东昆仑祁漫塔格地区牛苦头东矿床地质特征及找矿前景

2020-12-21白洪溪王建业

金属矿山 2020年11期

白洪溪周瑾王建业李华刘博

（1.青海省地质调查局，青海西宁810002；2.中国冶金地质总局西北局，陕西西安710119）

牛苦头东矿床位于柴达木盆地西南缘祁漫塔格山北坡，属东昆仑铁、铅、锌、铜、钴、金、钨、锡、石棉成矿带。区内成矿地质条件十分优越［1-5］，西邻四角羊—牛苦头、野马泉、虎头崖、卡而却卡等大中型矿床，北邻尕林格大型铁矿床，东部与夏日哈木超大型铜镍矿床、哈西亚图中型铁矿床等相邻［6-10］。20世纪六七十年代，原地质部904、902航空物探大队分别在区内开展了1∶100万、1∶50万航空磁测工作，在区内共发现不同规模磁异常13处，为研究区内的地质构造和开展勘查找矿工作提供了较充分的依据。2005—2006年青海省地质调查院在那陵郭勒中游地区开展了1∶50 000地面高精度磁测工作，共圈定了71处地磁异常，其中M25、M26和M27异常就位于研究区内，为后期地质找矿提供了目标靶区。区内以往只开展过中小比例尺的磁法测量和区域调查工作，地质工作程度较低，相较周边地区矿产勘查工作未取得实质性进展。矿区内覆盖严重，全部为盲矿体，有效的工作手段单一，地质工作和研究难度较大。自2009年以来，研究区内前期主要采用1∶10 000高精度磁法测量发现了13个磁异常，后期利用钻探工程和三分量磁测井对磁异常进行了验证，发现了22条铁矿体，划分了3个矿带，取得了突破性的成果。本研究通过对区域地质背景、矿床地质特征等进行分析，为区内下一步找矿工作提供依据。

1 区域地质背景

矿床大地构造位置处于秦祁昆造山系、东昆仑弧盆系，三级构造单元为北昆仑岩浆弧［11-14］（图 1）。矿床所在区域地层区划上属柴达木地层区、柴达木南缘分区，出露地层主要有古元古代金水口岩群、寒武—奥陶纪滩间山群、晚泥盆世契盖苏群、石炭系、下二叠统、新近系以及第四系［15-18］。在漫长的地质年代里，区域上经受了多次复杂的构造变动。不同规模、不同力学性质的构造形迹发育良好，形成了一幅复杂多样的构造形变图像。NWW向构造形迹组成了区域上的主干构造，它包括结构面为NWW向的褶皱、片理、压性断裂等，且以断裂构造为主，褶皱构造不发育，规模多较小，次生构造为NNE向的张扭性断裂组。通过对内生矿床和各异常的研究，圈出巴音郭勒河—牛苦头沟铁多金属等5个成矿远景区，构造带与成矿远景区有较为密切的关系。巴音郭勒河—牛苦头沟铁多金属及球路噢窝头—那陵郭勒河铁等成矿远景区与NWW向构造带及EW向构造带有关，多处在两构造带的斜交部位上。区域内岩浆活动十分强烈，分侵入和喷出两种形式，岩浆活动可划分为华力西、印支、燕山3个岩浆旋回。区内喷出岩主要形成于加里东中期、华力西早期，多沿构造线方向展布。加里东中期喷出岩多见于寒武—奥陶纪滩间山群碎屑岩夹火山岩组中，为一套蚀变基性熔岩；华力西早期喷出岩多见于晚奥陶世契盖苏群火山组中，其特征是火山碎屑岩多于熔岩。

2 矿区地质特征

2.1 地层

区内地层大面积为第四系，厚度达100 m以上，出露地层极其简单，只有小范围的寒武—奥陶纪滩间山群碳酸盐岩组，地层NW走向，主体南倾、倾角50°～75°。上岩组集中分布于研究区的西部和东南部，出露面积约3.0 km2，岩性为灰白色细晶、粉晶灰岩、白云石大理岩夹少量灰—灰白色结晶灰岩、偶见石英岩。钻孔岩芯显示，研究区中部为早石炭世大干沟组，岩性有变质粉砂岩、细砂岩、硅质岩、灰岩、大理岩。钻孔岩性较为复杂，主要有微、细晶灰岩、斜长角闪岩、黑云母角岩、（碎裂化）强硅化大理岩、（含黄铁矿）磁铁矿化变质石英粉砂岩、石英闪长玢岩、黑云闪长岩、细粒闪长岩、黄铁矿微细粒磁铁矿石、杏仁状安山岩、多斑辉石玄武岩。

