程莎莎，彭莉紅，孫棟華，王志宏，陳偉

(1.核工業(yè)航測遙感中心，河北 石家莊 050002； 2.河北省航空探測與遙感技術(shù)重點實驗室，河北 石家莊 050002; 3.中核集團 鈾資源地球物理勘查技術(shù)中心重點實驗室，河北 石家莊 050002)

0 引言

青城子礦集區(qū)位于遼寧省東部丹東地區(qū)，地處華北陸塊區(qū)的東北緣，是我國重要的鉛鋅、金銀多金屬成礦單元，區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)青城子鉛鋅礦、高家堡子銀礦、小佟家堡子金礦、林家金礦、白云金礦等礦床，累計探明鉛鋅儲量160萬t、金300余t、銀4 000余t[1-3]；近年來，又在青城子西北部石家溝地區(qū)發(fā)現(xiàn)了鉬礦床[3-5]。隨著礦產(chǎn)資源的不斷被發(fā)現(xiàn)和持續(xù)開采，目前礦集區(qū)內(nèi)已知資源越來越少。礦集區(qū)被作為老礦區(qū)列為嚴重危機礦山，已知礦區(qū)及其周邊的“攻深找盲”工作是下一步工作的重點。同時，礦集區(qū)地形復(fù)雜、植被茂密，給礦產(chǎn)勘查工作帶來了巨大困難。前人在礦集區(qū)已經(jīng)開展了部分地球物理工作，取得了一定的找礦認識。如祝銘等[6]曾利用重磁資料進行了青城子礦集區(qū)侵入巖分布的研究；柴源[7]通過重磁資料和區(qū)域地質(zhì)資料進行了三維建模，確定了中生代侵入巖體的深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)與三維構(gòu)造形態(tài)，進而劃分了找礦遠景區(qū)；劉志遠等[8]利用重力資料認為礦床分布于重力梯度帶或不同方向梯度帶的交接部位[6-7,9-10]。

因受制于方法本身的限制和礦集區(qū)地形地貌的影響，前人工作多圍繞已知礦床周圍開展，對外圍地段探測工作量較少，找礦工作不具系統(tǒng)性；且相關(guān)工作多側(cè)重于中淺部，對深部的地質(zhì)調(diào)查工作開展較少。因此急需尋求一種探測深度大、效率高、綠色環(huán)保且對低阻金屬礦產(chǎn)效果好的物探技術(shù)方法。電磁法具有探測深度大、精度高、對低阻體反映靈敏的特點?；陲w行搭載平臺的航空電磁法，無須技術(shù)人員到達地面現(xiàn)場，速度快、通行性好、綠色環(huán)保。近年來，航空電磁法日益發(fā)展成熟，在國內(nèi)進行了大規(guī)模推廣應(yīng)用，在基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查和多金屬礦找礦領(lǐng)域方面效果顯著[8,11-16]。

在青城子礦集區(qū)開展了高精度航空大地電磁、航空瞬變電磁和航磁數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采集，通過分析礦集區(qū)航電、航磁異常特征，對青城子深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)進行研究分析，確定了主要侵入巖體的深部地質(zhì)特征以及斷裂的深部延伸情況。該工作對查明含礦地質(zhì)體的空間展布規(guī)律具有積極的指導(dǎo)意義，為礦集區(qū)“攻深找盲”工作提供了依據(jù)，也為危機礦山找礦工作提供了方法技術(shù)示范。

1 礦集區(qū)地質(zhì)背景及物性特征

1.1 地質(zhì)背景

礦集區(qū)位于遼寧省東部丹東地區(qū)，地處華北陸塊區(qū)東北緣的遼吉裂谷。該裂谷是中國北方重要的鉛鋅金銀多金屬礦集區(qū)[17]。礦集區(qū)出露地層主要有古元古界遼河群里爾峪組、高家峪組、大石橋組及蓋縣組，東南地段見少量侏羅—白堊系小嶺組，南部可見印支期花崗巖與高家峪組呈侵入接觸關(guān)系，中部見遼吉花崗巖呈巖枝狀與高家峪組呈侵入接觸關(guān)系[9]。

