高精度磁法测量在棒槌崖矽卡岩型磁铁矿勘查中的应用

樊彦超，赵晓青，李红峰

（华北地质勘查局五一四地质大队，河北 承德 067000）

0 引言

棒槌崖铁矿位于河北省宽城满族自治县孟子岭乡棒锤崖村，地理坐标为：东经118°17′45″～118°22′30″，北纬40°29′00′～40°32′30′，面积：41.45 km2。2021年河北省山区1∶2.5万高精度航空磁测勘查对该处磁异常M53-294（张崇山等，2012①）进行评价：该异常处于三叠中粒正长闪长岩与蓟县系雾迷上组的接触带附近；在重力一阶垂导图上，该异常位于不规则团块状正异常中；推断该异常为矿致异常。该异常分布范围广，覆盖本次工作区内外。从西南潘家口水库到东北大凹岭、由西北石子沟河北至东南上桲罗台，正负异常面积约70 km2；具备形成矽卡岩型铁矿床（赵一鸣等，2002）的地质因素。1957年华北冶金局地质勘探公司五一四队在棒锤崖铜铁矿区投入槽探3015 m3，采样602件，结论为该区成矿地质条件好，建议转入详细找矿评价工作（张小朋等，2012②）。通过在该地区投入地面高精度磁法测量，圈定了勘探区内铁矿体的分布范围和空间状态，结合国内相同或相近类型磁铁矿磁异常特征（杨斌等，2012；张崇山等，2012①；方同明等，2012；柳康伟等，2015），圈定该地区成矿靶区，开展钻探工程验证，依据验证效果得出高精度磁测圈定的高磁异常是进一步开展综合找铁矿的重要依据和基础（郑全库，2009；王桥和李富，2013；郭刚强，2013；徐博伦，2014；乔天成，2016）。

1 地质概况

该普查区位于河北省承德市宽城县满族自治县县城230°方位、直距20 km的孟子岭乡棒锤崖一带。地处中朝准地台（Ⅰ2）、燕山台褶带（Ⅱ22）、马兰峪复式背斜（Ⅲ27）、宽城凹褶束（Ⅳ224）构造单元内（图1，张晔卿等，2013）。

图1 棒槌崖地区大地构造位置略图（引自张晔卿等，2013)

北东向的平坊-桑园大断裂带在勘查区中部通过。该断裂是本区导岩和导矿构造；旁侧的次级断裂易形成赋岩或赋矿的有利空间。棒锤崖辉石闪长岩体就与此构造密切相关。

普查区位于寿王坟-小寺沟铜钼成矿带上（袁树森等，2012），区域矿产丰富，主要为铜、钼、铁及铅锌矿，著名的有寿王坟铜（铁）矿、小寺沟铜（钼）矿、高板河铅锌矿等（陈立武等，2013）。

区内地层为长城系串岭沟组（Chch）、团子山组（Cht）、大红峪组（Chd）、高于庄组（Chg）；蓟县系雾迷山组（Jxw）和第四系，岩性主要有石英砂岩、白云岩、白云质灰岩、燧石条带白云质灰岩（图2）；

图2 棒槌崖地区地质图（据白鹤举等，1999修测③）

构造以断裂为主，有5条，近东西向3条，北东向2条。其中平坊-桑园大断裂部分从本区穿过，走向50～78°，倾向北西，倾角60～70°。上盘为蓟县系，下盘为长城系，是本区重要的导岩构造。

岩浆岩发生于中生代早期，以侵入的辉石闪长岩（ψδ52(1)）为主，次为后期闪长岩、煌斑岩脉；

围岩蚀变发育于辉石闪长岩体与燧石条带白云质灰岩的接触带，具有大理岩化、蛇纹石化、绢云母化，暗绿色蛇纹石化及透辉（闪）石化矽卡岩与铜铁矿化关系密切（陈宇，2008）。

2 异常特征及解释

2.1 航磁异常及解释

河北省山区1∶2.5万高精度航空磁测勘查对该处磁异常M53-294（张崇山等，2012①）。该异常特征为：分布范围广，覆盖区内外。从西南潘家口水库到东北大凹岭、由西北石子沟河北至东南上桲罗台，正负异常面积约70 km2，其中正异常位于测区中南部，面积接近23 km2，约占异常总面积的三分之一（图3）。

