云南大红山铁铜矿重磁解释

邱 林，李 军，吴 兴，柳康伟，刘晓葳

（成都理工大学　　地球物理学院，成都 610059）

云南大红山铁铜矿重磁解释

邱 林，李 军，吴 兴，柳康伟，刘晓葳

（成都理工大学地球物理学院，成都 610059）

大红山铁铜矿产于早元古界大红山群红山组、曼岗河组古海相火山岩中。为了详细研究该矿的重磁特征，在矿区布设一条重磁精测剖面，结合物性测试与模型进行重磁正演建模。结果显示：岩矿石磁倾角主要集中在30°附近，与当地的正常倾角吻合，表明基性岩体受后期位移改造不明显；铁矿与红山组表现出高重力高磁异常特征，铜矿与曼岗河组表现出较低的重力与磁异常特征；正演模拟显示铁铜矿应该为重磁同源体，但在地面的响应特征不尽相同。高磁高重的异常响应特征主体应为红山组与其内部的铜铁矿、铁矿，次为曼岗河组与其内部的铜铁矿、铁矿；而铜矿由于埋深较大等原因，重磁响应不明显。

重磁异常；正演建模；大红山铁铜矿；云南

大红山铁铜矿是我国重要的大型矿床，自1959年在云南大红山地区发现强大的航磁异常以来，多个地质调查队、科研院所与大专院校均到此进行过找矿调查、矿产普查勘探、专题科研等工作［1］。前人对其重磁异常特征进行过简要的论述，但是，对于引起异常的原因以及什么是引起异常的主体因素等，均没有进行过较为详细的论述。因此，为了进一步研究大红山铁铜矿的重磁响应特征，在矿区布设了一条5.0 km长的重磁精测剖面，并对岩石、矿石进行物性测试，建立了相应的模型作重磁正演模拟计算，最终取得了良好的认识与成果。

1　地质、地球物理概况

1.1区域地质

大红山铁铜矿区位于云南省新平县，在大地构造上处于康滇地轴南段西缘，扬子准地台西缘，红河深断裂与绿汁江深断裂所夹持的滇中台坳内［2-4］。它是云南 “山”字型前弧翼与哀牢山构造带的交汇部位，是南北向、北西向、东西向3组构造的交汇复合部位，居于红河断裂的北东侧［5-7］。铁铜矿产于前震旦系古海相火山岩中，基本上围绕同一火山侵入活动中心产出，构成一个典型的古海底火山喷发-沉积-变质成矿系列。该矿床含有一个大型富铁矿与一个大型富铜矿。矿区主要有两套地层，即盖层与基底。盖层分布于矿区周围，为上三叠统的干海子组和舍资组；基底只出露于矿区西北角，为早元古代的大红山群与太古宙的底巴都组［8-18］。主要构造为东西向走向，构造形成时间早、规模大、分布广，为一系列东西向褶皱、压性断裂与片理化带［8-9］（图1）。

1.2矿体特征

矿区以F3断裂为界，分为东矿段与西矿段。西矿段位于底巴都背斜南翼曼岗河组中，东矿段位于红山组中。大红山地层为倾斜的单斜构造，走向北北东-南南西向。盖层与基底构造特征相同，为单斜形态，而较小的次级向、背斜褶皱构造仅存在于南段。断裂以北西-南东向规模较大（F3），北东东-南西西向次之（F1、F2）。含矿地层的产状较平缓，断裂较少［1，10，18］

图1　大红山铁铜矿基底构造图与重磁测线位置（据文献　［18］修改）Fig.1 Geologic map（basement teconics）and gravity-magnetic line position for Dahongshan iron-coppor mine

1.3矿区地层

矿区内的主要地层由上至下主要有（表1）：三叠系舍资组、干海子组；早元古界大红山群的肥味河组、红山组、曼岗河组、老厂河组；太古宙哀牢山群的底巴都组［1-2，11-12，18］。

1.4区域地球物理特征

从重力异常上看，铁矿区位于东西向重力高上，西侧是北西走向的红河重力梯级带，北部底巴都重力低。而剩余重力异常则显示异常长度大于50 km、宽约10 km，大红山异常强度达到11× 10-5m/s2以上，北部底巴都异常强度为-5×10-5m/s2［13-18］。

从磁异常上看，铁矿区位于规模宏大近东西走向、北负南正的椭圆形航磁异常上，南部正磁异常中心强度约为586 nT，北部负磁异常中心强度约为-120 nT。在磁异常化极平面等值线图上，矿区则完全处在一个圆状的正磁异常上，磁异常中心强度约为430 nT，异常中心较ΔT异常向北移约5 km［13-18］。