區(qū)內(nèi)巖漿巖主要包括古元古代花崗巖類、印支期和燕山期花崗巖類以及各種脈巖。古元古代侵入巖主要分為兩類：一類為鉀長花崗巖、混合巖，如周家堡子巖體；另一類為斜長花崗巖(鈉質(zhì)花崗巖)，有大頂子、方家隈子和石家?guī)X巖體。印支期侵入巖以雙頂溝和新嶺巖體為代表，巖性為斑狀花崗巖和花崗斑巖。燕山期巖漿巖以姚家溝花崗斑巖體為代表，此外，區(qū)內(nèi)還大量發(fā)育煌斑巖、輝綠巖、閃長(玢)巖、石英斑巖、花崗斑巖等脈巖[9]。青城子礦集區(qū)內(nèi)的鉛鋅、金銀礦床主要發(fā)育在雙頂溝與新嶺巖體周邊的遼河群大石巖組與蓋縣組的接觸帶上，構(gòu)成礦田內(nèi)的鉛鋅、金銀礦區(qū)[7,18-20]。

礦集區(qū)經(jīng)歷了多次構(gòu)造運動，不同期次構(gòu)造相互疊加，不同性質(zhì)、不同方向的斷裂相互交切形成構(gòu)造封閉空間。這種類型的構(gòu)造在該區(qū)鉛鋅銀金礦的成礦中起了重要作用，它們既為火成巖脈的侵位提供了構(gòu)造薄弱帶，又為含礦熱液的運移提供了通道。其中，青城子斷裂控制青城子礦區(qū)鉛鋅礦床的分布，尖山子斷裂控制白云、林家三道溝、小佟家堡子等一系列金銀礦床的分布[3,18,21-22](圖1)。

1.2 物性特征

研究區(qū)主要出露古元古界遼河群大石橋組和蓋縣組，局部出露里爾峪組。遼河群大多數(shù)巖段屬于無磁性巖層，強磁性巖石主要集中于里爾峪組內(nèi)，大石橋巖組和蓋縣巖組巖性磁性偏低；蓋縣組二段、大石橋組一段、大石橋組三段、里爾峪組為高阻特征，蓋縣組一段、大石橋組二段為低阻特征。片巖為明顯的低阻特征，大理巖則為明顯的高阻特征。

侵入巖整體上磁性偏高，電阻率較高。中—基性侵入巖磁性較強，酸性侵入巖磁性相對較弱，從侵入體的形成時代看，中生代(燕山期)花崗巖的磁性較強，古元古代花崗巖磁性均較弱且與圍巖磁場無明顯差異，巖體邊部的矽卡巖接觸帶多為強磁性體；中生代侵入巖體一般具有高阻特征，特征明顯，不同期次侵入體具有不同的電性特征。據(jù)前人資料可知，古元古代花崗巖電阻率在區(qū)內(nèi)最高[9]。

2 數(shù)據(jù)采集與處理

2.1 數(shù)據(jù)采集

采用航空瞬變電磁、航空大地電磁和航空磁測方法的組合，建立高效、高分辨率、大深度探測的攻深找盲新技術(shù)。

航空瞬變電磁法集淺層高分辨率電阻填圖及中深部探測于一體，對低阻體反映靈敏，已被廣泛用來探測多金屬礦[8,13,19]。本次工作采用VTEMPlus系統(tǒng)開展數(shù)據(jù)采集，測線間距為200 m。采用沿地形緩起伏飛行；線圈平均離地高度為58.7 m，平均飛行速度為80.31 km/h；航空瞬變電磁數(shù)據(jù)質(zhì)量采用背景場dB/dt動態(tài)噪聲水平評價， 最大為0.00108 pV/(A·m4)，最小為0.0007 pV/(A·m4)。同時采集航磁數(shù)據(jù)。

航空大地電磁法探測深度大，對橫向電阻率變化為敏感[11-12,14,23-24]，易實現(xiàn)二維、三維反演。本次工作采用ZTEM系統(tǒng)開展數(shù)據(jù)采集。該系統(tǒng)只采集音頻段(25～720 Hz)天然場源磁場信號，通過傾子將磁場的垂直分量與水平分量聯(lián)系起來，可以快速獲得地下三維電導(dǎo)率構(gòu)造信息。數(shù)據(jù)采集時測線間距為400 m，線圈平均離地高度為97.2 m，平均飛行速度為95.04 km/h；采用不同觀測頻率的信號強度來評價數(shù)據(jù)質(zhì)量和可靠性，當(dāng)信號強度低時不進行測量。

通過提取多參數(shù)信息，經(jīng)過相互比對和補充，獲取了地表出露巖體在深部的延伸情況、地表無巖體出露地段的深部是否存在隱伏巖體等信息，并為礦床的成因研究提供深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)依據(jù)。