2.2 构造

研究区构造形迹被第四系覆盖。根据钻孔揭露并参照区域构造，判断矿区中部有一NW—SE向断层，其两侧地层分界明显，北面为安山岩、玄武岩，南面为闪长岩、花岗岩与粉砂岩交织。

2.3 岩浆岩

区内岩浆岩地表出露很少，只有零星的华力西期灰白色石英闪长岩。根据钻孔揭露，区内岩浆岩较多，北部为大范围的蚀变杏仁状安山岩和多斑辉石玄武岩，中东部有大面积的中、细粒闪长岩和局部的二长花岗岩，细粒闪长岩与铁矿有关系。

（1）中细粒闪长岩。中细粒半自形柱状粒状结构，块状构造，主要由普通角闪石、斜长石等组成；估算的矿物含量为普通角闪石35%、中长石65%。副矿物有磷灰石、锆石、榍石、磁铁矿等少量短柱状、柱状普通角闪石和板状、近宽板状斜长石杂乱镶嵌分布，形成半自形柱状粒状结构。

（2）杏仁状安山岩。斑状结构，基质具有玻晶交织结构，杏仁状构造。岩石主要由斑晶斜长石、角闪石等和基质组成；斑晶主要为斜长石，粒度为（0.1～0.6）mm×（0.3～1.4）mm，角闪石假象粒度约（0.01～0.04）mm×（0.1～0.3）mm。基质主要为板条状、针状半自形晶斜长石半平行分布（斑晶斜长石随之呈半定向分布），粒度为（0.01～0.04）mm×（0.1～0.3）mm，空隙中填充隐晶质等，形成玻晶交织结构。

（3）多斑辉石玄武岩。斑状结构，基质隐晶质结构，块状构造。岩石由斑晶辉石、拉长石和均匀不透明隐晶质基质等组成。斑晶普通辉石，近短柱状、柱状、八边形假象，强蚀变形成密集细小针状、纤状阳起石、少数透闪石的束状集合体，夹杂细小纤维状集合体绿泥石、细小碳酸盐集合体、隐晶质帘石、磁铁矿等形成假象，蚀变物随各个辉石不同其含量不同，粒度为（0.2～1.2）mm×1.8 mm。

2.4 物探异常特征

1∶10 000高精度磁异常主要呈条带状、椭圆状NW向展布，其分布特征与航磁异常及1∶50 000地磁异常一致，明显受地质构造及岩浆岩控制。研究区内西部有一个明显的高值异常，异常规模较大，幅值不高，极值一般为100～300 nT。在研究区内东部有3处明显的高值异常区，异常规模相对较小，但异常幅值较高，极值一般为600～900 nT。研究区内共圈定了13个局部磁力高异常，编号为C1～C13。位于研究区内西部 C1、C2、C3异常以及东部 C6、C7、C8、C9异常组成的异常带推测是由火山岩、岩体引起的非矿致异常。C5-3、C13异常性质不明，未进行查证。C4、C5-1、C5-2、C12异常经钻探验证为矿致异常；C10、C11异常虽未验证，但结合地质背景，对其异常特征进行分析，推测可能为矿致异常。各矿致异常特征具体如下：

（1）C4异常。该异常位于研究区内东南部，与1∶50 000异常中的M27异常吻合较好，地表为第四系覆盖，异常西侧未封闭；异常形态规则，呈条带状沿NW向展布；以60 nT等值线圈定，在研究区内异常长约2 000 m，宽约300 m，面积约0.6 km2；沿异常走向分布有4个极值中心，极大值为200～600 nT不等。

（2）C5异常。该异常位于C4异常西北面，由2个较大的椭圆形异常和1个较小的近EW走向的带状异常组成，分别命名为C5-1、C5-2、C5-3，与1:50 000异常中的M26异常吻合。C5-1异常以60 nT等值线圈定，异常呈椭圆形，长轴为近EW向，长约900 m，宽约650 m，面积约0.58 km2；异常中心极大值为417 nT，北侧伴有负异常；异常北东测等值线密集，异常南西测等值线变得宽缓，说明异常体沿走向向SW倾伏。C5-2异常位于C5-1异常南部，以60 nT等值线圈定，异常呈长椭圆状，长约1 900 m，宽约500 m，面积约0.95 km2，由东、西2个异常中心组成，极大值为634.6 nT，北侧均伴生有负异常。

（3）C10异常。该异常位于C5异常的西北延伸线上，地表被第四系覆盖；异常呈椭圆形，规模较小，长为350 m，宽约100 m，面积约0.03 km2；异常中心极大值为149 nT。异常性质未验证，该异常与C5异常处于同一构造位置，推测可能为矿致异常。

