高原荒漠区矽卡岩型-热液型铁多金属矿勘查技术方法探讨

2018-11-02严永邦郭崑明白国龙张爱奎刘智刚奎明娟

物探化探计算技术 2018年5期

严永邦，郭崑明，白国龙，张爱奎，刘智刚，奎明娟

(青海省第三地质矿产勘查院，西宁 810029)

0 引言

青藏高原柴达木盆地南缘祁漫塔格铁、钴、铜、铅、锌、锡、硅灰石(锑、铋)成矿带成矿条件优越，是青海省重要的铁、铜多金属矿勘查基地之一，到目前为止，已发现大中型矽卡岩-热液型铁多金属矿矿床多处，如野马泉铁多金属矿床、尕林格铁矿床、它温查汉铁多金属矿床、沙丘铁多金属矿床、四角羊铅锌矿、卡而却卡铜钼铅锌铁矿床、虎头崖铅锌矿床、肯得可克铁铅锌矿床等[1]。在地形地貌上为东昆仑山系的祁漫塔格山、博卡雷克塔格山、沙松乌拉山、布尔汗布达山等所贯通，地势由山区向盆地中心逐渐降低，山前残山荒漠区大部分地区沙丘覆盖。由于荒漠区第四系覆盖较大，岩石露头出露少，常规大比例尺地质填图、化探测量无法施展，效果不佳，找矿效率低。

2000年前，祁漫塔格地区主要依靠磁法(航空及地面磁测)开展以铁为主的找矿工作，主要以验证强磁异常为主，高精度地面磁法测量，发挥了重要作用，发现了众多铁多金属矿床[3]。2010年以来，野马泉地区进行了以重力测量、大功率激电测量为主的1:50 000综合物探调查，重力测量划分岩体、地层分布，寻找控矿构造和矽卡岩带方面作用明显；激电测量受荒漠区供电条件限制及碳质地层等因素干扰，方法使用有一定局限性。

近年来，通过对青海祁漫塔格多金属成矿带典型矿床的研究，确定了该成矿带典型矿床的矿床类型,建立了构造-岩浆活动演化与矿床关系模式，在区域地质背景和矿床地质特征研究的基础上,系统地分析了典型矿床的控矿因素及其成因,认为该区是多矿床类型、多成矿系统复合叠加的多金属成矿带,具有优越的成矿地质条件与寻找矽卡岩-热液型-斑岩型铁多金属矿床的良好前景；青海野马泉地区晚古生代—早中生代岩浆作用与成矿研究[4]，认为该区晚古生代—早中生代的成矿，受侵入岩、构造以及围岩岩性等综合因素的制约，花岗闪长岩、石英二长闪长岩、二长花岗岩、正长花岗岩，利于形成矽卡岩型铁多金属矿床。

在系统成矿理论指导下，以重力、磁法测量为主的方法组合是这种高原荒漠特殊景观区探矿方法的首选，但目前对高原荒漠区找矿方法组合的总结研究不足，进行系统总结并应用于找矿实践显得十分紧迫和必要。笔者通过“青海省祁漫塔格整装勘查区关键科学技术难题研究与示范”所属子课题“祁漫塔格有效找矿方法组合研究”工作，以野马泉铁多金属矿为例，提出了一套适合高原荒漠区矽卡岩型-热液型铁多金属矿勘查技术组合方法，希望对地质矿产勘查工作有所帮助。

1 矿区地质

矿区第四系广泛分布，北部荒漠平原区为风成砂、冲洪积物或大面积沙丘，南部残山区主要为风成砂、残坡积物。区内零星出露有寒武-奥陶系滩间山群、上泥盆统牦牛山组、上石炭统缔敖苏组及下-中二叠统打柴沟组(图1)，其中滩间山群和缔敖苏组是矿区主要围岩地层。矿区构造由于第四系覆盖和岩浆岩侵吞分布形态不清，根据零星露头、钻孔资料和物探推断结果，NWW向断层十分发育，为主要控矿构造；NE、NW向断层为一共轭断层，在南部及西北部极其发育，为主要的导矿构造。根据物探推断和钻孔资料，矿区侵入岩广泛分布，主要为印支期，侵入岩总体走向NWW-SEE，自SEE向NWW侵入，岩体呈岩株，岩石类型主要有花岗闪长岩、二长花岗岩、石英二长闪长岩，侵入于滩间山群和缔敖苏组中，与成矿关系密切。矿区内变质岩主要有热变质、接触变质和热液蚀变，热变质主要为碎屑岩的角岩化，接触变质主要为矽卡岩化，热液蚀变主要有碳酸盐化、金云母化、绿帘石化、蛇纹石化和硅化[2-3]。

