基于高精度重磁方法在圈定超基性岩体中的应用研究

罗 睿，区小毅，黎海龙，莫亚军，杨富强，朱国器

(1.广西壮族自治区地质调查院，广西 南宁 530023；2.广西壮族自治区地球物理勘察院，广西 柳州 545005；3.中国-东盟地学合作中心(南宁)，广西 南宁 530023)

0 引言

近十多年来，我国的地质找矿工作取得了众多新进展，对于成矿理论的研究也较以往更加丰富且深入，而基性—超基性岩体与铜、镍、钴、铬等矿种在空间上有着非常密切的关系，国内在“小岩体成大矿”的超基性岩体方面的研究也形成了较多典型。华南地区酸性火成岩分布广泛，但其中也有较多地区具有基性—超基性火成岩分布，以桂北地区为例，通过分析研究区的重力场与磁力场特征，探讨该地区基性—超基性岩的形态、构造环境特征与铜、钴、镍等的成矿关系，具有重要的找矿意义[1-3]。

由于重磁异常能够对基性—超基性岩体有较为理想的反映，基性—超基性岩体与有色金属矿产密切相关，因此在广西九万大山钨锡铜镍铅锌找矿远景评价项目中，实施了大比例尺高精度的重、磁剖面测量工作，查明了基性—超基性岩体空间分布形态特征，圈定了矿化有利部位并布置了少量钻探工程进行深部验证，对其找矿潜力做出了初步评价[4-6]。

1 研究区地质概况

研究区位于元宝山复式花岗岩体西部，北部是云贵高原的东南缘，研究区地势北高南低，平均高程约为700 m。出露地层主要为四堡群；岩浆岩有摩天岭超单元花岗岩、四堡期基性—超基性；主要出露的岩体有寨怀—培地岩体。元宝山西侧地区已发现了与宝坛地区铜镍矿床相同类型的大东江、寨怀等镍钴矿点[7-10]。

此外，元宝山一带锡铜矿成矿规律受深大断裂的控制明显，背斜、穹窿和隆起区是锡矿成矿的区域控矿构造，九万大山穹褶带、元宝山背斜等构造隆起区，是本区锡矿的集中分布区；而深大断裂则是控制成矿花岗岩和锡矿的主要构造，它们控制了岩体的分布和锡矿的形成；如四堡断裂、平垌岭断裂控制四堡期本洞花岗岩、雪峰期平英、清明山、元宝山花岗岩及其周边的矿床[11-14]。

重、磁研究区主要位于寨怀—培地矿段，该区的基性—超基性岩体的接触带是寻找镍、钴矿的重要地段，通过高精度的重、磁勘探将能够进一步了解基性—超基性岩体接触带的空间分布特征。该矿段的矿体产于寨怀—培地岩体东侧及南侧接触带内侧，顺着接触带产出，与接触带产状一致，北东走向；含矿岩石为铁锰质渲染绿泥片岩、绿泥透闪片岩，大多存在强烈的片理化现象，片理化越强矿化越好；矿石为细粒状，细粒结构、块状构造。金属矿物为黄铁矿、磁铁矿、镍黄铁矿，脉石矿物以蛇纹石为主(图1)。

图1 研究区地质及工作部署图

2 地球物理与地球化学特征

2.1 区域地球物理特征

研究区位于九万大山—越城岭复杂磁场区。从广西全区航磁异常资料可知，在元宝山岩体西侧至宝坛一带呈现出众多的局部环形磁异常群。超基性岩具较强磁性，铜镍矿体通常伴有磁黄铁矿，研究区的11处小型铜、镍矿床均有航磁异常与之对应，磁异常应为两者的综合反映。元宝山岩体西侧的航磁异常与超基性岩有关，且重叠的Cu、Ni元素异常高于超基性岩背景含量或已发现有铜镍矿(化)点的磁异常，是找铜镍矿的有效信息。

