贵州省晴隆大厂矿集区重力三维反演及深部找矿潜力研究

2020-07-01屈念念李家斌

中国地质调查 2020年3期

屈念念，李家斌

(1.自然资源部基岩区矿产资源勘查工程技术创新中心，贵阳 550081； 2.贵州省地质调查院，贵阳 550081； 3.贵州省地质物探开发应用工程技术研究中心，贵阳 550081)

0 引言

贵州省晴隆大厂矿集区为我国重要的锑矿资源产地之一，主要为低温热液型锑矿。多年来，地表露头矿和浅表矿越来越少，寻找地表矿、浅部矿的难度也越来越大，推进矿产资源深部勘查迫在眉睫。矿集区锑矿床的形成与岩浆岩关系密切这一结论是毫无疑问的，寻找深部隐伏岩体对目前找矿工作具有重要的实际意义。陈娴等[1]认为右江盆地矿集区的晴隆锑矿床成矿流体由地下循环的雨水和含地幔He的岩浆流体2个端员组成，矿床的成矿作用受侏罗纪的深部花岗岩浆活动驱动；胡瑞忠等[2]认为右江盆地Au-Sb-As-Hg矿集区的形成可能受印支期和燕山期的深部岩浆活动驱动，尽管成矿流体中的水主要是大气成因地下水；熊灿娟等[3]认为晴隆大厂矿集区锑矿成矿流体主要来自大气降水，并有岩浆热液的参与，且成矿位置可能位于地壳较浅层部位，局部可能偏还原环境；王亮等[4]利用区域重磁资料推测该区域深部存在燕山期的隐伏酸性岩体。隐伏岩体的圈定与空间范围的量化研究作为直接或间接的找矿手段，为深部找矿、矿产资源调查评价及区域地质演化历史或成矿演化研究提供重要的地球物理依据[5]。

在地球物理勘探中，重力勘探是以地质体密度差异为前提，在圈定和研究隐伏岩体形态方面具有不可替代的作用，是揭示深部岩体最快速、有效的方法。本文在前人研究的基础上，利用晴隆大厂矿集区1∶10万重力资料及邻区1∶20万重力测量资料，对区内断裂格架开展推断分析，反演隐伏岩体的空间分布形态，结合矿产、地球化学等资料对该区域深部成矿条件进行分析探讨，为指导深部找矿提供一定的理论指导。

1 研究区地质及地球物理特征

1.1 地质特征

贵州省晴隆大厂矿集区位于扬子陆块次级构造单元江南复合造山带之兴义隆起区中的大厂穹隆中。矿集区内出露最老的地层为中二叠统茅口组，其后依次有上二叠统、三叠系、白垩系、第四系(图1)，其中以二叠系、三叠系发育最完整、齐全，大厂穹隆主要由二叠系组成；区内构造总体由大厂穹隆和NE向、NW向断裂组成，局部发育近EW向和近SN向断层，主要断层呈现出向北东发散、向南西收敛的展布特征；区内主要出露广泛分布的二叠纪大陆溢流拉斑玄武岩及同源浅成侵入岩-辉绿岩组合，峨眉山玄武岩的分布以泥堡、大厂、丙坝为界，其北西分布峨眉山玄武岩，其南峨眉山玄武岩减薄至尖灭，此外，在研究区外南部贞丰一带有少量基性岩脉出露。

已知的锑、金矿床主要集中分布在靠近大厂穹隆轴部及南东翼。工作区以层间构造发育的大厂层与区内优势矿产锑、金矿关系较为密切；锑矿的分布受NE向构造和隐伏的NW向构造联合控制，NE向断裂、NNE向断裂与NW向断裂交汇部位控制着锑矿体的展布，这些断层大多是一系列高角度张扭性正断层，具有一定的等距性，构成了“棋盘格式”或“梳状”的控矿构造形式。在区内探采工程中可见较多的层间滑动构造，这种构造往往与锑、金矿关系密切。

根据岩石、地层的密度特征来分析推断产生异常的场源信息是重力异常处理和解释的重要过程。本文综合分析晴隆大厂矿集区采集的物性资料、收集的邻区物性资料及前人研究成果，总结研究区岩石、地层密度特征(表1)。

从表1可以看出，在岩(矿)石密度方面，灰岩、白云岩、玄武岩、砂岩表现为相对高密度特征，黏土岩表现为低密度特征；在地层组密度方面，除龙潭组表现为低密度特征，其余地层均表现为高密度特征；三叠系飞仙关组与二叠系龙潭组之间存在明显的密度差，是高、低密度分界线；相对低密度的龙潭组与下伏二叠系峨眉山玄武岩组、大厂层、茅口组等相对高密度地层产生的密度差形成一个密度界面。