1.1 成矿特点

根据成因类型将野马泉铁多金属矿床划分为与三叠纪花岗岩侵入有关，产于岩体与围岩接触带及其附近构造带中的接触交代矽卡岩型-热液型铁多金属矿成矿系统。该成矿系统主要是以三叠纪花岗岩侵入所形成的矽卡岩型矿产为代表，三叠纪花岗岩侵入为形成矽卡岩型-热液型成矿提供了基本条件[4-8]。野马泉矿床具体表现为：矽卡岩型铁多金属矿床产于花岗岩外接触带，围岩多以滩间山群、缔敖苏组碳酸盐岩(少量中基性火山岩)为主。与铁多金属矿化有关侵入岩主要为三叠纪花岗岩，岩体多呈岩株状，受NWW-SEE向大断裂控制，在区内形成了一条NWW-SEE向产出的矽卡岩型-热液型铁多金属矿带[2、4]。

1.2 矿体特征

矿区共发现172条铁多金属矿体，主矿体16条，位于接触带50 m范围内，主要分布于M4、M5、M9、M10、M13、M14磁异常区，矿体呈透镜状、板状、似层状，长度为100 m～2 300 m，一般在300 m～800 m，矿体延伸25 m～2000 m，一般在100 m～800 m。大部分倾向NE，倾角为10°～60°。 M4、M5异常区4条主矿体厚度达21.51 m～35.66 m；主矿体全铁平均品位为24.52%～47.32%，铜平均品位为0.14%～0.90%，铅平均品位为0.32%～0.57%，锌平均品位为1.14%～1.99%，矿体顶板为矽卡岩、大理岩、角岩、结晶灰岩及少量石英砂岩等，底板主要为岩体及矽卡岩、大理岩、灰岩、角岩等[2]。

1.3 矿石质量

矿区大部分矿石均为原生矿，矿石类型较为复杂，可大致分为磁铁矿矿石、磁铁矿-黄铜矿矿石、黄铜矿矿石、磁黄铁矿-磁铁矿-黄铜矿矿石、磁铁矿-闪锌矿矿石、磁黄铁矿-闪锌矿矿石、黄铜矿-方铅矿-闪锌矿矿石、闪锌矿-方铅矿矿石等。

磁铁矿矿石：矿石多呈它形～半自形粒状结构，次有交代残留结构，包含乳滴状结构等，以浸染状构造为主，次为致密块状、斑杂状、团块状、脉状等构造。金属矿物主要为磁铁矿，磁黄铁矿、黄铁矿，闪铁矿、方铅矿、黄铜矿等。脉石矿物主要为透辉石、石榴石、硅灰石、绿帘石、方解石、符山石、绿泥石、阳起石等。

1.4 控矿因素

1.4.1 岩体因素

矿区内成矿岩体主要为石英二长闪长岩、花岗闪长岩以及二长花岗岩。其中石英二长闪长岩和花岗闪长岩岩浆分异程度低，起源深度较大，环境富氧，以及岩浆源区强烈的壳幔物质交换作用密切相关，形成了Fe、Pb、Zn矿。而二长花岗岩岩浆分异程度高，岩浆源区以地壳物质贡献为主，起源深度较浅，氧逸度较低，形成了以Cu为主的多金属矿[1，4]。

