低空航磁在浅覆盖区预测成矿靶区的勘查效果评价

2024-01-25岳想平陈宗刚冯旭亮

工程地球物理学报 2024年1期

岳想平，张健，陈宗刚，冯旭亮

(1.中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司,陕西西安 710065;2.甘肃省地矿局第一地质矿产勘查院,甘肃天水 741020;3.西安石油大学地球科学与工程学院,陕西西安 710065)

1 引言

我国黄土覆盖区面积超过30×104km2[1-6],研究区位于黄土覆盖区通渭县,地形基本为大片的河谷盆地、绵延起伏的山地以及沟壑纵横的黄土梁峁构成,黄土广布。成矿带属于阿尔金-祁连成矿省北祁连金铜铅锌铬铁钨稀土成矿带。区内铅锌、钨、金、铜的成矿地质条件良好,成矿带上已发现蛟龙掌铅锌矿、高家峡钒钛磁铁矿、何家坪钼矿等,矿床类型以海相火山岩型铅锌矿、岩浆岩分异型钒钛磁铁矿、斑岩型钼矿等为主。

中国自然资源航空物探中心分别在1974年,1983年在白银-天水地区开展了1∶5万航磁测量,范围均覆盖了本研究区,并圈定了2处航磁异常,分别为C-74-14和C-83-119。1974年航磁测量采用的是402型航空磁力仪,精度为10 nT。1983年采用的是光泵式航空磁力仪,调平后精度为3.7 nT,两次测量飞行离地高度在350 m以上,定位精度在100～200 m,测量精度及定位精度整体较低。

本次工作采用动力滑翔机航磁测量系统开展低空航磁测量工作,飞行离地高度在160 m以内,平面定位精度在2 m以内,测量精度在1.08 nT,通过本次工作,新圈定航磁异常4处,通过对取得的磁测ΔT做化极处理,在化极基础上进行不同高度的延拓处理,以及垂向二阶导数处理,划分了区内主要断裂构造和圈定了与成矿密切相关的岩体边界,综合研究地质成矿规律、断裂构造控矿以及花岗岩体热液成矿等因素,最终圈定了3处成矿靶区,优选了1号成矿靶区开展了激发极化法进行查证,发现并圈定了钨矿点一处,经钻探验证,提交了小型矿产地一处,取得了较好的找矿效果。

2 地质特征

研究区(图1)位于青藏高原东北缘,是我国中央造山系重要组成部分。其独特的大地构造位置使本区在丰富和发展大陆造山带形成过程、组成结构及动力学机制等方面具有举足轻重的作用。然而由于图区新生界覆盖大,地质构造研究相对薄弱,部分重要的构造带如中、北祁连构造分界带及白银-静宁构造岩浆带在图区空间延展等问题悬而未决。

区内古生代发育较为齐全,中生代缺失,第四纪分布最为广泛,部分地层仅出露于冲沟之中,分布零星,连续性差,多呈树枝状产出[7]。区内主要地层及详细岩性见表1。

1-冲积砂砾土;2-午城组风积黄土;3-甘肃群泥岩夹砾岩;4-高家湾组硅质大理岩;5-三叠系似斑状中粗粒黑云二长花岗岩;6-三叠系含斑中细粒黑云二长花岗岩;7-三叠系中细粒黑云二长花岗岩;8-地质界线;9-航磁测量范围图1 研究区地质图Fig.1 Geological map of the study area

表1 地层岩性

3 地球物理特征

3.1 地球物理场特征

3.1.1 重力场特征

区域重力场以重力梯度带间的低缓重力高为主要特征,研究区位于重力梯度带间低缓重力高的南缘,重力场呈圆形、椭圆形,总体呈北东向带状分布,表明上述异常近邻岩石在密度上有明显的差异性,推测为火山岩隆起区,覆盖较浅。

地层密度从新到老密度值呈递增趋势。在古生界-太古宇间岩层密度接近或略高于地壳表层平均密度(2.67×103kg/m3)。

岩浆岩类基性岩密度一般小于超基性岩密度。当超基性岩蚀变为蛇纹岩或发生蛇纹石化时,往往体积膨大而密度减小。

花岗岩和同质火山岩较地层平均密度偏小,而形成重力低,花岗闪长岩与地层平均密度较接近,引起重力异常不明显;闪长岩和基性辉长岩以及同质火山岩,如安山岩和玄武岩,密度高于地层平均密度,而形成重力高;超基性岩体大部分蛇纹石化,未变质橄榄岩、辉石岩等往往以残留体出现,因此在整个超基性岩体上形成重力低。