从广西全区布格重力异常资料可知，研究区位于元宝山—都安—大新的NE—NNE向重力梯度带与元宝山—桂林—贺县的NW—SE走向的重力梯度带的交汇部位；在60 km×60 km窗口分离的剩余异常结果中，研究区位于NE向的元宝山重力低西侧与近SN向的三防重力低东侧之间，整体上属于越城岭—凌云花岗岩带、桂北台隆西段九万大山穹褶带。研究区出露的橄辉岩等超基性岩发育于四堡群文通组和鱼西组下部，为多旋回的镁铁质—超镁铁质火山杂岩，它不仅是镍钴铜硫化物矿床的容矿围岩，也是提供成矿物质来源的母岩。

2.2 区域地球化学特征

1∶5万水系沉积物测量成果显示，元宝山西侧地区存在大面积的Ni元素异常，总体走向为NE向，异常浓集中心明显，异常值大于1000×10-6的有塘苟山、培秀山、小桑、培地山、寨怀—培地等5个异常，异常值最高达7038.4×10-6(塘苟山)；同时还有大面积的Co元素异常。元宝山西侧地区已发现了与宝坛地区铜镍矿床相同类型的大东江、寨怀等镍钴矿点；这些异常和已知镍钴矿点形成了元宝山花岗岩体西侧的塘苟山—甲乐镍钴矿带，南北长约30 km，镍钴矿产于超基性岩体东侧内接触带，可分为甲乐、寨怀—培地、塘苟山三个矿段。

3 区域岩(矿)石物性特征

3.1 岩(矿)石磁性特征

研究区主要出露的岩石有橄辉岩、辉长岩、石英岩、蛇纹岩、硅化石英片岩、云母石英片岩、白云石英片岩等，采集了橄辉岩、辉长岩、石英岩、蛇纹岩、硅化石英片岩等标本，分别测定了其密度与磁性参数并统计其规律。根据桂北地区岩矿石磁参数与实测标本磁性参数可知，研究区内超基性岩磁性最强，平均磁化率值近10 000个计量单位；变质岩一般具弱—中等磁性，平均磁化率值为数千个计量单位；沉积岩为极微至无磁性，平均磁化率值一般为几百甚至超过1000个计量单位(表1)。

表1 研究区岩(矿)石磁性参数统计

3.2 岩(矿)石密度特征

研究区区域上的基性—超基性岩的密度相对较高，密度值一般为(2.85～2.95)×103kg/m3；变质岩和致密沉积岩等的密度居中，密度值一般为(2.65～2.75)×103kg/m3；中酸性岩浆岩和疏松沉积岩的密度偏低，密度值普遍为(2.40～2.60)×103kg/m3(表2)。由于研究区的主要目标物为基性—超基性岩体，而研究区出露地层有四堡群鱼西组千枚岩、变质砂岩及丹洲群白竹组变质砾岩、变质含砾砂岩等，它们之间存在一定的密度与磁性差异，物性参数统计结果显示具备了较为理想的地球物理前提条件，开展大比例尺高精度重、磁剖面测量能够有效圈定出(半)隐伏岩体的空间展布特征，并在此基础上探讨与矿化蚀变关系较为密切的局部异常，为推断解释提供了较为充分的基础依据。

表2 研究区岩(矿)石密度参数统计

4 高精度重磁测量与数据处理

4.1 高精度重磁测量

本次工作在研究区开展了1∶1万高精度重、磁剖面测量工作，测线方向大致垂直研究区主构造方向，呈NWW—SEE向布设，其中磁测剖面24条，网度为200 m×20 m，剖面长度共计30 km；重力剖面13条，网度为400 m×40 m，剖面长度共计30 km(图1)。