图1 野马泉矿区地质矿产图Fig.1 Geological mineral map of the Yemaquan ore district

1.4.2 围岩因素

矿区内分布的滩间山群和缔敖苏组岩石化学性质活泼，碳酸盐岩有效孔隙度高，尤其是成分不纯且具有硅化的碳酸盐岩，对接触交代非常有利。而硅泥质岩惰性组分高，化学性质不活泼，有效孔隙度低，不利于溶液渗透，且岩石可塑性强，不易破碎，对矽卡岩化和热液蚀变的进行有一定的阻滞和隔挡作用，往往成为矿体的顶板[1,4]。

1.4.3 构造因素

岩体与滩间山群和缔敖苏组碳酸盐岩接触形态对矽卡岩及矿体的形态有明显地控制作用。尤其在岩体与碳酸盐岩接触形成的港湾部位(凹陷带)矿体产出的矿体连续，厚度大且品位高。

铁多金属矿受接触带及远离接触带的层间构造或硅钙面控制。远离接触带的层间构造或滩间山群和缔敖苏组中发育的硅钙界面部位属于构造薄弱带，在岩浆侵入过程中容易破碎，也易形成层间滑动及层间剥离，对接触交代和热液交代都非常有利，往往形成远离接触带的热液型多金属矿和硫铁矿。

1.5 找矿标志

矿区铁多金属矿找矿标志主要有如下三个方面：

1)印支期花岗闪长岩、二长花岗岩、石英二长闪长岩与滩间山群和缔敖苏组碳酸盐岩的接触带，易形成铁多金属矿体，近接触带是寻找厚度大、品位高的铁矿体的有利部位，离开近接触带的铁矿体边缘是寻找多金属矿的有利部位[2]。

2)矽卡岩是主要的找矿标志，矿区内矽卡岩可分为钙镁矽卡岩和锰矽卡岩二类[9-10]，钙镁矽卡岩是寻找铁铜矿体的主要标志，锰矽卡岩是寻找铅锌矿体的主要标志

3)磁异常多由磁铁矿、磁黄铁矿引起。强度较高、形态规则的磁异常是寻找铁矿体的主要标志；矿区内的低缓磁异常与埋藏较深的铁矿体或者与磁铁矿、磁黄铁矿共伴生多金属矿体有关[2]，是寻找铁多金属矿的主要标志。

2 地球物理特征

野马泉铁多金属矿位于高原荒漠区，基岩出露面积少，在勘探过程中开展了1∶50 000地面高精度磁法测量、1∶50 000重力测量、1∶10 000磁法测量、1∶20 000磁法剖面测量等大量物探工作，对指导该区找矿起到了至关重要的作用

2.1 岩矿石磁性特征

根据矿区磁物性结果[2]，磁铁矿石、磁铁矿化角岩、磁铁矿化矽卡岩、磁黄铁矿化矽卡岩具强磁性。其中磁铁矿磁性最强，磁铁矿化角岩、磁黄铁矿化矽卡岩次之；凝灰岩、辉绿岩、角岩、矽卡岩、英安岩、花岗闪长岩、安山岩及磁铁矿化碳质灰岩具中等磁性；花岗岩、大理岩、结晶灰岩等其他各类岩矿石弱磁性或无磁性。引起该区磁异常的主要地质体为磁铁矿矿石及磁铁矿化、磁黄铁矿化岩矿石。

图2 野马泉地区剩余重力异常地磁异常综合图Fig.2 Residual gravity anomalies and geomagnetic anomaly map of the Yemaquan ore district

2.2 岩矿石密度特征

第四纪地层在本区内密度最小，平均1.30×103kg/m3，奥陶纪滩间山群密度较高，平均值为2.83×103kg/m3，石炭纪缔傲苏组地层，其密度值达2.76×103kg/m3，晚泥盆世牦牛山组密度较小，平均值为2.64×103kg/m3。侵入岩密度在2.60×103kg/m3～2.74×103kg/m3之间。各种矿石中，磁铁矿密度最高，为4.65×103kg/m3，磁黄铁铜铅锌矿石密度相对较小，为3.19×103kg/m3，矽卡岩、包括矿化矽卡岩密度可达3.63×103kg/m3。依据密度测定结果，侵入岩相对围岩地层密度明显偏低，密度差异明显，具备利用重力测量圈定岩体分布范围、推断岩体与地层接触带的前提条件[12]。

