综合物探方法在航磁异常查证中的应用

马艳飞，霍清华，郑玉生

(1.河南省地质科学研究所，郑州 450000；2.河南省金属矿产成矿地质过程与资源利用重点实验室，郑州 450000；3.河南省地质调查院，郑州 450000)

社旗县朱集铁矿已探明储量铁矿石(332)+(333)类资源量4 363.99万t，矿石平均品位TFe21.21%、mFe15.88%。其中(332)类铁矿石资源量1 259.42万t，占铁矿石总资源量的28.860%。(333)类铁矿石资源量3 104.57万t，品位20%～60%，在200～800 m有厚度达10～30 m的铁矿体，矿体呈似层状、囊状、团块状，矿石矿物为磁铁矿。面积16.6 km2，已处于矿山投产运行期，设计利用储量2 884.87万t，矿山开采规模为60万t/a，生产服务年限48.9年(含基建期3.5年)，项目总投资1 8331.7万元。2013年11月开展了河南省南阳盆地潭北勘查区航磁异常查证工作，面积16 km2。开展了河南省宛城区何营-唐河大王庄铜矿预查评价工作，面积16.15 km2并进行了钻探验证，为进一步扩大矿产储备资源，在青台镇—源潭镇—大河屯一线开展400 km2的地质矿产勘查工作，主要利用1∶10 000地面高精度磁法测量及1∶10 000高精度磁重电联合剖面测制等物探方法，初步推断工作区构造格架，反演磁性体埋藏深度，推断引起磁异常地质体的规模、形态，圈定成矿有利地段，为地质勘查提供理论依据。

1 查证区地质概况

航磁异常查证区[1-5]位于秦岭造山带与桐柏大别山造山带过渡带上的社旗凸起的西部。社旗凸起是南襄盆地中的一个次级凸起，东西长60 km，南北宽50 km，面积约2 300 km2。其东南部为桐柏山脉、东北部是伏牛山，南部为泌阳凹陷，西部是南阳凹陷，是一个新生代的中型凸起。其形成主要受北西西向的唐河-栗园断裂和北东向的栗园-泌阳断裂的控制，空间形态呈北窄南宽的梯形或箕状。航磁异常查证区为第四系全覆盖区，无基岩出露。本次工作收集了查证区及邻区前人查证成果资料，主要有前人异常查证钻孔两个，基础地质调查孔两个。从前人查证成果来看，区内航磁异常主要由含磁铁矿化辉长岩体引起。由钻孔(图1)可知：测区地层主要为第四系、新近系凤凰镇组、新近系核桃园组、新近系大仓房组，其角度不整合覆盖于辉长岩体之上。辉长岩具绿泥石化、黄铁矿化、硅化、次闪石化、碳酸化等蚀变。局部含磁铁矿。但均不构成矿体。

1—砂质黏土；2—砂质泥岩；3—泥岩；4—粉砂岩；5—砂岩；6—钙质砂岩；7—砂砾岩；8—砾岩；9—含砾长石砂岩；10—辉长岩；11—黄铁矿化；12—硅化次闪石化；13—绿泥石化碳酸盐化；14—第四系；15—新近系凤凰镇组；16—新近系核桃园组；17—新近系大仓房组图1 李店地区SDC-05高磁异常已完工勘查线剖面图Fig.1 Profile of SDC-05 high magnetic abnormalities in Lidian area

1.1 地层

1)古近系大仓房组(E22d)

在查证区全区均有分布，伏于核桃园组之下。视厚度70～200 m，倾向南东，倾角30°，向南东有变厚趋势。主要岩性为一套厚层棕红色—灰绿色砂砾岩、粉细砂与棕红、紫红色泥岩互层，夹薄层石膏，泥岩含砂及少量石膏团块。半胶结，风化后较为松软，呈砂状或泥状。

2)古近系核桃园组(E23h)

在查证区全区均有分布，伏于凤凰镇组之下。视厚度70～200 m，倾向南东，倾角30°，向南东有变厚趋势。主要岩性为泥岩、砂岩、砂砾岩以及泥晶白云岩、白云质泥岩等。垂向上，上部及下部以碎屑岩为主，中部以碳酸盐岩为主。横向上，在凹陷边缘地带沉积了很厚的砂岩、砾岩，构成了粗碎屑沉积，在泌阳凹陷中心安棚一带，沉积物明显变细，中、下部多为白云质泥岩和泥晶白云岩，与下伏大仓房组连

