综合物探技术在钟姑地区三维地质填图和成矿预测中的应用效果

朱将波，汪启年，洪东良，刘晓明，袁峰，张明明，李晓辉（ 安徽省勘查技术院，安徽合肥 0； 华东冶金地质勘查局综合地质大队，安徽马鞍山 4000； 合肥工业大学资源与环境工程学院，安徽合肥 0009）

综合物探技术在钟姑地区三维地质填图和成矿预测中的应用效果

朱将波1，3，汪启年1，洪东良2，刘晓明2，袁峰3，张明明3，李晓辉3
（1 安徽省勘查技术院，安徽合肥 233031；2 华东冶金地质勘查局综合地质大队，安徽马鞍山 243000；3 合肥工业大学资源与环境工程学院，安徽合肥 230009）

钟姑地区位于长江中下游成矿带，具有优越的成矿地质条件。本文通过在测区开展面积性和剖面重磁电测量，以岩石物性为基础，用已有地质钻孔资料做约束，对物探数据进行处理和反演计算，推断13条控制性剖面-2000m以浅地质结构，结合界面反演等处理方法，获得了测区主要地层界面埋深数据，编制了各个深度的地质中断图；在此基础上进行典型矿区分析和总结，建立地质-物探成矿模式，在合理的定性分析及定量计算条件下，圈定找矿靶区。

钟姑地区;重磁电; 地质填图; 找矿靶区

0　引言

钟姑地区位于宁芜火山岩盆地南段，中生代以来，发生多次构造运动及频繁的岩浆侵入和喷发，形成了丰富的铁铜等矿产资源，姑山铁矿、白象山铁矿等大型矿区都位于该区，是长江中下游成矿带重要组成部分。在钟姑地区开展三维地质填图工作，推断-2000m以浅的地质结构，对研究控矿因素和成矿条件，圈定找矿靶区具有重要意义。为此，安徽省国土资源厅率先实施省公益性地勘项目宁芜盆地南段钟姑铁矿田深部立体地质填图及找矿预测，由华东冶金地质勘查局综合地质大队、安徽省勘查技术院和合肥工业大学共同承担，其中安徽省勘查技术院承担了物探专题工作。

物探工作完成钟姑地区1∶2.5万重力面积性测量，测网250m×250m，重点地区加密至250 m×50m，布格重力异常总精度±0.026×10-5m/s2；完成1∶2.5万磁力面积性测量，测网100m×100m，重点地区加密至100m×50m，磁力测量精度2.3nT；完成13条重磁电控制性剖面测量，长168km，剖面间距2km，重点区为1km；完成相应的物性工作。

1　地质特征

区内出露地层(见图1)有三叠系中统周冲村组(T2z)白云质灰岩夹膏盐层,中统黄马青组(T2h)砂页岩,侏罗系中下统磨山组(J1-2m)砂页岩。盖层有白垩系下统姑山组(K1g)安山质火山角砾岩、凝灰质粉砂岩、杂砾岩,白垩系上统浦口组(K2p)含砾砂石及第四系全新统(Q)残坡积层。区域性与铁矿成矿密切相关的地层为周冲村组及黄马青组。

测区褶皱以钟姑复式背斜为主体,贯通钟姑地区,轴向NNE,沿姑山- 钟山- 陶公山一线分布；轴部局部见周冲村组,两翼依次为黄马青组、象山群；两翼岩层倾角为25°～32°。从属次背斜有白象山背斜等。

区内侵入岩主要侵入钟姑复式背斜核部。岩浆岩为一套中性富钠安山玄武质火山—侵入杂岩,除脉岩外,均为燕山运动期的产物,是同一岩浆源在同一构造变动时期不同阶段形成的一套陆相火山—次火山岩,与矿田内的内生矿产直接有关。

2　岩石物性特征

实测钟姑地区岩石密度表明：白垩系和侏罗系为一套低密度层；三叠系中统黄马青组为中等密度层，三叠系下统周冲村组主要岩性为灰岩和硬石膏，平均密度在2.76×103~2.80×103kg/m3之间，为高密度层；侵入岩中以闪长斑岩密度最高，闪长岩和二长斑岩次之。

岩石磁性以磁铁矿最高，闪长岩及二长斑岩次之，闪长斑岩为低磁性；闪长岩钠化硅化后磁性显著减弱。沉积地层中，白垩系火山岩地层为弱磁性，角岩等蚀变围岩有一定磁性，其余都无磁性。