2　矿区岩矿石重磁特征

在研究区分别测量了标本的磁性与密度两种参数，统计结果如表2所示。

可以看出，磁化率差异最为明显，磁化率最大的是熔岩、辉长辉绿岩、铁矿石、铜矿石，磁化率较小的是（变钠质）凝灰岩（含少量矿）、大理岩、绢云母片岩（含白云石、石英、少量矿化），磁性最小（基本无磁性）的是泥岩、泥质粉砂岩、砂岩。密度差异明显，密度最大的是铁矿石、铜矿石、熔岩，密度较小的是大理岩、辉长辉绿岩、绢云母片岩（含白云石、石英、少量矿化）、变钠质凝灰岩（含少量铁矿），密度最小的是泥岩、泥质粉砂岩、砂岩。因此，不同种类标本之间磁性、密度差异明显，从整体矿物和围岩岩类看，在本区具备开展重磁工作的地球物理前提。

表1　大红山铁铜矿区综合地层表Table 1 Comprehensive stratigraphic table of Dahongshan iron-copper mine

表2　大红山矿区岩矿石标本物性测试结果Table 2 Physical property statistics of rock and ore sample from Dahongshan mining area

另外，根据磁性参数定性标本测量统计结果，大红山地区磁性岩矿石磁化倾角主要分布在30°附近，与正常磁倾角吻合，表明基性岩体受后期位移改造不明显。图2为大红山岩矿石磁倾角统计规律图。

根据岩矿石测试统计规律，对矿石、围岩与地层重磁特征有如下几点认识：

（1）铁矿石、铜矿石具有高重力、高磁性特征；熔岩、辉长辉绿岩也具有中等密度高磁性特征；含少量铁矿的变钠质凝灰岩、绢云母片岩（含白云石、石英、少量矿化）、大理岩具有较小的密度、磁性特征；基性熔岩、辉长辉绿岩与铁铜矿物均具有高密度、高磁性特征、重磁异常，难以区分基性岩体与铁、铜矿。

图2　大红山岩矿石磁倾角统计Fig.2 　Magnetic inclination statistics of rock and ore in Dahongshan

（2）三叠系泥岩、泥质粉砂岩、砂岩具有低密度、低磁性特征，因此三叠纪沉积岩整体表现出低密度、低磁性特征；红山群基底中，肥味河组、坡头组所含泥质片岩、大理岩夹碳质板岩，整体上表现出低密度、低磁性特征；红山群组大红山向斜由于含石榴角闪片岩、变钠质熔岩、辉长辉绿岩侵入体、富厚盲铁矿体群，所以大红山向斜整体表现出高重力高磁性特征；曼岗河组含白云石-方柱石大理岩、石榴角闪片岩、富厚铜矿、贫铁矿，但由于埋深大，所以整体上表现出中等密度、低磁性特征。

（3）基性岩矿石磁倾角统计结果主要集中在30°附近，与当地的正常倾角吻合，表明基性岩体受后期位移改造不明显。

3　大红山铁铜矿重磁解释

3.1实测重磁异常解释

从图3的重磁异常曲线可以看出，异常特征均表现为北低南高，异常规模较大，实测重磁异常特征与区域重磁异常特征相吻合。

在0线重磁剖面上，布格重力异常在大红山向斜处显示为宽缓的高重力特征（图3a），最高达到+10.62×10-5m/s2；向北越过F2断层，到达曼岗河；向南止于F1断层。磁异常在大红山向斜处显示为高磁特征（图3b），最高达到+2 616.99 nT；向北显示明显的宽缓负磁异常，局部不均匀，最低达到约-2 270.83 nT；向南显示为逐渐减小的低缓正磁异常特征；化极磁异常中心向北偏移了约700 m。