（4）C11异常。该异常位于C4异常东部，C12异常的东南延伸线上，地表第四系覆盖；异常呈圆形，规模较小，直径150 m，异常中心极大值为84 nT。异常性质未验证，该异常与C4、C12异常处于同一成矿有利地段，推测可能为矿致异常。

（5）C12异常。该异常位于C4异常东北部，地表被第四系覆盖；异常呈圆形，规模较小，直径250 m，异常中心极大值为218 nT，经单孔验证见0.8 m厚的铁矿体。

3 矿床地质特征

区内共发现22条铁矿体，呈3个矿带分布。按产出的先后顺序和所处的矿带分别编号Ⅰ1～Ⅲ9。铁矿集中在研究区的东部，且呈现出3个有规模的铁矿带，走向NW向，近于平行排列（图2）。

3.1 矿带特征

Ⅰ号矿带位于东区北部，对应C5-1磁异常，包含铁矿体9条。异常形态完整、规模好，矿体连续性好，向西侧伏。矿带控制长度400 m，工程间距200 m。铁矿体位于56～72号线，矿体呈多层，矿层真厚度为4.07～14.95 m，平均10.19 m，倾向南，倾角25°～45°。TFe品位20.00%～32.76%，平均23.90%。mFe品位15.06%～25.55%，平均16.73%。矿体产于变质粉矿岩中或大理岩中，矿体呈层状，上下盘围岩均为变质粉砂岩或大理岩，具有较强的绿泥石化，见矿高度约3 200 m。矿体埋深最小170 m，最大390 m，一般深270 m。

Ⅱ号矿带有4条铁矿体，位于东区中部，对应C5-2磁异常，异常形态较好，梯度大，矿体呈单层，向西有侧伏。矿带控制长度600 m，工程间距400 m。矿体主要处于80号线、96号线和104号线。矿体南倾，倾角25°～45°，矿层真厚度为2.33～13.06 m，平均7.94 m。TFe品位15.32%～25.36%，平均21.74%。mFe品位15.03%～23.23%，平均16.47%。矿体产于变质粉砂岩与细粒石英闪长岩或花岗闪长岩的接触部位，上盘为闪长岩，下盘是粉砂岩。钻孔中岩体与地层相互穿插，闪长岩与铁矿关系密切。见矿高度分别有3 300 m和3 400 m两个高程。矿体埋深最小15 m，最大190 m。

Ⅲ号矿带共9条铁矿体，位于东区的最南部，与C4异常相对应。异常呈长条带，由多个椭圆形异常串珠状连接而成，连续性差，矿体呈透镜体或囊状，规模有限。控制长度1 600 m，工程间距400 m或800 m。矿体在248号线、264号线、296号线和312号线出现。矿体南倾，倾角约45°，矿层真厚度为5.16～9.07 m，平均 7.12 m。TFe品位 20.36%～42.77%，平均30.16%。mFe品位15.00%～38.05%，平均16.43%。铁矿体大多产于变质粉砂中，仅312号线产于大理岩中，矿体上下盘围岩均为粉砂岩或大理岩。矿带东段296～312号线之间出露厚层的角闪岩和透辉石矽卡岩型岩石，还发现了零星细粒的黄铜矿。见矿高度约3 430 m，矿体埋深最小10 m，最大230 m。

3.2 矿体特征

矿区22条矿体全部为铁矿体，分布于3个矿带上。其中Ⅰ号矿带中9条，编号为Ⅰ1～Ⅰ9；Ⅱ号矿带中4条，编号为Ⅱ1～Ⅱ4；Ⅲ号矿带上9条，编号为Ⅲ1～Ⅲ9。矿体长度均在100 m左右，厚度悬殊，Ⅱ2号矿体厚度最大，真厚度为13.07 m，Ⅰ1矿体最薄，真厚度仅1.21 m，一般厚度为3～6 m，其中Ⅰ2、Ⅰ3、Ⅰ6、Ⅰ7、Ⅱ2和Ⅲ5号矿体真厚度大于6 m。TFe平均品位20.02%～33.35%，其中Ⅲ1、Ⅲ2、Ⅲ9号矿体平均品位大于25%。矿体大部分为单钻孔控制，仅Ⅰ6、Ⅰ7、Ⅱ1、Ⅲ1号矿体有2个钻孔控制。区内主要矿体的特征参数见表1。

Ⅰ3号矿体产于Ⅰ号矿带72号线ZK1中，单孔见矿，推测长度100 m，厚度9.28 m，倾向延深110 m。平均品位为TFe 23.85%、mFe 15.65%。见矿高度3 225 m，埋深210 m，倾向上延限制。矿体赋存于大理岩中，产状为190°∠45°。矿体呈层状，矿石为磁铁矿。