续沉积。厚约1 900～3 300 m。自下而上分为核三段(E23h3)、核二段(E23h2)和核一段(E23h1)三个岩性段。核桃园组是天然碱矿、芒硝矿的主要赋存层位，也是生油、储油的主要层位。在本次施工的钻孔中只见到核一段(E23h1)，主要岩性为灰、灰绿色泥岩、泥质粉砂岩夹浅灰色泥质，胶结极差，风化后较为松软，呈灰色—灰绿色砂状或泥状。厚约70 m。

3)新近系凤凰镇组(Nf)

在查证区全区均有分布。伏于第四系之下。视厚度150～300 m，倾向南东，倾角30°。主要岩性为一套棕黄、灰绿色粉砂质泥岩、粉砂岩及砂砾岩。几乎无胶结，呈黄褐色泥沙。

与下伏地层呈角度不整合接触，厚度不超过150 m。

4)第四系(Q)

在全区均有分布。厚度70～80 m。主要岩性为浅黄、浅灰砂砾石层，上部为棕灰、黄褐色黏土、亚黏土，含褐黄色钙质结核。

1.2 构造

查证区位于社旗凸起的西部，西与南阳盆地断拗毗邻，东邻泌阳凹陷，南邻朱阳关—大河区域性断裂。区内断裂构造发育，以北西向及北东向两组最为发育，构成区内网格状断层系统。

根据本次磁测成果，对区内断裂进行推断解释。

1)F1断裂：沿源潭—李店一线呈北西—南东向展布。是区域性深断裂，其控制了区域基性—超基性岩带的侵入定位。

2)F2断裂：过社旗县李店镇呈北东向展布，期次晚于F1断裂，其对辉长岩体的形态有一定改造作用，使得李店磁异常形态在李店以东呈“L”型。断裂以南辉长岩体向下“陷落”，断距达数百米。

3)F3断裂：在社旗县李店镇赵牌李一带呈北北东向展布，期次晚于F2断裂，其对辉长岩体的形态有改造作用。

4)F4断裂：在唐河县源潭镇一带呈北北东向展布，与F3期次相同，对辉长岩体形态有破坏作用。

5)F5断裂：在查证区北部，呈北西向展布，大致与F1平行，为F1次级断裂。对岩体形态有改造作用。

6)F6断裂：在查证区北部，呈北西向展布，与F5相同，为F1次级断裂。对岩体形态有改造作用。

7)F7断裂：在查证区北部，呈北东向展布，大致与F2平行，为F2次级断裂。对岩体形态有改造作用。

1.3 岩浆岩

据何营—大王庄铜矿预查钻探成果验证，区内岩浆岩主要为辉长岩，另有细粒花岗岩脉穿插于辉长岩体中。辉长岩具有深灰绿色，辉长结构，块状构造。主要矿物为辉石(约占50%)、斜长石(约占40%)，次要矿物为绿泥石、次闪石、绿帘石及少量磁铁矿、石英等。辉石呈半自形柱状，粒径(0.4～0.8)×1.8 mm2，呈浅绿色，切面上混浊，部分颗粒辉石式节理清晰；斜长石呈粒状，粒径(0.4～0.6)×2.0 mm2，部分颗粒切面上较干净，长石特征清晰，聚片双晶发育，但是部分长石切面上混浊，长石特征稍显模糊；磁铁矿呈粒状，粒径0.08～0.8 mm，不均匀分布，含量约5%～8%。辉长岩普遍具绿帘石化、绿泥石化、次闪石化及磁铁矿化。化学分析结果显示磁铁含量在2.01%～5.59%，是引起本地区磁异常的主要原因。

2 查证区地球物理特征

由于查证区为第四系覆盖，没有基岩出露，地表未能采集标本，只能依据70-112异常钻孔(ZK101、ZK201)中岩芯标本磁参数(表1)。

表1 磁异常钻孔(ZK101、ZK201)岩芯磁参数统计表

从表1中可以看出，1)本区大的岩性可分为两类：一类是花岗岩，一类是辉长岩。其中辉长岩又分为多个类型。2)从本区钻孔采集岩性统计结果来看，一是辉长岩磁性大于花岗岩，其中磁铁矿化辉长岩磁性最高。二是辉长岩磁性变化较大。三是大部分标本感磁大于剩磁。因此适合应用磁法寻找磁铁矿。