4.2 重磁数据处理

野外实测的磁异常中包含了各种观测误差和浅部不均匀体引起的异常，通常这些异常叠加在有效异常之上，为了把它们区分开来，需要对实测磁异常做了剔除畸变点、数据滤波等处理。本次磁测数据处理采用MAGS4.0磁法处理软件进行了化极、延拓等异常分离处理，选取的网格距为20 m×20 m，数据处理方法主要包括：①根据磁测局部异常的规模，分别采用不同的滤波因子进行区域异常和剩余异常分离；②对磁测异常求向上延拓，目的在于压制浅部磁体的干扰，突出深部磁体产生的有意义的异常；③对磁测异常求向下延拓，可以压制深部干扰而突出浅部的异常信息；④利用小波多尺度分析法进行磁异常分离，与重力异常小波分析结果对比分析重磁同源现象及目标物的空间形态特征。

本次重力数据处理采用了RGIS软件中区域重力数据库所附功能进行资料的网格化及各种处理计算，选取的网格距为40 m×40 m，数据处理方法主要包括：①根据重力局部异常的规模，分别采用边长为80 m、160 m、320 m和640 m的正方形窗口滑动平均法进行区域异常和剩余异常分离；②采用罗森巴赫Ⅱ式进行垂向二次导数异常计算，通过对比半径取640 m效果最为理想；③利用小波分析对布格重力异常进行了多尺度的异常分离，并对隐伏岩体的空间位置和形态进行了分析。

5 成果资料推断解释

5.1 磁异常特征与推断解释

磁场特征 根据ΔT磁异常平面等值线图(图2a)可见，整个研究区以正值异常为主，南强北弱，且呈多个异常中心、梯度较陡；研究区的西北侧为负磁异常区，由于研究区范围限制，北西侧的零值线基本完整，而南东侧的零值线断续分布；整个研究区的ΔT正磁异常基本反映了基性—超基性岩的分布情况，零值线与岩体出露边界相当吻合。从对ΔT做上延200 m处理结果可见(图2b)，研究区的磁异常区域特征更为明显，整个正磁场区已经连成了一片，西北侧的零值线仍然与岩体出露边界吻合，而东南侧的零值线向东位移了数百米；此外，西北侧的等值线较东南侧的等值线密集，这充分说明了岩体西北侧较为陡立，并且向东南方向倾伏，在一定深度岩体为一巨型岩基。

图2 研究区高精度磁测成果图

从磁场的各阶次小波变换处理结果(图3)来看，一、二阶细节主要反映了磁异常呈NE向、条带状分布特征，与研究区的断裂构造特征和岩相边界吻合，这说明了断裂以及岩体与围岩的接触边界中存在较强的磁性源，推断为超基性岩体与磁铁矿化带叠加所致；随着小波分离阶次的增加，NE向的条带状异常特征逐渐减弱，到了四阶细节表现为几个独立且完整的正值圈闭异常；对比重磁异常高阶次的小波分析特征，重磁场均反映了同源的地质体特征，场源中心基本吻合；其中，磁场反映的浅部信息更为丰富。

图3 研究区高精度磁测小波分析平面等值线图

整个研究区是以磁力高异常为主。共圈定局部磁异常13个，其中磁力高异常10个，磁力低异常3个。结合物性特征来看，研究区内引起明显磁异常的地质体主要有三类：①基性—超基性岩体，主要引起磁力高异常(如C2、C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13)；②变质围岩，主要引起磁力低异常(如C1、C4、C5)；③性质不明的地质体引起的磁力高异常(C3)。

5.2 重力异常特征与推断解释

由于研究区主要位于走向北北东的超基性岩体之上，研究区布格重力异常(图4a)呈现出了4个NNE向阶梯分布的重力高值异常区，重力值从南往北逐渐减小，异常的东部边缘较为陡倾、西部边缘相对平缓；研究区的东北角，出现了密集的重力梯度带，梯度变化达3.0×10-5(m·s-2)/km。从经过异常分离得到的区域场来看，NNE向的阶梯状舌状特征更为明显。

