山东齐河地区航磁磁场特征与深覆盖区铁矿靶区预测

2020-03-05王卫平吴成平马勋表

中国地质调查 2020年1期

王卫平，吴成平，马勋表

(中国自然资源航空物探遥感中心，北京 100083)

0 引言

齐河地区位于山东省西部，地表为巨厚的大面积新生代沉积覆盖区，仅在东南部地区分布少量中酸性岩体。以往仅对齐河局部地区开展过大比例尺的地面物探工作，区域物探研究程度相对较低，对深覆盖区之下的隐伏岩体分布情况了解不够全面，对深覆盖区铁矿预测和评价依据不足。2017年开展的1∶5万直升机航磁测量，具有飞行高度低、测量精度及分辨率高等优势，可获得丰富的磁场信息，展现多个不同磁场背景及磁异常特征，为研究该区构造、岩浆岩分布及深覆盖区铁矿靶区预测提供了重要依据[1-2]。本文通过总结该次高精度航磁测量成果，结合地质、钻孔、物探等资料，采用定性和定量相结合的综合解释方法，研究齐河地区岩浆岩分布特征、航磁异常与深覆盖区铁矿分布的关系并预测成矿有利部位，圈定了26个具有较大铁矿潜力的航磁异常。在此基础上，圈定了7个铁矿找矿远景区，其中一级找矿远景区3个，二级找矿远景区2个，三级找矿远景区2个；圈定了8个铁矿找矿靶区，并对铁矿资源量进行了预测。该成果对山东齐河地区基础地质研究和深覆盖区铁矿靶区预测具有重要参考意义。

1 区域地质概况

研究区位于华北陆块，以齐广断裂为界，北西部为华北拗陷区，南东部为鲁西隆起区。以NE向断裂为主，NW向断裂次之，其中主要断裂包括NE向齐广断裂和NNE向聊考断裂，控制该区二级构造单元边界[3-4]。研究区中北部被大面积第四系黄土覆盖，仅在东南部分布奥陶系—寒武系，局部可见新太古代变质岩，并有中酸性岩体出露(图1)。寒武系—奥陶系为一套厚度达1 800余m的海相碳酸盐岩沉积建造，整体呈NWW向或NEE向展布，与下伏新太古代变质岩呈角度不整合接触，被上覆石炭系—二叠系或第四系覆盖。燕山早期发育辉石角闪岩、闪长岩、二长斑岩、正长斑岩系列，燕山晚期发育花岗闪长岩、二长花岗岩系列。燕山早期辉石角闪岩和闪长岩系列对铁矿的形成具有重要作用，闪长岩系列构成了接触交代型铁矿床的成矿母岩。

研究区中北部深覆盖区大张ZK001钻孔资料[2]显示：该区0～570 m为古近系砂土、粉砂土和黏土，570～598 m为二叠系粉砂岩； 604～650 m上部为石炭系泥岩、砂岩，中下部为灰岩； 672～770 m为奥陶系灰岩； 770～796 m为矽卡岩磁铁矿； 796～800 m为矽卡岩； 800～999 m为闪长岩。其他钻孔第四系之下多分布新近系、古近系、二叠系、石炭系和奥陶系，以及以闪长岩为主的中基性杂岩体。其中ZK1钻孔在1 166～1 296 m见累计厚度76 m的矽卡岩型磁铁矿，单样品品位TFe为9.46%～68.85%，围岩是以闪长岩为主的中基性杂岩体, 侵入时代为燕山期，侵入地层岩性为寒武系—奥陶系灰岩[2]。

本次实测磁性资料表明，该区沉积岩类一般无磁性或具极弱磁性，以闪长岩为主的中基性侵入岩磁性变化较大，磁化率为(19～9 940)×10-5SI，平均值为4 267×10-5SI，可形成规模不等的磁异常。铁矿石磁性最强，磁化率平均值为96 200×10-5SI，部分磁铁变粒岩及磁铁矿矿石磁化率最大可达200 000×10-5SI，剩余磁化强度为(92 037～182 294)×10-5SI，在一定埋深下，若具备一定规模，通常可引起一定幅度的磁异常。

图1 山东齐河地区地质简图[4]

Fig.1GeologicalsketchofQiheareainShandongProvince[4]

