西天山地區(qū)巖礦石磁化率研究及應(yīng)用

范子梁,張玄杰,余學(xué)中

(中國(guó)國(guó)土資源航空物探遙感中心,北京 100083)

地殼中的巖石和礦體處在地球磁場(chǎng)中,從它們形成時(shí)起,就受其磁化而具有不同程度的磁性,其磁性差異在地表引起磁異常[1].西天山地區(qū)以往磁化率數(shù)據(jù)較少且較為分散,同時(shí)缺乏系統(tǒng)的總結(jié),為了充分了解各類巖礦石的磁化率特征,中國(guó)國(guó)土資源航空物探遙感中心西天山項(xiàng)目組深入研究區(qū),對(duì)各類巖礦石的磁化率進(jìn)行了野外實(shí)測(cè),野外測(cè)量物性點(diǎn)500余處,獲得有效磁化率數(shù)據(jù)15000余個(gè).依據(jù)這些實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),在西天山賽里木湖、新源、烏拉斯臺(tái)等地區(qū)完成火山巖地層、隱伏(半隱伏)巖體的圈定,進(jìn)行了找礦遠(yuǎn)景預(yù)測(cè).

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)位于中國(guó)天山山脈西段,大地構(gòu)造位置處于塔里木板塊和哈薩克斯坦-準(zhǔn)噶爾板塊結(jié)合部位.經(jīng)過(guò)不同時(shí)期的構(gòu)造演化,形成了多種成礦構(gòu)造環(huán)境和成礦構(gòu)造條件.區(qū)內(nèi)出露地層主要有元古宇、古生界、中生界及新生界,其中以?shī)W陶系、志留系、泥盆系、石炭系和二疊系分布較廣,面積相對(duì)較大.區(qū)內(nèi)火山巖主要分布于石炭系和二疊系中.在阿吾拉勒-伊什基里克、哈爾克山-那拉提等地區(qū)出露最為廣泛.區(qū)內(nèi)侵入巖較發(fā)育,巖石類型齊全,活動(dòng)周期長(zhǎng),其中以泥盆紀(jì)、石炭紀(jì)和二疊紀(jì)侵入巖最為發(fā)育,主要集中分布于博羅科努山、阿吾拉勒及那拉提一帶.

2 巖礦石磁化率測(cè)定

野外巖礦石磁化率測(cè)量使用中國(guó)國(guó)土資源航空物探遙感中心研制的ZH-1型智能磁化率儀.該儀器主要用于測(cè)定非良導(dǎo)體的交流起始磁化率,而且測(cè)定的是體積磁化率.該型儀器的分辨率為1X10-5SI(全程),測(cè)量范圍為(1～300000) 10-5SI(全程)[2].該儀器的探頭位于儀器的正下方,測(cè)量時(shí)使儀器的底面緊貼待測(cè)物體即可,儀器具有自動(dòng)增益、自動(dòng)校零、自動(dòng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和自動(dòng)傳輸數(shù)據(jù)的能力.

由于西天山地區(qū)高寒缺氧、地勢(shì)險(xiǎn)峻、氣候變化無(wú)常,野外巖礦石磁化率測(cè)定主要沿公路進(jìn)行.測(cè)點(diǎn)的選定以地質(zhì)圖為基礎(chǔ),結(jié)合地形圖和磁場(chǎng)圖進(jìn)行,主要布置于312國(guó)道烏魯木齊-石河子-奎屯-精河-霍爾果斯口岸,216國(guó)道烏魯木齊-后峽-烏拉斯臺(tái),217國(guó)道奎屯-喬爾馬-巴音郭楞-庫(kù)車,218國(guó)道霍城-伊寧-新源-零公里-巴倫臺(tái),314國(guó)道和碩-庫(kù)爾勒-輪臺(tái)-庫(kù)車-阿克蘇,220省道伊寧-阿克吐別克-特克斯-昭蘇,307省道克孜爾-拜城-五團(tuán)場(chǎng),315省道伊寧-尼勒克-喬爾馬,316省道阿克吐別克-鞏留-新源等公路上,此外沿博樂(lè)-溫泉,昭蘇-察汗烏蘇-夏特,克孜爾-黑英山等縣鄉(xiāng)公路及溝谷帶也進(jìn)行了磁化率測(cè)量.

3 巖礦石磁化率研究

3.1 地層磁化率特征

西天山地區(qū)野外共測(cè)得地層磁化率參數(shù)點(diǎn)393個(gè),獲得有效磁化率數(shù)據(jù)12776個(gè).這些參數(shù)明顯反映了古元古界、古生界、中生界和新生界各套地層的磁化率特征,不同時(shí)代地層及各時(shí)代地層中的不同巖石類型,其磁化率值具有不同的變化(表1).