1.2 地球物理特征

本文采用的重力数据来源于晴隆大大矿集区及邻区实测1∶10万、1∶20万重力成果数据，其中1∶20万重力成果数据为矿集区接边数据，对数据进行处理获得晴隆大厂矿集区及邻区布格重力异常图；位场分离方法分别采用了趋势分离、滑动平均等方法，与地表资料对比，认为滑动平均法(窗口32 km×32 km)得到的区域重力异常比较可靠地反映工作区及邻区的深部地质体引起的重力异常效应，布格重力异常减去区域场，提取反映浅部地质体引起的重力异常效应的剩余重力异常，适合作为重力反演的数据处理。

从晴隆大厂矿集区及邻区布格重力异常(图2)可以看出，研究区内布格重力异常均为负值，由北西向南东场值呈“阶梯”式逐渐增大。矿集区位于梯级异常带转折部位，异常总体向东凸起，等值线展布南部呈NE向延伸，至中部逐渐转为NNW向并延伸至矿集区外，布格重力异常值亦是呈东高西低的特征。

图2 晴隆大厂矿集区及邻区布格重力异常

从晴隆大厂矿集区及邻区剩余重力异常(图3)看出，矿集区大部分位于剩余重力异常低值区内，北部靠近矿集区边缘部分位于剩余重力异常高边部，重力异常低表现为三度体，具多个异常中心，幅值在-2.5×10-5～-5.5×10-5m/s2之间。矿集区大部分位于大厂穹隆范围内，剩余重力异常低值区对应大厂穹隆，异常低值范围比大厂穹隆分布范围广，在东部鸡场一带重力异常低值区延伸至工作区东部边缘二叠系零星出露一带。

图3 晴隆大厂矿集区及邻区剩余重力异常

结合地质、可控源音频大地电磁法(Controlled Source Audio Magneto Telluric,简称CSAMT)和物性资料分析，在该重力异常带内，异常中心区域出露最老地层为较高密度地层中二叠统茅口组，上覆为高密度地层峨眉山玄武岩组及大厂层，下伏晚古生代地层主要为碳酸盐岩建造，密度值较高(>2.67 g/cm3)；低密度地层龙潭组厚度为20～350 m，且较低重力异常分布范围小，不足以引起该重力异常低；由于贵州省黔西无花岗岩体出露，对于花岗岩密度分析主要参考华南地区花岗岩体密度资料[5]，其中以广西统计的岩石密度参数为主，花岗岩密度平均值为2.61 g/cm3；从现有研究资料分析，该区域花岗岩体为燕山期隐伏花岗岩体，埋藏深度为3～5 km。本文采用对数功率谱法计算低频场源似深度为4～5 km，且晚古生代地层与花岗岩体具有一定密度差，因此推断深部隐伏花岗岩体是引起该重力异常低的主要因素。

2 综合解释与研究

2.1 断裂推断解释

断裂在重力场中表现为密集分布的梯级带、串珠状异常和异常轴方向变化等异常特征。为有效地提取断裂信息，本文采用多种成熟的重磁场源边界识别方法，如向上延拓、垂向二阶导数、总水平导数和归一化总水平导数垂向导数[6]，结合地质资料，对矿集区重力位场资料进行综合分析处理，进而推断断裂分布。

从贵州省深大断裂分布来看，矿集区位于NE向师宗—弥勒深大断裂和NW向水城—紫云深大断裂交汇部位的南西侧[7-8]。NE向师宗—弥勒深大断裂在贵州省境内经印江—瓮安—贵阳—普定—盘县横贯贵州省中部，为贵州省境内控制地质、矿产及深部构造特征的重要深大断裂； NW向水城—紫云深断裂在贵州省境内经威宁—六盘水—六枝—紫云—罗甸等地，为西部重要深大断裂[9-12]，这2组深大断裂使得矿集区受NE—SW向和NW—SE向2组应力的作用，控制矿集区构造分布特征，因此，从晴隆大厂矿集区推断断裂分布(图4)来看，推断断裂以NE向为主，NW向断裂次之，NW向断裂延伸规模较大，NE向断裂延伸规模相对较小，矿集区内NE向断裂被NW向断裂切割。

通过向上延拓异常分析，区内各条断裂异常极值偏移较小，这一重力异常特征说明调查区内断裂产状可能较陡。断裂F11、F13、F17为矿集区内规模相对较大的断裂，切割深度相对较深； F8断裂规模次之，切割深度相对F11、F13、F17断裂浅，其中