岩石电阻率分析可知，侵入岩及三叠系灰岩都为高阻，白垩系火山岩为相对高阻层，电阻率在50×100～n×100Ω·m，其余都为低电阻率。

另外，通过对钻孔物性统计分析，闪长岩体随着深度增大其密度和磁性都有明显变化：地表闪长岩密度在2.55×103kg/m3，在-500m 至-750m增大至2.65×103kg/m3左右，在-1750m闪长岩密度为2.70×103kg/m3；地表闪长岩磁性变化大，至-480m以下磁性较稳(表 1)。

图1　钟姑地区地质略图Fig.1 Geological sketch of the Zhonggu area

3 测区重磁场特征

从测区布格重力异常图看，等值线主体为北东走向，呈中部高，东南和西北两侧低的分布趋势。测区中部重力高值为钟姑复背斜的反应，三叠纪地层抬升至地表；高值区中发育有低值圈闭异常，特别是和睦山以南地区，北北东走向，为闪长岩体侵入所致；当涂—山南村一线，重力局部异常发育，地质上认为该处是破碎带,钟姑复背斜止于此；测区东北重力高值区为护河镇-薛津镇背斜的一部分。当涂—鲁家村、山南村—青山街为测区两个重力密集梯级带，为钟姑复背斜边界。两梯级带向外，都发育有巨厚的新生界，以东南角为最厚，在1km以上。

地磁化极异常图上可知，异常等值线也呈北东走向。磁场可分为三个区：中部北东走向磁场高值区及两侧的地磁场相对低值区。中部磁场高值背景区分布和钟姑背斜核部位置一致，为大量侵入岩体的反应；两侧低值区则反映了沉积地层发育，岩体获得相对较弱的特征。当涂以南一带发育闪长玢岩的分布，地磁场为低值区，说明这种岩体的低磁性特征。

表1　钟姑地区岩石物性参数表Table 1 Physical property parameters of rocks in the Zhonggu area

地磁异常有明显的叠加效应，区域高值背景上的磁局部正异常主要为铁矿(化)体的反应，比如和睦山矿区、钟九矿区。这也是钟姑地区找矿的重要依据之一。

4　三维地质结构的建立

4.1技术思路

在地表地质及钻孔等条件约束下，根据CSAMT反演的电阻率分布，采用成熟的二度半棱柱体(2.5D)模型重、磁联合反演方法建立13条控制性剖面，结合分块重力界面反演构建测区主要构造及地层的空间展布。

4.2综合剖面反演

测区中部I3线综合剖面(图3)。

图2　钟姑地区重磁场特征Fig.2 Gravitational and magnetic field features of the Zhonggu area

图3　I3线物探推断地质剖面图Fig.3 Geological profile I3 inferred by geophysical survey

CSAMT反演电阻率较为清楚的反应了地层与岩体分布。电阻率高值区往往对应地磁高值异常区，低值区对应地磁场平静区。从重力曲线分布看，钟姑复背斜西部隆升大于东部。

剖面两端都为电阻率低值区，重磁同低，尤其的剖面东段，布格重力异常低至5.9×10-5m/s2，发育较厚的白垩和侏罗纪地层，最厚在1.2km以上，西端略浅，为900m；中部5.5~8.6km处，电阻率为块状高值反应，重低磁高，对应于岩体出露区，定量计算表明岩体埋深在2km以上；8.6~10km之间，电阻率值减小，布格重力异常增大至16.4×10-5m/s2，地磁低值异常，为三叠纪地层发育所致；推断该处具有良好的成矿地质条件。另外，在剖面7~8km之间，即岩体出露区，布格重力发育有局部正异常，地磁曲线出现低洼状，结合地层产状，推断浅部存在高密度的周冲村组捕掳体，其顶埋深在150~200m。

在测区建立13条类似于I3线的地质—物探综合控制性剖面，多次修改和定量计算，以垂向简单模型的短剖面控制重力场体积效应，获得较为合理的地质—地球物理模型，初步建立测区三维地质结构格架（图4）。