Ⅰ6号矿体位于Ⅰ号矿带64号线，由ZK64-1和ZK64-2控制。推测长度100 m，单工程矿体真厚度分别为6.48 m和6.51 m，平均真厚度6.50 m，倾向延深260 m，倾向上延未限制。平均品位为TFe 24.04%、mFe 14.7%。见矿高度3 185 m，埋深240 m。矿体赋存于绿泥石化变质粉砂岩中，产状为190°∠35°。矿体呈层状，矿石为磁铁矿（图3、图4）。

Ⅱ2号矿体产出于Ⅱ号矿带96号线ZK96-1中，单工程控制。推测长度100 m，平均真厚度13.07 m，倾向延深77 m，上延至第四系底部。平均品位为TFe 21.11%、mFe 15.21%。见矿高度3 420 m，埋深15 m。矿体赋存于变质粉砂岩中，产状为190°∠46°。矿体呈层状，矿石为磁铁矿。

Ⅲ1号矿体产于Ⅲ号矿带312号线，由ZK3、ZK312-2和ZK312-1孔控制，前2个孔见矿。推测长度100 m，单工程矿体真厚度分别为8.73 m和0.9 m，平均真厚度4.82 m，倾向延深157 m，上延至第四系底部。平均品位为TFe 33.35%、mFe 18.57%。见矿高度3 440 m，埋深39 m，倾向上延未限制。矿体赋存于大理岩中，产状为209°∠50°。矿体呈层状，上部分2层，其间夹层厚5 m，矿石为磁铁矿。

Ⅲ5号矿体产于Ⅲ号矿带264号线，由ZK264-1孔和ZK264-2孔控制，仅有ZK264-1孔见矿。推测长度100 m，矿体真厚度9.76 m，倾向延深151 m，上延至第四系底部。平均品位为TFe 23.20%、mFe 11.73%。见矿高度3 430 m，埋深10 m。矿体赋存于绿泥石化变质粉砂岩中，产状为211°∠35°。矿体呈层状，矿石为磁铁矿和赤铁矿。

3.3 矿石质量

3.3.1 结构、构造

矿石为变质粉砂岩型微晶磁铁矿矿石、碎裂化透辉石型磁铁矿矿石，结构为细粒纤维状柱状镶嵌变晶结构、碎裂结构，团块状—块状构造、细条带状—稠密浸染状构造。

金属矿物呈稠密浸染状和石英等镶嵌状分布，整体重结晶不很明显；岩石强烈破碎，少量石英沿裂隙不规则镶嵌，形成断续微脉；多数枝状裂隙中填充有细小碳酸盐集合体及他形粒状不规则镶嵌的方解石，形成枝脉。

磁铁矿呈他形细粒状不均匀稀疏浸染状、断续细脉状分布。单晶粒度为0.01～0.1 mm，不规则集合体大小为0.2～1.6 mm，断续细脉状者可达0.4～3.0 mm。晚期微裂隙中可见赤褐铁矿呈粉末状（尘点状）、胶状集合体分布。

3.3.2 矿物成分

矿石矿物为磁铁矿、赤褐铁矿、黄铁矿、少量磁黄铁矿、微量黄铜矿。脉石矿物为透辉石、纤闪石、黑云母、黏土、碳酸盐集合体或石英、绿泥石、碳酸盐集合体、黏土、少量斜长石。

矿石组分为磁铁矿、碳酸铁、赤铁、硫铁、硅铁，以磁铁矿为主，铁物相分析见表2。

3.3.3 化学成分

矿石化学成分简单，主要组分含量见表3。矿石中主要有益组分是铁，伴生有益组分有铜、金、锌等。伴生有害组分为硫、磷、硅。铁平均含量27.9%，硫含量大于0.3%，磷大于0.25%，属需选贫矿石。

注：Au含量单位为（×10-6）。

3.4 矿石类型和品级

矿石的自然类型为磁铁矿矿石和赤铁矿矿石两种，以磁铁矿石居多，仅Ⅲ号矿带中的296号线和248号线矿体为赤铁矿。

矿石品级按有益组分含量分为工业矿石和低品位矿石。矿石品位普遍为20%～30%，属低品位矿石，仅Ⅰ6、Ⅰ7、Ⅱ1、Ⅲ2号矿体中工业矿石多，形成工业矿体。

3.5 矿层围岩和夹石

Ⅰ号、Ⅲ号矿带中铁矿体赋存于变质粉砂岩中或大理岩中，矿层围岩为变质粉砂岩或大理岩，矿体与岩体无关。Ⅱ号矿带中的铁矿体产于粉砂岩与闪长岩的接触带上，矿层围岩为变质粉砂岩，岩体与铁矿体有关，其作用有待进一步研究。矿层与围岩产状吻合，界线不明显，呈渐变过渡关系。Ⅰ号、Ⅱ号矿带中矿体上下盘围岩中全铁含量接近矿体边界品位，以矿化层性质存在，TFe含量为15%～18.35%。

