广西西大明山地区重力三维反演及深部找矿意义

卢胜辉，覃良厅，莫亚军，符平礼

(广西壮族自治区地球物理勘察院，广西 柳州 545005)

1 引 言

西大明山隆起带位于桂西大新-隆安一线、由一系列寒武-奥陶系褶皱隆起和盖层泥盆系组成[1]。区内沉积建造复杂多变，岩浆活动较弱，褶皱断裂发育，形成了该区复杂的地质构造格局，给后续成矿提供了良好的通道和赋矿空间，因此内生矿产较丰富。大明山地区矿产资源较丰富，以内生矿产为主，目前已发现有银、铅锌、金、钨、铋等矿种，其中探明大型银矿床一处(凤凰山银矿)、中型铅锌矿床一处(长屯铅锌矿)，小型矿床多处(渌井铅锌矿、姆驮山银矿、平何银矿、那佰铅锌矿、小明山铅锌矿、乔建砂金矿等)。从目前发现的矿床(点)的情况看，矿床(点)的分布具有明显的分带性，并与推测的隐伏岩体密切相关[2,3]。虽然前人在西大明山地区取得了较好的研究成果，但以往的定量解释主要以二维反演为主，没有利用中大比例尺物探资料开展三维定量反演。因此利用最新的中大比例尺(1∶5万重磁)重磁电资料进行西大明山岩体三维空间形态的研究，确定岩体顶界面的起伏形态及具有磁性的矿化蚀变带的位置，圈定深部找矿靶区，为该区深部找矿提供地球物理依据，具有重要意义。

2 地质地球物理特征

2.1 地质概况

测区所处区域构造单元为华南板块南华活动带右江褶皱系之西大明山凸起中部。主体构造为西大明山背斜，加里东构造层，为复式背斜；华力西—印支构造层为宽缓的背斜。区内沉积建造复杂多变，加上岩浆活动，褶皱断裂发育，形成了该区复杂的地质构造格局。

2.1.1 地层

本区大地构造位置位于右江再生地槽西大明山隆起带，测区内出露有寒武系、泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系、白垩系、古近系及第四系地层，沉积岩以寒武系、泥盆系为主，其次为石炭系、第四系。地层分区属于右江地层分区(图1)。

图1 广西西大明山区域地质及矿产分布(柴明春，2015)Fig.1 Regional geological map and distribution of mineral resources in western Daming mountain area of Guangxi

2.1.2 岩浆岩

测区岩浆岩出露很少，仅见少量的基性岩脉及酸性岩脉，分布零星。据航磁、物化探异常、热液蚀变及矿床分带性等资料推测有隐伏花岗岩体存在。2013年，罗维矿区钻孔揭露到花岗闪长岩，岩体距地表为580～900 m。

基性岩脉主要分布於测区北部隆安县屏山乡的陇别、万宾、屏山街及巴梨村一带，在西部的大新县上姜、谷旦一带也见零星分布。这些基性岩脉在空间分布上主要与北东向的断裂(或其傍侧的节理、裂隙)密切相关，部分与北西向断裂有关，仅个别呈东西、南北走向。岩脉与围岩呈侵入接触关系，围岩蚀变不明显，其围岩具角岩化现象，主要为角岩化石英杂砂岩及斑点状泥岩。

2.1.3 构造

测区构造复杂，地层强烈褶皱，断裂错综分布。加里东褶皱基底地层强烈褶皱，形成复式背斜，轴向东西。盖层(华力西—印支构造层)褶皱衰缓，基本继承褶皱基底的构造线走向；北部发育东西向，南翼发育北东东—北东向的次级褶皱。区内发育北东向、北西向及东西向的断裂，它们控制着矿产的分布，矿化蚀变较明显的褶皱构造还有平何复式背斜和琴厚向斜等。

2.2 地球物理特征

2.2.1 岩矿石密度特征

全面收集广西全区区域岩石物性调查工作的成果资料以及《广西西大明山地区1∶5万重力调查报告》[4]采集的物性资料，经过统计后研究区岩石密度如表1所示。

表1 广西西大明山地区物性采样统计

从统计的结果来看，测区岩石密度有如下变化特征：

1)岩浆岩密度值由大到小的变化依次是：辉石岩→辉绿岩→辉长岩→橄榄岩→石英→闪长岩→混合岩→花岗岩→花岗闪长岩→正长岩。

2)花岗岩的平均密度为2.59 g/cm3，当面积大，延深大的花岗岩体侵入灰岩地层时，因其有-0.14 g/cm3的密度差，在花岗岩体上将产生局部重力低值异常。当基—超基性岩体侵入灰岩地层时，也因具有0.06～0.15 g/cm3的密度差，岩体上将产生局部重力高值异常。由于地下压力增大，碎屑岩密度随之加大，故规模较大的花岗岩侵入碎屑岩地层时，也会有布格重力低异常，如大明山、镇龙山、昆仑关、西大明山等地。

