新蔡县陈店-练村一带磁异常查证及其地质意义

2022-03-24柴重阳李珂莹李万忠姬寅东

物探化探计算技术 2022年1期

柴重阳, 李珂莹, 李万忠, 姬寅东, 宋玮

(1.河南省地质科学研究所,郑州 450001; 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 450001; 3.河南省资源环境调查五院，郑州 450001)

0 引言

新蔡县陈店-练村一带磁异常区位于豫东平原西南部边缘，鲁山～舞阳～新蔡～霍丘铁成矿带上，异常区为覆盖区，覆盖层厚度为700 m～1 000 m。以往基金项目大量的地质、物探工作涉及工作区，上世纪七八十年代，原河南省地质局测绘队在驻马店东南部地区开展1∶50 000航磁测量,在新蔡一带圈定6个航磁异常(以 C01-C06进行编号，其中C01、C04航磁异常涉及工作区)，但其未对航磁异常进行系统查证。从区域上来看，前人成果主要集中在鲁山～舞阳～新蔡～霍丘铁矿成矿带的东部和西部，而对舞阳～新蔡一带研究程度较低，区内低值磁异常(<200 nT)评价工作多处于空白状态。本次工作依托地质大调查项目，通过1:50 000高精度磁法测量圈定的DC01、DC04地磁异常与航磁异常C01、C04相对应，通过“地面高精度重磁剖面测量、可控源音频大地电磁测深”等多种物探方法对DC01、DC04磁异常进行验证，大致查清了异常源。本次磁异常查证成果表明,陈店-练村一带磁异常由埋深较大的含铁矿化体引起，综合物探及钻探成果推测了新蔡一带地层结构及构造格架。其工作成果,可为新蔡一带其他低缓磁异常查证及深部找矿工作提供一定借鉴意义。

1 地质背景

工作区大地构造位置位于华北陆块南部，地处三门峡～鲁山～固始深大断裂带北东盘的西平～平舆凸起，地层分区属华北地层区豫东南分区，具典型的双层结构，基底岩系为太古宇太华岩群中深变质花岗～绿岩建造，盖层岩系主要为古生代浅变质～未变质碎屑岩～碳酸盐岩建造、中生代陆缘碎屑岩沉积建造及新生界地层。区域上基底构造以北西向线性褶皱为主，盖层构造以短轴状宽缓褶皱、断块隆起、断陷盆地为特征，区内岩浆岩不发育(图1)。成矿区带上位于河南鲁山～舞阳～新蔡～安徽霍丘沉积变质铁矿成矿带的中东部地段，成矿条件较为有利[1-3]。

图1 区域地质略图[4]

由于新生代的沉陷作用，陈店-练村一带为第四系黄土覆盖，无基岩出露。分析区域地质及本次钻孔资料，认为陈店工作区盖层为中生界侏罗系及新生界地层，新生界地层厚约900 m～1 000 m，不整合覆盖于中生界地层之上，已揭露中生界侏罗系地层岩性主要为中粗粒长石岩屑砂岩；练村工作区盖层为新生界地层，厚约700 m～800 m，不整合覆盖于基底地层之上。陈店、练村工作区基底地层均为太古宇太华岩群变质岩系，为主要赋矿层位，赋矿岩性为条带状碳酸盐化阳起铁英岩、角闪斜长铁英岩。区内构造较为简单，主要断裂构造与区域性构造线一致，规模较大，延伸较远。

2 磁异常特征

2.1 1∶50 000航磁异常特征

1∶50 000航空磁测在新蔡一带圈出C01～C06等多个航磁异常，异常形态总体呈北西向～北西西向展布，整体空间分布形态与区域构造走向特征基本吻合，推测异常空间分布主要受北西向断裂控制(图2)。异常具体特征见表1。

图2 航磁异常ΔΤ等值线综合平面图

表1 新蔡一带局部异常编号及异常特征一览表

新蔡一带航磁异常，为处于豫中开阔平静负磁场内(汝阳～舞阳～新蔡北西向带状负磁场)的正异常[5]。前人认为豫中开阔平静负磁场区，反映华北陆块南缘埋深较浅的古生界和太古界无磁性～弱磁性沉积地层的特征；区内范围较大(50 km2～200 km2)、场值较高(200 nT～1 000 nT)的近等轴状异常，多由规模较大的太古宇太华岩群含铁变质岩系或中生界盆地的侏罗系、白垩系地层引起；低缓磁异常或弱小异常多由埋深较大或规模较小的太古宇太华岩群含铁变质岩系或含磁铁矿岩体引起[6-7]。综上所述，认为新蔡一带航磁异常区具进一步找矿潜力。

