基于重、磁、电资料的陕西山阳池沟矿区找矿预测

段瑞锋，袁炳强，冯旭亮，强洋洋，段奔奔，邢锦程，刘磊

(1.西安石油大学 地球科学与工程学院，陕西 西安 710065； 2. 陕西省油气成藏地质学重点实验室，陕西 西安 710065； 3.陕西地矿物化探队有限公司，陕西 西安 710043)

0 引言

池沟地区位于陕西省山阳县城西25 km处，面积约14.3 km2，属于柞水—山阳铁铅锌银多金属矿集区。前人对该区的地质背景、矿床特征、成矿条件和找矿方向等进行了诸多研究，取得了不少成果[1]。20世纪90年代至今，多家单位在池沟铜钼矿区断续轮番评价，但所获矿石品位较低，加之矿体埋深较大，当时认为无工业开采价值[1-4]。

近年来通过物探方法寻找到隐伏矿体不乏成功案例，表明物探方法对于深部找矿意义重大[5-8]。2000年以来西北有色七一三总队有限公司陆续在池沟矿权区开展了激电、中梯及CSAMT等物探勘查工作，取得了一定认识，但关于池沟岩体分布、控岩控矿断裂构造、岩体接触带等信息未全面厘清。2018～2019年，陕西地矿物化探队有限公司受西北有色七一三总队有限公司委托在池沟地区开展1∶5万高精度重力、高精度磁测和1∶1万激电中梯、激电测深、AMT测量，旨在厘清池沟隐伏—半隐伏岩体分布、控岩控矿断裂构造、岩体接触带等信息，寻找成矿有利靶区为施钻布孔工作提供可靠物探资料。笔者通过对池沟地区重、磁、电资料的综合分析研究，圈定了隐伏岩体分布范围，划分了区内主要部位的断裂构造体系、岩体接触带，并分析预测了有利找矿部位，总结分析了池沟斑岩型铜矿物探勘查思路。

1 地质概况

池沟地区位于南秦岭礼县—柞水华力西褶皱带东段南缘，红岩寺—黑山街复式向斜构造南翼，北距华北板块与扬子板块的板块缝合线(商—丹断裂)约20 km，南距具有多期活动性的凤镇—山阳断裂约3.5 km(图1)[9-13]。

Ⅰ—华北板块；Ⅱ—扬子板块；Ⅲ—秦岭褶皱系；Ⅲ1—北秦岭加里东褶皱带；Ⅲ2—南秦岭礼县-柞水华力西褶皱带；Ⅲ3—南秦岭印支褶皱带；Ⅲ4—北大巴山加里东褶皱带；Ⅳ—松藩-甘孜褶皱系；Ⅴ—徽成拗陷；Ⅵ—南阳拗陷； F1—商南-丹凤断裂；F2—凤镇-山阳断裂；F3—石泉-安康断裂；1—一级构造单元界线；2—二级构造单元界线；3—断裂带；4—池沟地区Ⅰ—North China plate；Ⅱ—Yangtze plate；Ⅲ—Qinling fold system；Ⅲ1—Caledonian fold belt of North Qinling；Ⅲ2—Lixian-Zhashui Variscan fold belt in South Qinling；Ⅲ3—South Qinling Indosinian fold belt；Ⅲ4—Beidabashan Caledonian fold belt；Ⅳ—Songfan-Ganzi fold system; Ⅴ—Huicheng depression；Ⅵ—Nanyang depression；F1—Shangnan-Danfeng fault；F2—Fengzhen-Shanyang fault；F3—Shiquan-Ankang fault ；1—primary structural unit boundary；2—secondary tectonic unit boundary；3—fracture band；4—Chigou area图1 池沟地区大地构造位置Fig.1 Tectonic location map of Chigou area

研究区出露地层为中泥盆统池沟组(D2c)，与下部的牛耳川组(D2n)及上部的青石垭组(D2q)呈整合接触关系。地层近EW向展布，倾向N—NNE，倾角40°～85°。岩性主要为细砂岩、粉砂岩、粉砂质板岩、砂质板岩、钙质板岩，上部夹泥灰岩，在岩体侵入地段普遍发生角岩化，局部碳酸盐岩具矽卡岩化，遭受了后期的中—浅变质作用和与岩体有关的热接触变质作用，总体为一套浅变质的细碎屑岩—黏土岩—碳酸盐岩组合，从下往上，碎屑成分减少，碳酸盐成分增加，韵律层较发育(图2)[14-15]。