(a) 归一化总水平导数垂向导数异常

(b) 布格异常上延1 km水平一阶导数(135°)异常

图4 晴隆大厂矿集区重力异常及推断断裂

Fig.4DeducedfaultsstructureandgravityanomalyofQinglong-Dachangoreconcentrationarea

F11断裂经过工作区中部、切割大厂穹隆核部，F8断裂经过工作区中部、北段切割大厂穹隆核部，F13、F17断裂分别经过工作区东南部、北东部、切割大厂穹隆翼部。结合区内地质构造情况，推断F8、F11断裂为调查区的导矿构造和容矿构造，同时也说明与其相关联的次级小型构造或成矿有利地层区域可能为调查区的容矿构造或成矿有利位置。

2.2 侵入花岗岩体反演

综合区内重力异常特征、物性分析及地质资料，通过重力异常对矿集区内侵入酸性岩体进行反演。本文采用二维、三维一体化反演，即在三维空间中对截取的二维剖面开展2.5维反演，各个剖面的2.5维反演结果在三维空间下相互约束，最终利用2.5维反演地质体构建三维岩体模型。此外，本文以现有的研究成果，如地层厚度、岩体埋深等作为反演约束条件，开展反演解释，从而推断引起该剩余重力异常低的地质体三维空间形态。

从花岗岩体剖面反演结果(图5～图7)来看，该侵入酸性岩体顶深约为2.1 km，底深约为8.5 km。平面形态显示，岩体整体呈向西北开口的“V”字型；侧面形态显示，岩体顶部形态变化剧烈，主要表现在3～6 km以上深度，岩体表现为2个分离岩体，其中西北部表现为一体积相对较大岩体，南东部表现为一体积相对较小岩株，在3～6 km以下2个岩体相连为一个岩体；侧面形态表现为从西北至南东呈向地表开口的“V”字型，该“V”字型的切割深度从西南至北东由3 km左右加深至6 km左右；底界面形态相对平缓。从岩体空间形态来看，结合区域地质构造分析，推断岩浆热液沿矿集区北部深大断裂贯入，深部形成岩基，向上沿浅部断裂侵入形成浅部规模不同的2个岩体；从岩体平面形态来看，岩体总体走向呈NE向，顶面形态沿NE向变化剧烈，沿NW向变化程度相对较弱，推断在花岗岩体形成过程中主要受NE向构造运动的影响，同时或间断受NW向次一级构造运动影响，控制岩体形态。

(a) 剖面组合Ⅰ平面位置

(b) 剖面Ⅰ1的2.5维反演结果

图5 花岗岩体反演结果及三维空间形态——剖面组合Ⅰ

Fig.5Theinversionresultsandthree-dimensionalmorphologyofgranitebody----profilecombinationⅠ

(a) 剖面组合Ⅱ平面位置

(b) 剖面Ⅱ1的2.5维反演结果

图6 花岗岩体反演结果及三维空间形态——剖面组合Ⅱ

Fig.6Theinversionresultsandthree-dimensionalmorphologyofgranitebody----profilecombinationⅡ

(a) 剖面组合Ⅲ平面位置

(b) 剖面Ⅲ1的2.5维反演结果

图7 花岗岩体反演结果及三维空间形态——剖面组合Ⅲ

Fig.7Theinversionresultsandthree-dimensionalmorphologyofgranitebody----profilecombinationⅢ

从反演的该酸性岩体三维空间形态分析，岩体中部及南东部顶界面变化较陡，岩体形态变化较大，存在岩枝和岩株，且岩体分布区邻近于印江—瓮安—贵阳—普定—盘县NEE向深大断裂与威宁—六盘水—六枝—紫云—罗甸NW向深大断裂汇聚部位，且工作区内发育NE向断裂，岩体周围及外围分布有与热液有关的矿产，这些矿床的形成与中酸性侵入岩体的岩浆期后热液活动有成因联系。因此，综合分析认为，该中酸性侵入岩体外围及其深部的成矿条件有利，有利找矿远景区。

3 晴隆矿集区找矿潜力分析

从重力推断解释结果与矿点分布图(图8)可以看出，大厂穹隆范围与岩体分布范围基本一致，对应剩余重力异常低值区。大厂穹隆核部地层为茅口组，翼部地层为大厂层、峨眉山玄武岩组和龙潭组等，其中核部茅口组出露的大部分范围内岩体顶面埋深相对最浅，向两边顶部深度逐渐加深。结合工作区及邻区断裂分布，工作区位于NE向断裂与NW向断裂交汇部位的南西侧，区内亦发育次级NE向、NW向断裂。从区域构造特征及反演酸性岩体形态综合分析，推断工作区在酸性岩浆岩侵入过程中受NE—SW向、NW—SE向2组应力作用，其中大厂、碧痕一带断裂发育、岩体上侵最高，在背斜叠加与岩体底辟复合作用下形成大厂穹隆。

