胥　溢，杜　發(fā)，謝志峰

(甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(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展高精度地磁測量，尋找和圈定礦致異常；最后通過分析研究該測區(qū)的地質(zhì)地球物理特征，找出了狼娃山簡要的成礦模型。結(jié)果表明，通過對地質(zhì)—地球物理資料的分析來為礦區(qū)周圍找礦方向提供地質(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；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)展起來的，具有探測深度大、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)域尺度的深部過程研究和結(jié)構(gòu)的探測，導(dǎo)致對礦產(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“深部探測技術(shù)與實(shí)驗(yàn)”[2]，它是通過進(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題存在多解性，單一物探方法對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，對異常進(jìn)行精細(xì)的分析，這對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巖，又被稍后的紅色中細(xì)粒二長花崗巖所侵入，兩者為同期同源巖漿演化產(chǎn)物，同侵入于C1bs1中，其中二長花崗巖為成礦母巖。此外，尚見系列中酸性巖脈及次火山巖，有閃長巖、閃長玢巖、花崗巖、次流紋巖、次英安巖、次安山巖等，偶見輝綠巖，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。其生成過程大體分為四個(gè)階段：

1)矽卡巖成礦階段。二長花崗巖侵入期后，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?，同時(shí)在礦體上部形成氧化帶。

經(jīng)過以上四個(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，通過觀測垂向一階導(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。通過航磁ΔT化極平面等值線圖(圖3g)可以對去除掉斜磁化影響后的磁異常分布進(jìn)行分析。異常中部磁場值較高，走向?yàn)镹W走向。根據(jù)圖3中的區(qū)域重磁異常可以大致劃分出地質(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)與地球物理場的橋梁，是減少磁異常反問題的有效途徑，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、花崗石英閃長巖，可引起較弱磁異常；其余巖性均為弱磁或無磁。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，使得地表磁場表現(xiàn)為磁異常跳躍性較大。其他巖性基本弱磁或無磁，可形成背景磁異常場。

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。

對該地區(qū)重磁異常比較有利的地段開展了1∶10000地面高精度磁法測量，測區(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。對實(shí)際觀測所得的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。通過地面高精度磁測資料可以更明確地觀測出測區(qū)的地球物理異常(圖4)。結(jié)合地質(zhì)與重磁資料，對測區(qū)磁異常比較有利的地段做了剖面測量，即A剖面。通過對A剖面進(jìn)行反演，結(jié)合地質(zhì)剖面，對測區(qū)成礦模式進(jìn)行摸索。該測區(qū)磁鐵礦體主要產(chǎn)于二長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，用于直觀地觀測異常范圍，對劃分異常邊界線具有一定的效果。綜合剖面A過已知礦區(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應(yīng)關(guān)系一一對應(yīng)來看，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天然場重力場和磁場的變化，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展地磁測量，尋找和圈定礦致異常，形成成礦模型，對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)，需要對以前的區(qū)域性地球物理場進(jìn)行研究，對比不同的地球物理方法，對地球物理異常典型區(qū)域進(jìn)行詳查，然后對照地質(zhì)資料進(jìn)行分析與處理，逐步找出異常特征對應(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。

[1]劉光鼎，劉秉光，劉建明，等.中國金屬礦的地質(zhì)與地球物理勘查[M].北京：科學(xué)出版社,2013.

[2]劉光鼎.深部探測:詮釋成礦過程、拓展深部資源[J].地球物理學(xué)報(bào),2015，58(12):4317-4318.

[3]朱朝吉,周肇武, 劉天佑，等.高精度磁測找礦效果:以青海尕林格礦區(qū)為例[J].地質(zhì)與勘探,2011，47(2):277-283.

[4]安永康,繆淑君,李百祥.甘肅北山紅山鐵礦地質(zhì)—地球物理找礦模型預(yù)測隱伏礦[J].甘肅地質(zhì),2011,19(2):62-66.

[5]湯中立,白云來,李志林.華北板塊西南邊緣大型、超大型礦床的地質(zhì)構(gòu)造背景[J].地質(zhì)學(xué)報(bào)，2002,76(3):432-432.

[6]李倩,李建國,王萬銀,等.重磁電聯(lián)合勘查深部鐵礦方法試驗(yàn)研究[J].工程地球物理學(xué)報(bào)2015，12(2):218-224.

[7]李正文,賀振華.勘查技術(shù)與工程[M].北京：地質(zhì)出版社,2003.

[8]江桂，朱國強(qiáng)，汪利明.綜合地球物理方法在浙江小梅多金屬礦產(chǎn)勘查中的應(yīng)用[J].工程地球物理學(xué)報(bào)，2008，5(4):464-469.

[9]嚴(yán)加永，滕吉文，呂慶田.深部金屬礦產(chǎn)資源地球物理勘查與應(yīng)用[J].地球物理學(xué)進(jìn)展，2008,23(3)：871-891.

[10]趙希剛，吳漢寧，柏冠軍，等.重磁異常解釋斷裂構(gòu)造的處理方法及圖示技術(shù)[J].地球物理學(xué)進(jìn)展，2008，23(2)：414-421.

[11]彭芳蘋,董良,葛志廣.航空物探試驗(yàn)場地面地球物理場特征分析[J].工程地球物理學(xué)報(bào)，2014，11(1):122-126.

[12]王三民,王萌,魏云飛,等.河北省平泉縣小寺溝銅鉬礦床航磁異常特征及深部與外圍找礦前景初步分析[J].工程地球物理學(xué)報(bào)，2014，11(6):813-817.

[13]艾虎,武永強(qiáng),焦智偉,等.地面高精度磁測在核電站選址中的應(yīng)用[J].工程地球物理學(xué)報(bào)，2015，12(2):214-217.

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