图4 研究区重力异常及断裂构造推断图

通过对比分析选择了640 m×640 m的窗口分离出剩余重力异常(图4b)，整个研究区以重力高异常为主，共圈定局部重力异常18个，其中重力高异常11个，重力低异常7个；重力低异常除G6以外，其他局部重力低异常均位于研究区的两侧。

结合物性特征来看，研究区内引起明显重力异常的地质体主要有三类：①基性—超基性岩体，主要引起重力高异常(如G3、G4、G7、G8、G11、G13、G15、G16、G17)；②变质围岩，主要引起重力低异常(如G1、G2、G9、G10、G12、G14、G18)；③性质不明的地质体引起的重力低异常(G5、G6)。

以上重力场异常特征说明了如下两点：①岩体沿NE向断裂构造呈多期次侵入，并受NW向的次一级断裂构造所控制，故呈明显的阶梯分布；②南部岩体规模相对较大，出露分布较广，往北岩体侵入规模逐渐变小，活动强度减弱。

小波变换是将重力场进行多尺度分解，每一阶次的小波细节均反映了不同深度的密度变化情况；从小波细节各阶的情况来看，各阶均较好地反映出了NE向构造是研究区的主干构造，并从一阶至四阶有向东南倾伏的迹象(图5)。

图5 研究区重力小波分析平面等值线图

研究区的主要目标物是基性—超基性岩。

从定性角度看，一、二阶细节分离出来的异常较为分散且规模小，正异常区反映了未划分岩相浅部基性—超基性岩的横向上密度变化情况，负异常区反映了围岩的密度变化情况；随着阶次的增加许多独立的异常连成了条带状，反映了基性—超基性岩中深部以岩墙形式存在；尤其是小波四阶细节明显地表现为几个独立且完整的的圈闭正、负异常，其西北侧的零值线与一、二、三阶次的相比基本没有位移，且与西北侧岩体出露的边界对应较好；而东南侧的零值线逐阶向南东位移，小波四阶细节的零值线与岩体的关系更为明显，进一步说明了岩体深部在西北侧较陡立，在东南侧较平缓。同时，呈NE向条带状走向的正异常，反映了受元宝山复式背斜基底褶皱影响的基性—超基性岩的展布特征。

从半定量的角度看，多阶次小波变换的细节处理结果，其尺度是以二次方递增的，且与网格距成正比；也就是说一阶细节主要反映了埋深约40 m以上的密度差异情况，那么二阶细节则反映了厚度约为80 m的密度差异情况，对应的深度约为40～120 m；三阶细节反映了厚度约为160 m的密度差异情况，对应的深度约为120～280 m；四阶细节反映了厚度约为320 m的密度差异情况，对应的深度约为280～600 m。

5.3 重磁综合异常特征与推断解释

研究区内断裂构造较为发育，从重磁信息所反映的主要是一些浅层断裂构造；因研究区面积较小，对深大断裂的反映不明显。利用重磁异常场推断断裂构造的标志主要包括：①重磁异常梯级陡变带；②呈线状或长带状延伸的磁力高(低)带和重力低带；③不同类型、不同性质的重磁场分界线；④沿一定方向呈串珠状排列的重磁异常带；⑤高磁场带与低磁场带的线型边界，重力高与重力低的线型边界；⑥异常轴、带的水平错动；⑦重磁等值线的同向扭曲。

对于断裂构造的推断以重力异常场为背景，结合磁场异常的特征，根据上述判断标志，在研究区内推断了9条断裂构造(图4)。按不同走向断裂构造分为两组：NE向4条，NW至NWW向5条；NE向为研究区主要断裂构造，这些断裂构造控制了研究区的岩体侵入和矿床(点)的分布，其中NE向与NW向断裂构造的复合部位为成矿创造了有利的空间。

