朱曉泉

(甘肅省有色金屬地質(zhì)勘查局 張掖礦產(chǎn)勘查院，甘肅 張掖 734012)

1 引 言

黃沙泉鐵礦床是甘肅省有色金屬地質(zhì)勘查局張掖礦產(chǎn)勘查院(原甘肅有色地質(zhì)勘查局四隊(duì))20世紀(jì)90年代在區(qū)域地質(zhì)測(cè)量和礦點(diǎn)檢查工作中發(fā)現(xiàn)的。1999年的勘查工作主要以鎢礦為主攻礦種，進(jìn)行過(guò)多次的地質(zhì)勘探，發(fā)現(xiàn)鎢礦資源規(guī)模較小，沒(méi)有進(jìn)一步工作的前景和價(jià)值，而鐵礦有一定的規(guī)模和潛力。2008～2010年，通過(guò)1∶50 000地面高精度磁測(cè)發(fā)現(xiàn)該區(qū)有較好的磁異常，與以往發(fā)現(xiàn)的鐵礦露頭對(duì)應(yīng)性好，磁異常往往直接指示了磁鐵礦位置[1]。磁法測(cè)量是作為尋找磁鐵礦床的方法而產(chǎn)生并長(zhǎng)期發(fā)展的。隨著磁測(cè)精度的提高和基本理論的發(fā)展,磁測(cè)不僅能發(fā)現(xiàn)磁鐵礦床, 而且可能解決勘探方面的問(wèn)題，如確定礦體的深度、 產(chǎn)狀要素、磁化強(qiáng)度和估算磁鐵礦石的儲(chǔ)量[2-4]。萬(wàn)力等在小柳溝地區(qū)應(yīng)用1∶10 000磁法測(cè)量研究預(yù)測(cè)區(qū)內(nèi)深部隱伏巖體分布范圍、深度及其含礦性，取得了成功的經(jīng)驗(yàn)[5]。磁法測(cè)量磁測(cè)對(duì)礦區(qū)構(gòu)造研究及隱伏礦體深部位置、產(chǎn)狀推測(cè)具有良好效果，為在本區(qū)進(jìn)一步擴(kuò)大礦床規(guī)模，縮小找礦靶區(qū)，并為探礦工程做布設(shè)提供了有效的地球物理依據(jù)，在本區(qū)進(jìn)一步開(kāi)展1∶10 000高精度磁法測(cè)量及磁法剖面測(cè)量工作，通過(guò)深入分析研究，取得了良好的地質(zhì)找礦效果。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征及巖(礦)石磁性特征

2.1 礦區(qū)地質(zhì)特征

黃沙泉鐵礦大地構(gòu)造位置處于北祁連褶皺造山帶西段元古代鏡鐵山——朱龍關(guān)裂谷帶中，礦區(qū)處于該裂谷的北西向主斷裂構(gòu)造與北東向北大河隱伏基底斷裂交匯的東南角。裂谷作用有利于各種礦床的形成，該裂谷帶基本控制了大中型鐵礦、鐵銅礦和銅鎢多金屬礦床，本區(qū)具有良好的成礦環(huán)境[1]。

黃沙泉鐵礦區(qū)出露主要地層為長(zhǎng)城系朱龍關(guān)群熬油溝組下巖組，主要巖性為鈣泥質(zhì)板巖、玄武巖及凝灰?guī)r；白堊系新民堡群中溝組的一套紅色河湖山麓相陸屑建造；第四系(圖1，表1)。

