综合物探方法在鄂东南龙角山—付家山矿区及外围深部找矿中的应用

2022-10-20徐富文朱柳琴谢玉福

资源环境与工程 2022年5期

卢鹏，刘敏，2，刘博，2，3，徐富文，2，盛威，朱柳琴，2，谢玉福，戴雨

(1.湖北省地质局第一地质大队，湖北大冶 435100； 2.湖北省地质局找矿突破创新中心，湖北大冶 435100;3.湖北省地质局第一地质大队院士专家工作站，湖北大冶 435100)

鄂东南矿集区位于长江中下游铁铜成矿带的西端，是一个以铜铁金矿为主、伴随钨钼的矿集区。近年来，铜绿山铜铁矿、鸡冠咀金铜矿、铜山口铜矿等铜铁金矿老矿山深边部找矿均取得重大突破或重要进展，但钨钼矿勘查进展不大[1-2]。而相邻的江西省近年来陆续发现朱溪、大湖塘等特大型钨矿床[3-4]，其成矿地质背景及物化探异常特征与本区类似，因此认为本区也有发现大型—超大型钨矿床的可能性。

鄂东南矿集区以往开展的物探方法精度不高，探测深度有限，加之各种物探方法多解性明显，因此单一物探方法对深部地质情况的反映往往不理想。随着勘查深度的逐渐加大，单一物探方法在深部找矿中的应用效果逐渐下降，而综合运用多种物探方法往往能在深部找矿中取得较好效果[5-8]。金山店铁矿床通过地面高精度磁测、井中三分量磁测和可控源音频大地电磁法(CSAMT)测量工作，圈定了深部断裂接触带构造，扩大了Ⅰ、Ⅱ号矿体规模[9]。鸡冠咀金铜矿床通过高精度磁法、重力剖面测量、CSAMT剖面测量，结合井中物探等工作，推断了深部接触带的存在，在逆冲断层下盘新发现了Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ号矿体[10-11]。铜绿山铜铁矿床选用CSAMT及井中磁测对断裂复合侵入接触构造和磁性矿体进行定位，新发现了ⅩⅢ、ⅩⅣ、ⅩⅤ号矿体[12-16]。为取得鄂东南矿集区钨矿深部找矿突破，亟需在龙角山—付家山矿区及外围开展综合物探找矿工作。

本文对近年来龙角山—付家山矿区开展的重力、磁法、CSAMT工作进行系统梳理，对物探数据进行二次处理、反演，结合钻孔信息，圈定与成矿关系密切的龙角山、付家山花岗闪长斑岩体在不同深度的范围和形态，获取含矿地质体与物探异常的对应关系，优选找矿靶区，以期有效指导地质找矿工作。

1 研究区地质概况

龙角山—付家山矿区位于下扬子台褶带西端的大冶凹褶断束内，殷祖复式背斜北翼之鹿耳山背斜的次级褶皱——龙角山背斜的北翼，殷祖岩体北东缘和阳新岩体北西部[17]。研究区内从南至北依次出露志留系—三叠系地层，缺失泥盆系地层。志留系地层主要为碎屑岩，石炭系—三叠系地层主要为碳酸盐岩，地层整体走向NEE，倾向NNW，倾角一般为50°～60°。区内岩浆岩主要为呈岩株状产出的龙角山岩体和呈不规则肾状产出的付家山岩体，岩性以花岗闪长斑岩为主，成岩年代为燕山期[18-19]。区内构造较发育，整体为一单斜构造，局部发育小规模褶皱，自西向东呈波状分布。褶皱轴向NNE，多表现为短轴和鼻状褶皱，显示出多期褶皱叠加的特征。断裂构造主要由探矿工程揭露而发现，大致分为NE、NW以及NEE-EW向三组。碳酸盐岩地层与岩体接触形成侵入接触带构造，其形态复杂，在平面和剖面上均呈波状起伏。