结合矿体分布特征，在剖面5000—3300段，从浅部向深部处于底巴都宽缓背斜上，曼岗河组地层沿底巴都背斜顺层展布。在曼岗河组的第三段与第四段，含有Ⅰ号富厚的富铜矿体群与贫铁矿体群，矿体群互层产出，沿地层呈层状、似层状分布。在曼岗河，地层主要为大理岩、黑云片岩、钠长变质熔岩、角闪片岩、铜铁矿、富铜矿等岩矿石，结合岩矿石物性特征分析，围岩密度为2.6～2.8 g/cm3，铜矿石密度为 3.2 g/cm3，所以整体显示为中等重力特征。在曼岗河附近，由于地形原因，缺失几百米厚的红山组，加上曼岗河组地层向深部延伸，导致在曼岗河处显示为“V”型的重力低特征。在剖面4200—3500段，出露红山组第一至第三段，含有Ⅱ—Ⅳ号贫铁铜矿体群，矿体群顺层产出，呈层状、似层状、透镜状分布。地层中主要围岩有变钠质凝灰岩、熔岩、火山角砾岩、集块岩、辉长辉绿岩，局部含有白云石钠长岩，围岩密度为2.65～3.12 g/cm3，铁矿石密度为4.37 g/cm3，地层厚约500 m，且埋藏较曼岗河组浅，所以整体上显示为高重力特征。在剖面3500—2900段，为大红山向斜，表层有厚约50 m的三叠纪沉积盖层，向下为红山组，整个向斜被辉长辉绿岩所夹持（辉长辉绿岩作为大红山向斜天然的南北边界，对应F1与F2断层），其内部还穿插有辉长辉绿岩、局部含有白云石钠长岩。在向斜底部含有富厚盲Ⅱ号铁矿体群，矿体厚度200～300 m。主要围岩（向斜地层）有变钠质凝灰岩、熔岩、火山角砾岩、集块岩、辉长辉绿岩、局部含有白云石钠长岩，围岩密度为2.65～3.12 g/cm3，铁矿石密度为4.37 g/cm3，地层整体厚度达到约900 m，所以大红山向斜整体上显示为高重力特征。由F1断层往南，是沉积盖层与巨厚的低密度肥味河组，所以整体显示为逐渐减小的低重力特征。

图3　0线重磁剖面综合解释图　　（据文献　　［18］修改）Fig.3 Integrated interpretation of gravity and magnetic profile for Line 0

磁异常化极后，异常中心向北偏移约700 m，大约在F2断层附近，结合A36地质剖面分析，可以清晰地判断出异常中心正好处于红山组的正上方。在剖面5000附近，由于地表局部出露红山组第一段与第二段，根据岩矿石物性统计结果，红山组整体显示为高磁性特征，所以在该处附近出现较大的磁异常波动，应该为红山组所引起的局部磁性不均匀。在剖面5000—3300段，曼岗河处地层沿底巴都背斜分布并向南倾，向深部延伸约500 m，而在大红山向斜北段，即从曼岗河向南到F2断层这部分，地表又出露厚约500 m的红山组第一至第三段。根据岩矿石物性统计结果，曼岗河组围岩磁化率为（2 000～10 000）×4π×10-6SI，铜矿石磁化率为42 582×4π×10-6SI，铁矿石磁化率为50 113 ×4π×10-6SI，所以，曼岗河组岩石显示为中等磁性特征，铁铜矿体才显示为高磁性特征，虽然曼岗河组地层向南埋深逐渐加大，但在南部又得到红山组地层磁性一定的补偿，所以剖面北段化极磁异常显示为逐渐上升的正磁异常特征。在剖面3500—2900段，即大红山向斜处，由于地层主要含变钠质凝灰岩、熔岩，穿插一些辉长辉绿岩，均为高磁性物质，向斜底部又含有厚200～300 m的富铁矿，其磁性为50 113×4π×10-6SI，而整个向斜主体为红山组，厚约900 m，所以在向斜处，整体变现为高磁性特征，但是由于斜磁化、向斜南段厚度变薄、深度变大与南部边界处于F1断层的原因，所以在化极磁异常剖面上表现为异常迅速下降。由F1断层往南，是沉积盖层与巨厚的低磁性肥味河组，在化极磁异常剖面上整体显示为平缓的低磁性特征。

综上所述，大红山曼岗河组及其内部的铜矿由于埋藏深度大，整体表现为较低的重力与较低的磁性特征；红山组及其内部的铁矿，从浅部向深部均为巨厚的红山组，围岩与矿体均具有较高的重磁特征，大红山铁矿整体上表现为高重力高磁性特征，表明大红山铁矿应该是属于重磁同源。