3.1.2 磁场特征

区内航磁异常整体呈北西向和北西西向展布,主要为会宁-义岗川异常区和通渭异常区。

会宁-义岗川异常区局部异常宽缓圆滑,磁场值变化较少,强度在80～240 nT,局部异常总体走向呈北西向。覆盖层较厚,形成北西向带状槽地,称炭山槽地。

3.2 岩石物性特征

3.2.1 岩石磁性特征

区内大部分岩石为非磁性或弱磁性,少数酸性、基性岩体或者岩脉磁性较强,如斜长角闪岩等磁性很强,具体岩(矿)石磁化率参数统计结果见表2。

表2 岩(矿)石磁化率参数

3.2.2 岩石电性特征

对本次采集的部分重点岩石样进行了电性测定,测定结果见表3。由表3可见,绢云绿泥角闪片岩、绢云石英片岩极化率分别达到4.49 %、3.51 %,电阻率较低,为低阻高极化特征。

表3 岩(矿)石电性参数

4 航磁场特征及推断解释

本次航磁测量线距100 m,点距2～3 m,飞行离地高度在160 m以内,平面定位精度在2 m以内。以往航磁测量线距500 m,点距20～50 m,飞行离地高度在350 m以上,定位精度在100～200 m,测量精度及定位精度整体较低。

对本次采集的数据进行了各项改正、切割线调平处理、数据网格化等处理后,绘制了1∶1万航磁测量ΔT等值线平面图。为进一步说明本次航磁测量的优势,对1∶1万航磁测量成果与以往1∶5万航磁成果进行了对比(图2),可见本次1∶1航磁与1∶5万航磁在大的形态上基本一致,但本次航磁在磁场细节方面刻画得更为细致,异常形态更为完整,部分异常还被细分为多个峰值异常组成,从而更清晰地反映出了地下磁性体内部特征。另外,由于本次航磁测量飞行高度低,且沿地形起伏飞行,还发现了一些小的弱磁异常,如C-18-6为本次新发现航磁异常,在以往的航磁异常等值线图上没有任何显示。通过本次航磁测量,为地质找矿提供了更多的磁场信息。

根据航磁异常特征共圈定了6处航磁异常,新发现4处,以往异常继续使用原编号,新发现异常分别编号为C-18-2～C-18-6。测区磁场整体表现为大面积的正异常,在西北部有部分负异常,异常整体以北东向展布,梯度变化较大,异常范围在-38.4～167.5 nT。

综合地质及物性资料,测区南部、东北部的正异常C-18-2、C-83-119、C-18-4以及C-18-5磁异常由三叠纪地层的含斑二长花岗岩引起,西北部正异常C-74-14磁异常已由钻孔验证为含磁铁矿绿泥绢云母千枚岩引起[7,8]。

将马家窑—华家岭测区ΔT磁异常向上延拓100 m、200 m、500 m、1 000 m、2 000 m后(图3),测区各磁异常极大值都不同程度地下降了,延拓后各磁异常极大值见表4。由表4可以看出,C-74-14、C-18-2在上沿过程中衰减较快,C-18-1、C-83-119、C-18-3、C-18-4衰减慢,表明引起C-74-14、C-18-2磁异常的场源较浅,引起C-18-1、C-83-119、C-18-3、C-18-4磁异常的场源较深,且为同源磁性体。

1-正等值线;2-0等值线;3-负等值线;4-航磁异常编号;5-极值点;6-水系;7-地名图2 本次1∶1万和以往1∶5万航磁ΔT等值线Fig.2 Current and prervious 1∶10 000 aeromagnetic ΔT contour map

表4 磁异常延拓不同高度极大值(单位：nT)

5 构造推断及成矿靶区圈定

由于研究区所处位置构造运动较为频繁,受构造作用,区内褶皱、断裂较多,因此可利用特定的磁场形态进行构造推断[9-12],常用的判别标志有：梯度带、不同磁场分界线、线性异常带、异常突变带、串珠状异常带、异常错动带、雁行状异常带、放射状异常带等[13-18]。

本次航磁,通过对ΔT(化极)磁异常做向上延拓、垂向二阶导数处理,依据航磁断裂判别依据在测区共划定了四条断裂带,分别为F1、F2、F3、F4,位置及走向见图4(a),其中F2断裂带在大墩村附近已被查证存在(红色实线),位置及走向完全吻合,且在该处发现钨矿点,矿体受地层及断裂共同控制。