图4　推断地质剖面透视图Fig.4 Inferred geological profile

4.3界面反演

以地质和控制性剖面为约束，进行区块界面反演，同时把界面反演结果反馈于相邻剖面上同一地层界面的埋深变化趋势，使的剖面与剖面之间的地层展布符合地球物理场特征。

4.4三维地质结构

4.4.1地层展布（界面）

黄马青组顶面：测区南部中央被闪长岩体侵入，黄马青组地层逐渐抬升变薄直至尖灭。东南端，黄马青组顶面埋深最大处达到-1750余米，与中部黄马青组地层出露相对比，地层抬升超过1750m，巨大的起伏表明燕山期构造运动的强烈程度。测区西北角也是重力低值区，为一个中新生代盆地，I5线CSAMT反演表明白垩系火山岩地层厚度达900m左右，黄马青组顶面埋深小于测区西南端，近1300m。

黄马青组底面(周冲村顶)：中部和睦山—钟山一带黄马青组底面深度在-200到-400m；两侧埋深逐渐增加，最大埋深依然位于测区东南端，推断大于-2600m；其次是测区西北端，埋深大于-2000m。

图中表现出的底面埋深起伏比顶面更复杂，是岩体与黄马青组底面接触范围比顶面更大，受到的侵入岩体侵蚀破坏作用更强，导致底面起伏变化比顶面更多。

黄马青组厚度：钟姑背斜核部，黄马青组地层厚度变化极大，这种变化特征主要受岩体侵入和断裂的影响：地层厚度最薄处在背斜核部，即该处被闪长岩体侵入，黄马青组地层在岩体与其接触带尖灭；黄马青组地层最厚处同样位于背斜核部，坐标642500,3487000附近，1000m厚黄马青组地层形成明显的局部重力高值异常。测区东南端和西北端黄马青组地层埋深厚度变化较稳定，岩体活动不强烈；测区内黄马青组地层厚度的这种变化与测区的构造体系是一致对应的(图5)。

4.4.2构造

区内断裂以北东向和北西西向为主；物探推断还存在近南北向断裂。其中北东向为挤压性断裂，北西西向以张扭性断裂为主，南北向以剪切性为主。

北东向断裂：有F1，F2，F3，F4等。其中F1和F4为钟姑背斜边界构造，布格重力异常上表现为明显的等值线密集带；F4断裂岩背斜核部发育，沿断裂北岩体侵入填充。

图5　推断黄马青组顶面和底面埋深分布Fig.5 Inferred burial depths of the upper and lower limits of the Huangmaqing Formation

北西西向断裂：有F5，F6等。其中F5断裂为测区中部重要的分界断裂，断裂两侧布格重力异常分布发生改变，沿断裂重力局部低值异常发育，为闪长岩体侵入所致；从岩体出露位置与布格重力异常分布看，该断裂为正断层。

南北向断裂：F9断裂附近的重力异常等值线近南北走向，与整体北东走向的等值线形成对比，CSAMT反演电阻率等值线表现为扭曲状或低值带；地质上，沿断裂分布有近南北向岩体；地貌上，长江在此处部分呈南北向分布。

区内钟姑复背斜为主体构造，深源重力场表明其深部呈隆起状态。其余构造都可认为是钟姑复背斜上的次级构造，其中又以F5断裂为界，南北两侧次级构造略有不同。

图6　推断测区断裂构造图Fig.6 Inferred rifted structures in the mapped area

南侧，次级褶皱由西向东有：年徒—云楼背斜、杨庄东向斜和姑山背斜。年徒—云楼背斜核部被闪长岩体侵入，出露最老地层为三叠系周冲村组，两侧依次分布黄马青组合侏罗系磨山组。姑山背斜沿查湾-姑山-青山街一线展布，布格重力异常上发育有串珠状局部异常，主要受北西西向断裂错动所致；该背斜是新认识的半隐伏背斜构造，重力异常往往对应磁异常，且姑山铁矿等都位于此构造之上，为找矿突破的有利部位北侧，次级褶皱由西向东有：当涂-鲁家村背斜、九山-腰山背斜、和睦山背斜、钟九背斜、白象山背斜、阴山向斜、姑山背斜。其中当涂-鲁家村背斜在重力场上表现为局部正异常，北东走向，为新发现的隐伏背斜构造。

钟姑复背斜和其从属构造在图5中都有不同程度的表现。

4.4.3岩浆岩

测区除了已知的杨庄—年徒岩体等在地表出露之外，还发育有众多的隐伏岩体，这些岩体的分布与断裂构造关系密切。

杨庄—年徒岩体：位于测区南部，闪长岩。根据其与围岩(三叠纪地层)密度的明显差异，采用重力垂向二次导数的零值线圈定岩体边界；该重力低值区中有局部正异常，主要为三叠系捕掳体反应。地磁异常表现为高值背景场，其上有几个大型叠加磁异常，为云楼和杨庄矿区所致。定量计算表明该岩体大于2km。

