安徽庐江县张家地区铁铜矿勘查重、磁异常特征及找矿方向预测

王西荣

(安徽省地质实验研究所，合肥 230001)

在庐枞火山洼地构造中采用何种技术手段和方法在巨厚的盖层隐伏区内寻找铁、铜多金属矿，一直以来是制约着火山岩盆地深部找矿工作的重点和难点。庐枞火山洼地构造是长江中下游地区铁铜矿重要成矿区带，该火山洼地周边具有在边缘隆起部位成矿潜力，是寻找铁铜矿的重点目标区[1]。张家矿区位于庐江县境内，属矾山镇管辖，西距矾山镇约1.5 km，东距黄屯镇约4 km，地理和大地构造位置均显示该地区处于该火山构造洼地的北缘，具备寻找铁铜多金属矿的潜力。测区在1956年发现了航空重、磁异常矾山-黄屯重、磁异常[2]，张家矿区位于矾山-黄屯正磁异常中心偏西部位和矾山-黄屯一带北侧呈东西向重力梯级带之重力高与重力低值带交接部位，本次在已知航空重、磁异常部位，通过开展地面重、磁详查工作，目标是验证航空重、磁异常，应用成熟的重、磁异常数据处理的理论依据对所测的异常进行数据分析与处理，准确定位找矿靶区，为下步和今后在庐枞地区开展深部找矿工作打开突破口，并为深部找矿技术和找矿方法的可行性提供依据。

本次的重、磁异常工作的重点和难点是对异常数据处理和分析解释，如何从所测的零乱而又复杂的异常数据中提取出到对找矿有用的信息，圈定异常预测区是本次研究的最终目的。通过对重、磁异常的数据解释延拓(上延)，一阶或二阶求导和磁异常化极处理。为了压低或消除干拢，突出有用异常，提高异常解释推断的可靠性，需要对异常数据进行解析延拓。向上延拓就是根据地面实测异常计算地面以上某一高度的异常值，目的是压低浅部地质(磁性体或密度不均匀体)的干扰，突出深部地质体产生的有用异常，向延拓相当于提高的观测平面，异常总的变化趋势是幅值降而宽度增加。

重力位高阶导数法主要用来突出局部异常，特别是对体积小、埋藏浅的磁性体引起的局部异常。用平均场法等方法效果较差，但用高阶导数可以得到良好的效果。重力观测值转换为重力的一阶导数或二阶导数时，也可以使异常成分发生变化，达到划分异常的目的。

重力异常场在场源外满足拉普拉斯方程。据此可将重力垂向二阶导数的计算转化为求取沿x、y两个方向的二阶导数，即：

(1)

根据位场的有关理论，将观测场换算为位场的高次导数。如重力的垂向梯度∂g/∂z或垂向二阶导数 ∂2Δg/∂z2等，在这些换算后的结果中，同样包括区域因素与局部因素两部分的影响，但二者所占的比重已发生显著变化，即局部因素的影响在位场的较高次导数中将占有极为显著的地位，从而可以突出地表现出来。这也是高阶导数划分区域异常和局部异常与其他划分异常方法的不同之处。

总磁场强度观测结果的化极是指根据观测的△T，换算为磁化强度方向为垂直时的Za异常。将测区内磁性体产生的磁异常换算为假定磁性体位于地磁极处产生的磁异常，称为“化到地磁极”，即化极。在垂直磁化的条件下，磁异常的形态等比较简单，便于分析和解释。我国处于中纬度地区，属于倾斜磁化，解释难度较大，所以先进行化极处理。

正常地磁场强度T0与异常地磁场Ta的夹角为θ，总磁场强度为T，由得到磁场观测值ΔT的数值表达式如下：

ΔT=T-T0=(T0+Ta+2T0Tacosθ)1/2-T0

(2)

(3)

1 区域地质背景

本区位于庐枞构造火山洼地北缘(图1)，区内大片出露的盖层地层由晚侏罗纪—早白垩纪火山喷出岩和火山沉积地层组成，基底由古生代寒武纪、奥陶纪、志留纪、三叠纪和中生代侏罗纪早中世地层组成，在庐枞构造火山洼地的周边地段零星出露[3]。本区地层由老至新地层特征简述如下：