2.2 數(shù)據(jù)處理

航空TEM數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)預(yù)處理和數(shù)據(jù)處理后，進行各種解釋性轉(zhuǎn)換處理工作。本次資料解釋采用時間常數(shù)和視電阻率參數(shù)[8,11-15,25-29]。dB/dt及B場的時間常數(shù)采用移動窗口法計算求得；電阻率深度成像(RDI)通過對測量的dB/dt數(shù)據(jù)進行反褶積將電磁響應(yīng)衰減數(shù)據(jù)快速轉(zhuǎn)化為相同意義上電阻率深度斷面信息。

航空大地電磁數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)預(yù)處理后，進行傾子計算以及二維、三維反演。 三維反演采用ZTEM_MT3Dinv軟件，反演時把地形和電磁接收線圈離地高度作為約束參數(shù)，因此地形對反演結(jié)果的影響較小。反演時中心區(qū)剖分尺寸為200 m×200 m，垂向剖分初始間距為10 m，且隨深度增加呈幾何增長，其增大因子為1.08。選擇25～600 Hz頻段內(nèi)的傾子x分量和y分量的實、虛部進行反演。初始電阻率設(shè)為1 000 Ω·m，電阻率范圍為1～1 000 000 Ω·m。反演時相對誤差設(shè)置為20%，傾子噪聲設(shè)置為1%。經(jīng)過20次迭代得到反演結(jié)果[30-31]，RMS為1.2%。

航空磁測資料解釋使用參數(shù)為磁化極及磁矢量反演。磁矢量反演在處理過程中ΔT總場數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)化為磁三分量矢量數(shù)據(jù)，其反演結(jié)果不僅有3D矢量信息還包括標(biāo)量的MVI視磁化率信息[16,24,32-36]。

1—第四系；2—侏羅-白堊系小嶺組；3—蓋縣組二段；4—蓋縣組一段；5—大石橋組三段；6—大石橋組二段；7—大石橋組一段；8—高家峪組三段；9—高家峪組二段；10—高家峪組一段；11—里爾峪組；12—白堊紀(jì)細粒二長花崗巖；13—侏羅紀(jì)中細粒二長花崗巖；14—三疊紀(jì)中細粒似斑狀二長花崗巖；15—古元古代中細粒二長花崗巖；16—斷裂；17—鉛鋅礦；18—金礦；19—銀礦；20—鉬礦；21—航空電磁、航磁測量航跡；22—研究區(qū)范圍1—Quaternary; 2—Jurassic-Cretaceous Xiaoling formation; 3—second member of Gaixian formation; 4—first member of Gaixian formation; 5— third member of Dashiqiao formation; 6—second member of Dashiqiao formation; 7—first member of the Dashiqiao formation; 8—third member of the Gaojiayu formation; 9—second member of the Gaojiayu formation; 10—first member of the Gaojiayu formation; 11—Lieryu formation; 12—Cretaceous fine-grain monzonitic granite; 13—Jurassic medium-fine grain monzonitic granite; 14—Triassic medium-fine grain-like porphyritic monzonitic granite; 15—Paleoproterozoic medium-fine grain monzonitic granite; 16—fault; 17—lead-zinc deposit; 18—gold deposit; 19—silver mine; 20—molybdenum mine; 21—aeronautical electromagnetic and aeromagnetic survey track; 22—survey area圖1 青城子礦集區(qū)地質(zhì)Fig.1 Geological map of Qingchengzi mining area

3 深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)解析

3.1 斷裂構(gòu)造

斷裂構(gòu)造的推斷主要依據(jù)航磁資料，輔以航空電磁資料，并結(jié)合地質(zhì)資料進行綜合研究。首先對已知斷裂進行分析。

青城子斷裂南起朱家堡子，穿過青城子鉛鋅礦、本山鉛鋅礦、姚家溝鉬礦等，走向約為330°，長8 km左右，控制著青城子鉛鋅礦體的分布[6]。本次推斷斷裂F1與青城子斷裂基本吻合。圖2平面圖中，青城子斷裂呈NW向展布，區(qū)內(nèi)延伸約25 km，走向NW向。在斷面圖中，斷裂南傾，傾角較陡；電阻率剖面(圖3a)中表現(xiàn)為一柱狀高阻體；磁化率剖面(圖3c)中淺部出現(xiàn)不連續(xù)、錯斷現(xiàn)象。在電阻率空間分布圖中(圖4a)，淺部表現(xiàn)為串珠狀電性異常帶，海拔-2 000～-1 000 m時，斷裂北東側(cè)多為低阻電性特征，南西側(cè)多為高阻電性特征。磁化率空間分布圖中(圖4b)，淺部表現(xiàn)為串珠狀強磁異常帶；中深部為弱磁異常條帶，海拔-3 000～-2 000 m時，斷裂仍有反映。