姑山岩体位于姑山背斜一带，北东走向，在姑山矿区出露地表。从重磁资料推断，姑山岩体和杨庄-年徒岩体在深部是连通的。

图7　推断测区岩体顶面分布图Fig.7 Inferred ceilings of rock bodies in the mapped area

图8　推断不同深度的地质中断图Fig.8 Inferred geological interruptions at different depths

测区东侧为覆盖区，发育多个隐伏岩体，以朱家湾岩体为例：其重磁场表现为重低磁高的特征，且同源性较高，定量计算推断其顶面埋深在-300m左右,推断为随断裂侵入的闪长岩体，面积2.5km2。

4.4.4深部地质填图

在推断界面埋深、构造及岩浆岩基础上，物探编制了多个钟姑地区-2000m以浅不同深度的地质中断图(图8)。

从地层展布分析，区内侏罗系和白垩纪地层埋深最大在测区东南端，厚度1500m左右；黄马青组在-600m深度依然分布广泛，中部被岩体穿插侵入，形成众多小型穹窿构造，为成矿有利区，已有的所有大中型铁矿都分布于此；周冲村组与闪长岩体侧部在深部有较大接触面积，地表已知的云楼矿区都在此接触带成矿，因此注重该接触带上的低缓磁异常的识别提取。

钟姑背斜在中断图上表现清楚，-600m，核部为周冲村组，两翼依次出现黄马青组、侏罗和白垩纪地层；在-1500m，出露最老地层为三叠系中下统，两翼依次为三叠系周冲村组和黄马青组。次级构造中，年徒—云楼背斜在-1500m处东翼残留部分周冲村组地层，其余都被岩体占据。

岩浆岩方面，深度-1500m处为一个大型岩基，浅部年徒-杨庄岩体、姑山岩体等都是其上侵部分。

5　找矿预测

5.1已知矿区的地质地球物理场特征

表2　钟姑地区已知矿区地质地球物理特征简表Table 2 Geological and geophysical features of known ore districts in the Zhonggu area

钟姑地区已知矿区重磁场特征分析（表2）可知，区域上都处于高值背景之下；在矿区尺度上有不同的重磁异常组合，以重磁同高为主，还有磁高重低和磁高重边，这与矿体所处位置密切相关，比如钟九铁矿，产于姑山组底部与周冲村接触带，为重力低值区，矿体产生的重力异常使低值重力区等值线形成半圆状低缓隆起，不同尺度的小波处理能够识别。

5.2成矿地质—地球物理模式（表3）

5.3成矿靶区预测

和睦山矿区位于钟姑地区中部的和睦山背斜。出露最老地层为三叠系周冲村组(T2z)，位于矿区南部，其次为黄马青组下段(T2h1)，向西依次出露黄马青组上段(T2h2)及侏罗系磨山组(J2m)；东侧为黄马青组上段(T2h2)。闪长岩侵入背斜核部，地表出露局部岩体范围多呈北东走向，与主构造和睦山背斜方向一致。

表3　钟姑地区成矿模式简表Table 3 Ore-forming model for the Zhonggu area

实测重磁场分布特征(见图9)表明，和睦山矿区地磁异常至3250nT以上，其东南侧发育有磁低缓局部异常，磁异常等值线向东呈半圈闭状延伸，幅值1300nT。布格重力异常在观音山、镜子山之间存在低值区，幅值15.9×10-5m/s2，北西走向，为侵入岩所致；该低值异常西侧的重力正异常即为和睦山矿区所在，东侧也存在低缓的重力正异常，幅值16.1×10-5m/s2，小波二阶变换后重力局部正异常明显，与低缓磁异常对应，重磁局部异常对应关系见图8(4)；根据已有地表地质，物探通过重磁电反演计算推断在-700~-760m处存在层状强磁性地质体。后经ZK1102、ZK1103两孔，在-520m至-860发现两层主矿体，与物探推断基本一致；说明物探推断的有效性。

图9　和睦山矿区地质—物探剖析图Fig.9 Geological-geophysical profile across the Hemushan ore district