图3 棒槌崖地区航磁异常略图（引自张崇山等，2012①）

正异常以100 nT 等值线圈闭，形似歪倒之鸭梨。西南部等值线略微开阔，中部膨胀，东北部收缩。异常走向50°左右，长约7.4 km，平均宽约3.2 km。异常被0 nT等值线包围，其东、西侧伴有-100 nT负异常；之北侧负异常极小值达-200 nT以上。异常等值线均匀、圆滑、规整（管志宁，2005；张叶鹏等，2016；）。北及西侧略密，梯度变化稍陡；南及东南侧稀疏，梯度变化缓。

500～1000 nT高值异常呈椭圆状北东向展布，长约1.2 km，宽约0.8 km，面积约1 km2。异常中心位于三道凹村西北约500 m处，中心极大值1000 nT以上（图3）。

从图2看出，异常轴向与区域大地构造线基本一致；异常正负交替部与地表出露的辉石闪长岩和蓟县系雾迷山组燧石条带白云质灰岩二者的接触带大体对应；正异常整体落于无磁性的蓟县系雾迷山组燧石条带白云质灰岩和长城系高于庄组地层上；500～1000 nT高值异常部分，集中分布在蓟县系雾迷山组。500 nT以上等值线间距小；500 nT以下等值线间距加宽并成阶梯向南缓伸；高磁异常部位与地磁化极后向上延拓400 m平面图异常接近；极大、极小梯度变化值为1.3 nT/m，表明磁性体的体积及延深都比较大。

综上推测：该异常是由一个规模大、走向北东、倾向南略偏西、侧伏于蓟县系雾迷山组和长城系高于庄组地层之下的偏基性岩体引起（王振亮等，2015）。其高值异常可能为含铁磁性矿物相对集中的岩体隆起部或两层以上不同铁磁岩性的叠加部位（田文法等，2010；王建新等，2014），而北部负异常是受磁性体斜磁化和地形切割陡壁影响的综合反映。

2.2 物性特征

由棒槌崖地区主要岩性磁性参数测定结果（表1）可知，砂岩、白云岩磁化率常见值3×10-6×4π·SI，属无磁性；矽卡岩磁化率常见值250×10-6×4π·SI，属弱磁性；闪长岩磁化率常见值1600×10-6×4π·SI、最高值6325×10-6×4π·SI，剩磁常见值1500×10-3A/m。

表1 棒槌崖地区岩（矿）石磁参数统计表

2.3 地磁场特征及解释

1∶1万△T剖面平面图表明，区内地磁场表现基本概括为：四周平静相对稳定，中部强弱变化分明，曲线高低起伏跳跃，带状展布特征清晰（图4）。

图4 棒槌崖△T剖面平面略图（实测）

据相应的磁场规律及磁异常独特的形态，结合地质资料和棒槌崖地区地质航磁异常略图（图3），区内推断出区内5条断裂，F1、F2、F3、F4、F5（图4）。

依据弱磁性地层中，较高异常呈带状定向连续或串珠状断续分布特征，推断F1、F2、F3。F1断裂：该断裂位于测区西南部，走向北西，长约1.5 km；F2断裂：该断裂位于测区东南部，走向北西，长约2.5 km；F3断裂：该断裂位于测区东南部，走向北西，长约2.7 km。

依据正负异常分界线和高值异常带沿东西向呈线性断续分布特征推断F4断裂，该断裂位于测区中部，走向近东西，长约5.5 km。

依据狭窄带状负异常定向展布特征推断F5，该断裂位于测区中部，走向北西，长约1.3 km。

从棒槌崖△T等值线平面略图（图5）看出，地面磁测结果△T异常形态与航磁异常形态基本一致，向南呈凹陷弧形近东西向分布，东、西端部略微向上抬起，中间则有几个孤立异常向北凸出，整体构成一“山”字型。主异常分布在测区中部，其北侧等值线密集，近东西向平拉直，之南侧600 nT以上等值线大体环绕航磁异常中心，且向南由密转疏伸展。0 nT等值线于东西两侧，-400 nT等值线则分布在北部。