2.2 1∶50 000地磁异常特征

通过1∶50 000地面高精度磁法测量在新蔡县陈店、练村工作区分别圈定了地磁异常DC01、DC04，为消除斜磁化的影响，对磁异常ΔΤ数据进行了化极处理。图3为陈店、练村磁测化极异常等值线图，异常形态较化极前后基本一致，仅异常中心明显向北偏移，异常赋值略有增大，异常等值线排列相对密集。

图3 陈店-练村一带地磁异常ΔΤ化极等值线综合平面图

DC01、DC04地磁异常分别对应C01、C04航磁异常，对比二者形态基本一致，但地磁异常细节更加丰富，异常定位更加准确，在一定层面上起到促使航磁落地的作用[8]。DC01异常位于新蔡县北西方向陈店镇一带，以零等值线圈闭形似椭圆状，北西向展布；DC04异常位于新蔡县南东方向练村一带，以零等值线圈闭形似蝌蚪，北侧伴生有-250 nT～-340 nT负异常，根据异常形态将DC04异常进一步划分为三个局部异常DC04-1、DC04-2、DC04-3，其异常具体特征见表2。

表2 陈店-练村一带局部异常编号及异常特征一览表

通过磁异常的对比分布，本次工作优先选择异常形态、赋值差异较大的DC01、DC04-1进行异常查证，以大致查清异常源为目的，深化对区域上不同形态磁异常的认知，总结此类矿致异常特征。

2.3 物性特征

物性差异是开展本次异常查证工作的重要前提，由于工作区第四系覆盖，其物性参数主要来源于钻孔岩芯，工作区地层物性参数统计结果见表3。

表3 岩(矿)石物性参数统计表

如表3所示区内磁铁矿在磁化率、密度上相对围岩高出数个等量级，表现为高磁性、高密度的特征。因区内地层电性参数测定不够完整，引用区域参数进行补充[9]，从表3中可见,铁矿石极化率较高、电阻率较低，较围岩具有明显的电性差异。以上特征表明，在区内采用磁法、重力、电法等物探方法开展异常查证工作具备较好的地球物理前提[10]。

3 磁异常查证及成果

3.1 DC04-1磁异常查证及成果

为更好了解磁性地质体的空间分布、赋存状态、埋深等特征，在DC04-1异常区开展了1∶10 000地面高精度磁法剖面测量、1∶10 000可控源音频大地电磁测深，剖面布设垂直异常整体走向(图3(b))。

综合物探异常及钻孔成果表明DC04-1异常为铁矿化体引起的矿致异常，推测矿化体南倾、缓倾斜，埋深约700 m～900m，赋存于太古宇太华岩群地层内。高精度磁测、CSAMT勘探成果显示(图4)，赋存于太古宇地层中的铁矿化层与其围岩产生一个30 Ω·m～35 Ω·m的梯度带，表现为电阻率垂向梯度变化较小，是推测区内磁性体存在的依据；综合物探成果推测中深部存在北西向～北西西断裂构造，其与北东向断裂相互作用造成练村一带基底局部凸起，进而控制铁矿化体的埋深。

图4 练村一带 01线综合物探剖面图

钻探成果揭示练村一带地层结构为“双层结构”—自下而上为太古宇、新生界地层，新生界地层厚约700 m～800 m。太古宇太华岩群为区内主要赋矿层位，赋矿岩性主要为角闪斜长铁英岩，细粒柱粒变晶结构，条带状构造、变余层理构造，矿石矿物以磁铁矿、假象赤铁矿为主，脉石矿物主要为石英、黑云母(绿泥石)、角闪石、斜长石等。钻孔控制上下两个矿化体：上层矿化体埋深723.75 m～766.35 m，见有1层铁矿体；下层矿化体埋深804.45 m～1 031.92 m，见有5层铁矿体。矿体具体特征见表4。

表4 DC04-1异常区钻孔特征一览表

3.2 DC01磁异常查证及成果

为对DC01磁异常进行检查与解译，进一步查清异常源性质、空间分布特征，垂直异常长轴布设了1∶10 000地面高精度重磁剖面测量(图3(a))。

综合物探异常及钻孔成果表明,DC01异常为铁矿化体引起的矿致异常，利用重磁剖面及钻孔数据进行重磁正、反演[11-12](图5)，推测一个隐伏磁性地质体，其埋深较大、顶板总体埋深约在1 800 m，形态为近透镜状，厚度中间位置约为40 m，倾向北东，缓倾斜。