2.1 密度特征

本区域地层主要有第四系、新近系和古近系，从新至老密度逐渐增大，第四系平均值1.93×103kg/m3，新近系平均值2.56×103kg/m3，古近系平均值2.22×103kg/m3。基性岩、超基性岩密度体，其平均密度为2.90×103kg/m3；铁矿石密度可达3.40×103kg/m3以上。这些地层、岩体、矿体之间的密度相互差异最小可达0.19×103kg/m3以上，铁矿的密度值较高，相对于其围岩具有0.50×103kg/m3以上的密度差异。适合利用重力测量方法来研究铁矿层、超级性岩体的空间分布特征(表2)。

表2 查证区周边岩浆岩密度统计表

2.2 电性特征

本区域地层电阻率具有从新至老逐渐增大的特征，二郎坪地层主要为变质火山岩形成的高阻层，其值可达数千Ω·m，极化率较低，一般小于2%；第三系、第四系新生界电阻率、极化率均较低电阻率，只有几十千Ω·m。岩浆岩中(表3)基性—超基性的橄榄岩、辉石岩和辉长岩的电性特征呈低阻高极化特征，它们的电阻率值只有数百Ω·m，而极化率平均值高达7%～9%，极大值达30%以上，这种低阻高极化特征与铁矿石的电性特征类似，通常铁矿石极化率极高，一般为n%～n2%，而电阻率较低一般为n～n2Ω·m。因此该区超基性岩控制的铜镍硫化物铁矿体(化)与围岩存在着明显的电性差异，适合开展CSAMT电法工作。

表3 查证区周边已知岩浆岩电性参数统计表

3 航磁场特征

查证区范围包括了70112和60232两个航磁异常，两航磁异常为正异常，最大磁场值约为829 nT，以-100 nT等量线圈定，两个磁异常可相连，呈哑铃型；磁背景场为-200～-100 nT，背景场分布在北西向磁异常的西南侧；磁异常的东北、北侧因正磁异常的斜磁化影响，呈负的磁场区，最大负磁场-488 nT。查证区的西南部边缘面积占工区面积五分之一左右，△T在-100～-200 nT，磁场平缓，跳跃不大。

高磁场区在查证区的中部，呈北西走向，以0 nT所圈异常在区内分呈四个磁异常，分别对应了70112、70112-3、70112-2、60232航磁异常。70112磁异常为收集资料进行整理后划出，其它三个磁异常为本次工作圈定出的磁异常。70112号磁异常形态不规范，异常长约12 km，宽约9 km，面积108 km2，异常长轴方向近北西—南东，整个异常区北端、东北侧梯度变化较大，北端伴有负值出现，东南及西南侧梯度平缓，并逐渐趋于正常场；70112-3号磁异常面积较小，面积约1 km2，长轴方向北西向，最大磁场值24 nT，产在-300 nT的负磁场中，磁场梯度较大。70112-2号航磁异常产在太和寨镇，为70112主异常的分枝，磁场面积约1 km2，异常呈等轴状，最大磁场值30 nT；60232号磁异常，最大磁场值500 nT，面积约48 km2，东北侧伴生有负磁异常。