依据异常位置、地质及物性资料判断：周围平静系微磁性和无磁性的蓟县系、长城系地层所致；中部起伏跳跃为出露的辉石闪长岩体的反映；带状展布乃受接触带和F4断层严格控制；多中心由铁磁性矿物分布不均匀造成；高值异常是铁磁性矿物相对集中引起。

2.4 局部异常特征及解释

根据图5圈定异常6处：编号为M1、M2、M3、M4、M5、M6。

图5 棒槌崖△T等值线平面略图（实测）

M2异常位于测区中部，由M2-1、M2-2、M2-3三个局部异常组成，是测区内主体异常。以500 nT等值线封闭圈，形似元宝状，走向近东西，长约2200 m，平均宽约700 m，分布面积约1.5 km2。

其中，M2-1异常1000 nT等值线圈似带状近东西向展布，长约1400 m，平均宽约270 m。2000 nT以上高值异常，长约900 m，平均宽约150 m。出现5个峰值中心，自西向东，极大值依次为4062 nT、3906 nT、6321 nT、5212 nT、3404 nT。异常北侧伴有极小值-1000 nT。△T等值线北侧密集，梯度变化陡；南侧略疏，梯度变化稍缓。

为解析该异常，在异常上实施了南北向、点距10 m的A0地质、物探综合剖面，△T曲线两翼不对称，南缓北陡，极大值6197 nT，北侧极小值-252 nT。对圆滑后的曲线进行半定量计算，结果见表2。

表2 M2-1异常曲线半定量计算统计表

由△T异常特征及区域地质、矿产资料综合分析：该异常落于航磁异常100～300 nT背景场的边部，处于辉石闪长岩与蓟县系雾迷山组燧石条带白云质灰岩接触带和F2断裂带附近，其异常轴向与接触带和断裂近东西延展方向基本一致；地表及钻孔资料表明，由于接触交代作用，致使岩体内捕虏体十分发育，并叠加蚀变现象，产生蛇纹石化、透辉（闪）石化矽卡岩。因而在蛇纹石化过程中，斜辉石析出的磁铁矿在适当的地质环境下往往随之相对富集为矿体，上述种种迹象表明，该接触带应为成矿有利地段。2000 nT以上高值异常，落于辉石角闪岩体上。标本磁参数测定，辉石闪长岩磁化率常见值1600×10-6×4π·SI；矽卡岩磁化率常见值250×4π×10-6SI，理论计算二者在地表可综合引起630 nT异常，与地表实测最高值6320 nT相差近十倍，这种巨大的反差，恰恰说明高值异常部位之地下必定存在强磁性体-磁铁矿；M2-1极大值6321 nT与极小值-90nT的梯度变化值为52 nT/m。这种高梯度变化值预示，地下可能有磁铁矿体存在。

由以往地质资料可知，在棒槌崖村西早已探明的Fe1、Fe2两个铜铁矿体被开发利用。近期又在本次圈定的M4号异常，钻孔验证见到1.57 m矽卡岩型铜铁矿；

鉴上所述，通过“由已知到未知”推断：M2-1异常2000 nT以上异常带中的几处高值异常可能是由多层矽卡岩型铜铁矿（化）体引起，该矿化（体）走向近东西，上顶埋深约58 m，水平宽度约50 m，倾向南，倾角52°。

M6磁异常：位于棒锤崖村东南0.5 km处，以1000 nT等值线封闭，似带状，走向北西，长约550 m，平均宽约120 m；2000 nT封闭圈长约400 m，平均宽约50 m，中心极大值4510 nT，等值线北东密，梯度陡，南西疏，梯度缓。

在异常上实施了C0精测剖面，并对该剖面进行分析得出：C0剖面20～40号点为主异常段，△T曲线两翼不对称，南缓北陡，极大值4057 nT，北侧极小值-1310 nT，经对曲线圆滑后进行了半定量计算，计算结果见表3。