研究区铜钼钨矿主要与燕山期岩浆侵入作用形成的龙角山、付家山岩体有关，成矿与成岩几乎同时发生[20]。成矿地质作用主要为岩浆岩与碳酸盐岩围岩的接触交代作用和岩浆期后热液充填交代作用，矿体受接触带或岩体附近的硅钙界面及层间破碎带的控制，与矽卡岩有密切的空间关系，矿床成因类型为矽卡岩型[17，21]。

2 研究区地球物理特征

2.1 岩(矿)石物性特征

物性是地球物理解释的基础。本文收集和统计了区内主要岩(矿)石的密度、磁性和电性资料(表1)，并根据研究区内17个钻孔的电阻率测井成果，对同一岩性采用深度加权平均的方式计算平均视电阻率，其结果见表2。

表2 岩(矿)石视电阻率参数统计表

2.1.1密度特征

由表1可以看出,碎屑岩类密度较小，一般<2.60 g/cm3；岩浆岩类密度一般>2.60 g/cm3，较碎屑岩类密度稍大；碳酸盐岩类密度较大，一般在2.70 g/cm3以上；矽卡岩密度为2.77 g/cm3；矿石类密度最高，均在3.03 g/cm3以上。密度由低至高排序为：碎屑岩类<岩浆岩类<碳酸盐岩类<矽卡岩<矿石类。

2.1.2磁性特征

由表1可以看出,碎屑岩类、碳酸盐岩类为无或弱磁性,岩浆岩类为中等磁性,矿石类为强磁性。

表1 岩(矿)石物性参数统计表

2.1.3电性特征

测井电阻率和视电阻率整体表现出如下趋势：碎屑岩类整体呈低阻特征，当发生角岩化时电阻率显著上升；碳酸盐岩类如大理岩和灰岩整体呈高阻特征；岩浆岩类以花岗闪长斑岩为主，整体呈高阻特征，仅闪长玢岩呈相对低阻特征，当岩浆岩类存在高岭石化、矿化时，电阻率明显降低；矽卡岩呈中阻特征，当存在矿化时，电阻率进一步降低；各类矿石均呈低阻特征。岩(矿)石受构造、风化、蚀变等影响，电阻率会发生很大变化，如碳酸盐岩因构造破碎和充水会表现为低阻,风化蚀变的岩浆岩会转变为低阻，因此在物探解译过程中需结合地质和其他物探方法进行综合判断。

2.2 区域重力场特征

区域1∶5万布格重力异常图见图2。区域重力异常整体表现为东西两侧低中间高和南低北高的特征，与东西两侧为低密度岩体、北部为高密度碳酸盐岩地层、南部为低密度碎屑岩地层的地质情况相吻合。研究区南西侧重力异常走向与殷祖岩体走向基本一致，在岩体周缘形成密集的NW向和NE向重力梯度带；东侧受阳新岩体影响，重力异常向东逐渐降低，整体呈NNW走向。

图1 研究区地质简图

图2 区域布格重力异常图

2.3 区域磁场特征

区域1∶5万航磁化极异常图见图3。区域磁异常总体表现为两侧高中间低的特征，对殷祖岩体、阳新岩体的边界反映较清晰。研究区东侧受阳新岩体的影响，梯度带基本呈NW向展布，且向北东方向逐渐升高；南西侧密集的磁异常梯度带呈未封闭的弧形分布，与殷祖岩体边界走向基本一致；北西侧局部小范围的高磁异常对应出露的小岩体，可能为姜桥岩体向东部延伸的反映；北西侧中部与南部的负磁异常为无磁性地层的反映。

图3 区域航磁化极异常图

3 物探异常的解译

3.1 1∶1万重力异常特征与地质解译

图4 布格重力异常等值线图

图5 布格重力异常小波二阶细节等值线图

3.2 1∶1万磁法异常特征与地质解译

采用IGRF11模型，计算得到研究区平均地磁要素分别是磁倾角45.4°和磁偏角-4.3°，进而通过傅里叶变换在频率域转换得到磁异常数据化极结果。从磁异常化极等值线图(图6)可以看出，龙角山—付家山一带以西为低磁异常区，接触带附近为密集的磁异常梯度带，反映岩体向西陡倾；龙角山—付家山一带及其东缘为高磁异常区，磁异常的形态呈NNE向展布，与龙角山、付家山岩体的走向基本一致，异常东部超出岩体出露范围，反映岩体在深部向东延伸。高磁异常中心多集中在岩体与其东缘地层接触带附近，且与已知铜钼钨矿体平面投影位置耦合较好，如M2、M3和M4磁异常分别对应1号、520号和大面矿体。