负磁场区在工区北侧、东北侧，伴生于正磁异常的北部，在工作区内多未封闭，△T在-100～-300 nT，磁场平稳，跳跃不大，最大负磁异常为-488 nT。

4 地面高磁异常特征

从1∶1万等值线平面图上可以看出，地磁异常的位置、形态和航磁异常较吻合。查证区初步圈定11个磁异常，编号为SDC-01-SDC-11(S：社旗；DC：地磁)。SDC-01号磁异常推测为热液形成的局部磁性物富集引起的磁异常，结合地质构造推测，有可能为中酸性岩体或基性岩体岩浆热液聚集部位。SDC-02号磁异常推测为中酸性岩体引起的磁异常。SDC-03磁异常初步判断由晚期侵入定位的弱磁性酸性岩体或基性岩体岩浆热液聚集体引起。SDC-04磁异常初步判断由晚期侵入定位的含磁铁矿辉长岩体引起。SDC-05磁异常最大磁场处已经施工ZK101、ZK201两个钻孔，钻孔结果在370 m处见到磁铁辉长岩，其磁化率最大18 000×10-5SI，最小2 200×10-5SI，常见值多大于10 000×10-5SI，其剩余磁化强度最大达1 980×10-3A/m。该磁异常经验证为含磁铁矿辉长岩体引起。SDC-06磁异常推测有一向北东向的构造，岩浆热液沿构造北东向侵入。推测岩体的边缘部位为热液汇聚部位，因其两翼梯度不对称(北东翼梯度变化大，南西翼梯度缓)，显示出板状地质体特征，也可能为二郎坪群地层引起。SDC-08磁异常强度在全区最高，面积最大，很有可能为含磁铁矿辉长岩体引起。SDC-09磁异常推测可能由中酸性岩体引起。SDC-10磁异常推测为辉长岩体引起，在其与SDC-08号磁异常之间应有一个断层，其低缓的磁异常推测有两种情况，一为断层导致该处岩体埋深加大，二为该处剩余磁场强度在构造的作用下方向发生了改变。SDC-11号磁异常东北侧因斜磁化影响，磁场梯度较大，西南侧磁场梯度较小。化极后磁场向北偏移2～3 km，磁异常形状规则，对应了航磁异常60232。该异常两翼基本对称，推测为含磁铁矿辉长岩体引起。

5 重点异常的解释与推断

根据收集到的区域邻近地区相似岩石类型的磁性特征，结合前人钻探验证成果，推断高磁异常查证区SDC-03、04、05、06、08及SDC-11均由蚀变辉长岩体引起(局部见磁铁矿化)；查证区SDC-01号异常由细粒花岗岩引起；查证区SDC-02号异常由闪长岩体引起。查证区呈北西-南东向展布的辉长岩体由北西向深断裂控制；后期经过北西向、北东向断裂改造，形成目前异常形态组合呈V字型的特征。为进一步解释异常，全区布置了6条重磁(电)联合剖面[6-21]对区内重要异常进行解剖。主要以PCZD-2剖面建立磁性剖面以切线法反演，重力剖面拟合法正演，CSAMT电阻率法综合解释的磁重电校正参数。推演评估其它剖面成果。

PCZD-2磁重电联合剖面布置于查证区剖面长8 985 m，方向北东66°，穿过SDC-04、SDC-05号磁异常，目的是解剖两个磁异常的空间分布特征。SDC-05号磁异常已有钻孔，通过正反演解释，建立区内磁重电解释的校正参数。

SDC-04号磁异常为本次工作主要目标区。SDC-05号磁异常位于竹圆-岗王-李店的不规则磁异常，为70112航磁异常的北部高磁异常，以600 nT等值线所圈异常为长轴北偏西的近似椭圆状，北西向长轴1.2 km，短轴0.9 km，面积约1 km2。极大值为710 nT，异常北端梯度变化大。在该磁异常化极的最大磁场处布置ZK101K201两个钻孔，钻孔结果在370 m处见到磁铁辉长岩，其磁化率最大18 000×10-5SI，最小2 200×10-5SI，常见值也大于10 000×10-5SI，其剩余磁化强度最大达1 980×10-3A/m。磁性物分布沿钻孔不均匀。PCZD-2剖面重磁联合正演结果可以看出(图2)，SCD-05号磁异常进行切线反演，顶部埋深590 m，初步确定本区磁反演的校正系数为0.74。在剖面3 200 m处(SDC-04磁异常)，顶部埋深约为900 m处有一近板状磁性体，其左侧磁异常迅速衰减，反映出地下磁性体产状左侧较陡立，其右侧磁异常衰减缓慢，反映出地下磁性体产状较缓，其右侧逐渐尖灭于辉长岩中。在剖面6 500 m处(SDC-05磁异常)化极后磁异常中心位置(ZK201钻孔位置)，磁性体顶面埋深500 m，在剖面上引起了一个较高的磁异常。而重力异常基本上反映出了基底辉长岩出露的界面起伏状况，在此处岩体埋深较浅。可控源CSAMT剖面反演结果上可看出，从西南剖面起点向北东方向，电阻率缓慢升高，在SDC-04磁异常处，为电阻率的过渡带，在SDC-05磁异常处，下有高电阻率且距地表较近，从电阻率推断，若辉长岩相围岩为高阻体，那么SDC-05磁异常对应了岩体距地表较近的位置，辉长岩在此处相对较高形成强正磁异常；而SDC-04磁异常为电阻率的过渡带，推测为岩体边界，在电阻率推测岩体边界位置埋深在400～800 m处，辉长岩在此段含磁性较高，可能形成朱集式铁矿。