基底地层反映了由海相——海陆交互相——陆相碎屑岩演化的过程。自古生代寒武纪—奥陶纪开始，该地质时期段内的地层由一套海相碳酸岩建造和海陆交互相碎屑岩建造构成；古生代志留纪发育有早、中晚世的高家边组和坟头组，由一套砂泥质碎屑岩建造组成，岩性为砂岩、细砂岩、泥质粉砂岩等，该套岩性是庐江县沙溪——东顾山一带铜矿的主要赋矿围岩。三叠纪地层发育不全，区内以早、中三叠纪地层发育为主，缺失晚三叠纪，其中的早三叠纪为一套海相碳酸盐岩建造组成，中三叠纪由海陆交互相碎屑岩、碳酸盐岩和陆相碎屑岩组成，包括三个岩性组：东马鞍山组、铜头尖组和拉犁尖组，三组岩石建造也不相同，中三叠纪东马鞍山组为一套海陆交互相碎屑岩和碳酸岩建造组成；中三叠纪铜头尖组是一套海陆交互相碎屑岩建造构成；中三叠纪拉犁尖组是一套陆相含煤碎屑岩建造构成。本组铜头尖组岩性层是庐枞火山沉积洼地主要含矿层位和成矿物质(Cu)的矿源层，该组岩性由含铜砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩组成。至侏罗纪早、中世反映了陆相湖泽碎屑岩沉积，这段地质时期内的沉积建造属于陆相含煤碎屑岩建造，局部夹有碳酸岩。盖层为火山岩建造，晚侏罗纪——早白垩纪代表了陆相火山岩建造，为一套偏基性、偏碱性的橄榄粗安岩系组成，岩石类型有橄榄安山岩、安山岩、粗面安岩、粗面岩等，是火山沉积洼地Cu矿的主要赋矿层位[3-4]。

1-晚白垩纪浮山组；2-早白垩纪双庙组；3-早白垩纪砖桥组；4-早白垩纪龙门院组；5-中侏罗纪罗岭组；6-二长岩； 7-正长岩；8-A型花岗岩；9-铁矿床；10-铜矿床；11-铅锌矿床；12-断层及地质界线；13-矿区位置图1 张家矿区大地构造位置图(注：引自尚世贵等[4]，略改)Fig.1 The tectonic location map in Zhangjia mining area(Note：Modified slightly from SHANG Shigui et al[4])

区内构造活动强烈，主要有北东向、北西向、北北东向、东西向四个系统的深大断裂，不同方向的断裂构成了区内独特的网络状断裂构造体系[5-6]。盆地的基底隆起构造、火山机构及其派生的环状及放射断裂构造等，均为区内重要的控岩控矿构造，它们同时也控制着火山洼地的内部构造及其邻区的构造形迹的展布方向。

庐枞火山岩盆地的基底断裂可划分为四组，即北东向(北北东向)、近东西向、南北向及北西向[3-4，7-9]。其中缺口—罗河基底断裂，殷家渡基底断裂，大安山—马鞍山基底断裂为庐枞火山岩盆地的边界断裂，它们控制了盆地的形态及火山岩的分布。北东向的基底断裂是庐枞盆地的主干断裂，其形成时间最早，活动最强烈，它们不仅控制了火山岩盆地的形成、演化和成矿作用，而且对盆地基底地层的空间分布有着明显的制约，甚至对庐枞地区早、中侏罗世的沉积作用也产生影响。特别是缺口—罗河及黄屯—枞阳两条基底断裂，在庐枞火山岩盆地中占有十分重要的位置。近东西向基底断裂是在早期东西向断裂基础上继承、演化而来，以右行剪切为主，兼挤压性质。它对盆地基底隆起带产生重要影响，一系列的近东西向基底断裂将基底隆起带切割，产生右行错位，并使基底隆起带由北向南呈阶梯式下降。东西向基底断裂还明显地控制了晚期岩浆的侵入活动，使得盆地内的晚期侵入岩体呈东西向展布。南北向基底断裂以左行剪切为主。南北向与近东西向基底共轭断裂将盆地的基底切割成网格状。同时，在这两组基底断裂的交汇处为一构造薄弱部位，应力集中，往往是火山喷发、岩浆侵入以及成矿作用发生的最佳地段。北西向基底断裂形成最晚，对庐枞盆地的形成、演化影响不大，但对晚期的脉状铜矿分布有一定的控制作用。