2 岩浆岩航磁异常特征

研究区中部为区域降低磁场，北西部和南东部为区域升高磁场(图2)。中部区域降低磁场是无磁性的巨厚新生代、中生代和古生代沉积的反映，北西部和南东部区域升高磁场是太古宙变质岩基底隆起的反映。

在潘店—辛寨一带分布3个规模较大的NNE向低缓升高磁异常(图2中的a,b,c)，异常平面呈规模不等的团块状，磁场强度一般为100～150 nT,最强可达305 nT。根据潘店一带钻孔资料[2]，在约1 100 m处见闪长岩等侵入岩体，磁化率为(42～8 760)×10-5SI，平均值为4 632×10-5SI，具有中强磁性，潘店磁力高异常主要是闪长岩等侵入岩体引起的。潘店岩体分布于禹城—琉璃寺断裂(F2)与东阿—焦庙断层(F4)之间(图3)，主要侵位于奥陶系和石炭系下部，最新侵入地层为石盒子组上部，普遍侵入太原组和山西组，在奥陶系灰岩与岩浆岩接触带分布矽卡岩型铁矿。前人研究[2]表明，潘店岩体主体为不整合侵入体，总体为岩基，并有一定规模的岩浆岩呈层状侵入于石炭系—二叠系中，形成岩床。根据航磁异常特征，认为潘店—辛寨地区的宽缓磁场由规模较大的以闪长岩为主的中基性岩基引起，叠加在宽缓磁场背景上的航磁局部异常由中基性岩基上的局部岩体凸起或矽卡岩型铁矿引起。与潘店岩体航磁异常类似的还有牛角店、刀山峪地区的航磁异常[1]，综合分析认为，牛角店、刀山峪地区航磁异常是中基性岩体引起的。

图2 山东齐河地区航磁ΔT异常等值线平面图Fig.2 Aeromagnetic ΔT contour map of Qihe area in Shandong Province

1.推断一级断裂及编号; 2.推断二级断裂及编号; 3.推断三级断裂及编号; 4.中酸性侵入岩; 5.中性侵入岩; 6.基性-超基性侵入岩; 7.新太古代变质岩; 8.岩性序号

图3 山东齐河地区航空物探推断岩性构造图

Fig.3Lithologystructuremapconductedbyaero-geophysicalsurveyinQiheareaofShandongProvince

研究区中酸性侵入岩航磁异常主要分布在高唐县、潘店镇东部及南部地区，航磁异常一般呈不同规模的团块状或似圆状，异常曲线形态低缓，大多沿断裂分布。主要岩性有花岗岩、二长花岗岩和黑云二长花岗岩，其中花岗岩、二长花岗岩大多具弱磁性，局部具中弱磁性。根据钻孔岩芯测试结果[1]，二长花岗岩磁化率平均值为494×10-5SI，黑云二长花岗岩磁化率平均值为1 457×10-5SI，具中等磁性，局部具中强磁性。千家村一带的航磁异常(图2中的d)呈走向近SN向的低缓升高异常，异常幅值为110 nT。在航磁ΔT异常垂向一阶导数图上呈团块状磁力高，根据异常特征和邻区地质情况，认为该异常主要为中酸性岩体引起。经人机交互反演，该中酸性岩体顶部埋深570～700 m，宽1.8 km，磁化率2 000×10-5SI。与千家村一带航磁异常类似的还有施唐—平阴—孝里地区的航磁异常，均由不同规模的中酸性岩体引起。

研究区基性-超基性侵入岩仅零星分布于个别钻孔中。岩性主要为辉长岩、辉绿岩、斑状角闪辉长岩、斜长角闪岩等基性-超基性岩，磁性较强，磁化率平均值一般为(1 514～2 306)×10-5SI，具中等磁性和强磁性，如研究区东南部长清区以南的似圆状航磁异常(图2中的f)。

根据研究区各类侵入岩反映的航磁ΔT异常强度及形态特征，结合岩石物性及1∶20万地质资料，共圈定具有一定磁性的中酸性-基性-超基性侵入岩体38个，其中出露岩体3个，半隐伏岩体4个，隐伏岩体31个(图3、表1)。31个隐伏岩体包括中基性岩体5个，中酸性岩体23个，基性—超基性岩体3个。根据航磁ΔT异常圈定的侵入岩均受断裂和构造单元控制，具有明显的分带性，沿区域性断裂形成规模不等的岩带群。

