西天山地区岩矿石磁化率研究及应用

范子梁,张玄杰,余学中

(中国国土资源航空物探遥感中心,北京 100083)

地壳中的岩石和矿体处在地球磁场中,从它们形成时起,就受其磁化而具有不同程度的磁性,其磁性差异在地表引起磁异常[1].西天山地区以往磁化率数据较少且较为分散,同时缺乏系统的总结,为了充分了解各类岩矿石的磁化率特征,中国国土资源航空物探遥感中心西天山项目组深入研究区,对各类岩矿石的磁化率进行了野外实测,野外测量物性点500余处,获得有效磁化率数据15000余个.依据这些实测数据,在西天山赛里木湖、新源、乌拉斯台等地区完成火山岩地层、隐伏(半隐伏)岩体的圈定,进行了找矿远景预测.

1 区域地质背景

研究区位于中国天山山脉西段,大地构造位置处于塔里木板块和哈萨克斯坦-准噶尔板块结合部位.经过不同时期的构造演化,形成了多种成矿构造环境和成矿构造条件.区内出露地层主要有元古宇、古生界、中生界及新生界,其中以奥陶系、志留系、泥盆系、石炭系和二叠系分布较广,面积相对较大.区内火山岩主要分布于石炭系和二叠系中.在阿吾拉勒-伊什基里克、哈尔克山-那拉提等地区出露最为广泛.区内侵入岩较发育,岩石类型齐全,活动周期长,其中以泥盆纪、石炭纪和二叠纪侵入岩最为发育,主要集中分布于博罗科努山、阿吾拉勒及那拉提一带.

2 岩矿石磁化率测定

野外岩矿石磁化率测量使用中国国土资源航空物探遥感中心研制的ZH-1型智能磁化率仪.该仪器主要用于测定非良导体的交流起始磁化率,而且测定的是体积磁化率.该型仪器的分辨率为1X10-5SI(全程),测量范围为(1～300000) 10-5SI(全程)[2].该仪器的探头位于仪器的正下方,测量时使仪器的底面紧贴待测物体即可,仪器具有自动增益、自动校零、自动数据存储和自动传输数据的能力.

由于西天山地区高寒缺氧、地势险峻、气候变化无常,野外岩矿石磁化率测定主要沿公路进行.测点的选定以地质图为基础,结合地形图和磁场图进行,主要布置于312国道乌鲁木齐-石河子-奎屯-精河-霍尔果斯口岸,216国道乌鲁木齐-后峡-乌拉斯台,217国道奎屯-乔尔马-巴音郭楞-库车,218国道霍城-伊宁-新源-零公里-巴伦台,314国道和硕-库尔勒-轮台-库车-阿克苏,220省道伊宁-阿克吐别克-特克斯-昭苏,307省道克孜尔-拜城-五团场,315省道伊宁-尼勒克-乔尔马,316省道阿克吐别克-巩留-新源等公路上,此外沿博乐-温泉,昭苏-察汗乌苏-夏特,克孜尔-黑英山等县乡公路及沟谷带也进行了磁化率测量.

3 岩矿石磁化率研究

3.1 地层磁化率特征

西天山地区野外共测得地层磁化率参数点393个,获得有效磁化率数据12776个.这些参数明显反映了古元古界、古生界、中生界和新生界各套地层的磁化率特征,不同时代地层及各时代地层中的不同岩石类型,其磁化率值具有不同的变化(表1).

表1 新疆西天山地区实测火山岩磁化率统计表

地层磁化率数据统计表明,磁性地层集中分布于晚古生代,其中石炭系是区内磁化率值最高的层位,特别是下石炭统大哈拉军山组和上石炭统伊什基里克组是最主要的磁性层.

3.2 岩体磁化率特征

区内侵入岩较以泥盆纪、石炭纪和二叠纪侵入岩最为发育.其中分布最为广泛的是石炭纪和二叠纪花岗岩类.闪长岩及基性-超基性岩类虽然也有分布,但较为零星.

实测磁化率数据统计表明(表2),区内酸性岩类磁性相对较弱,中性和基性岩类磁性较强.花岗类磁性变化较大,其中无-弱磁性花岗岩分布最为广泛,磁化率平均值仅为33X10-5SI;二叠纪钾长花岗岩、花岗闪长岩分布也较广,但磁性较强,平均值在1451X10-5SI～1789X10-5SI.闪长岩类一般均具有磁性,且磁化率值较高.实测到的基性-超基性岩磁化率数据较少,但磁化率值很高,如喀因晒辉绿岩体磁化率平均值可达6614X10-5SI;此外研究区东部伊连哈比尔尕山北坡分布有一条非常显著的镁铁质超基性岩带,根据资料[3],位于该带上的巴音沟超基性岩体磁化率平均值达7000X10-5SI.