燕山期岩浆岩活动代表着本区岩浆活动的一次重要构造热事件，燕山期的火山岩和火山熔岩、次火山岩和侵入岩均有分布，岩性从中基性到中酸性都有见及。燕山期的岩浆活动对本区金属矿产的形成起着重要作用，且与成矿物质的富集关系密切。本区岩浆活动强烈，岩浆活动主要集中在燕山期，既有大量的火山岩和火山熔岩，也有超浅成的次火山岩，以及大规模的侵入岩。岩浆活动具有多期次的特点。岩石类型较多，主要有中基性、中性、中酸性、中偏碱性岩石类型。区内主要金属矿产的成矿均与燕山期岩浆活动和演化有关，尤其是与燕山期的次火山岩、浅—超浅成的中性斑岩密切相关[2-3]。

2 矿区重、磁特征

2.1 岩矿石重、磁参数

通过地质调查与系统采集岩矿石的样品，对测区内岩矿石的重、磁参数等物性测量，测量结果见表1，区内岩矿石的密度可以分为三类：火山岩及碎屑岩类，密度最小，其分布范围σ为2.43～2.53 g/cm3，岩性有粗安岩、安山质熔岩、次生石英岩、砂页岩、正长岩、粗面岩、凝灰岩及红层砂岩等；燕山期岩体类(二长岩、闪长岩、闪长玢岩)，密度次之，其分布范围σ为2.62～2.63 g/cm3；强磁(弱磁)性矿石类(磁铁矿、赤铁矿、铁矿)，密度最大，其分布范围σ为3.67～4.00 g/cm3。三种不同岩性层之间存在密度差异，特别是含矿(赋矿)层位地层与非矿地层之间存在明显的密度界面，是本区开展重力勘查的主要依据。

区内岩矿石的磁性参数有明显的差异，亦可分为三类：微磁或无磁类岩石、磁性强度中等和磁性变化不稳定、强磁性：沉积岩、火山碎屑岩、次生石英岩等为无磁或弱磁性；各类侵入岩磁性中等，可引起数百nT的异常；各类火山岩的磁性不均匀，同类岩石在不同地区磁性变化往往很大；含矿层中的磁铁矿具强磁性，磁化率高达2.136 SI(κ)，剩磁Jγ为15 A/m，含磁地层与围岩存在显著的磁性差异，是本区引起磁异常的主要原因之一。

表1 区内岩矿石物性参数测定结果表

2.2 工作布置与成果数据处理技术

生产用的磁力仪和重力仪按规程要求进行了检查和测试，数据采集满足规程要求，采用1954年北京坐标系布设测网，重力测网为100 m×40 m，磁力测量与重力测量同步进行，点距加密至20 m，测量面积3 km2，共完成重力测量点780个(含质检点24个)，磁力测量点1 550个(质检点50个)，经过三级质量检查验收，所采重、磁测量数据满足相关规范规定：重力测量精度优于±50×10-8m/s2，磁力测量精度优于±50 nT要求。

对测量的重力数据进行逐点校验核对，利用中国地调局开发的《重、磁数据处理系统》对测量的数据进行网格化和低通滤波处理，为突出重力场特征，对预处理重力成果做了向上 100 m延拓处理，以突出局部重力场特征。再对向上延拓的重力成果进行重力垂向二次导数处理。磁测数据处理：由于测区位于北纬31°17′，首先对预处理后的磁测成果数据进行化极处理，为突出磁力场特征，对预处理磁测化极成果同时做了向上100 m延拓处理，最后成图。

2.3 重、磁异常特征

2.3.1 布伽重力异常特征与解译

张家地区布伽重力异常总体上表现为近东西向的弧形梯级带，它是区域上矾山镇——黄屯一带北缘重力梯极带的一部分(1)内部资料，安徽省庐江县张家地区铁铜矿普查报告，2014年。，其基本特征是等值线疏密不均和扭曲变形，形成重力高和重力低值带，梯级带的重力场值由南边的7.5×10-5m/s2增加到北边的11.5×10-5m/s2(图2a)，重力异常向上延拓100 m后，等值线大致呈等间距分布(图2b)，说明布伽重力异常等值线的疏密不均是浅部地层密度不均匀的反映，延拓后的布伽重力异常似横写的“S”形。从布伽重力异常图上看出异常南北明显不同，长岗洼——何家墩一线以北，表现为近东西向高值带分布区，长岗洼——何家墩一线以南，表现为近东西向重力低值带分布区。通过本区对剩余布伽重力异常的计算，结果显示在测区东北部和在测区西南角地段形成一个半岛形式和一个弧岛状的重力正值高分布区，其余地段均为重力负值区(图2c)。

图2 庐江县张家地区布伽重力异常及上延100m平面等值线图和重力异常剖析图Fig.2 Bouguer gravity anomaly and horizontal contour map of 100 m upward extension in Zhangjia area，Lujiang county