矿层中夹石较少，且厚度均小于剔除要求，为不可剔除夹石。一般夹石厚度约2 m，最大6.6 m，夹石成分与围岩相同。

4 找矿前景

4.1 矿床成因

铁矿体的直接围岩是变质粉砂岩和大理岩，矿体呈多层状产出，矿体中可见残留的沉积层理。金属矿物主要为磁铁矿、赤褐铁矿等；磁铁矿在粉砂微层中大部分呈细条带状稠密浸染状分布，粒度为0.01～0.06 mm，不规则状聚集集合体大小约0.1 mm，少量在以石英变晶为主的微层中呈星散浸染状分布，粒度为0.06～0.10 mm，不规则状聚集集合体大小可达0.2 mm左右，细砂微层中多数重结晶，少数小于0.01 mm者被石英变晶包裹。晚期微裂隙中可见少量粉末状、胶状集合体填充赤褐铁矿，局部显示黄褐色，微裂隙交汇处偏多，混杂混浊状黏土等，形成断续微脉状，集合体大小为0.01～0.03 mm。证明磁铁矿为沉积成因，属沉积变质型铁矿床。

矿体在地表无出露，铁矿的磁性特征是有效的、主要的找矿信息。磁测成果中圈定的异常都是直观的、重要的找矿标志。

4.2 找矿方向

（1）结合1∶10 000磁异常分布特征，研究区分为东西两个区段。经过钻探工程验证，在东段共发现铁矿体22条，并划分出Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号矿带，初步估算铁矿石量440.2万t。位于研究区西段的C1磁异常（图1），NW走向，长约5 km，宽约1 km，与1∶50 000 M8磁异常吻合。异常规模较大，梯度较小，异常中心极大值小于300 nT，NE向异常等值线较西南向密，正异常NE向有一明显的负异常区域。异常曲线南正北负，曲线形态宽缓、规则、圆滑，南边整体为正值，北边有较明显的负值。地表大多为第四系覆盖，异常西南部出露含硅质条带、团块结晶灰岩，地层倾向NNE，倾角为50°～60°。由于该异常只布设了单孔验证且未穿透底部大理岩，另外，孔内破碎严重，未进行三分量磁测井工作，对钻孔周围及底部是否存在盲矿体也不得而知，分析该异常具有寻找深部矿体的潜力。

（2）在覆盖区钻探工程中采用三分量磁测井是寻找井底和井旁盲矿体的有效方法［20］。研究区东段的磁测井成果显示有3个钻孔存在旁侧异常，推测为铁矿引起。ZK72-2孔未见矿，在125～225 m深度出现旁侧异常（图5），推测在该钻孔北侧有矿头赋存，深度约175 m。ZK80-1孔见2层矿，在320～360 m深度出现旁侧异常，推测在该孔南侧有矿头或矿尾赋存。ZK264-1孔中有2层铁矿，205～255 m深度处出现旁侧异常，推测为钻孔北侧有矿头或矿尾赋存。ZK72-2孔北部和ZK80-2孔南部分别经ZK1和ZK6孔验证，均见到矿体。故根据三分量磁测井成果在ZK264-1等钻孔周边施工钻孔，有望进一步扩大矿体规模，提升矿区资源量。

（3）通过化极处理后，各个磁异常形态基本未发生变化，异常中心强度略有增加，其位置均向北偏移约40 m。向上延拓主要削弱局部干扰异常，反映深部异常。磁场随着距离的衰减速度与磁性体体积有关。体积越大，磁场衰减越慢；反之，越快。对于同样大小的磁性体，磁场随距离衰减的速度与磁性体埋深有关。埋深越大，磁场衰减越慢；反之，越快。因此小而浅的磁性体比大而深的磁性体磁场随距离衰减要快得多，这样就可以通过向上延拓来压制局部异常的干扰，反映出深部大的磁性体。△T化极后上延100 m部分异常强度变小，如C4、C5-1、C5-3、C6、C7、C12、C13等异常（图6），而它们的形态基本未发生变化，说明异常源较深，施工深部钻孔验证这些异常，有进一步发现深部矿体的潜力。