图2 池沟地区地质Fig.2 Geological map of Chigou area

池沟地区花岗斑岩小岩体发育，在地表构成NE向串珠状分布的岩体群。岩体均侵位于泥盆系池沟组地层中，与其呈锯齿状侵入或断层接触关系。其中Ⅰ号岩体为二长花岗斑岩体，偏酸性且岩石斑状结构特征明显，地表形态呈近EW向的椭圆状，空间上总体呈一北倾的陡立的岩株，与成矿关系最为密切。岩石具斑状结构，斑晶为钾长石、斜长石、黑云母、角闪石,基质为石英、钾长石、斜长石[16-23]。

2 地球物理特征

2.1 物性特征

2.1.1 密度特征

测定的不同岩、矿石标本密度特征统计见表1。研究区地层密度平均值为2.75×103kg/m3，其中黄铜矿化碎裂状石英角岩密度最大，平均值为3.01×103kg/m3，蚀变、破碎带中岩石密度值为2.62×103kg/m3。石英闪长玢岩体密度值为2.65×103kg/m3，黑云母二长花岗岩体密度值为2.58×103kg/m3。密度最低的为黄铜矿化黑云母二长花岗岩，具弱风化，密度值仅为2.50×103kg/m3。地层岩石密度比蚀变、破碎带和岩体密度高出(0.10～0.17)×103kg/m3，岩体表现为低密度特征。另外，由于碎裂状石英角岩具强黄铁矿化，其与非矿化岩体间具有明显的密度差异外，其他各类矿化地层岩石与非矿化岩体间均无明显密度差异。

表1 池沟地区岩、矿石密度统计

2.1.2 磁性特征

研究区岩矿石磁化率测定统计结果见表2。地表岩体(中细粒石英闪长岩)、深部矿化围岩(透辉石角岩、黑云母角岩)磁化率明显高于围岩(透辉石角岩、黑云母角岩)和其他地质体；深部钻孔所见透辉石角岩、黑云母角岩中磁黄铁矿发育，其磁化率值远大于地表露头，说明磁黄铁矿是在成岩过程中形成的。研究区岩石磁化率值约在(9.55～9 426.75)×4π×10-6SI之间，以Ⅱ号岩体石英闪长岩磁性最强，磁化率均值为6 481.60×4π×10-6SI，角砾岩和粉砂质板岩磁性相对最小，磁化率均值为15.92×4π×10-6SI；强风化的蚀变透辉石角岩磁性较透辉石角岩明显增加，其磁性(磁化率均值为1 480.89×4π×10-6SI)是弱蚀变透辉石角岩和未风化的透辉石角岩(磁化率均值为63.91×4π×10-6SI)的10～20倍。由此可见，含矿岩体、矿化地质体的磁化率参数与围岩具有明显差异。

表2 池沟地区岩、矿石磁化率统计

2.1.3 电性特征

池沟地区岩、矿石电性参数测定统计结果见表3。地表岩体(石英闪长岩)电阻率明显高于围岩(透辉石角岩、黑云母角岩)。研究区岩石极化率值约在0.79%～2.61%，电阻率值约在208.85～3 052.56 Ω·m；蚀变透辉石角岩的极化率最大，均值为2.61%，而未风化的透辉石角岩极化率均值较其他岩性最小，均值为0.79%，二者相差约3倍；未风化透辉石角岩的电阻率均值是工区测定岩石电阻率均值中最大的，为3 052.56 Ω·m，强风化泥化蚀变透辉石角岩电阻率均值为工区最小，为208.85 Ω·m，未风化透辉石角岩的电阻率均值大致为蚀变透辉石角岩的15倍。由此可见，含矿岩体、矿化地质体的电性参数与围岩具有明显差异，其特征表现为低阻—高极化等电阻率特征，说明本区具备实施激电和AMT测量的物性条件。

表3 池沟地区岩、矿石电性参数统计

2.2 重磁异常特征

2.2.1 重力场特征

研究区布格重力异常整体呈NW向展布，沿测区NW向对角线一分为二，总体呈“一低一高”展布，东北部重力高，西南部重力低，而西南部重力低中夹有一带状重力高异常区(图3)。