图2 PCZD-2剖面重磁联合正演图Fig.2 PCZD-2 section gravity-magnetic joint orthography

综合认为SDC-04磁异常埋深较大，顶面约在900 m，呈低阻到高阻的过渡带上，为重力低向重力高的过渡带上，推测为岩体含磁性分布不均匀，在此处富集，有成朱集式铁矿的可能；SDC-05磁异常埋深距地表较浅，已验证为辉长岩含磁矿。

PCZD-1磁重电联合剖面综合认为SDC-04磁异常埋深较大，约530 m，呈低阻到高阻的过渡带上，为重力低向重力高的过渡带上，岩体顶面应大于530 m，岩体磁性分布不均匀，在此处富集。SDC-03磁异常埋深依据电阻率和重力，岩体埋深应较浅，但磁性含量较弱，形成了一个梯度变化较缓、磁场值较弱的正磁异常(这些磁分布特征不考虑剩磁)。

PCZD-5磁重电联合剖面上，磁性体重磁同源。重力正演显示该重力异常基本上反映出了基底辉长岩界面的起伏状况，推测岩体埋深650 m。CSAMT剖面从西南向北东，与重磁剖面相重合。从电阻率剖面图观测，电阻率变化较平缓，在SDC-11磁异常极大值上方，电阻率高值略上突。整体电阻率较低。推测此处侵入体与围岩电阻率差别较小，其在700 m的地下因剥蚀较平坦，推测此磁异常与刘店磁异常地质产状不尽相同。

PCZD-4磁重电联合剖面推测地下约1 200 m处有一较大的磁铁矿化辉长岩体。其左侧产状较缓，向下延伸较远，而右侧产状较陡，向下延伸较浅。重力异常反映的是磁铁矿化的辉长岩体的界面起伏状况，重磁正演推测，磁性体埋深约950 m。

PCZD-6磁重电联合剖面重力异常反映的基本上是磁铁矿化辉长岩体的界面起伏状况。综合认为，SDC-11磁异常，其磁性体顶面埋深较大，且其顶面向北西方向倾斜。重力剖面结果反映了沿剖面岩体与围岩的密度差异，此处推测为辉长岩含磁性不均匀，局部富集所致。

6 主要成果与建议

1)通过地面高磁测量工作，在全区圈定11处异常，其中正磁异常9个，负磁异常2个；有2处异常为本次工作新圈定。结合上延、下延、化极等数据化处理，对原航磁异常进行了分解，细化了航磁异常的地面特征。

2)依据磁异常特征、重力场特征和CSAMT电阻率特征，对区内侵入体的埋深、边界进行了初步推测。

3)对六个磁异常进行了正反演，对磁性体的范围与埋深进行了空间推演。通过磁重电联合剖面测制，对主要异常进行了推断解释，对异常原因进行了分析，并作出了初步评价结论。重点对SDC-04、11号地磁异常进行了稀疏联合剖面控制，经过反演认为：SDC-04异常可能由基性岩(辉长岩)引起，磁性体顶板埋深600～700 m；SDC-11异常可能由基性岩(辉长岩)引起，磁性体顶板埋深800～900 m。

4)通过收集前人钻探验证成果资料，对主要异常SDC-05进行了评价。根据验证结果，得出了查证区SDC-05异常主要由含磁铁矿辉长岩体引起，岩体无明显磁铁矿分异富集特征的认识。根据异常形态、磁性特征等因素对SDC-05异常与其他主要异常如SDC-08、SDC-11进行对比，认为这些异常仍可能由含磁铁矿辉长岩引起。

经过分析认为，本区寻找磁铁矿的前景极小。区内规模大、强度最高、埋藏相对较浅的SDC-05号磁异常经钻探验证为蚀变辉长岩引起，岩体局部见磁铁矿化，却不足以形成工业矿体。但不排除其他异常有岩浆分异型多金属矿产存在的可能性，尤其是社旗青台-李店一带一些规模较小的磁异常尚未进行钻探验证(如SDC-04等)，根据目前资源形势，暂无验证必要。建议时机成熟(资源形势向好时)或区域基础地质调查有新的进展时进行验证。