重力勘探在钨（铜）多金属矿勘查中的研究

庞满莹，赵承宝，蔡英文

（1.江西省地质局物化探大队，江西 南昌 330000；2.中国石油天然气管道工程有限公司，河北 廊坊 065000）

重力勘探的前提条件是，勘探对象与围岩存在密度差异，在去掉观测值中与勘查对象无关的干扰因素，可以获得由勘查对象引起的布格重力异常。利用布格重力异常的特征﹑大小﹑分布情况构建物理模型，结合物性资料﹑成矿理论等，排除反演多解性，推导出勘查对象的型状和空间位置。

在“江西大湖塘钨（铜）多金属矿整装勘查区燕山期岩体重磁特征及其物探工作方法研究”课题中，利用重力勘探寻找出了新的矿化带，提供了地质找矿提供了重要的物探依据。

1 工区概况

大湖塘钨铜多金属矿区位于江西省西北部。面积约812km2。工作区主体部分位于修水县﹑武宁县﹑靖安县三县境内，南部跨越铜鼓县﹑宜丰县﹑奉新县三县交界处。区内地势总体上以山地与丘陵为主，最高山峰位于九岭主脉中段大湖塘平顶山，海拨高度1794m（武宁县境内），其次修水县境内的五梅山与九龙尖海拔高1516m与1419m。沿北东-西南方向为九岭主山脉，海拨高度在1250m～1794m之间，山脉两翼海拨高度总体逐低，但变化较大。其中大湖塘东南方向约4～5Km间的丘家街一带，海拨高度在50m～150m之间，平均比高在365～388m/Km之间，坡角在210左右；大湖塘西北方向约7Km～8Km间的花园里一带,海拨高度在110m～200m之间，平均比高在212～225m/Km之间，坡角在130左右。故该工作区地形切割深度大（500m～1000m），通行条件差。地表迳流比较发育，水质良好，水量充足，基本满足矿山开采及民用饮水的需求。加之勘查区周边有多处因地置宜建筑的小型水库可以供水发电，有关电站均已并入国家电网。因此矿区及民用供水供电完全能够满足需要。区外主要河流有修水河和赣江支流，从西往东汇流鄱阳湖。

气候属中亚热带温润季风气候区，年平均气温16.3℃～19.5℃，修水极端最高气温达44.9℃，极端最低气温达-20℃；年降雨量934mm～1580mm，无霜期240～307天，4～6月雨雾天达50%左右；7～11月为晴朗天气，约占70%。凉爽宜人，利于野外工作。

工作区南侧有浙赣铁路﹑昌金高速公路呈东西贯通，东部有经过省会南昌的京九铁路﹑昌九高速公路，县与县﹑市间省道四通八达，交通尚属便利，但工作区内交通条件尚属一般。区内经济以农﹑林﹑牧综合经济为主，工业基础薄弱。目前矿产资源以小型矿业开发为主，规模小。

2 地质概况

区内露出的基岩大部分为晋宁时期的黑云母花岗闪长岩，少数为中期到新期元古代的双桥山群的浅变质细碎屑岩﹑燕山时期的斑状花岗岩﹑细粒状花岗岩及花岗（斑）岩系列[1]。前者具有晋宁晚期区域性构造-岩浆活动的基本特点，为大湖塘复背斜核部的重要组成部分；后者多为隐伏-半隐伏状态，均为含矿花岗岩，属燕山期复式岩体[2]，但并非所有出露此种含矿花岗岩的地方均能成矿（图1）。