圖1 礦區(qū)地質(zhì)草圖Fig.1 Geological sketch of the mining area

表1 黃沙泉鐵礦床地層

Table 1 Formation of Huangshaquan iron deposit

系群組段主要巖性第四系(Q)主要巖性為沖積砂礫、風(fēng)成砂、未膠結(jié)礫巖、砂、半膠結(jié)礫巖、碎石、亞砂土、礫巖夾透鏡狀砂巖。厚度一般為2～56 m。白堊系新民堡群中溝組(Kz)為一套紅色河湖山麓相陸屑建造,主要巖性為角礫狀灰?guī)r、砂礫巖及泥質(zhì)粉砂巖互層。長(zhǎng)城系朱龍關(guān)群熬油溝組下巖組(Cha1)第四巖性段(Cha41)下部出露巖性主要為綠泥絹云千枚巖及少量玄武巖;上部出露主要巖性為鈣泥質(zhì)板巖、凝灰質(zhì)砂巖、石英巖、硅化灰?guī)r、鐵質(zhì)板巖及厚層白云巖。其中,鐵質(zhì)板巖為主要含礦巖性。第三巖性段(Cha31)下部主要巖性有:玄武巖、厚層白云質(zhì)灰?guī)r;上部巖性主要為:薄層白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖、玄武巖、含鐵玄武巖及少量綠泥絹云千枚巖、綠泥石英千枚巖、硅化灰?guī)r、鈣泥質(zhì)板巖等。第二巖性段(Cha21)主要巖性有凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)砂巖、塊狀鈣質(zhì)板巖、灰?guī)r、鐵質(zhì)板巖、硅質(zhì)巖等。其中,鐵質(zhì)板巖為礦區(qū)賦礦層位。第一巖性段(Cha11)主要巖性為白云質(zhì)灰?guī)r、綠泥石英絹云千枚巖、綠泥絹云千枚巖、炭質(zhì)千枚巖及少量灰?guī)r。

礦區(qū)位于北祁連褶皺造山帶西段元古代鏡鐵山—朱龍關(guān)裂谷小柳溝—斑賽爾成熟島弧構(gòu)造帶中，構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈而復(fù)雜,主要表現(xiàn)為斷裂構(gòu)造和褶皺構(gòu)造。斷裂構(gòu)造在礦區(qū)十分發(fā)育，規(guī)模大小不等,產(chǎn)狀較為復(fù)雜,按照其展布方向總體可分為北西向斷裂、近東西向斷裂、北東向斷裂和北北西向斷裂。礦區(qū)位于朱龍關(guān)河谷背斜南西翼(靠近核部)西部(揚(yáng)起端)，礦區(qū)內(nèi)地層構(gòu)成倒“S”型褶皺構(gòu)造，由長(zhǎng)城系朱龍關(guān)群熬油溝組第一至四巖性段組成，該構(gòu)造控制著黃沙泉鐵礦床的礦化范圍。

礦區(qū)內(nèi)火山巖極為發(fā)育，在西礦段和中礦段及東礦段的西部廣泛發(fā)育，主要巖性有凝灰?guī)r、玄武巖和含鐵玄武巖。凝灰?guī)r主要分布于西礦段，是礦體的直接圍巖之一，與礦化空間關(guān)系密切。含鐵玄武巖局部因含鐵較高形成鐵礦體。

2.2 礦區(qū)巖(礦)石磁性特征

本次磁測(cè)工作對(duì)工作區(qū)主要巖礦石均進(jìn)行了標(biāo)本磁性測(cè)定，各塊標(biāo)本按其塊體的各個(gè)平整面作了多次測(cè)定，取其平均值，測(cè)定及統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表2。

由表2可知：

1)主要巖礦石的磁化率由大到小的排序?yàn)椋鸿F礦石-鐵質(zhì)板巖-安山玄武巖-輝長(zhǎng)巖-含鐵千枚巖-白云質(zhì)灰?guī)r-鈣泥質(zhì)板巖-花崗巖。其中，鐵礦石磁化率統(tǒng)計(jì)值為(737～96 800)×10-5SI，常見(jiàn)值高達(dá)24 387×10-5SI，與其他巖石相比高數(shù)個(gè)數(shù)量級(jí)，具明顯的磁性差異，可引起高強(qiáng)度磁異常。

2)巖礦石磁化率變化范圍較大，磁化率的大小與磁鐵礦含量的多少呈正相關(guān)。

3)含礦母巖鐵質(zhì)板巖具中等磁性,磁化率為(17～4 070)×10-5SI，變化范圍較大，磁性的強(qiáng)弱與其所含鐵質(zhì)成分的多少有關(guān)，當(dāng)鐵質(zhì)成分含量較高時(shí)也能引起較強(qiáng)的磁異常。

4)安山玄武巖、輝長(zhǎng)巖具弱-中等磁性，且二者磁性相當(dāng)，磁化率統(tǒng)計(jì)常見(jiàn)值為37×10-5SI。

5)同一類型巖石標(biāo)本磁性差異也較大，巖石的磁性大小主要取決于所含鐵磁性礦物的含量多少。

6)就局部地段講，從弱磁到中強(qiáng)磁性者均有；安山玄武巖地表多反應(yīng)為跳躍不規(guī)則的磁場(chǎng)，為本區(qū)最主要的干擾因素；輝長(zhǎng)巖引起的異常較規(guī)整，梯度較緩，規(guī)模小，幅值較低，與礦致異常容易區(qū)分。