表1 山东齐河地区航空物探推断侵入岩统计

3 铁矿航磁异常特征

3.1 深覆盖区磁铁矿衰减特征

为了研究深覆盖区铁矿引起的磁异常变化规律，根据磁场正演理论，对深覆盖区不同规模及埋深的磁铁矿石模型引起的磁异常进行计算，分析了不同规模及埋深的磁铁矿石航磁异常特征。设计的剖面为SN向，直升机飞行高度为100 m,使用的地磁场参数为：地磁场强度为52 900 nT，地磁倾角为54.5°，地磁偏角为-5.5°。由于磁铁矿石埋藏较深，模型的形态对航磁异常曲线特征影响有限，为了计算方便，选用立方体模型。磁铁矿石模型参数见表2。

表2 正演磁铁矿石模型参数

计算结果表明: 当磁铁矿石规模较小，如磁铁矿石规模<100万t(图4(a))，矿体顶部埋深>800 m时，引起的航磁异常<3 nT，不易通过磁异常直接发现; 随着磁铁矿石规模增加，地表引起的磁异常逐渐增大，1 000万t以上的富磁铁矿石顶部埋深在1 500 m内，均可引起>3 nT的磁异常(图4(b))，且异常特征明显，利用航磁异常直接寻找1 000万t以上的铁矿是有效的。

(a) 100万t不同埋深磁铁矿石模型ΔT异常曲线

(b) 1 000万t不同埋深磁铁矿石模型ΔT异常曲线

3.2 航磁异常特征

研究区共圈定26个具有较大铁矿找矿潜力的航磁异常，其中C11-2、C17-13、C11-3、C17-18、C11-10、C11-33和C17-22航磁异常对寻找铁矿最具有意义。

在山东袁营—潘店地区航磁ΔT异常等值线平面图 (图5(a))上，C11-2航磁异常位于袁营磁力高西北边缘的凸起次级异常上，异常强度为256 nT。在航磁ΔT异常垂向一阶导数等值线平面图(图5(b))上，C11-2航磁异常呈似圆状升高异常，最大异常幅度为366 nT/km。该异常西部边缘有ZK01和ZK0701两个钻孔。在ZK01钻孔1 104.2～1 296 m处见累计厚度72.3 m的矽卡岩铁矿，位于闪长岩、闪长玢岩与白云岩和灰岩接触带上；在ZK0701钻孔1 046.5～1 430.2 m处见累计厚度11.3 m的矽卡岩铁矿。

在山东袁营—潘店地区航磁ΔT异常等值线平面图(图5(a))上，C11-33航磁异常呈似椭圆状，异常强度为261 nT。在航磁ΔT异常垂向一阶导数等值线平面图(图5(b))上，C11-33航磁异常呈不规则团块状。根据钻孔资料[2]， ZK001钻孔在770～796 m，ZK002钻孔在748～755 m,ZK003钻孔在802～817 m处见厚度7～26 m的矽卡岩铁矿，磁铁矿位于闪长岩与灰岩接触带上。

L8040线(A-A′)航磁ΔT人机交互反演结果(图6)表明，规模较大的低缓升高磁异常主要由闪长岩等中基性岩引起。C11-2航磁局部异常主要由闪长岩岩基在北西西侧向上凸引起，该岩体凸起顶部最小埋深980 m，岩基底部深约1 300 m,磁化率3 500×10-5SI，岩体密度2.76 g/cm3。在岩体凸起边部与灰岩接触部位有1个磁铁矿体(图6中的①)，长约360 m，顶部埋深1 284 m，厚度约150 m，有效磁化强度28 896×10-3A/m，岩体密度4.43 g/cm3。L8070线(B-B′)航磁ΔT人机交互反演结果显示，鲁C-2011-33航磁异常是由闪长岩为主的中基性岩向上凸起和磁铁矿引起的。

升高磁异常背景的局部磁力高异常，尤其是边缘凸起异常，在垂向一阶导数等值线平面图上也表现为局部升高异常，如C11-2、C17-13、C11-3、C17-18、C11-10、C11-33和C17-22航磁异常(图5)均由以闪长岩为主的中基性岩局部凸起或磁铁矿综合引起，在闪长岩与灰岩或白云岩接触带，是寻找矽卡岩铁矿的有利部位。