)镹W走向。根據(jù)圖3中的區(qū)域重磁異?？梢源笾聞澐殖龅刭|(zhì)構(gòu)造(圖3e)，與實(shí)際地質(zhì)圖示大致吻合，但是細(xì)節(jié)顯示不太明顯[6]。

3　地質(zhì)地球物理綜合解釋

3.1巖石物性特征

巖性是聯(lián)系地質(zhì)與地球物理場(chǎng)的橋梁，是減少磁異常反問(wèn)題的有效途徑，因此物性在地球物理勘探中處于比較重要的地位，通過(guò)物性分析可以較好地掌握地區(qū)巖石地質(zhì)體的物理特征，便于解釋。表1為狼娃山巖(礦)石磁性參數(shù)統(tǒng)計(jì)表。由表1可知， 磁鐵礦、含鐵矽卡巖的磁化率、剩余磁化強(qiáng)度均最高，是引起強(qiáng)磁異常的主要巖性；其次為矽卡巖、花崗石英閃長(zhǎng)巖，可引起較弱磁異常；其余巖性均為弱磁或無(wú)磁。巖(礦)石的磁性差異顯著，磁鐵礦石、含鐵矽卡巖磁性最強(qiáng)，是引起磁異常的主要巖石，磁化率κ為2 000×10-5SI，Mr在8 000×10-3A/M以上，磁性體基本以剩磁為主；但是因?yàn)楹F磁性礦物的多少不同，使得地表磁場(chǎng)表現(xiàn)為磁異常跳躍性較大。其他巖性基本弱磁或無(wú)磁，可形成背景磁異常場(chǎng)。

表1　狼娃山巖(礦)石磁性參數(shù)

3.2地質(zhì)—地球物理分析

分析鐵礦地質(zhì)礦產(chǎn)圖(圖4a)發(fā)現(xiàn)，鐵礦在Ⅰ礦區(qū)礦體分布大致成東西向帶狀；Ⅲ礦區(qū)礦化矽卡巖帶沿巖體接觸帶斷續(xù)長(zhǎng)達(dá)數(shù)公里，礦體產(chǎn)出主要受北東東向一組壓相性斷裂控制；Ⅱ礦區(qū)地表礦體多成群集中分布于3號(hào)、4號(hào)和Fe-7礦群，單個(gè)礦體多走向北西西，個(gè)別礦體近于平臥。整個(gè)Ⅱ礦區(qū)礦體一般規(guī)模小，埋深淺，大部分礦體被剝蝕或被構(gòu)造、巖體破壞，呈現(xiàn)支離破碎狀態(tài)。但南帶隱伏礦群，一般在埋深300 m以內(nèi)，近東西向延伸，規(guī)模較大，保存較好。

對(duì)該地區(qū)重磁異常比較有利的地段開(kāi)展了1∶10000地面高精度磁法測(cè)量，測(cè)區(qū)位置處于狼娃山鐵礦處(圖2與圖3a所示的狼娃山鐵礦位置)，采用儀器為加拿大GEM公司生產(chǎn)的GSM-19T質(zhì)子磁力儀。對(duì)實(shí)際觀測(cè)所得的ΔT計(jì)算出垂直分量ΔZ，然后利用ΔZ進(jìn)行剖面平面圖與等值線圖的繪制。通過(guò)地面高精度磁測(cè)資料可以更明確地觀測(cè)出測(cè)區(qū)的地球物理異常(圖4)。結(jié)合地質(zhì)與重磁資料，對(duì)測(cè)區(qū)磁異常比較有利的地段做了剖面測(cè)量，即A剖面。通過(guò)對(duì)A剖面進(jìn)行反演，結(jié)合地質(zhì)剖面，對(duì)測(cè)區(qū)成礦模式進(jìn)行摸索。該測(cè)區(qū)磁鐵礦體主要產(chǎn)于二長(zhǎng)花崗巖與大理巖的接觸帶及附近外接觸帶，并受近東西向壓扭性斷裂構(gòu)造控制，含礦圍巖主要為矽卡巖、硅化大理巖、次為流紋英安質(zhì)凝灰熔巖、熔巖凝灰?guī)r及蝕變閃長(zhǎng)巖。礦體具有成帶成群分布的特點(diǎn)。單個(gè)礦體形態(tài)多樣，大致可分為透鏡狀、脈狀及不規(guī)則塊狀三類。由于磁鐵礦體和含鐵矽卡巖都不同程度地具有較強(qiáng)磁性，因此該礦床已知礦體磁異常以串珠狀為特征，局部異常形態(tài)各異，幅值高(>1 000 nT)規(guī)模小，成群產(chǎn)出，整體成帶分布。

在地球物理資料處理中，求取ΔZ的垂向?qū)?shù)作為一種常用處理[6-13]，實(shí)際相當(dāng)于一個(gè)高頻放大器，可以壓制低頻成分，放大高頻成分，用于直觀地觀測(cè)異常范圍，對(duì)劃分異常邊界線具有一定的效果。綜合剖面A過(guò)已知礦區(qū)Ⅱ礦區(qū)，可以判斷綜合剖面圖(圖5)的結(jié)果反映了狼娃山鐵礦成層狀產(chǎn)出的特點(diǎn)，其與實(shí)際出露礦體成層狀產(chǎn)出較為吻合，也有隱伏或地表覆蓋的磁性體存在。