尖山子斷裂南起楊家?guī)X，穿過小佟家堡子金礦、桃源金礦，延至白云金礦，斷裂延長15 km，斷裂總體走向335°，傾向NE，傾角60°～80°[6]。本次推斷斷裂F2與已知尖山子斷裂基本吻合。圖2平面圖中，尖山子斷裂呈NW向展布，區(qū)內(nèi)延長25 km。在斷面圖中，斷裂北傾，傾角較陡；電阻率、反演磁化率剖面圖中均表現(xiàn)為明顯的不連續(xù)現(xiàn)象(圖3)。磁化率空間分布圖中(圖4b)，淺部反映為串珠狀強磁異常帶，隨著深度增加，斷裂帶磁場特征不盡一致，在海拔-1 000 m處，中段磁場強度逐漸增大，南東、北西兩側(cè)磁場強度則逐漸減小，在海拔-2 000～-3 000 m處，斷裂北西段表現(xiàn)為弱磁場特征，其余地段則反映為強、中強磁場特征。在電阻率空間分布圖中(圖4a)，淺部北西、南東段多表現(xiàn)為高阻電性特征，中段則為中低阻電性特征，海拔-1 000～-2 000 m時，斷裂北西段多表現(xiàn)為低阻電性特征，南東段多為中高阻電性特征(圖4a)。

圖2 研究區(qū)推斷斷裂平面分布(圖a中白色條帶為電力線干擾)Fig.2 The inferred plane distribution of faults in the study area (the white strips in figure a are power line interference)

圖3 L6260線綜合解釋斷面Fig.3 Sectional view of comprehensive interpretation of L6260 line

圖4 研究區(qū)推斷斷裂空間分布Fig.3 Inferred spatial distribution of faults in the study area

基于已知斷裂(青城子斷裂、尖山子斷裂)在測量資料中的明顯特征，將不同異常區(qū)的分界線、異常場梯度帶、串珠狀異常帶以及異常走向發(fā)生錯動的地方推斷為斷裂。共推斷斷裂12條，其中 F1、F2、F5、F7、F8分別與青城子斷裂、尖山子斷裂、大磨嶺斷裂、二道溝斷裂、喜鵲溝—二道溝斷裂基本吻合， 本次利用測量資料對其走向、位置重新進行了厘定。

3.2 侵入巖

區(qū)內(nèi)侵入巖主要包括古元古代花崗巖類、中生代花崗巖類。古元古代花崗巖磁場整體反映為弱磁場特征與圍巖磁場無明顯差異，但與圍巖相比，具有明顯的電性差異，為明顯中高阻特征，電阻率一般位于100～500 Ω·m之間。本次古元古代花崗巖主要利用航空瞬變電磁、航空大地電磁資料圈定其分布范圍及特征，三疊系二長花崗巖、侏羅系二長花崗巖兩者地球物理特征較為相似，均為較強磁場、中高阻電性特征，電阻率大于1 500 Ω·m。以上巖體推斷解釋時利用航空電磁法、航磁資料，同時依據(jù)侵入體所處位置，結(jié)合已有地質(zhì)資料進行推斷解釋。

3.2.1 古元古代巖體

古元古代花崗巖，區(qū)內(nèi)主要出露中部石家?guī)X巖體、南部方家隈子巖體、大頂子巖體等。由已知物性資料可知，該巖體與圍巖相比具有明顯的電性差異，但無磁性差異，巖體整體呈高阻特征，電阻率一般大于6 000 Ω·m。分布范圍與地質(zhì)圖中出露范圍基本一致，其根部應(yīng)位于礦集區(qū)南側(cè)。

由資料可知，古元古代巖體主要分布于中淺部，部分地段下延深度小于500 m，呈漂浮狀形式存在。其中大頂子巖體由淺至深分布范圍變化較小，且分布逐漸向西延伸；方家隈子巖體淺部出表出露范圍較大，至深部其分布范圍逐漸變小，至海拔-1 000 m左右?guī)r體電性特征消失(圖5)；石家?guī)X巖體地表出露較小，至深部其分布范圍逐漸變大且向北偏移，推測該巖體深部由于受構(gòu)造影響，巖體破碎、蝕變發(fā)育等原因，整體反映為低阻特征(圖6a)。

圖5 古元古代侵入巖三維反演電阻率空間分布Fig.5 Spatial distribution map of resistivity in three-dimensional inversion of Paleoproterozoic intrusive rocks