7)其余巖石為無(wú)磁到微弱磁性，如：硅質(zhì)白云巖、鈣泥質(zhì)板巖、石英細(xì)砂巖等，不足以形成明顯的磁異常，均表現(xiàn)為平靜的正常磁場(chǎng)。

表2 黃沙泉礦區(qū)巖礦石磁化率

3 高精度磁測(cè)工作布置

根據(jù)礦區(qū)已知主要地質(zhì)體、構(gòu)造特征，本區(qū)1∶10 000高精度磁測(cè)測(cè)網(wǎng)的布設(shè)按西礦帶和東礦帶兩個(gè)區(qū)塊分別布設(shè)，西礦帶測(cè)線方位為90°，東礦帶測(cè)線方位為35°，布設(shè)網(wǎng)度100 m(線距)×20 m(點(diǎn)距)(圖2)。

本次使用的磁測(cè)儀器是加拿大GEM公司生產(chǎn)的GSM-19T 型微機(jī)質(zhì)子磁力儀，絕對(duì)精度1 nT，其分辨率為0.1 nT；測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍10 000～120 000 nT；梯度容限大于7 000 nT/m；采樣率每3～60 s一個(gè)讀數(shù)。

圖2 磁法工作布置Fig.2 Magnetic work layout

圖3 磁測(cè)平面等值線Fig.3 Magnetic survey plane contour map

4 磁異常特征及解釋

通過(guò)高精度磁測(cè)工作，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、成圖[6,7]，礦區(qū)主要表現(xiàn)為3種磁場(chǎng)變化特征，即西礦帶西段表現(xiàn)為平靜磁場(chǎng)，西礦帶東段至中礦帶為變化相對(duì)劇烈的升高磁場(chǎng)區(qū)，東礦帶表現(xiàn)為平穩(wěn)磁場(chǎng)中局部升高的變化磁場(chǎng)區(qū)(圖3)。共獲得12個(gè)局部磁異常，除M11異常為磁性較高的輝綠巖體引起外，其他異常均為鐵礦化引起，與地質(zhì)所圈定磁鐵礦體位置吻合。

西礦帶西段大部分區(qū)域?yàn)榈谒南蹈采w，局部出露白堊系下統(tǒng)上巖組砂巖、泥質(zhì)粉砂巖及長(zhǎng)城系朱龍關(guān)群上巖組第四巖性段厚層白云質(zhì)灰?guī)r，磁場(chǎng)總體表現(xiàn)平穩(wěn)，局部小范圍的升高磁場(chǎng)為含鐵質(zhì)白云質(zhì)灰?guī)r引起，主要產(chǎn)于巖性接觸帶上，與斷裂構(gòu)造活動(dòng)有關(guān)，礦化較弱，主要為赤鐵礦化、褐鐵礦化。

西礦帶東段變化劇烈的強(qiáng)磁異常主要為地表出露的鐵礦體及鐵質(zhì)板巖引起，該處為本區(qū)幾條主礦體所在位置。

東礦帶磁異常除M11異常為磁性較高的輝綠巖體引起，其他它異常均為鐵礦化引起，但異常范圍較小，強(qiáng)度不高，為地表礦化不均勻所致。

通過(guò)本次工作共圈定的磁異常，在實(shí)地異常查證時(shí)地表均見(jiàn)到引起磁異常巖(礦)石露頭，尤其是主礦體所在位置(圖4)，M1、M2、M3、M4異常與地表地質(zhì)工程所圈定的礦體完全吻合。但這些異常具有異常強(qiáng)度大，梯度陡變的特點(diǎn)，為地表出露礦體引起。