圖4　狼娃山鐵礦所在區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)及物探剖析Fig.4　A regional and geophysical(ΔT) section map of Langwashan iron ore

縱觀這個(gè)測(cè)區(qū)，磁異常規(guī)整，異常多成范圍不大的橢圓形、條帶狀展布的強(qiáng)磁異常斷續(xù)連接組成主異常體，異常跳躍較大；小范圍的磁異常成似橢圓形分布，主要表現(xiàn)為以下結(jié)果：

1)磁異常強(qiáng)度大，地表可形成數(shù)千納特的磁異常，梯度陡，在帶內(nèi)呈北西向、斷續(xù)團(tuán)塊狀展布，多數(shù)伴生負(fù)異常，主要是出露和淺部礦體引起。

2)平緩異常與已知礦異常成延續(xù)、漸變關(guān)系，貌似傾覆，平緩而規(guī)則，異常值一般在1 000～3 000 nT，形態(tài)規(guī)則，似橢圓形，是連續(xù)異常，推斷該異常為下伏礦體引起。從航磁異常圖與地磁異常和礦體的空間對(duì)應(yīng)關(guān)系一一對(duì)應(yīng)來(lái)看，基本為磁鐵礦引起磁異常。磁異常反映的磁性體的形態(tài)符合地質(zhì)解釋的結(jié)果，能為礦產(chǎn)預(yù)測(cè)提供必要元素。

3)從圖3、圖4 看，狼娃山鐵礦處在重力低區(qū)域里，磁異常在高值區(qū)域，反映了狼娃山鐵礦的成礦綜合信息。

圖5　狼娃山鐵礦區(qū)A剖面綜合剖面Fig.5　A geophysical profile of Langwashan-style iron ore

4　結(jié)　論

重磁法勘探主要觀測(cè)天然場(chǎng)重力場(chǎng)和磁場(chǎng)的變化，利用重磁異常解釋斷裂是地質(zhì)構(gòu)造研究的主要手段之一。在磁鐵礦的勘查中，磁法勘探以其效率高，成本低，工作效果好而備受青睞，使其作為一種直接勘查手段而被廣泛地應(yīng)用，低緩磁異常是尋找隱伏磁鐵礦的主要找礦標(biāo)志。本文運(yùn)用地球物理與地質(zhì)結(jié)合的方法對(duì)甘肅省狼娃山鐵磁礦進(jìn)行分析和解釋，得出以下結(jié)論：

1)在資料分析中顯示，狼娃山鐵礦預(yù)測(cè)類型為矽卡巖型，從分析可以得知:該類型磁鐵礦床由于嚴(yán)格受構(gòu)造和巖性控制，因此，可根據(jù)航磁異常劃分出地層、巖性、構(gòu)造等地質(zhì)單元，然后選擇成礦有利部位開(kāi)展地磁測(cè)量，尋找和圈定礦致異常，形成成礦模型，對(duì)比分析尋找周邊磁鐵礦是可行的。

2)狼娃山鐵礦的礦床規(guī)模為中型，主要產(chǎn)于低重力、高磁性區(qū)域，可以以此為模式進(jìn)行周邊磁鐵礦探索分析。

3)在研究鐵礦區(qū)成礦地質(zhì)—地球物理模型時(shí)，需要對(duì)以前的區(qū)域性地球物理場(chǎng)進(jìn)行研究，對(duì)比不同的地球物理方法，對(duì)地球物理異常典型區(qū)域進(jìn)行詳查，然后對(duì)照地質(zhì)資料進(jìn)行分析與處理，逐步找出異常特征對(duì)應(yīng)地質(zhì)體，為以后的找尋磁鐵礦床找出成礦規(guī)律，使地球物理勘探具有更好的找礦效果。

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The Application of Comprehensive Geophysical Method to Langwashan Magnetite of Gansu Province

Xu Yi，Du Fa，Xie Zhifeng

(SecondInstituteofGeologicalandMineralExploration,GansuProvincialBureauofGeologyandMineralResources,LanzhouGansu730020,China)

The Langwashan ironore belongs to magmatic rock typy deposit. The predication type is skam deposit and the deposit scale is middle-sized. In order to find the Langwashan geological-geophysical modeling, firstly we divided the geological units such as stratum, lithology, structure based on aeromagnetic anomalies. Then we selected the metallogenetic prospective area of high-precision magnetic measurement to find anomalies related to mineralization. Finally we found out the metallogenic model for Langwashan. It turns out that it is feasible to provide geological-geophysical model for prospecting the mining area nearby through the analysis of geological and geophysical data of the area.

Langwashan iron ore; magnetite; high precision magnetic prospecting; prospecting model

1672—7940(2016)04—0476—07

10.3969/j.issn.1672-7940.2016.04.013

胥溢(1988-)，男，助理工程師，主要從事地球物理野外勘探工作。E-mail:xuyidj08@outlook.com

P631.2

A

2016-03-17