3.3 矿石及含矿围岩磁化率特征

矿石的磁性特征以磁铁矿最强,野外实测松湖磁铁矿矿石磁化率平均值为77884X10-5SI,智博冰川磁铁矿矿石磁化率平均值为111147X10-5SI,查岗诺尔磁铁矿矿石磁化率平均值为141400X10-5SI,最大值可达159000 X10-5SI,阿拉斯坦东磁铁矿最大磁化率值达187945X 10-5SI.新C-2009-2027异常见矿处测得铁矿石磁化率平均值达71456X10-5SI.这些铁矿床中不仅磁铁矿本身具有强磁性,一些含矿围岩由于受矿化作用,磁性均明显增强(表3).

表2 新疆西天山地区侵入岩磁化率统计表

表3 矿石及矿化围岩磁化率统计表

黄铜矿本身为无磁性矿物,但是由于矿床中存在磁黄铁矿等磁性矿物,因此其矿石也往往具有较强的磁性,实测玉希莫勒盖铜矿石磁化率平均值为6366X10-5SI,最大值可达14282X10-5SI,群吉萨依铜矿石磁化率平均值为8715X10-5SI,最大值可达14941X10-5SI.根据矿化后矿石及矿化围岩磁性增强的这一特征,可以利用航磁资料间接寻找铜、钼等多金属矿床.

4 磁化率研究及应用

4.1 磁性地层圈定

西天山地区是火山岩地层发育区,根据磁化率测量数据统计结果,本区内磁性火山岩主要分布于石炭系的大哈拉军山组和伊什基里克组.根据区域地质资料,大哈拉军山组地层厚度一般在3000多米,最大可达7500m;伊什基里克组厚度不稳定,从326～9536m均有,常见厚度在1000～2000m.这两组火山岩中的磁性火山岩磁化率在500～2500X10-5SI之间,当具有一定规模时,可引起幅度不等的磁异常.由于火山岩分布于一定的层位,因此磁异常具有一定的走向,同时火山岩磁性变化较大,引起的异常曲线往往起伏较大,跳跃频繁.正是在磁化率特征分析的基础上,根据航磁异常的组合特征及实测异常与已知地质体的对应关系,我们对西天山地区磁性火山岩的分布范围进行了圈定.

京希-伊尔曼德金矿地区位于吐拉苏火山岩盆地西北缘,区内分布青白口系、奥陶系、志留系、石炭系地层[4].根据磁化率统计结果,青白口系、奥陶系和志留系主要由灰岩、砂岩组成,磁化率值仅十几个单位,为无磁性岩石.根据相对相邻地区阿希金矿的实地踏勘和岩矿石磁性测定,金矿石磁化率值在3～59X10-5SI之间,平均值为21X10-5SI;而围岩(中基性火山岩)磁化率平均值为1728X10-5SI,最高值达7426X10-5SI.磁化率测定结果表明,金矿石虽然以弱～无磁性为主,但是与金矿围岩-大哈拉军山组基性火山岩磁化率值较高,在航磁图上能够引起一定强度的异常.伊尔曼德金矿地区地质条件与阿希金矿地区类似,根据与周边地层磁化率的差异,在航磁图上对磁性火山岩进行了圈定.圈定结果表明,航磁异常充分反映了大哈拉军山组火山岩的分布范围(图1).而金矿点主要分布于升高磁异常的梯度带上,因此在火山岩分布区升高磁异常的梯度带是金矿可能的赋存部位,从而为金矿找矿远景区圈定、预测提供依据.

图1 伊尔曼德地区地质与航磁对比图

4.2 岩体圈定

西天山地区侵入岩分布广,期次多,以海西期为主,加里东期仅零星出露,海西早、中、晚期均活动强烈,岩性复杂,从超基性-基性-中性-酸性均有分布.除个别的花岗岩类为岩基外,其余大部分多呈岩墙、岩株、岩枝或岩脉等产出,岩性主要以花岗岩、花岗闪长岩、闪长岩、辉长岩和浅成的斑岩类为主.实测磁化率数据表明,区内酸性岩类磁化率平均值在33～1789X10-5SI变化相对较大,中性岩类磁化率平均值在649～3369之间,而基性-超基性岩类磁磁化率最大平均值可达7000X10-5SI.这些岩体在航磁图上往往以引起各类升高正磁异常为主,幅值可由几十到几百纳特,异常形态圆形、椭圆形、带状、条带状及不规则状均有分布.根据磁异常特征知岩体与磁异常的对应关系,结合不同岩类磁化率的差异,在磁场图上即可以对岩体进行圈定.