图6 磁异常化极等值线图

为了消除区域磁场的影响，突出剩余磁异常，在磁化极异常基础上进行了小波多尺度分解，根据化极磁异常上延结果与滑动窗口平均结果进行对比，将磁异常分解为4阶(图7)。一阶细节对应浅表磁异常，异常较杂乱，多分布在岩体及附近；二阶细节磁异常范围与龙角山、付家山岩体出露范围基本一致；三阶细节和四阶细节显示龙角山—付家山磁异常形成一个整体，异常范围与地表出露的龙角山、付家山岩体相比向南东有延伸，且随着深度增大，磁异常向南东延伸范围越来越大，说明龙角山岩体和付家山岩体在深部连为一体，且岩体倾向SE。

图7 磁异常小波多尺度分解等值线图

3.3 CSAMT剖面异常特征与地质解译

近年来研究区实施了一系列CSAMT剖面测量工作(图8)。本次研究基于最新地质认识，结合物探电阻率测井统计的岩(矿)石视电阻率参数、平面重磁成果和已施工钻孔岩性分层，对典型CSAMT剖面重新进行了数据处理、反演和地质解译(图9)。

图8 CSAMT剖面布置图

图9 CSAMT电阻率断面及地质解译图

Ⅰ、54、72、78、84、90线剖面位于付家山岩体及其南东侧，Ⅰ线剖面方位角为140°，54、72、78、84、90线剖面方位角均为155°。各剖面由北西至南东依次出露付家山花岗闪长斑岩体、二叠系碳酸盐岩地层、石炭系碳酸盐岩地层和志留系砂岩地层。花岗闪长斑岩体表现为中—低阻特征，浅部电阻率较低，深部电阻率增大；二叠系碳酸盐岩地层电阻率变化较大，整体呈中—高阻特征，当炭质含量较高或有岩脉穿插时，电阻率明显降低；石炭系碳酸盐岩地层受沿C-P、C-S不整合面侵入的岩脉影响，主要表现为低阻特征；志留系砂岩地层较为致密，受角岩化的影响，表现为高阻特征。从以上6条CSAMT剖面的电性结构对比可以看出，付家山岩体深部向南东延伸，在靠近西侧的Ⅰ、54线附近向南东延伸范围较大，产状平缓；而在靠近东侧的72、78、84、90线附近向南东延伸范围较小，产状较陡。

11、15线剖面位于付家山岩体和龙角山岩体西侧。11线剖面由北西至南东依次出露三叠系碳酸盐岩地层、二叠系碳酸盐岩地层、石炭系碳酸盐岩地层、志留系砂岩地层和龙角山花岗闪长斑岩体。三叠系碳酸盐岩地层为高阻特征；二叠系碳酸盐岩地层电阻率变化较大，整体呈中—高阻特征，当炭质含量较高或有岩脉穿插时，电阻率明显降低；石炭系碳酸盐岩地层受沿C-P不整合面侵入的岩脉影响，主要表现为低阻特征；志留系砂岩地层较为致密，受角岩化的影响，表现为高阻特征，与龙角山花岗闪长斑岩体无法从电性上区分。剖面北西中深部大范围的低阻区由构造破碎和花岗闪长斑岩侵入共同引起。15线剖面由南西至北东依次出露石炭系碳酸盐岩地层、二叠系碳酸盐岩地层和付家山花岗闪长斑岩体。剖面南部深部为致密的、角岩化的志留系地层，表现为高阻特征；石炭系碳酸盐岩地层为低阻特征；二叠系碳酸盐岩地层电阻率变化较大，整体呈中—高阻特征，当炭质含量较高或有岩脉穿插时，电阻率明显降低；石炭系和二叠系地层接触面附近见陡立的低阻条带，由构造破碎和花岗闪长斑岩侵入共同引起；剖面北部岩体与二叠系地层均表现为中阻特征，界线不明。