本着找矿优先原则，张家地区重力测量后，仅对本区的重力高的异常进行重点研究与解剖，共圈闭局部重力异常3个，编号G-1～3。根据本区异常分类原则，现将异常特征介绍如下：

月形地—汪庙重力异常(G～1)，位于测区东部月形地—汪庙一带。重力异常二次导数后异常带南北控制长约1 500 m，东西宽约650 m。布伽重力异常为近东西向弧形梯级带，其等值线有明显的扭曲，显示出近南北向的重力高。二次垂向导数值为1.0×10-9m/s2等值线圈闭，分别于南北两处形成了以 2.50×10-9m/s2为极值的两个重力高中心。该重力异常的高值边部及其附近地段均有较明显的磁异常存在，成矿条件有利，具备寻找隐伏铁矿的良好前提(图2a所示)。

长岗洼重力异常(G～2)，位于测区西南角长岗洼一带，重力异常二次导数后异常带南北长约500 m，东西宽约300 m。布伽重力异常图有8.3×10-5m/s2等值线圈闭，为走向NNW向的椭圆形，Δgmax> 8.5×10-5m/s2，二次垂向导数值为 0.5×10-9m/s2等值线圈闭，其形态和走向类似布伽重力异常。该重力异常与磁力低吻合较好，重力异常的南北均有磁异常M～1和M～5存在，异常所处的地质背景是分布在白垩纪晚世砖桥组地层范围，根据岩矿石磁参数及已知地段的磁异常特征，推测是岩体的反映，经深部钻探研究证实底部为石英二长花岗岩分布区。

高卢重力异常(G～3)，位于测区西北角高卢地带，测区显示有二次垂向导数值为1.0×10-9m/s2等值线圈闭趋势，极值可达3.0×10-9m/s2。布伽重力异常位于平缓负磁场区。异常所处的地质背景是大面积第四系覆盖范围，第四系下面推测为侏罗纪中世罗岭组地层，根据岩矿石磁参数及已知地段的磁异常特征，推测异常是侏罗纪中世罗岭组地层引起。该重力异常无明显的磁异常相伴，对寻找深部矿体意义不大。

2.3.2 地面磁异常特征

张家地区的磁场以张家——龙门岭一线为界分为南北两个磁场特征完全不同的场区，北侧是负磁场区，其上叠加低缓磁异常；南部是正负磁场变化区，其上叠加磁场强度大，梯度陡变和形态、走向各异的正负局部磁异常(图3)，磁场向上延拓 100 m后，等值线规整，磁场强度衰减迅速，衰减率达10 000 nT/km以上，形态简单，一些局部异常消失，说明引起这些局部异常的磁性体埋藏较浅。

图3 张家地区磁异常等值线图Fig.3 Isoline map of magnetic anomaly in Zhangjia area

向上延拓成果，区内显示出长岗洼和汪庙两个深源磁性体的磁场特征，继续向上延拓300 m，张家——龙门岭等值线均匀平直，长岗洼、汪庙深源磁性体磁场平缓，衰减缓慢，衰减率为3 300 nT/km左右。

测区内共圈定了6个磁异常，特征见表2。

表2 张家地区磁异常特征表

3 找矿预测

3.1 重、磁异常类别划分

测区周边地区已知矿体产生的重、磁异常不仅具有客观的普遍性，又具有独特性，普遍性在于均具有强度大、异常梯度高的特征[10-12]。罗河铁矿床中，其布伽重力与磁力异常平面图，成了圈闭的局部异常，在重力高值异常中，分布有磁场高的异常，通过钻探验证证实发现了罗河铁矿；独特性在于火山沉积洼地的个别铁矿床重、磁异常特征具有低缓重力叠加磁场高，且位于凹陷边缘隆起地段。龙桥铁矿的发现则是在布伽重力异常呈平缓的重力低值带处，磁异常等值线发生明显扭曲，通过垂向二次导数法研究，异常等值线趋于规律性，并圈闭成孤立的异常。上述这些地面上详磁异常特征与航磁异常具有一定的对应性与吻合性，罗河铁矿的航磁化极异常结果，显示了异常在平面上为呈一定走向、形态不规整的圈闭异常，而龙桥铁矿的航磁化极异常呈NE向圈闭的椭圆形，二者均具有独立性[13-14]。在安徽境内南北(北部的合肥火山沉积盆地和南部庐枞火山岩盆地)两大火山沉积洼地中，铁矿的探查均依据上述重、磁异常特征，发现并证实了数量可观的大中型铁矿床(见表3)。