3.2模型重磁正演模拟解释

为了进一步了解大红山铁铜矿重磁响应特征，根据收集到的A36地质勘探线剖面（与重磁剖面重合）资料与实测的物性资料，建立了大红山铁铜矿正演初始模型，进行正演模拟。

3.2.1磁参数模型正演模拟 磁性正演模型基本参数为磁倾角36.73°，磁偏角 -1.167°，磁场水平分量H为37 626.19 nT。根据物性测试结果，三叠系的舍资组、干海子组主要含砂岩夹泥岩，为弱磁性或无磁性，磁化率设置为0；红山群的肥味河组主要含碳质大理岩夹板岩、白云石大理岩与角闪绿泥石大理岩，为弱磁性或无磁性，磁化率设置为0；红山群的红山组主要含角闪变钠质熔岩、石榴绿泥角闪片岩、火山角砾岩、集块岩、铜铁矿体与铁矿体，为高磁性至强磁性，磁化率设置为0.2～0.6 SI；红山群的曼岗河组主要含黑云白云石大理岩、方柱石大理岩、钠长角闪片岩夹云母片岩、硅质岩、大理岩、钠长变质熔岩、钠长浅粒岩、铜铁矿体与铁矿体，为高磁性，磁化率设置为0.2 SI；红山群的老厂河组主要含白云石大理岩、石榴白云母片岩夹大理岩、碳质板岩、混合钾长石英岩与云母片岩，为弱磁性，磁化率设置为0.01 SI。

图4为A36勘探线模型磁性参数正演模拟结果，可以看出，正演ΔT异常曲线与实测ΔT异常曲线整体吻合性较好，在局部吻合性较差，可能是没有考虑到局部地质体。整体来说，建立的正演模型较为准确，所选取的正演磁性参数较为准确、符合事实。

图5为铁、铜矿磁参数模型正演结果。图5a模型中将曼岗河组地层的磁化率设置为0，红山组地层的磁化率不变；图5b模型中将红山组地层的磁化率设置为0，曼岗河组地层的磁化率不变。

由于红山组地层磁性强、规模较大，能够引起上千nT的磁异常，异常最高接近1 400 nT（图5a），异常形态与规模可与地面实测磁异常相比拟；而图5b中虽然曼岗河组地层的磁性也比较高，规模也比较大，但是由于其产状比较平缓、埋深较大等，所引起的磁异常则比较小，异常最高不到600 nT，异常形态也非常的宽缓。所以，大红山铁铜矿的磁力异常虽然为铁矿与铜矿两者共同作用的结果，但是红山组及其里面的铜铁矿、铁矿才是引起磁异常的主体，曼岗河组及其里面的铜铁矿、铁矿则对磁异常的贡献相对要小得多。3.2.2 密度参数模型正演模拟 根据物性测试结果，三叠系的舍资组、干海子组主要含砂岩夹泥岩，为低密度，密度设置为2.45 g/cm3；红山群的肥味河组主要含碳质大理岩夹板岩、白云石大理岩与角闪绿泥石大理岩，为中等密度，密度设置为2.7 g/cm3；红山群的红山组主要含角闪变钠质熔岩、石榴绿泥角闪片岩、火山角砾岩、集块岩、铜铁矿体与铁矿体，为高密度，密度设置为2.7～4.4 g/cm3；红山群的曼岗河组主要含黑云白云石大理岩、方柱石大理岩、钠长角闪片岩夹云母片岩、硅质岩、大理岩、钠长变质熔岩、钠长浅粒岩、铜铁矿体与铁矿体，为高、中等密度，密度设置为2.7 g/cm3；红山群的老厂河组主要含白云石大理岩、石榴白云母片岩夹大理岩、碳质板岩、混合钾长石英岩与云母片岩，为中等密度，密度设置为2.6 g/cm3。

图4　A36勘探线磁性参数正演图Fig.4 Forward modeling result of magnetic parameters for Exploration Line A36

图5　A36勘探线铁矿（a）、铜矿（b）模型磁正演图Fig.5 Magnetic forward modeling result of iron（a）and copper（b）ore initial model for Exploration Line A36

图6为A36勘探线模型密度参数正演模拟结果，正演Δg异常曲线与实测Δg异常曲线整体吻合性较好，在局部吻合性较差，可能是没有考虑到局部地质体。整体来说，建立的正演模型较为准确，所选取的正演磁性参数较为准确、符合事实。

图6 A36勘探线密度参数模型正演图Fig.6 Forward modeling result of density parameters for Exploration Line A36

图7为铁、铜矿密度参数模型正演结果图。其中：图7a模型中将曼岗河组地层的密度设置为背景密度2.45 g/cm3，红山组地层的密度不变；图7b模型中将红山组地层的密度设置为背景密度2.45 g/cm3，曼岗河组地层的密度不变。