对本次ΔT航磁异常做化极处理,在化极的基础上向上做不同高度的延拓处理,再分别对延拓后的磁异常做垂向二阶导数处理,以0值线为边界圈定了花岗岩体边界,参考已有研究成果,区内成矿与岩体密切相关,主要在岩体的凹陷空间部位。另外北西向断裂带对成矿也有导矿控矿作用,故本次综合岩体特征、断裂带以及地面查证情况,以形状似葫芦型、卡脖子状的岩体边界形态圈定为成矿有利地带,测区共圈定3处成矿有利靶区,见图4(b),分别编号为1号、2号、3号,其中1号靶区所在处在查证过程中发现钨矿化线索,后期进行了重点查证。

1-正等值线;2-0等值线;3-负等值线;4-推测断裂带;5-实测断裂带;6-第四系黄土;7-新近系泥岩;8-硅质大理岩;9-黑云二长花岗岩;10-地质界线;11-垂向二阶导数0值线;12-推测成矿有利地带;13-激电中梯剖面线图4 航磁化极等值线及断裂构造推断和成矿有利靶区推断Fig.4 Inferred map of aeromagnetic pole contour and fault structure, and inferred map of metallogenic favorable target area

6 查证及验证情况

针对本次圈定的成矿靶区,结合地面查证,优选了1号靶区,布置了4条激电中梯剖面,测线编号分别为2线、4线、6线及7线,对可引起激电异常体的埋深、产状进行了定性定量的解译,对激电综合异常较好的位置布置了激电测深,进一步查明极化体的空间展布特征,为地质找矿提供物探依据。

本次激电测量工作划分激电异常时[19-22],将曲线上的低而稳定的视极化率值ηs作为围岩介质的极化率,即正常背景值,异常下限ηsx根据式(1)计算。

ηsx=ηsb+1.5/2.5N

(1)

式中,ηsb为背景值;N以背景值的稳定性为依据,若背景值稳定,则取观测极化率的绝对均方误差值,同时系数取1.5,若背景值不稳定,则N取背景值标准离差,可用待定异常附近背景地段上n( >20)个测点的观测结果,按公式(2)计算出,同时系数取2.5。

(2)

野外工作中,选择的供电距AB为1 200 m,测量极距MN为40 m。激电中梯异常曲线见图5(a),4条剖面视极化率值变化在0.11 %～6.4 %;视电阻率范围为8.6～1 399 Ω·m。根据式(1)计算得到激电异常下限为2.3 %,根据该下限圈定了1条北东向的低阻高极化异常带,编号为JD1。该异常为低阻高极化异常,以异常中心为界,剖面西侧极化率异常均高于东侧异常,且异常西缓东陡,大致可判断极化体倾向朝西。

在该异常处采集到绿泥石英片岩,测得其极化率值最大值为2.73 %,电阻率为155 Ω·m,基本可以引起该激电异常。在4线50～56号点处有钨矿点出露,且赋矿岩石为绿泥石英片岩,本次激电异常与该矿点位置高度吻合,故推测JD1为矿致异常。

2线剖面曲线形态规则,曲线较为圆滑,对2线剖面曲线利用近似公式做半定量解释。由图6可知,该ηs剖面曲线半极值点弦长q=130 m,根据式(3)计算该激化体上顶埋深h约为65 m,过ηs曲线拐点的弦切距m=120 m,根据式(4)计算该激化体上顶埋深h约为72 m。

式中：h为脉状极化体的上顶埋深,单位为m;q为剖面曲线半极值点弦长,单位为m;m为过ηs曲线拐点的弦切距,单位为m。

1-黄土;2-紫红色泥岩;3-大理岩;4-含砾大理岩;5-绢云长石片岩;6-碎裂状二云片岩;7-石英片岩;8-长石片岩;9-绢云绿泥片岩;10-绿泥长石片岩;11-断层角砾岩;12-黄铁矿化;13-钨矿体;14-铷矿体;15-钻孔位置;16-ρs曲线;17-ηs曲线;18-矿体位置图5 激电中梯测量ρs、ηs曲线和1号成矿靶区查证7线综合剖面Fig.5 Curves of ρs and ηs measured by IP ladder and Comprehensive profile of No.1 verification of ore-forming target area 7-line

在激电中梯7线剖面45～69号点之间布置了激电测深工作,进一步查看激电中梯异常在地下的空间展布特征,激电测深电阻率、极化率断面见图5(b)。由图5(b)可知,激电异常在深部表现为明显的低阻高极化异常,且激电异常在深部有一定的延深。激电测深极化率变化在0.3 %～4.5 %,电阻率值变化在49～1 067 Ω·m,以2.3 %为异常边界圈定激电异常范围为：地表500～620 m之间约120 m,地下-170～-630 m约460 m。