1.锑矿； 2.金矿； 3.硫铁矿； 4.萤石； 5.推断断裂； 6.大厂穹隆范围； 7.核部P2m范围； 8.岩体-1 km截面； 9.岩体-2 km截面； 10.岩体-3 km截面； 11.岩体-4 km截面； 12.岩体-5 km截面； 13.岩体-6 km截面； 14.岩体-7 km截面

图8 重力推断解释结果与矿点分布

Fig.8Thededucedresultsbygravityandorespotsdistribution

区内主要断裂为F8、F11、F13，其中F8对应花鱼井断层，F11对应青山镇断层，F13对应马场断层。从推断解释结果与矿产地质综合分析图(图8)来看，锑矿、硫铁矿、萤石矿等矿点分布呈NW向，主要分布在F8与F11的夹持区域，在F8与F11所夹持区域周边分布多条规模相对较小的NW向、NE向隐伏断裂，锑矿、硫铁矿、萤石矿分布在断裂交汇部位，金矿主要沿F11分布。以上对应关系印证了矿集区内矿产分布受NE向构造和NW向构造的联合控制；从已知矿点分布与反演岩体分布关系来看，矿点主要分布在岩体西部的“V”字型开口边界及邻近区域，分布区域大部分位于岩体顶深最浅处，另有少部分分布于岩体北部、西南部边界，岩体顶部形态在大厂—碧痕一带呈NW向展布，与锑矿、硫铁矿、萤石矿分布一致。

从重力推断解释结果与Sb-Au元素异常图(图9)可以看出，工作区内成矿元素组合Sb-Au异常具有强度高、规模大、梯度变化陡、浓度分带清晰、呈圆形相互重合较好等特点，尤其是在大厂—碧痕、大厂—下山一带。大厂—碧痕一带Sb-Au元素异常分布在F8与F11的夹持区域，且该范围内岩体顶面埋深相对最浅，浅部NE向断裂与NW向断裂发育；大厂—下山一带Sb-Au元素异常规模及强度相对大厂—碧痕一带较弱，分布在F11与F13的夹持区域，该范围内岩体顶面靠近大厂一带埋深较浅，往南东部逐渐加深，该区域内主要发育NE向断裂。

1.推断断裂； 2.大厂穹隆范围； 3.核部P2m范围； 4.岩体-1 km截面； 5.岩体-2 km截面； 6.岩体-3 km截面； 7.岩体-4 km截面； 8.岩体-5 km截面； 9.岩体-6 km截面； 10.岩体-7 km截面

图9 重力推断解释结果与Sb-Au元素异常

Fig.9Thededucedresultsbygravit ndSb-Auelementanomalies

综合推断解释结果，结合矿产地质、地球化学元素异常等资料，茅口组与峨眉山玄武岩组之间的大厂层Pd硅质蚀变层为锑、萤石、黄铁矿主要容矿层位、金的次要容矿层位，茅口组灰岩形成岩溶洼地，为成矿热液提供贮存空间，峨眉山玄武岩岩性致密，对控矿起着一定的遮挡作用。工作区位于经江—瓮安—贵阳—普定—盘县NEE向深大断裂与威宁—六盘水—六枝—紫云—罗甸NW向深大断裂的控制区域，且次级NE向、NW向断裂发育，发育的深大构造沟通了基底与浅表，为成矿流体运移提供通道。侵入酸性岩浆岩活动或提供部分成矿物质来源或提供矿集区成矿驱动力。因此： ①在F8花鱼井断层与F11青山镇断层所夹持区域内大厂—碧痕一带，茅口组灰岩与峨眉山玄武岩组发育，推断侵入酸性岩体顶界面最浅(2.5 km左右)，且该区域内NE向及NW向断裂发育，成矿元素组合Sb-Au异常强度高、规模大； ②在大厂南部沿F11青山镇断层，茅口组灰岩与峨眉山玄武岩组发育，推断侵入酸性岩体顶界面较浅(2.5 km左右)，且该区域内NW向断裂发育，成矿元素组合Sb-Au异常强度高、规模大。推断上述两区域深部为有利锑矿成矿区域。