2.3 1∶50 000磁异常特征

根据1∶50 000地面高精度磁法测量成果[2]，野马泉地区共圈出14处地磁异常(图2)，总体表现为南北两条向南突出的弧形异常带和东南部分布的面型异常区。

北部弧形异常带总体NWW向展布，基本沿重力梯级带分布，中部膨大，M7、M8异常为中部膨大区，由一连串串珠状展布的子异常组成，异常长轴走向一般为NWW向，呈椭圆状或似椭圆状，异常强度较高，M4、M7、M8等异常强度超过1 000 nT，M3、M5异常ΔT极大值最高达8 000 nT。

南部弧形异常带位于西南部，磁异常弧形向南突出，分布密集，走向从矿区中部向西由NE-SW向转为NW-SE向，沿重力测量划分出的重力梯级带分布，与侵入岩体的边界一致，异常规模均较大，异常曲线圆滑平缓，强度100 nT～3 000 nT，大部分为弱磁异常，部分具深部异常特征.

东南部M13、M14异常呈椭圆状面状分布，面积较大，强度较低，梯度缓，异常极大值一般在n×100 nT左右,呈现出范围较大的低缓异常特征。

2.4 1∶50 000高精度重力测量

根据1∶50 000重力测量结果[12]，野马泉矿区布格重力异常表现明显为重力低，异常基本圈闭，边部等值线密集，重力低异常对应了侵入岩体，重力低背景上局部重力高体现了局部有地层的分布(残留)重力梯级带基本反映了岩体与地层的接触带，这一特征在剩余重力异常图(图2)上反映更加清晰。重力低向重力高过渡变化处重力梯级带与钻探验证的侵入岩体与滩间山群和缔敖苏组地层的接触带基本吻合，也是磁异常的主要分布区。在M13、M14磁异常区，剩余重力异常值相对升高，是岩体侵入相对较深，其上有一定厚度的滩间山群和缔敖苏组地层分布，地层与岩体呈上下接触的关系。上述接触带均是异常是成矿的有利部位。

2.5 1∶10 000磁异常特征

经过1∶10 000磁测，将1∶50 000磁异常分解为多个子异常，较为典型的磁异常有M9、M13等[2]。M9异常进一步分解为5个子异常，其中M9-1、M9-3异常规模相对较大，经钻探验证后为磁铁矿引起，共发现有2条主矿体。M9-1异常呈北西西向的椭圆状，以正值为主，梯度陡，强度高。M9-3异常近东西向分布，是M9异常区形态规则，长度较大，较为连续的异常，正负异常伴生，正异常强度相对较高, 极大值达3 000 nT(图3)，钻探验证结果矿体走向较连续，矿体局部厚大，矿种以铁为主，其次为多金属矿体。

图3 野马泉矿区M9磁异常平面等值线图Fig.3 Magnetic measurement contour map of M9 abnormal area in the Yemaquan ore district

图4 野马泉地区M13异常1∶10 000磁法测量等值线平面图Fig.4 Magnetic measurement contour map of M13 abnormal area in the Yemaquan ore district

图5 M9异常0线反演及验证结果示意图Fig.5 Area chart of 0 line inversion interpretation and drilling verification in M9 abnormal area(a)反演；(b)验证结果

图6 M13异常84线反演及验证结果示意图Fig.6 Area chart of 84line inversion interpretation and drilling verification in M13abnormal area(a)反演；(b)验证结果

M13为测区内分布范围最大的一个正磁异常，平面形态为椭圆形，长轴北东-南西向，长约2 400 m，最宽为1 200 m。向东异常趋于尖灭，向西异常幅值降低，异常极大值370 nT。具有典型的低缓弱磁异常特征。通过对M13磁异常进行深部验证，绝大部分钻孔见铁多金属矿，矿体位于花岗闪长岩体外接触带的矽卡岩中，矿体形态随接触面变化而变化，南部埋深较浅，一般小于200 m，北部埋深较大一般在300 m～600 m，局部达900 m以上，矿体连续性较好，验证结果表明低缓异常具有重要的找矿意义。