图5 02线重、磁联合反演解释图

钻探成果揭示陈店一带地层结构表现为“三层结构”—自下而上为太古宇、中生界、新生界，新生界地层厚约900 m～1 000 m，中生界地层主要出露为侏罗系、厚约700 m～800 m。太古宇太华岩群为主要赋矿层位，赋矿岩性为碳酸盐化阳起铁英岩，细粒柱粒变晶结构，条带状构造，矿石矿物以磁铁矿为主，脉石矿物为石英及少量阳起石等。DC01异常区共计布设2个钻孔进行验证，受钻探技术所限，ZK0001钻进1 500.19 m，终孔于中生界地层内，未揭露到矿化体；ZK0201终孔于太古宇太华岩群内，未完全控制铁矿化体，从分析结果上来看，1 744.5 m～1 749.6 m处TFe品位为6.10%～12.55%、mFe品位为0.6%～1.16%；1 749.6 m～1 751.2m处TFe品位为17.77%、mFe品位为4.97%，随取样位置由浅变深、品位由低变高，说明铁矿体还在深部。

4 物探异常的地质意义

4.1 地质认识

1)通过DC01、DC04磁异常的查证工作，对新蔡一带地层进行了重新认识，本次钻孔揭露陈店工作区地层结构为“三层结构”—自下而上为太古宇、中生界侏罗系、新生界，而非前人认为的新生界下伏地层为中生界二叠系，为新蔡一带覆盖区地层结构、年代地层单位的深化认识提供支撑。

2)结合区域地质资料及本次物探异常推断解释成果，推测新蔡一带磁异常形态整体呈北西向展布的特征为区域上北西向断裂的反映；推测总体上北西向及北东向区域断裂控制了新蔡一带基底的凸起凹陷，造成局部地层的缺失，形成不同的地层结构，使赋存于太古宇太华岩群的铁矿化体埋深呈现巨大差异。

练村工作区位于F2断裂南东盘，受断裂作用基底抬升，缺失中生界地层，与新生界直接接触，新生界地层厚约700 m～800 m，钻孔已控制铁矿化体顶板最浅埋深约700 m；陈店工作区位于F7断裂北东盘，受F7断裂作用基底凹陷，太古宇下沉，上覆中生界、新生界地层，新生界地层厚约900 m～1 000 m，钻孔已揭露铁矿化体顶板最浅埋深约1 800 m。

4.2 找矿认识

1)通过类比分析新蔡～舞阳已知铁矿区重磁异常特征[13-14]，认为总体上豫中开阔平静负磁场反映了华北陆块南缘新生界及古生界无磁性～弱磁性沉积地层特征，位于负磁场内的正异常多为太古宇太华岩群含铁变质岩系或含磁铁矿岩体引起。北西向构造格架控制着太古宇沉积变质岩型铁矿床的分布，北东向断裂与其相互作用后，造成基底凸起或凹陷，进而控制沉积变质岩型铁矿床的埋深，后期多期次的断裂、褶皱等地质作用，使矿化体空间上分布更加复杂。舞阳～新蔡铁成矿带内存在数量繁多的低缓、弱小磁异常(如C02、C03、C05等)，其工作和研究程度较低，分析总结成矿带内此类矿致磁异常特征(多表现为形态规则的正异常，呈北西～北西西向展布，北侧多伴有负异常，梯度较陡)，可为成矿带内低缓、弱小磁异常“矿与非矿”的识别提供一定的参考。

2)练村一带磁异常查证取得了较好的找矿成果，但工程布设主要集中于DC04-1磁异常区内，钻孔中见有6层矿化体，均构成磁铁矿体。结合参考文献[15]对练村铁矿床成因的研究，认为练村一带DC04磁异常区深部具有寻找大型隐伏沉积变质型铁矿床的巨大前景。

3)在陈店、练村一带采取不同的物探组合模式，提高工作精度、快速有效地确定有利成矿地段。通过总结分析重、磁、电等物探方法在各类地质体上的异常特征及其差异，证实其在舞阳～新蔡铁矿成矿带勘查工作中的适用性[16-17]。虽然DC01异常查证成果表明深部存在铁矿化体，但未能完全控制铁矿体的厚度，且目前揭露矿化体品位较弱、埋深较大，现阶段不具备经济价值，不过其异常查证的工作方法可为覆盖区寻找隐伏铁矿床提供一定参考。