本次重點(diǎn)說(shuō)明M5異常，M5異常位于黃沙泉鐵礦西礦帶東南部，異常以ΔT=600 nT等值線圈定，呈弧形帶狀展布，異常強(qiáng)度中等偏高，ΔT值約800～1 000 nT。等值線形態(tài)較規(guī)則，范圍大；長(zhǎng)約1 000 m，寬約60～320 m。異常自南至北，長(zhǎng)軸走向發(fā)生明顯彎曲，由北西向轉(zhuǎn)為近南北方向，北側(cè)局部與負(fù)磁異常相伴。地表出露巖性為無(wú)磁或弱磁性的白云質(zhì)灰?guī)r及鈣質(zhì)板巖，北側(cè)零星出露鐵質(zhì)板巖，但大多被第四系覆蓋，東側(cè)主體異常呈北西向帶狀展布，平剖圖剖面曲線較光滑，局部呈鋸齒狀跳躍。北東翼梯度較陡，南西翼梯度相對(duì)較緩，說(shuō)明磁性體向南西方向傾斜，推測(cè)為礦致異常。利用8線地質(zhì)綜合剖面，對(duì)M5異常應(yīng)用歐拉齊次方程法進(jìn)行反演計(jì)算[9，10]，求得磁性體埋深15.04 m(圖5)，推測(cè)5號(hào)礦體埋深約15 m。

圖4 黃沙泉鐵礦西礦帶東段磁測(cè)、地質(zhì)綜合圖Fig.4 Magnetic survey and geological map of the eastern section of the west belt of Huangshaquan Iron Mine

圖6 黃沙泉鐵礦西礦帶8線2.5D人機(jī)交互反演結(jié)果Fig.6 2.5D human-computer interaction inversion results of line 8 in the westsand belt of Huangshaquan iron mine

圖7 黃沙泉鐵礦西礦帶16線2.5D人機(jī)交互反演結(jié)果Fig.7 Results of2.5D human-computer interaction inversion of line 16 in the west belt of Huangshaquan Iron Mine

根據(jù)所測(cè)定的磁性參數(shù)、結(jié)合地質(zhì)實(shí)際情況建立模型，對(duì)通過(guò)M5異常的8線、16線精測(cè)剖面進(jìn)行了2.5 D人機(jī)交互反演[9](8線通過(guò)M5異常北側(cè)，16線通過(guò)M5異常南側(cè))，見(jiàn)圖6、圖7。得出如下一些反演結(jié)果，見(jiàn)表3、表4。

表3 黃沙泉鐵礦西礦帶8線推測(cè)礦體參數(shù)

表4 黃沙泉鐵礦西礦帶16線推測(cè)礦體參數(shù)

根據(jù)反演結(jié)果可看出，引起M5異常的磁性體傾向西，且從北到南傾角變緩，上頂板埋深越來(lái)越深。依據(jù)異常所處的地質(zhì)部位及強(qiáng)度、規(guī)模、形態(tài)特征分析，推斷引起該異常的磁性體與地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)關(guān)系密切，不排除褶皺成礦。M5異常的存在使得在本區(qū)尋找鐵礦或以鐵為主的多金屬礦，具有良好的找礦前景。

5 異常驗(yàn)證

根據(jù)物探推斷結(jié)果，在8線及16線進(jìn)行了鉆孔驗(yàn)證，所得結(jié)果與推斷結(jié)果基本相符(圖8、圖9左側(cè))。8線M5異常處探獲3條隱伏礦體，其中一條礦體穿礦厚達(dá)66.2 m， TFe品味為21.85～26.16；16線M5異常處探獲3條隱伏礦體，穿礦厚別為：26.38 m、19.9 m、39.0 m，TFe品味為21.67～27.54。各隱伏礦體頂部埋深與反演推算深度基本接近，鉆孔穿過(guò)地表第四系即可見(jiàn)磁鐵礦體。

圖8 黃沙泉鐵礦西礦帶8線剖面Fig.8 Profile of line 8 in the west sand belt of Huangshaquan iron mine

圖9 黃沙泉鐵礦西礦帶16線剖面Fig.9 Profile of line 8 in the west sand belt of Huangshaquan iron mine

6 結(jié) 論

1)通過(guò)本次磁測(cè)工作，對(duì)比地質(zhì)勘查成果，證明了高精度磁法測(cè)量是在研究本區(qū)尋找磁鐵礦體最有效的方法，尤其在探測(cè)隱伏磁鐵礦體時(shí)，其優(yōu)勢(shì)更加突出。

2)應(yīng)用高精度磁法測(cè)量成果，結(jié)合實(shí)際地質(zhì)情況，建立適合的地球物理模型，進(jìn)行定性解釋及定量反演計(jì)算，可基本確定引起異常的磁鐵礦體的規(guī)模、產(chǎn)狀、埋深等特征，為下一步探礦工程提供有效依據(jù)。