3 磁异常反演模拟及钻探验证

根据矿区磁异常特征，对区内代表强磁异常的M9异常0勘探线剖面和弱缓异常的M13异常84勘探线剖面进行了反演模拟，并进行了钻探验证，反演结果和验证结果对比后(图5、图6)，发现反演的矿体形态、产状和钻探验证结果基本一致，仅在矿体尾部稍有差异，反演的矿体厚度比实际验证结果稍大一些，深度上矿体实际矿体埋深浅一些主要与磁化强度的取值有一定关系，总体来看，反演结果与实际情况较吻合，起到了指导钻探工作的作用。

在此基础上，对M9等异常区的其他磁法剖面进行了反演模拟计算。反演模拟结果对布置钻探工程起到了很好的指导效果，并与钻探验证后所见矿体形态基本一致，见矿深度和见矿厚度也具有一定指示意义。

根据上述经验对野马泉矿区发现的14处地磁异常进行验证，12处均由磁铁矿或磁黄铁矿引起，并在铁矿中及铁矿边部发现有较好的多金属矿体。共发现铁多金属矿体有172条，据最新统计结果，累计估算铜铅锌金属总量为99.02×104t，铁矿石量为7 055×104t，矿床规模达到大型[2]。

4 勘查方法技术总结

根据野马泉矿区成矿特征及数十年找矿过程研究，高原荒漠区矽卡岩型热液型铁多金属矿勘查采用如下的技术组合方法较为有效，并能够提高找矿成功率、缩短勘查周期[11]。具体过程如下：

1)根据三叠纪与花岗岩有关的矽卡岩型-热液型铁多金属矿成矿系统理论，结合地质背景，中小比例尺航空磁测、重力测量、水系沉积物测量成果，确定矽卡岩型-热液型铁多金属矿成矿远景区。成矿远景区的划分历年来在柴南缘祁漫塔格地区已做了大量工作并发现矿床点数十处，但仍具有很大的找矿空间。

2)在成矿远景区内开展1∶50 000重力测量，根据该类矿床主要控矿因素岩体和围岩存在明显密度差异的特点，以预测岩体与地层接触带为目的，初步圈定岩体范围和接触带的位置。这项工作在野马泉矿区虽然开展较晚，但对后期的找矿突破仍发挥了重要作用。对矽卡岩型热液型铁多金属矿勘查而言应提前布置。

3)以观测铁多金属矿中所含的磁铁矿、磁黄铁矿引起的磁异常为目的，开展1:50 000磁法测量(或利用已完成的磁测资料)，圈定磁异常。

4)将重力圈定的岩体分布范围和接触带位置和磁法圈定的磁异常叠合在一起，结合地质条件进行综合分析，确定成矿有利地段(或磁异常)。

5)进行1∶10 000地面高精度磁测，进一步缩小靶区，了解磁异常特征，包括异常强度、规模、走向等，初步判定异常性质，推断引起磁异常的磁性体的埋藏深度、空间三维形态，确定找矿靶区(拟验证的异常)。

6)根据磁异常的复杂程度，进行1:2 000高精度磁法剖面或面积测量，详细了解磁异常特征，开展精细解释工作，进行人机联合的2.5D或3D反演，定位磁性体的空间位置，确定验证钻孔的位置及深度。

7)进行钻探验证，在钻探验证过程中配合测井工作，根据获取的已知信息，及时进行异常再解释工作，不断修正反演模型，指导钻探验证工作。

8)根据勘查阶段要求，系统开展钻探工作，确定矿床或矿体。

概括起来，该方法组合包括以下步骤(具体方法组合及流程如图7所示)：①根据高原荒漠区矽卡岩型-热液型铁多金属矿典型矿床特征，划分出该类矿成矿远景区；②进行1∶50 000重力及1∶50 000高精度磁法测量，圈定成矿有利地段(磁异常)；③进行1∶10 000地面高精度磁测，进一步缩小靶区；④开展1∶2 000磁法剖面测量，进行2.5D或3D反演解释，定位磁性体的空间位置；⑤利用钻探进行验证；⑥确定矿体或矿床。