图7　A36勘探线铁矿（a）、铜矿（b）密度参数模型正演图Fig.7 Gravity forward modeling result of iron（a）and copper（b）ore initial model for Exploration Line A36

由于红山组岩石密度大，规模也较大，能够引起较大的重力异常，异常最高接近8×10-5m/s2，异常形态与规模可与地面实测重力异常相比拟（图7a）；而曼岗河组岩石密度中等，规模较大，但是由于其密度与红山组相比小得多，且埋深较大等原因，所引起的重力异常则比较小，异常最高不到3×10-5m/s2，异常形态也非常的宽缓（图7b）。所以，大红山铁铜矿的重力异常虽然为铁矿与铜矿两者共同作用的结果，但是红山组岩石及其里面的铜铁矿、铁矿才是引起重力异常的主体，曼岗河组岩石及其里面的铜铁矿、铁矿则对重力异常的贡献相对要小得多。

从模型正演模拟的重磁异常与实测的重磁异常对比的结果来看，重磁正演模拟异常结果与实测重磁异常的吻合度较高，同时也表明大红山铁铜矿的重磁异常应该属于重磁同源体，但是铜矿与铁矿在地面的重磁相应特征不近相同。红山组及其内部的矿体显示出高磁高重的异常特征，曼岗河组及其内部的矿体由于埋深与规模等原因，显示出较低的重磁异常特征。

4　结 论

重磁勘探研究成果清楚地显示了大红山铁铜矿的重磁异常特征，说明在大红山铁铜矿区开展的重磁法勘探是成功的。获得如下几点认识：

（1）大红山铁矿与红山组表现出高重力高磁异常特征；大红山铜矿与曼岗河组表现出较低的重力与磁异常特征；

（2）岩矿石磁倾角统计结果主要集中在30°附近，与当地的正常倾角吻合，表明基性岩体受后期位移改造不明显；正演模拟显示大红山铁铜矿应该为重磁同源体，但在地面的响应特征不尽相同。

（3）大红山铁铜矿高磁高重的异常响应特征主体应为红山组与其内部的铜铁矿、铁矿，其次为曼岗河组与其内部的铜铁矿、铁矿。

在矿区开展重磁法勘探工作期间，得到了云南省玉溪矿业有限公司、云铜集团与昆钢集团的大力支持与帮助；在资料解释过程中，得到了成都理工大学罗建群教授的悉心指导与帮助，在此一并表示衷心的感谢！

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Gravity and magnetic interpretation of Dahongshan iron-copper mine，Yunnan

QIU Lin，LI Jun，WU Xing，LIU Kang-wei，LIU Xiao-wei
（College of Geophysics，Chengdu Univesity of Technology，Chengdu 610059，China）

Dahongshan iron-copper mine is produced in ancient marine facies volcanic rocks Early Proterozoic，and also produced in Dahongshan Group's Honghsan Formation and Manganghe Formation.In order to study the characteristic of gravity and magnetic in detail，a precision profile of gravity and magnetic was laid in the area，and gravity and magnetic forward model created to simulate the characteristic of gravity and magnetic with the physical properties of rocks and ores.The results show that the magnetic dip of rocks and ores is mainly concentrated in the vicinity of 30°，and coincided to the natural magnetic dip of the area.There are no obvious late displacement and reconstruction to the base rock mass.Iron mine and Hongshan Formation show high gravity and magnetic characteristic，while copper mine and Manganghe Formation show lower gravity and magnetic characteristic.Forward modeling of the gravity and magnetic of iron-copper mine should be homologous，but their response character is not necessarily the same on the ground.The main part of gravity and magnetic response characteristic should be the Hongshan Formation and inside copper-iron mine and iron mine.The secondary part of gravity and magnetic response characteristic should be the Manganghe Formation and inside copper-iron mine and iron mine.And the response characteristic of copper mine is not obvious，maybe deep buried.

gravity and magnetic abnormal；forward modeling；Dahongshan iron-copper mine；Yunnan

P631；P618.31；P618.41

A

1674-9057（2016）03-0444-08

10.3969/j.issn.1674-9057.2016.03.005

2015-09-03

中国地质调查局项目 （12120113095100）

邱 林 （1985—），男，博士研究生，研究方向：矿产地球物理勘探，273447440@qq.com。

引文格式：邱林，李军，吴兴，等.云南大红山铁铜矿重磁解释［J］.桂林理工大学学报，2016，36（3）：444-451.