图1 矿区地质矿产略图

钨（铜）多金属矿均为燕山期构造-岩浆热液型矿产，具有基底成分再造成矿物质活化加入和燕山期酸性岩浆成矿作用专属性的两种特征，且受燕山期成矿构造及其岩体与围岩的成矿结构面（形态和产状等）控制[3]。依据成矿作用机理，大湖塘地区的矿床类型有：狮尾洞式构造岩浆热液充填型矿床﹑杨狮殿式构造岩浆热液充填型矿床﹑石门寺式构造岩浆热液交代蚀变岩型矿床[4]。但是，各个矿床（区）成（含）矿岩体和岩石的化学性质几乎一样，其中所含的微量元素则有一些不同，矿石和矿物的组成成分基本相同，而矿体形状﹑大小﹑产状，矿（岩）石的品类又各不相同[5]。以下按照成矿岩体﹑成矿构造及成矿结构面﹑典型矿床矿体﹑矿石特征一并叙述：依据野外观察和有关同位素测年资料，燕山期斑状花岗岩与晋宁期黑云母花岗闪长岩内﹑外接触带蚀变强烈﹑相对细粒花岗岩和花岗（斑）岩系列成岩较早，且后者多受前者限制蚀变较弱[1]，但其出露之处无论是与前者相随﹑还是与前者相离均能成矿[6]。成岩时间（140Ma）与成矿时间（140Ma）基本相近；岩石和矿石中含有的主要微量元素也差异甚少。根据其他专家已经得到验证的证据，我们认为这些岩浆所产生的热液在成矿中起到的作用和成矿岩体在时间上存在高度的一致性，目前还没有有效证据能够证明，多期岩浆可以不断的多期富集[7]。故推测细粒花岗岩和花岗斑岩为此矿区的成矿岩体。

成矿岩体多为隐伏状态，至少有13条LA-ICP-MS锆石U-Pb及SHRIMP等时线，年龄约140Ma。其在狮尾洞﹑石门寺﹑大岭上﹑大雾塘矿区多为岩瘤状少数为岩脉状产出，在杨狮殿﹑毛公洞﹑昆山矿区则多呈现为岩脉状发育。岩体岩石﹑化学﹑主微量元素﹑稀土组分特征均具有高度一致性[8]。

细粒黑云母花岗岩是细粒花岗结构以细粒石英﹑斜长石及白云母为主要成分，花岗（斑）岩系列呈浅灰～灰白色是全晶质斑状结构，石英﹑斜长石是斑晶的主要形式，含量约占20%（石英10%﹑斜长石10%），粒径一般为0.2～0.4cm，基质成分与前者高度一致，主要为斜长石（45%）﹑石英（45%）和黑（白）云母（10%）[1]。

岩石化学特征为，系富硅（SiO271.74%～74.74%，平均73.66%）﹑而贫铁（Fe2O3+FeO 1.19%～1.54%，平均1.42%）﹑镁（MgO 0.19%-0.49%，平均0.37%）﹑钙（CaO 0.73%～0.96%， 平 均0.89%）﹑ 钛（TiO20.13%～0.22%，平均0.17%）；酸度偏高（酸度值79.7%～82.7%，平均81.17%），碱质含量高（K2O+Na2O7.14%～8.23%，平均8.12%），Na2O/K2O比值低（0.56-0.86，平均0.71），属钙碱性岩石。

岩体中成矿元素W﹑Sn﹑Mo﹑B﹑Cu﹑Pb﹑Zn含量高且变化较大。W的含量比维诺格拉多夫（1962，1.4×10-6）值高出几十倍，含量最低的是细粒黑云母花岗岩为20.25×10-6，也比黎彤（1976，1.1×10-6）值高约20倍，含量最高的是花岗（斑）岩系列为67×10-6，比黎彤（1976，1.1×10-6）值高约60倍；Sn在花岗（斑）岩系列中多为87×10-6，是维氏值（1962，1.8×10-6）的近50倍。

3 重力勘探原理

重力勘探是测量与围岩有密度差异的地质体在其周围引起的重力异常，以确定这些地质体存在的空间位置﹑大小和形状，从而对工作地区的地质构造和矿产分布情况作出判断的一种地球物理勘探方法[2]。