前人曾推測，大頂子巖體與方家隈子巖體距離較近，可能為同一個巖體的兩個露頭，而石家?guī)X巖體距離較遠，推測可能在深部相連[26]。但本次測量資料顯示，巖體均表現(xiàn)為明顯的高阻電性特征，巖體之間則為中低阻電性特征，推測巖體作為獨立巖體存在，測量范圍內(nèi)深部并未相連。

3.2.2 中生代巖體

印支期花崗巖，區(qū)內(nèi)主要出露中部新嶺巖體和南部雙頂溝巖體。由航空電磁法資料可知，巖體與圍巖相比具有明顯的電性、磁性差異，巖體整體呈高阻、高磁特征，電阻率一般大于6 000 Ω·m，磁化率一般大于0.004 SI。

南部雙頂溝巖體由淺至深分布范圍、形態(tài)與地表出露形態(tài)基本一致，表現(xiàn)為較小的時間常數(shù)特征，巖體邊界清晰。反演電阻率資料顯示，雙頂溝巖體為高阻特征；反演磁化率資料顯示，隨著深度的增加，巖體與圍巖接觸帶地段磁性逐漸增強，巖體內(nèi)部的磁場則逐步減弱，推測隨著深度增加，接觸帶地段蝕變、鐵磁性物質(zhì)逐漸增強。中部新嶺巖體分布范圍相對較小，從淺至深均呈高阻特征，由測量資料可知，淺部由于蝕變、破碎等影響，整體反映為弱磁特征，但隨著深度的增加，其磁性逐漸增強，且其分布范圍逐漸增加且向西偏移，推測巖體中淺部巖體本身發(fā)育很強的硅化、黃鐵礦化等強烈的熱液蝕變，深部巖體硅化、蝕變相對較弱(圖6)。

圖6 中生代侵入巖三維空間分布Fig.6 3D spatial distribution map of Mesozoic intrusive rocks

前人部分地球物理資料推測雙頂溝巖體與新嶺巖體二者同期同源并具有相似性，兩巖體深部可能相連[26]。但本次資料顯示，兩個巖體之間為明顯的中低阻體特征，與巖體電性特征具有明顯差異，推測深部為兩個獨立的巖體(圖7)。

圖7 侵入巖體三維成果Fig.7 3D view of intrusive rock mass

4 結(jié)論

1) 利用航空電磁、航磁測量資料，結(jié)合區(qū)內(nèi)斷裂、巖性物性資料，重新劃分厘定斷裂12條，其中 F1、F2、F5、F7、F8分別與青城子斷裂、尖山子斷裂、大磨嶺斷裂、二道溝斷裂、喜鵲溝—二道溝斷裂基本吻合， 本次利用測量資料對其走向、位置重新進行了厘定。

2) 本次測量資料對巖體深部范圍進行了圈定，印支期雙頂溝巖體、新嶺巖體深部為兩個獨立巖體；古元古代大頂子巖體、方家隈子巖體、大頂子巖體也分別作為獨立巖體存在，深部并未相連。

3) 前人資料可知，青城子斷裂控制青城子礦區(qū)鉛鋅礦床的分布，尖山子斷裂控制白云、林家三道溝、小佟家堡子等一系列金銀礦床的分布，同時前人認為該區(qū)鉛鋅、金銀礦床成礦作用主要與印支期花崗斑巖有關(guān)，即區(qū)內(nèi)礦床空間上聚集于中生代巖體與斷裂附近，受到二者的共同控制，其中斷裂是區(qū)內(nèi)成礦的主導(dǎo)因素，而巖漿侵入活動則是區(qū)內(nèi)控礦的本質(zhì)因素。本次通過對主要控礦斷裂青城子斷裂、尖山子斷裂的走向 、位置進行了重新厘定，并圈定了研究區(qū)內(nèi)主要侵入巖體的深部范圍，以期對研究該區(qū)成礦條件、成礦預(yù)測提供積極的指導(dǎo)意義。

4) 航空瞬變電磁測量垂向探測精度高，航空大地電磁探測深度大，多種航空物探測量技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)了相同深度互相印證，不同深度互相補充，可建立高效、高分辨率、大深度探測的攻深找盲新技術(shù)。且在本次航磁資料解釋中，在航磁資料化極的基礎(chǔ)上，對航磁數(shù)據(jù)進行了三維反演，建議今后航磁資料解釋中采用三維反演結(jié)果以提供更加豐富的信息。