当本第二个达坂地区位于博罗科努山北坡,区域内分布的地层主要有奥陶系、志留系和石炭系,出露岩体主要为海西期二长花岗岩、花岗闪长岩.区域内分布有莱历斯高尔钼矿、哈勒尕提铜矿、3571铜矿、七兴金多金属矿等矿床(点).莱历斯高尔钼矿位于海西期花岗闪长岩与上志留统博罗霍洛山组碎屑岩的接触部位.哈拉尕提铜矿位于中酸性侵入岩与碳酸盐岩接触带中,为典型的矽卡岩型铜矿床[5].根据周边地区实测的岩石磁化率特征,花岗岩、二长花岗岩磁化率值较低,平均值在33X 10-5SI～579X10-5SI之间,而花岗闪长岩磁化率值较高,平均值可达1789X10-5SI.通过地质图与航磁化极等值线图对比可知,同一时代,不同侵入次的岩体的磁性也有差异,海西中期第三侵入次明显不是引起磁异常的主要地质体,而海西早期花岗闪长岩、海西中期第二次侵入的花岗闪长岩在航磁图上与异常对应则较好(图2).根据以上特征可以推断区内升高异常主要是由花岗闪长岩体引起的,并且可以推断花岗岩体在深部的分布范围更广.斑岩型铜、钼矿即分布在升高异常边缘部位,且矿床在成因上与花岗闪长岩有着密切的联系,因此,在岩体隐伏部位有着很好的找矿前景,而根据航磁图圈定的岩体分布范围为找矿预测提供了依据.

4.3 铁矿床的直接发现

根据统计结果,西天山地区磁铁矿的磁化率平均值26564X10-5SI～141400X10-5SI之间均有分布,表明磁铁矿具有极强的磁性.由于磁铁矿的强磁性特征,它们能够在航磁图上产生特征十分明显的磁异常.高精度航磁正是利用磁铁矿的强磁性特征直接发现铁矿的.

以查岗诺尔铁矿磁异常为例,该异常位于正背景场中,在航磁DT剖面平面图上呈尖峰状,异常曲线尖锐,梯度陡,强度大,形态规则,两翼近于对称,最大幅值高达1215nT.在DT等值线平面图上,显示为规则的圆形,等值线分布密集,异常界限清楚(图3).在矿区内进行的不同高度飞行也表明,在1500m的飞行高度上异常依然反映明显,说明该铁矿具有磁性强,规模大的特征.

5 结论

(1)区内石炭系大哈拉军山组、伊什基里克组和二叠系乌郎组是本区最为重要测磁性地层,且这些磁性地层主要由火山岩组成,根据磁化率的差异可以圈定这些火山岩的分布,从而为寻找与火山岩有关的铁、铜、金等矿产提供重要依据.

(2)区内岩浆岩以酸性、中酸性岩体为主,具有一定的磁性,通过对岩体磁化率特征的分析,在磁场图上可以对隐伏(半隐伏)岩体进行圈定,从而为寻找斑岩型、矽卡岩型铜、钼等矿床提供有利的找矿线索.

(3)由于磁铁矿石具有极强的磁性,与围岩存在较大的磁性差异,因此具有一定规模的磁铁矿可以产生很大强度的磁异常,在磁场图上表现的十分明显.利用航磁资料寻找磁铁矿床具有快速、经济的找矿效果.

[1]管志宁.地磁场与磁力勘探[M].北京:地质出版社, 2005.

[2]周锡华,孟祥聪,王金龙等.智能磁化率仪的研制[J].物探与化探,2005,29(5):428～430.

[3]费 鼎.天山地区航空磁测概查报告[R].北京:地质矿产部航空物探总队,1996.

[4]肖 龙,王方正,张桂林等.新疆西天山高硫化型京希-伊尔曼德金矿床的识别标志及其找矿意义[J].地质科技情报,2002,21(3):74～78.

[5]张东阳,张招崇,艾 羽等.西天山莱历斯高尔一带铜(钼)矿斑岩体矿物学特征及其成岩成矿意义[J].岩石矿物学杂志,2009,28(1):3～16.