图3 布格重力异常等值线Fig.3 Contour map of bouguer gravity anomaly

1)池沟寨—白沙沟重力高异常区。位于测区东北部池沟寨—白沙沟一带，异常值在(-137～-134)×10-5m/s2，分析为地层引起的重力正异常显示。

2)鸡冠沟重力高异常区。位于测区鸡冠沟一带，异常值一般在(-137～-136)×10-5m/s2，分析为深部地层引起的重力正异常显示。

3)四方滩—西方峪重力低异常区。位于测区西南部四方滩—西方峪一带，异常值在(-139～-137)×10-5m/s2，分析为隐伏岩体引起的负异常显示。

2.2.2 磁异常特征

区内小岩体发育，在地表构成NE向串珠状分布的岩体群。由研究区化极磁ΔT异常(图4)可以看出：Ⅰ、Ⅱ号隐伏岩体整体呈现低磁特征；研究区高磁异常主要出现在研究区东部，EN向异常展布与地表出露石英闪长岩小岩体群位置对应吻合。在池沟出露的Ⅰ号二长花岗岩体周围边界处有中—高阻呈现半圆展布，揭示了Ⅰ号隐伏岩体与围岩的接触边界。岩体侵入边界受断裂构造及地层控制，重力异常显示为清晰正负异常梯级带，为岩体与围岩地层内外接触带。岩体与围岩接触带附近存在有不同程度围岩蚀变发育，尤其围绕池沟岩体蚀变具有空间分带性，自斑岩体向外，蚀变类型依次为钾化—绢英岩化—矽卡岩、青磐岩化或角岩化，具有斑岩铜(钼)矿床围岩蚀变特征。以往工作在各蚀变带中均发现有铜钼矿化，尤其是在绢英岩化带、钾化带中发现了较好的铜矿体。蚀变矿化及交代矽卡岩化产生含矿岩体具有中高磁性特点。

图4 化极后磁ΔT异常与解释推断叠合Fig.4 Superposition diagram of after depolarization magnetic ΔT anomaly and interpretation inference

2.3 电法异常特征

2.3.1 激电异常特征

1) 激电中梯扫面。在前期重磁面积成果资料以及激电剖面测量成果资料的综合推断下划定两个重点靶区：Ⅰ号岩体西侧鸡冠沟和Ⅰ号岩体北侧池沟。在该区开展了激电中梯扫面工作，目标异常区呈低阻高极化特征(见图5和图6)，位于F1和F2断裂之间，分为两段异常区，Ⅰ号岩体西侧鸡冠沟段呈NW向走向，北侧池沟段呈近EW向走向，核心区域视极化率异常峰值大于9%，峰值为14%，视电阻率值小于1 200 Ω·m，两段异常在Ⅰ号岩体西侧池沟口处交汇呈半圆形。

图5 激电中梯视电阻率异常Fig.5 Apparent resistivity anomaly map of IP intermediate gradient

图6 激电中梯视极化率异常Fig.6 Apparent polarizability anomaly map of IP intermediate gradient

测区内视电阻率低值0～550 Ω·m分布范围较大，低阻异常分布明显，在西北角、东北角和西部、西南位置处存在视电阻率高值(1 950 Ω·m以上，最大可达 3 900 Ω·m)区。测区内视极化率以6%为异常的下限值，视极化率异常呈串珠状分布，其异常大小分布具有明显的界限，其低值(0%～6%)区分布范围较大，位于测区的南部、西部地区；高值(9%～14%)区位于测区的中部和南部；测区中部属于低阻高极化特征。由此可以推断出该地区有异常体的存在。根据测区的地质资料、钻孔资料推测该地区有矿体(铜、钼等金属矿体)存在。

2) 激电测深剖面。针对鸡冠沟激电中梯平面低阻高极化异常带进行了激电测深和AMT测深工作，剖面位置见图7，进而剖析该异常纵向电性特征，从激电测深获取成 果来看异常位置与激电中梯扫面显示异常相吻合，异常幅值也是吻合的，呈“低阻高极化”特征(图8、图9)。

图7 激电测深、AMT剖面位置Fig.7 IP sounding and AMT profile location map

图8 鸡冠沟激电测深视电阻率拟断面Fig.8 Apparent resistivity pseudosection of IP sounding in Jiguangou