重力勘探工作的全过程可以分为三个阶段:第一阶段是根据承担的任务进行现场实际踏勘并编写设计;第二阶段是进行野外数据采集和测量;第三阶段是对收集的各种数据进行处理根据处理结果编写成果报告。

重力测量分为路线测量﹑剖面测量﹑面积测量三种方式。路线测量经常用于概查和普查阶段,一般沿交通方便的道路两旁均匀的布设重力测点,测线之间的距离一般不做要求。剖面测量常常用于详查和有专门要求的测量,剖面线的方向和地质体走向应该相互垂直,剖面线应该通过地质体在地面投影的中心位置，测点应该在剖面线上,测设点的间距在正常区域内可以大点。面积测量是重力测量最基本的形式,工区内重力异常的全貌可以通过重力测量来提供。

有利于重力测量工作的条件有下面四种

（1）地质体和其围岩之间的密度差比较大,而围岩内部的密度变化较小。

（2）两种密度不同的岩层它们的接触面被称为密度分界面。我们研究的地质构造它的深度有比较大的变化是在它的上覆和下伏地层，它自身的界面深度不是特别深。

（3）工区内除了研究的对象体其他对重力的变化几乎不起作用，或着我们可以消除它的影响。

（4）地势比较平摊的地方。

重力异常图有异常平面图﹑异常剖面图﹑异常平剖图，我们常常通过这些图对异常进行识别﹑分析和解释。

地质构造和矿产分布与重力异常的分部有着相互联系。所以我们一般通过研究重力异常的分部来研究地质构造从而达到我们找矿的目的。是哪些地质体引起的这些异常，这些地质体具有什么样的产状﹑特征以及它们的组成元素[3]都是我们对于异常的一个解释。

因此也造成了重力测量有多解性的问题，所以我们用重力异常来寻找矿时要多结合其他的地质资料以及磁法电法等其他地物物理方法和收据。这样得出来的解释和结论可靠性会更高。

4 测区重力异常特征

勘探位置位于九岭重力低异常的东北方向。贛西北地区是九岭重力低异常区，异常通过-50×10-5m/s2等值线确定，异常区呈现为矩形，异常最大振幅为-22×10-5m/s2，面积大约是4900Km2。在此异常区内有4处局部圈闭异常，分别位于异常区的东﹑南﹑中﹑西四个方位其屮反映矿区的重力低异常位于九岭重力低异常的北东部。矿区的布格重力异常在-70×10-5m/s2～-65×10-5m/s2范围内，为全江西最低点。

从1∶50万江西省布格重力异常图上看（图3），本区处于北东向波阳～赣州重力高区的西北部，武宁～永新重力低区之北，武宁县西南部[3]。异常显示为重力低，以40×10-5m/s2异常强度线，可圈出形态近似于圆形，范围为古阳赛～大湖塘之间，北纬28°30′～29°05′东经114°20′～115°10′；以50×10-5m/s2异常强度线，分别圈出南﹑北两异常区：北异常区大湖塘和南异常区古阳赛，走向均为近东西向。重力低与出露大片的晋宁期岩体﹑燕山期岩体关系密切。从1∶20万布格重力异常图上看（图2-11），可圈出四个重力异常区：即黄沙重力低异常区﹑昆山～新安里重力低异常区﹑古阳赛（甘坊）重力低异常和东岗重力高异常。其中黄沙﹑昆山～新安里﹑古阳赛（甘坊）三个重力低异常，对应的地质体是燕山期岩体，而东岗重力高异常，49×10-5m/s2异常强度线，圈出来的范围正好与出露的中元新古界双桥山群（Pt2-3sh）相吻合。说明在该地区燕山期的显岩体或隐伏岩体大都会形成重力低异常，而出露为中新元古界双桥山群（Pt2-3sh）多呈现为重力高异常。