3)研究区内存在明显的密度差异，酸性岩浆岩与高密度围岩之间也存在明显的密度差。另外，各类岩层间由于岩性的差异、岩层间的相互作用以及所处的不同深度环境也会形成局部的密度差异。根据收集到的物性资料，碎屑岩类密度随深度增大，而碳酸盐岩类和花岗岩类随深度变化不明显，其中统计的泥岩、砂岩、页岩、细砂岩、粉砂岩钻孔的岩石密度均在2.67～2.78 g/cm3之间。

2.2.2 西大明山地区重力场特征

根据广西全区1∶20万区域重力的成果资料，测区宏观上处于广西区域重力场之桂中平缓重力异常带的西南端。区内布格重力异常、线性梯度带主要表现为北东走向、近东西走向以及北西向的重力异常，构成了相互联系、制约的区域重力场。

从1∶5万布格重力异常看，测区的南面为北东走向的区域重力异常带，北面为北西走向的区域重力异常带，中心为一大型的近东西向的短轴状圈闭重力低异常，中心重力低异常区呈亚铃状，东西两端各形成了一个圈闭的重力低异常，这些重力特征共同构成了测区布格重力异常的特征(图2)。

利用滑动平均16 km×16 km窗口分离的异常作为剩余重力异常。研究区内的局部异常多呈等轴状、短轴状、条带状及不规则状，走向以北东、北西和南北向为主，少数呈东西走向。其展布特点反映了测区北东向、北西向地质构造框架。

图2 西大明山地区布格重力异常平面Fig.2 Bouguer anomaly gravity map of western Daming mountain area

图3 西大明山地区剩余重力异常平面Fig.3 Residual gravity anomaly map of western Daming mountain area

3 三维重力反演研究

3.1 三维反演岩体建模

本次岩体三维反演采用三维重磁异常自动反演技术，通过反演算法确定空间三维物性模型各单元的物性及分析、显示物性单元的变化，了解掌握地质模型的三维空间分布状态[4-6]。

三维重磁异常自动反演技术基于RGIS2016软件平台，该系统的三维自动反演模块采用的反演方法为随机子域加权物性反演，该方法根据三维物性反演中高维空间引起的超大计算量，提出子域反演方法；针对子域固定划分的弊端，提出随机子域方式；针对全权异常反演的缺点，提出格架权分离异常反演措施；通过理论模型误差分析对比，发现子域生成需要具有深部优先倾向性，提出子域随机生成深度概率，以提高反演的准确性[7-11]。

三维重力数据反演的步骤一般为：数据输入→三维自动反演→提取轮廓线重构模型→三维重磁异常人机交互正反演→三维可视化显示。具体步骤见图4。对于面积性重磁数据，首先要确定反演三维场源的范围，根据子域几何格架(权)在整个反演模型区格架中所占的比重，提取相应的异常份额，作为反演目标异常，对选出的子域进行物性反演。通过反演确定的三维物性模型各单元的物性，进行分析，显示物性单元的变化，解释推断地质模型的三维空间分布状态。

图4 三维重力反演技术流程Fig.4 3D gravity inversion flow chart

本次三维模型反演编辑过程如图5～图9所示。

图5 地形数据等值线平面Fig.5 Contour plan of topographic data

图6 三维自动反演模型数据等值面显示Fig.6 Isosurface diagram of 3D automatic inversion model data

图7 三维自动反演模型数据切片和等值面显示Fig.7 Data slice and isosurface diagram of 3D automatic inversion model

图9 三维人机交互反演及成果显示Fig.9 3D human-computer interaction inversion diagram

3.2 岩体三维分布特征

利用三维反演结果，异常东部圈闭为西大明山岩体，异常西部圈闭为小明山岩体，认为整个西大明山隐伏岩体为一个底部相连,顶部呈 “马鞍”状的隐伏岩体，顶界面存在多个不同走向的凸起区带。在两者岩体中间部位的上表面及两者岩体的正南向与正北向均存在密度差在0.01～0.02 g/cm3的重力高的异常，推断其主要由西大明山及小明山的边缘的蚀变带产生。西大明山岩体走向近北东向，凸起顶界面埋深约为1 200 m(地表标高取650 m)，西侧的西大明山带状凸起呈南北走向展布，凸起顶界面埋深约为1 650 m(取地表标高1 000 m)。从北东到南西，岩体长度约18～20 km，从东到西岩体宽度约7～9 km，推断岩体面积约150 km2。小明山岩体走向近北北东向。平何凸起顶界面埋深约为500 m，小明山凸起顶界面埋深约为850 m(取平何一带地表标高550 m，平何凸起的标高为50 m，取小明山一带标高700 m，小明山凸起的标高为-150 m)，岩体长度约13 km，宽度约9 km，岩体面积为100 km2。在该研究区施工的钻孔ZK31901及ZK40004分别在580 m(标高-207.6 m)、989.65 m(标高-579.45 m)揭露到隐伏岩体，证实了隐伏岩体的存在。