图9 鸡冠沟激电测深视极化率拟断面Fig.9 Apparent polarizability pseudosection of IP sounding in Jiguangou

2.3.2 AMT异常特征

由于激电测深视电阻率反演误差较大，该方法视电阻率求取本身存在不定性，且探测深度较浅，故激电测深主要参考成果为视极化率异常。 为了深度剖析异常区深部地质体电性特征，横穿主异常区Ⅰ号岩体西侧鸡冠沟、Ⅰ号岩体北侧池沟实施了音频大地电磁测深(AMT)。其电阻率反演等值线断面图(图10)清晰地显示了沿剖面0～1 500 m深度范围内的电性变化特征，600 m以浅的电性层细节信息反映丰富，600 m～1 500 m段的电性不均匀层反映明显。

图10 AMT剖面反演等值线Fig.10 AMT profile inversion contour map

3 综合分析与找矿预测

3.1 断裂与隐伏岩体特征

研究区断裂划分和隐伏岩体的平面范围圈定主要基于重力成果数据，利用垂向一阶导数、水平总梯度等场源边界识别技术，对重力异常进行处理研究，参考地表地质、钻孔和电法资料，综合确定断裂分布与隐伏侵入岩体的平面范围(图11)。

图11 重力水平总梯度与解释推断叠合Fig.11 Superposition diagram of gravity anomaly level total gradient and interpretation inference

本区控制岩体侵入的两条主要断裂(F1、F2)均呈EW向展布，其在地表有出露。与地表出露位置相比，重力异常显示断裂深部位置偏北，说明两条断裂均向北倾。Ⅰ号隐伏岩体为测区主岩体，而岩基位于F1、F2之间，推测岩浆向上侵入地层的过程是沿着这两条断裂进行的，并分别在上覆浅层沿F1向北延伸侵入和沿F2向南侵入。这两组主断裂控制着侵入岩的侵入范围和侵入通道。

次级断裂4条(F3～F5)，其中F3、F4呈近SN向展布，F5呈近NW向展布，F3和F4断裂使F1和F2两条断裂发生了错断扭动。这些次级断裂控制了地层分布及侵入岩的末端侵入范围，形成岩株、岩枝、岩瘤等侵入产状。

区内推断划定隐伏岩体两处，Ⅰ号隐伏岩体位于池沟和杨池沟区域，为研究区主隐伏岩体，范围内有二长花岗岩出露；Ⅱ号隐伏岩体位于鸡冠沟西侧区域，为研究区次级隐伏岩体。推测Ⅰ、Ⅱ号隐伏岩体受F3、F4断裂控制出现东西分布不连通。

3.2 重、磁、电综合剖面解释

3.2.1 P1剖面解释成果

由P1剖面综合解释图(图12)可以看出，主异常段位于鸡冠沟，位于点号25～45之间，激电异常呈现“低阻高极化”特征，重力显示次级重力高值异常，无明显磁异常反映，AMT二维反演剖面显示低阻异常带，西侧有零星异常规模小的低阻异常，位于F3、F4断裂带，主异常东侧500 m以浅分布有不同规模低阻异常。该处低阻异常推断为矿化所致，F3、F4为有利赋矿构造及岩体围岩接触带，电阻率高值带推测为侵入岩显示，受F4断裂控制。推测F3、F4处为接触带和断裂构造位置，在该处推断主找矿有利区2处(Ⅰ、Ⅱ)，次级3处(Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ)。钻孔ZK15-1揭示：34～142 m局部可见黄铁矿化、弱黄铜矿化，偶见极少量辉钼矿化；142～183 m局部可见较强蚀变黄铁矿化、弱黄铜矿化、极少量辉钼矿化；183.34～188.34 m 见铜矿石，黄铁矿蚀变强烈，黄铁矿呈浸染状、块状分布，伴生细粒、小团粒状黄铜矿；210.33～212.85 m见铜矿石，黄铁矿蚀变强烈，黄铁矿呈稠密侵染状、块状分布，伴生细粒、小团粒状黄铜矿。钻孔ZK101揭示：129～246 m辉钼矿化黑云母角岩，在130 m处见约2.3 m厚的钼矿体；246～460 m辉钼矿化、黄铜矿化黑云母二长花岗岩，含钼矿体薄层较多。钻孔ZK201揭示： 181.3～347.5 m黑云母二长花岗岩局部可见铜矿体、钼矿体；389～460 m局部可见铜矿体、钼矿体。