除此之外，在白象山矿区西南龙母墩，云楼矿区西侧，毕家楼，陶公山等多处发现了有利重磁异常组合，通过物探推断的测区地质结构，对这些异常都进行了定量反演计算，结果表明：以目前的侵入岩、角岩的磁性参数去计算都无法拟合实测异常，物探推断有含矿(化)强磁性地质体所致。在前雍村一带，发育有低缓地磁异常，面积较大，推断该处深部地质结构为周冲村组与闪长岩体接触带，成矿条件优越；杨庄矿区深部-1100m存在低阻电阻率异常，同时已控制的矿体尚无法拟合实测磁异常；这些都推断为深部找矿的有利靶区。

根据推断的三维地质结构，成矿模式和重磁局部异常分布特征，认为钟姑地区除已知矿区之外，仍然有巨大的找矿潜力。

6　结论

地球物理勘探是成矿区开展三维地质填图的主要工作手段之一，本文采用面积性重磁工作和剖面重磁电勘探工作,通过平面重磁数据处理和剖面重磁电联合反演计算，初步建立了钟姑地区三维地质结构，进行了深部地质填图，在此基础上对典型矿区的地质、物探特征进行了分析，开展了找找预测工作，取得了一定的地质成果。

在深部地质结构的解释推断中，要加强深部物性的统计分析，地表的岩石物性特征展示了面上分布规律，岩石(特别是侵入岩)随埋深增大而变化的规律则需更多深钻孔的岩石物性样做统计分析，这样获得较为合理的岩石物性特征，能进一步提高资料处理和反演计算解释的可靠性。

[1]安徽省地质矿产局.安徽省区域地质志[M].北京:地质出版社,1982.

[2]宁芜研究项目编写小组.宁芜玢岩铁矿[M].北京:地质出版社,1978.

[3]曾华霖.重力场与重力勘探[M].北京:地质出版社,2005.

[4]唐永成,吴言昌,储国正，等.安徽沿江地区铜金多金属矿床地质[M].北京:地质出版社,1998：10~85.

[5]高道明,洪东良.钟姑矿田铁矿成矿模式与规律及找矿标志[J].金属矿山,2008, (7):84~87.

[6]兰学毅，周存亭，王建伟，等. 安徽省重力异常特征分区与地质构造单元划分[J].安徽地质,2012,22(1):1~8.

[7]林刚，朱纯六，许德如.宁芜南部成矿模式及对深部找矿的思考[J].大地构造与成矿学,2010,34(3):368~377.

[8]李继军，汪启年.重磁电综合解释方法在天津城市三维地质结构调查中的应用[J].物探与化探,2007,31(5):444~450.

[9]梁峰，吕庆田，严加永，等.长江中下游宁芜火山岩盆地深部结构特征—来自反射地震的认识[J].岩石学报,2014,30(4):941~956.

[10]严加永，吕庆田，陈向斌，等. 基于重磁反演的三维岩性填图试验—以安徽庐枞矿集区为例[J].岩石学报,2014,30(4):1041~1053.

reSult of APPliCAtion of inteGrAted GeoPhySiCAl exPlorAtion teChniQue to 3d GeoloGiCAl mAPPinG And metAlloGeniC ProGnoSiS in the zhonGGu AreA

zhu Jiang-bo1,3,WAnG Qi-nian1,honG dong-liang2,liu xiao-ming2,yuAn feng3,zhAnG ming-ming3, li xiao-hui3
(1. Insitute of Exploration Technology of Anhui Province, Hefei, Anhui 230031, China; 2. Comprehensive Geological Team of Bureau of Metallugical Geology of East China, Maanshan, Anhui 233031, China;3. School of Resources and Environmental Engineering, Hefei University of Technology, Hefei, Anhui 230009, China)

Located in metallogenic zone along the mid-lower Yangtze River reaches, the Zhonggu area is superior in ore-forming geological conditions. This paper, through area and profile survey of gravity, magnetism and electricity in the mapped area, with physical properties of rocks as basis, and known geological borehole data as constraint, processed geophysical data, made an inversion calculation, inferred a geological structure above -2000m level within 13 controlling profiles, combined with interface inversion, acquired burial depth data of major stratigraphic interfaces in the mapped area, prepared geological interruption map of each depth, on such basis, analyzed and summarized typical ore districts, built up geological-geophysical ore-forming model, and outlined mineral exploration targets under reasonable orientation analysis and quantitative calculation.

gravity, magnetism and electricity; geological mapping; mineral exploration targets; Zhonggu area

P612;P628;P631

A

1005－6157（2016）01－010－7

2015-09-06

安徽省公益性地质（科技）工作项目（2009-07）资助

朱将波（1984-），男，浙江萧山人，工程师，现主要从事地球物理勘探工作。