13线剖面中部为龙角山花岗闪长斑岩体，两侧主要为志留系砂岩地层。花岗闪长斑岩体和志留系砂岩地层均表现为中—高阻特征，两侧接触带附近可见电性梯度带。南东侧接触带附近有局部低阻异常，结合ZK1301钻孔岩心情况和大面矿体有向南延伸的趋势来看，该低阻异常为蚀变岩体和接触带附近的热液脉型矿体引起的。

3.4 综合物探异常的解译

磁异常各阶次小波多尺度分解结果可以清晰地展现出不同深度的磁场特征，较好地反映岩体随深度的变化规律。对小波细节做功率谱分析，二阶、三阶、四阶细节分别对应似场源深度400、600、1 100 m。综合小波细节功率谱深度、重力成果、CSAMT成果和已施工钻孔岩心情况，圈定了岩体在400、600和1 100 m深度的大致范围(图10)。

4 物探方法有效性评价

高精度重力、磁法扫面已广泛应用于金属矿勘查，其施工快、效果好。研究区1∶1万高精度重力、磁法扫面在圈定岩体边界、确定岩体深部延伸方向上效果良好，磁法在圈定成矿部位上效果明显。研究区碳酸盐岩、碎屑岩、岩浆岩及矿体存在密度、磁性上的差异，通过多平面重磁数据的处理、位场转化，大致圈定了龙角山岩体和付家山岩体在不同深度的分布范围，认为龙角山岩体和付家山岩体在深部连为一体，整体呈NNE向展布，且岩体倾向为西陡东缓。研究区已知矿体与磁异常对应较好，与重力异常无明显对应关系，可利用磁法成果圈定浅部矿体。

CSAMT具有如下优点：①相比天然源的MT(大地电磁测深)和AMT(音频大地电磁测深)，CSAMT利用人工源，能接受到更强的电磁信号，有利于压制研究区较强的电磁干扰；②仪器较为轻便，施工效率高，适用于地形条件较差的山区；③探测深度较大，可达2 km左右，能满足研究区对勘查深度的要求。研究区CSAMT成果所反映的剖面二维电性结构与实际地质情况对应良好，基本能反映出各地质体的分布；另外钻孔测井电阻率曲线与CSAMT断面图在电阻率相对高低关系上基本一致，证明CSAMT成果能较真实地反映深部电性结构。CSAMT亦有不足之处，由于电磁类方法的“体积效应”以及研究区存在较强的电磁干扰、反演的多解性等问题，CSAMT对较小规模地质体的反映存在一定的精度限制。另外，研究区深部电性结构复杂，同一种岩性由于致密程度、构造和裂隙发育程度、是否含水、是否含炭质等因素的影响，电阻率变化范围很大，给解译带来困扰，因此必须结合地质情况，特别是钻孔岩心及物探测井资料，经过综合分析，才能得到较为合理的地质解译成果。

5 找矿靶区圈定

5.1 地球物理找矿标志

综合分析重力、磁法和CSAMT成果，总结出研究区矽卡岩型铜钼钨矿的地球物理找矿标志(表3)。浅部矿体多位于重、磁异常梯度带的局部相对高重高磁低阻部位，而深部矿体引起的重磁异常微弱，地表难以观测到明显的局部异常，可以利用岩体低重高磁、大理岩高重低磁的特点，对重磁数据采取位场转换、小波多尺度分解等手段，并结合CSAMT断面反映的电性结构，圈定深部岩体范围和接触带位置，以此进行间接找矿。

表3 地球物理找矿标志

5.2 找矿靶区

研究区已知浅部铜钼钨矿体多位于付家山、龙角山岩体与碳酸盐岩地层接触带上，且明显对应高磁异常梯度带和圈闭的高磁异常中心，如1号、520号、大面矿体分别与M2、M3、M4磁异常对应。综合分析后认为，付家山岩体北西缘和龙角山岩体南缘圈闭的高磁异常中心部位为成矿有利部位，由此圈定了找矿靶区1和找矿靶区2(图11)。