对反演的西大明山隐伏岩体不同深度的分布特征剖析(图10)，在海拔-1 000 m深度以内反演的低密度体(图10a)，此图由西向东反映了以下岩体信息：西大明山地区隐伏花岗岩出现了4个不连续的岩体，呈单独的岩株状，分别为平何、小明山、大明山、凤凰山岩株，出露的范围以小明山最小，展布方向均无明显规律性。在海拔-2 000 m深度(图10b)，小明山岩体出露更加明显，范围也更加大，展布方向为北东向，大明山与凤凰山岩体随着深度的增加出露的范围更大，且相连接的趋势更加明显。在海拔-3 000 m深度(图10c)，此时在该地区就只有小明山与大明山两个岩体，小明山岩体为北东向走向，二大明山岩体则为一个近南北向的倒钩状岩体。在海拔-5 000 m深度(图10d)，清晰明了地展现了以小明山岩体和大明山岩体为主的结构。

图10是对反演的西大明山隐伏岩体不同深度的分布特征剖析。

图10 西大明山隐伏岩体不同深度三维分布特征Fig.10 3D distribution model of hidden rock mass at different depths in western Daming mountain area 注：色阶条为密度差，单位：g/cm3；底图为垂直于z方向的不同深度切片

4 深部找矿意义研究

岩浆岩的控矿作用具有一定的专属性，在时间、空间上具有明显的相关特征。岩体的定位将为地质找矿提供有力的依据。岩浆岩的形体对矿床有一定的控制作用，特别是隐伏岩体花岗岩侵位上拱高点形成的花岗岩岩凸、岩凹部位围岩中形成非常发育的张性裂隙，提供了良好的赋矿空间。岩体的内外接触带也是成矿的有利部位。从本次三维重力反演中切取的一条与CSAMT、高精度磁测剖面重合的剖面，利用CSAMT、密度、磁化率独立反演结果，结合物性资料，建立相互约束的统计方案，进行重磁电联合反演[12-17]。推断出隐伏岩体的起伏界面。从反映凤凰山岩体凸起带的4号剖面的反演和解释看(图11)，电法在4 900～5 900点号之间深部存在一高阻体，埋深约在高程-600 m，距离地表约有900 m，两侧存在明显的磁异常，推断此高阻体为侵入的岩体。重力拟合反演结果表明，重力低异常为一个大型隐伏岩体引起，其中部顶界面存在一个局部凸起区，最高处埋深约为950 m，和电法推断基本吻合。

利用本次重力三维反演成果及1∶5万重磁电联合反演推断的隐伏岩体凸起带的展布特征，参考测区以往的研究成果，构建了测区的成矿模式(图11)及西大明山地区地质-地球物理-地球化学综合找矿模型要素表(表2～表4)。认为沿岩体凸起带及两侧区域、构造-蚀变区、化探组合元素异常区、高磁异常区等，是成矿的有利地段。其中，断裂、次级断裂、断裂复合部等断裂破碎带型Pb、Zn、Ag矿床；背斜轴部和两翼的张裂、层间裂隙的石英脉型Pb、Zn、Ag矿床以及岩体凸起区内外接触带的蚀变岩型W、Sn、Cu矿床，是区内主要的成矿类型，具有银、金、钨、铋、铅锌等矿种很好的找矿前景。

图11 西大明山地区剖面综合推断及成矿模式Fig.11 Comprehensive section inference and metallogenic model map of western Daming mountain area

表2 西大明山地区地质-地球物理-地球化学综合找矿模型地质情况

表3 西大明山地区地质-地球物理-地球化学综合找矿模型地球物理情况

表4 西大明山地区地质-地球物理-地球化学综合找矿模型地球化学情况

5 结 论

1)利用地球物理资料、钻孔信息加上地质概念模型，结合区域密度测量和统计规律确定各地层和岩体参考值和上下边界值，加入到RGIS软件的三维重磁模型编辑程序，采用二维多轮廓线重构三维形体，将三维自动反演的体数据转换为三维人机交互正反演的模型数据，使用三维人机交互正反演程序完成了后期的反演。结果表明，该三维反演策略具有高分辨率、与岩体和地层分布吻合良好的特征。

2)利用重磁反演三维模型并结合前人研究成果建立了地质-地球物理-地球化学综合找矿模型，认为沿岩体凸起带及两侧区域、构造-蚀变区、化探组合元素异常区、高磁异常区等，是成矿的有利地段。其中，断裂、次级断裂、断裂复合部等断裂破碎带型Pb、Zn、Ag矿床；并提出了多处深部找矿靶区。

3)通过本次研究为广西其他隐伏岩体的空间形态研究及深部找矿预测工作提供了范例。