表3中统计数据反映南北火山沉积洼地的重、磁特征，虽然是两种不同的铁矿成因类型，但利用上述找矿方法，均获得较为丰富的找矿成果。可以总结出如下规律：重、磁吻合，重力高叠加正磁场，低缓重力高叠加正磁场部位，且处于基底凹陷与隆起交接部位均见矿，是矿致异常；重力低值带叠加局部低缓正磁场，对找矿效果不大。

表3 霍邱铁矿航磁异常查证情况与张家矿区磁异常特征比对表

局部重、磁吻合异常与矿产有着密切关系，已知测区周边地区的重、磁同高异常，或低缓重力高叠加正磁异常均被证实为矿致异常，如罗河铁矿、泥河铁矿均属前者；龙桥铁矿属于低缓重力高叠加正磁高异常，且处于凹陷边缘隆起地段。由于测区属覆盖区，异常分类可依据重、磁异常组合特征划分，将重、磁吻合或重低磁高的异常，可能是矿致异常或找矿有密切关系的异常确定为A类，找矿意义未定的或找矿不相关的重、磁异常定为B类(表2)。

由于测区内大部分磁异常产于重力高的边部，其所处的地质背景均位于对成矿有利的地层(矿源层)三叠纪地层[8-11]分布范围内；沿断裂侵位的岩浆岩或岩浆岩与三叠纪地层接触带之间形成沉积——热液叠加改造型铁铜矿，这些往往是磁异常存在的反映，磁场上相吻合的梯级带是南北向断裂的反映，被确认的火山洼地北部边界位置，是寻找铁铜矿的有利地段。对于这部分异常通常也将其定为A类(表2)。

3.2 找矿预测

重高磁高异常被证实为矿致异常，如罗河铁矿、泥河铁矿均属前者，龙桥铁矿属于低缓重力高叠加正磁高部位[15-16]。由于测区属覆盖区，异常分类可依据重、磁异常组合特征划分。据此将重、磁吻合或重低磁高的异常，通过对重、磁异常解译，结合深部钻探验证结果，初步优选出最佳找矿区位有1处(图4)，5处部位找矿效果不佳或性质不明。1处最佳部位分别是张家矿区(M～3)，其余的是汪庙—何家墩—郑家墩(M～4)；长岗西、长岗洼东、董家磁异常和石马滩异常均处于重力低值带处，结合地表与深部钻探验证，推断为岩体引起的磁异常，找矿意义不明。根据上述原则划分出三级找矿预测区，编号分别为Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ：Ⅰ级找矿区范围包括(G～1，M～3，M～4)，重、磁同高；Ⅱ找矿区范围包括(G～2，M～1，M～2，M～6)，重力低值带叠加正磁异常；Ⅲ级找矿区范围包括(M～5)，重力低值带叠加正磁异常。

1-第四系全新统；2-第四系更新统；3-白垩纪晚世砖桥组下段；4-白垩纪晚世龙门院组上段；5-白垩纪晚世龙门院组下段；6-侏罗纪中世罗岭组上段；7-三叠纪中世东马鞍山组；8-石英正长斑岩；正长斑岩；9-断层及地质界线；10-工作区范围；11-找矿预测区图4 张家地区找矿预测区图Fig.4 The map of prospecting and prediction in Zhangjia area

4 结论

1)本次在张家地区重、磁测量后，共圈闭局部重力异常3个，编号G1～3，局部磁力异常6个，编号M1～6。

2)重、磁场相吻合的梯级带是东西向断裂的反映，被确认的火山洼地北部边界位置，是寻找铁铜矿的有利地段。在庐枞铁矿区，依据重力高叠加正磁场或低缓重力高叠加低缓正磁场部位，且处于基底凹陷与隆起交接部位均见矿，是矿致异常。重力低值带叠加局部正磁场，对找矿效果不大。沿断裂侵位的岩浆岩或岩浆岩与三叠纪地层接触带之间地带反映了正磁异常，往往形成沉积—热液叠加改造型铁铜矿，也是找矿不可忽视的地段。

3)通过对重、磁异常解译，初步优选出最佳找矿区位1处，5处部位找矿不明。1处最佳部位是张家矿区(M～3)，其余的是汪庙—何家墩—郑家墩(M～4)，属于重、磁同高异常带处；长岗西、长岗洼东、董家磁异常和石马滩异常均处于重力低值带处，结合地表与深部钻探验证，推断为岩体侵入部位，对找矿不利或性质不明。