表3 M6异常曲线半定量计算统计表

该异常落于棒锤崖村东南的中粒辉石闪长岩体上，南部边缘见有长约300 m、宽约50 m，走向近东西的蚀变矿化带。蚀变带内发育较强的大理岩化、蛇纹石化、绢云母化。参照M2-1异常解释依据，推断M6异常2000 nT以上高值异常由矽卡岩型铜铁矿化（体）引起。该矿化（体）走向308°，上顶埋深约27 m，水平宽度约34 m，倾向南西218°，倾角58°。

3 地质成果及远景预测

3.1 矿（化）特征

分别对M2-1、M3-1和M6三个规模较大、强度较高的异常进行了钻探工程验证。在ZKA0-1钻孔穿过含磁铁辉石闪长岩厚度96.60 m（从89.10～185.70 m），TFe品位9.72%～14.12%，平均品位11.66%；mFe品位3.82%～7.55%，平均品位5.80%。在136.40～140.40 m处见铜矿化，厚度6.0 m，Cu品位0.15%～0.33%，平均品位0.25%。ZKA0-2 号钻孔含磁铁辉石闪长岩厚度111.6 m（从149.10～260.70 m），TFe 品位14.87%～24.15%，平均品位16.16%；mFe品位6.87%～9.68%，平均品位8.45%。在196.20～199.20 m处见铜矿化，厚度3.0 m，Cu品位0.11%～0.29%，平均品位0.18%。

3.2 矿石矿物成分

铁矿石呈灰黑色，矿物成分中金属矿物有磁铁矿，次为黄铁矿、褐铁矿；脉石矿物有透辉石、石榴子石、透闪石、蛇纹石等。矿石呈中粒结构，块状构造。

铜矿石呈灰黑色、蓝绿色，矿物成分中金属矿物有黄铜矿、辉铜矿、磁铁矿，次为黄铁矿、铜蓝、孔雀石、褐铁矿；脉石矿物有透辉石、石榴子石、透闪石、蛇纹石等。矿石呈细—中粒结构，块状构造。

通过计算初步确定地表和浅部磁性体不能引起如此高的磁异常，有待对该区成矿条件做进一步研究，并继续投入深部工程进行验证。倘若上述各孔深部能见到理想矿体，则远景极为可观，预测该区有望成为一个新的中型以上铜铁矿产地。

4 结论

高精度磁测在棒槌崖地区寻找矽卡岩型隐伏铁矿的应用，进一步证明了该方法在寻找矽卡岩型隐伏矿体的实用性和有效性，高精度磁测是综合物探方法中一种最直接、最有效、最便捷、最重要的勘查方法。

（1）通过在该区开展磁法工作，查明了棒槌崖地区磁异常的分布状况，查明了异常的轮廓、轴向、形态、规模等特征；圈定磁异常6处、圈界出辉石闪长岩体的分布范围及形态、推断出断裂构造5条；地质效果明显，达到了预期目的。

（2）对该区磁测数据进行综合研究，充分利用地质、物性资料，对异常进行了定性、半定量地质解释，最终认定圈定的6处磁异常为隐伏的矽卡岩型铜铁矿有关异常，其中M4、M5异常已经确定为矽卡岩型铜铁矿引起；其余4处异常建议进一步投入深部工程进行验证。

图6 ZKA0-1、ZKA0-2验证钻孔剖面图

（3）通过该区的验证异常工程数据，进一步证明；在充分了解矿区地质成矿条件的前提下，应用磁测数据对磁异常进行定性、半定量计算结果的准确性。

通过在该区开展高精度磁法工作，了解该区磁异常的分布状况，查明了异常的轮廓、轴向、形态、规模等特征；充分利用地质、物性资料，对异常进行了定性、半定量地质解释；设计了钻孔验证，得到了该区矽卡岩型隐伏铁矿体初步形态；证明高精度磁测圈定的高磁异常是进一步开展综合找铁矿的重要依据和基础。

注 释

①张崇山,陈玉坤,王三民,等.2012.冀东测区航磁异常查证成果报告[R].河北省地质调查院,2-49.

②张小朋,樊彦超,赵晓青,等.2012.河北省宽城满族自治县孟子岭乡棒锤崖铜铁矿普查地质报告[R].华北地质勘查局五一四地质大队,34-50.

③白鹤举,张福斌,杨洪宾,李景梅.1999.《1∶25万承德市地质图》.河北省地质矿产矿查院承德工作部.