图2 江西省布格重力异常图

图3 古阳赛～大湖塘布格重力异常图

5 重力异常及解释

九岭布格重力低异常处在赣西北地区，在大地构造部位为江南地块九岭——高台山块体西端。异常区的岩石有少量燕山花岗岩﹑云母花岗岩﹑富斜花岗圈出异常的等值线为-35～-44×10-5m/s2，异常最大值是-45×10-5m/s2，异常近似矩形，其面积约4500km2。异常面积小于晋宁期富斜花岗岩出露面积，富斜花岗岩密度为2.72×10-3kg/m3（九岭地层小区双桥山群岩石密度为2.60×10-3kg/m3），岩体上部经长期剥蚀，下部经后期花岗岩侵蚀，使得富斜花岗岩体剩下一具空壳，故不可能显示出一定规模的正异常。

图4 40km×40 km于64 km×64 km窗口对比

在40km×40km窗口滑动平均的剩余异常区出现了四个局部负异常其轴向为EW—NEE，刚好和四个花岗岩体对应，这四个花岗岩体中有三个是燕山期的，而古阳寨为印支——华力西及燕山期二云母花岗岩。由此推测这四个岩体是规模较大的隐伏岩体，其异常值是-19×10-5m/s2，与九岭重力低异常相比较，尚余-21×10-5m/s2，故推断九岭异常为晋宁期后的花岗岩及深部岩性及构造等因素引起。

图5 北西向侧线综合测速剖面模型

《区带剖面》揭示南华活动带地壳中层下部和下层上部低速高导层[7]发育，深度在14km～22km，与图2反映的结果相符。解释其为熔融或半熔融状态的“岩浆房”。低速高导层的壳间分布与表层或上层出露或隐伏的加里东期﹑燕山期中酸性岩体对应关系密切[9]，尤其是大岩基下面一般均有低速高导层分布[10]。这一点可佐证低速高导层作“岩浆房”解释的合理性；虽然安义——抚州MT剖面从总体看沿剖面高导层发现不多，但在其4号点深14km～18km也有壳间低速层，在上地幔岩石圈内多处发现高导层，这说明了扬子陆块内部也分布有高导层；浙江省在报导屯溪——温州﹑诸暨——临海地学断面成果中指出扬子陆块下面发现有低速高导层分布[11]。据此，我们认为九岭燕山期岩体下面，应有低速高导层存在，在剖面图上(图3﹑4)推断出低速高导层的深度为16.5km～22.5km，低速高导层即为低密层，它是引起九岭重力低异常的壳间低密度体场源。

在深部构造分区图中(图6)，九岭重力低对应修水莫霍面坳陷的东部，莫霍面下陷约1km，与地形基本呈镜像对应，是地壳重力均衡调整的结果。这是由构造因素引起的上地幔物质横向不均匀，是九岭重力低的深源场源[12]。

图6 江西省莫霍面等深度及深部构造分区图

图7 九岭复式岩体与重力异常的关系

由上面分析可以看出，九岭重力低主要场源有3类：

（1）中上地壳间印支——华力西﹑燕山期中酸性岩体[13]；

（2）中地壳下层低速高导层；

（3）莫霍面坳陷等浅﹑中﹑深场源。

6 结论

测区低重力异常，是由晋宁期九岭岩体所引起的区域重力异常，由此可知测区形成的巨大低密度区而导致的低重力异常是因为九岭岩体在燕山期经过了剧烈的构造运动﹑岩浆活动和热液活动所致。

在测区的低重力异常区内均匀分布着一批已发现的钨锡钼铜大屮型矿床，此现象证明了重力异常和矿床的分部有着密不可分的关联。根据当前的成矿理论，认为矿区低重力异常的分布是“岩浆～流体～成矿系统”的形式。

由此可知，重力勘探方法除了用于研究地质构造﹑区域地层和岩浆活动外，还可以结合测区的地质资料判断出矿集区的异常从而为中小比例尺的矿产预测提供可靠的依据。