图12 P1剖面综合解释推断Fig.12 Comprehensive interpretation and inference map of profile P1

3.2.2 P2剖面解释成果

由P2剖面综合解释图(图13)可以看出，主异常段位Ⅰ号出露岩体南北两侧F1、F2附近，激电异常呈现“低阻高极化”特征，重力显示次级重力低值异常，无明显磁力异常反映，AMT二维反演剖面显示低阻异常带，北侧有零星异常规模小的低阻异常，主异常上部浅层延伸有低阻异常。该处低阻异常推断为矿化所致，F1、F2为有利赋矿构造及岩体围岩接触带，电阻率高值带推测为侵入岩显示，F1推断为岩浆上侵通断充填，F2断裂控制岩体向北上侵。推测F1、F2处为接触带和断裂构造位置，在该处推断主找矿有利区两处(Ⅰ、Ⅱ)，次级一处(Ⅲ)。钻孔ZK201揭示： 181.3～347 m可见铜矿体及少量钼矿体；372.1～459.1 m局部可见铜矿体、钼矿体。钻孔ZK202揭示：7.91～200.47 m见钼矿体及少量铜矿体；259.44～303.31 m见少量钼矿体。钻孔ZK401揭示：19.57～32 m局部见黄铁矿、磁黄铁矿体；343.70～347.13 m、355～362.5 m见薄膜状黄铁矿黄铁矿及少量细粒状、小团块状黄铜矿，边部见零星辉钼矿；437.83～472.93 m见黄铁矿体。钻孔ZK402揭示：22.54～69.19 m见黄铁矿化、磁铁矿化、弱黄铜矿；275.95～280.35 m见磁黄铁矿化体呈不规则脉状发育；417～524 m见铜矿(化)体呈小团粒状、细粒星散状不均匀分布。

图13 P2剖面综合解释推断Fig.13 Comprehensive interpretation and inference map of profile P2

3.3 找矿有利区预测

通过重力及AMT成果数据反演绘制出隐伏岩体顶面埋深(图14)，可见隐伏岩体深部岩基中心地表投影位置在池沟和杨池沟中间段，岩浆从深部向上侵到较浅地层呈锥形，深部向WN向有延伸，岩体北侧倾角大陡立状，南侧倾角较小延伸较缓。

图14 找矿有利区与岩体顶面埋深叠合Fig.14 Superimposed map of favorable prospecting area and top buried depth of rock mass

基于本次重、磁、电成果资料，综合分析得出岩体与围岩接触带和断裂构造是有利赋矿构造部位，池沟隐伏岩体西侧受F3、F4断裂控制，岩体北侧受F2控制，同时处于岩体与围岩接触带和断裂构造部位，综合物探异常显示良好，结合地质资料分析推测岩体西侧鸡冠沟为硫铁矿成矿有利区，北侧池沟为铜矿主找矿有利区，南侧杨池沟次之，东侧、南侧需要进一步追索探测。

4 结语

1) 综合分析了研究区物性、重磁电异常特征，通过对重磁资料进行垂向一阶导数、水平总梯度等场源边界识别技术处理研究，划定了控岩控矿断裂构造、找出岩浆主侵通道，确定了与成矿关系密切的隐伏岩体侵入范围，圈定隐伏—半隐伏岩体，确定了Ⅰ号隐伏岩体为研究区主隐伏岩体。通过激电中梯扫面、激电测深和AMT测深划定了岩体接触带“低阻高极化”异常分布位置。结合研究区已有地质、钻孔等资料，厘清了隐伏岩体、岩体接触带、矿化体的地球物理场特征，指出岩体与地层接触带为主成矿部位，预测了找矿有利区，经钻孔验证获得找矿突破，研究结果对该区进一步铜钼矿勘探有重要借鉴意义。

2) 通过研究，总结出池沟斑岩型铜矿物探勘查思路。首先，通过大比例尺高精度重磁测量圈定隐伏岩体范围，划分岩体与围岩接触带和控岩断裂构造；其次，通过激电中梯扫面摸排接触带平面“低阻高极化”异常分布区域；最后通过激电测深、AMT测深确定异常深部走向分布范围，对重点区进行钻孔验证。该勘查思路流程对其他矿区深部找矿具有重要参考价值。