由于重力与磁法的探测深度不一致，重力的探测深度相对要比磁法的探测深度大，高精度磁法主要反映的是相对浅层的磁场变化情况；此外，重磁探测目标物的物性差异一般也有高密度高磁化、高密度低磁化、低密度高磁化以及低密度低磁化等几种可能。因此，通过重磁异常相互结合分析，可以更为全面地反映研究区的岩体分布情况，从而达到研究成矿规律的目的。经过对比分析，认为研究区内的重磁局部异常主要有以下几个特征：①基性—超基性岩体一般呈重力高、磁力高；②围岩一般呈重力低、磁力低；③局部磁力高异常C3、C8、C10、C13落在重力低异常上(G6、G9、G12、G18)，而且基本上落在岩体与围岩的接触带上。根据已知的地质情况来看，初步推断为铁锰质渲染绿泥片岩、绿泥透闪片岩等造成，是下一步地质工作值得注意的地方。

为了进一步探讨基性—超基性岩体接触带的空间分布情况，用2.5D人机选择程序对剩余异常作浅层侵入拟合计算，其中选择260线作为拟合剖面(图6)。密度以2.67×103kg/m3为基准，高于基准的取正值，低于基准的取负值，其中岩体的密度差取0.18×103kg/m3；拟合时充分考虑了地形起伏和地质条件等情况，从拟合的结果可以看出，岩体西北侧相对较为陡立，东南侧相对较为平缓，岩体整体往东南方向倾斜，倾角在40°～50°之间。

图6 260线2.5D重力异常正演拟合剖面图

在上述定性、半定量分析成果的基础上，根据重力异常的垂向二阶导数及剩余重力异常的零值线范围，并结合已知的钻孔资料及实际地形情况，给定界面的平均深度为380 m，基性—超基性岩体与围岩的密度差为0.18×103kg/m3，迭代次数取10次，滤波因子取50，进行界面反演计算。通过界面反演计算圈定了基性—超基性岩体的边界，得到了甲乐—塘苟山研究区基性—超基性岩体空间形态分布，岩体的平均埋藏深度大约从地表至-400 m深度范围之间，大致呈NE向长条带状曲折展布(图7)。

图7 研究区基性—超基性岩体形态分布图

6 结论

1)通过实施1∶1万高精度重力剖面和磁法剖面测量工作，有效查明了研究区内的重磁场异常特征，厘清了断裂构造展布格架，圈定了局部重力异常18个，磁异常13个，推断了断裂构造9条。重磁异常基本对应，重磁同源是本研究区的一个主要特点。

2)通过重磁异常综合分析，认为重磁异常同源性质明确，引起重磁异常的根源为该地区的基性—超基性岩体；深入分析了局部磁力高异常与局部重力低异常的对应关系，主要为铁锰质渲染绿泥片岩、绿泥透闪片岩等目标体的反映，是研究区下一步工作的重点。

3)通过截取260线剖面对寨怀—培地段25号岩体(C9/G13)的空间形态及产状作了较详细的研究，结合各阶次的小波分析成果，认为研究区底部为巨大的基性—超基性岩基，西北侧较陡、东南侧较缓。

4)利用界面反演计算获得了研究区基性—超基性岩体的空间形态分布，分析认为岩体两侧的倾伏端与围岩的接触带为该地区成矿有利空间；因超基—基性岩与围岩接触部位受后期构造作用使含矿溶液沿其间隙充填，形成规模较大的似层状矿体，并且经验证具有工业意义的铜、镍、钴矿床一般分布在超基性岩体边缘相的片理化带中，重力异常G1的东侧与ΔT磁异常C5的西侧为该地区成矿有利空间。

5)从本次投入的高精度重磁方法成果来看，这两种方法在本地区有很好的适用性，可以较准确地圈定出(半)隐伏基—基性岩体分布、埋深等特征；建议在甲乐矿段、塘苟山矿段开展系统的高精度重磁勘探工作，对重点异常区布置重磁精测剖面，能够进一步深入研究元宝山西侧与超基性岩关系密切的铜、钴、镍的成矿规律，为地质找矿工作提供物探指导。