表1 新疆西天山地區(qū)實(shí)測(cè)火山巖磁化率統(tǒng)計(jì)表

地層磁化率數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明,磁性地層集中分布于晚古生代,其中石炭系是區(qū)內(nèi)磁化率值最高的層位,特別是下石炭統(tǒng)大哈拉軍山組和上石炭統(tǒng)伊什基里克組是最主要的磁性層.

3.2 巖體磁化率特征

區(qū)內(nèi)侵入巖較以泥盆紀(jì)、石炭紀(jì)和二疊紀(jì)侵入巖最為發(fā)育.其中分布最為廣泛的是石炭紀(jì)和二疊紀(jì)花崗巖類.閃長(zhǎng)巖及基性-超基性巖類雖然也有分布,但較為零星.

實(shí)測(cè)磁化率數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明(表2),區(qū)內(nèi)酸性巖類磁性相對(duì)較弱,中性和基性巖類磁性較強(qiáng).花崗類磁性變化較大,其中無(wú)-弱磁性花崗巖分布最為廣泛,磁化率平均值僅為33X10-5SI;二疊紀(jì)鉀長(zhǎng)花崗巖、花崗閃長(zhǎng)巖分布也較廣,但磁性較強(qiáng),平均值在1451X10-5SI～1789X10-5SI.閃長(zhǎng)巖類一般均具有磁性,且磁化率值較高.實(shí)測(cè)到的基性-超基性巖磁化率數(shù)據(jù)較少,但磁化率值很高,如喀因曬輝綠巖體磁化率平均值可達(dá)6614X10-5SI;此外研究區(qū)東部伊連哈比爾尕山北坡分布有一條非常顯著的鎂鐵質(zhì)超基性巖帶,根據(jù)資料[3],位于該帶上的巴音溝超基性巖體磁化率平均值達(dá)7000X10-5SI.

3.3 礦石及含礦圍巖磁化率特征

礦石的磁性特征以磁鐵礦最強(qiáng),野外實(shí)測(cè)松湖磁鐵礦礦石磁化率平均值為77884X10-5SI,智博冰川磁鐵礦礦石磁化率平均值為111147X10-5SI,查崗諾爾磁鐵礦礦石磁化率平均值為141400X10-5SI,最大值可達(dá)159000 X10-5SI,阿拉斯坦東磁鐵礦最大磁化率值達(dá)187945X 10-5SI.新C-2009-2027異常見(jiàn)礦處測(cè)得鐵礦石磁化率平均值達(dá)71456X10-5SI.這些鐵礦床中不僅磁鐵礦本身具有強(qiáng)磁性,一些含礦圍巖由于受礦化作用,磁性均明顯增強(qiáng)(表3).

表2 新疆西天山地區(qū)侵入巖磁化率統(tǒng)計(jì)表

表3 礦石及礦化圍巖磁化率統(tǒng)計(jì)表

黃銅礦本身為無(wú)磁性礦物,但是由于礦床中存在磁黃鐵礦等磁性礦物,因此其礦石也往往具有較強(qiáng)的磁性,實(shí)測(cè)玉希莫勒蓋銅礦石磁化率平均值為6366X10-5SI,最大值可達(dá)14282X10-5SI,群吉薩依銅礦石磁化率平均值為8715X10-5SI,最大值可達(dá)14941X10-5SI.根據(jù)礦化后礦石及礦化圍巖磁性增強(qiáng)的這一特征,可以利用航磁資料間接尋找銅、鉬等多金屬礦床.

4 磁化率研究及應(yīng)用

4.1 磁性地層圈定

西天山地區(qū)是火山巖地層發(fā)育區(qū),根據(jù)磁化率測(cè)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果,本區(qū)內(nèi)磁性火山巖主要分布于石炭系的大哈拉軍山組和伊什基里克組.根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料,大哈拉軍山組地層厚度一般在3000多米,最大可達(dá)7500m;伊什基里克組厚度不穩(wěn)定,從326～9536m均有,常見(jiàn)厚度在1000～2000m.這兩組火山巖中的磁性火山巖磁化率在500～2500X10-5SI之間,當(dāng)具有一定規(guī)模時(shí),可引起幅度不等的磁異常.由于火山巖分布于一定的層位,因此磁異常具有一定的走向,同時(shí)火山巖磁性變化較大,引起的異常曲線往往起伏較大,跳躍頻繁.正是在磁化率特征分析的基礎(chǔ)上,根據(jù)航磁異常的組合特征及實(shí)測(cè)異常與已知地質(zhì)體的對(duì)應(yīng)關(guān)系,我們對(duì)西天山地區(qū)磁性火山巖的分布范圍進(jìn)行了圈定.

京希-伊爾曼德金礦地區(qū)位于吐拉蘇火山巖盆地西北緣,區(qū)內(nèi)分布青白口系、奧陶系、志留系、石炭系地層[4].根據(jù)磁化率統(tǒng)計(jì)結(jié)果,青白口系、奧陶系和志留系主要由灰?guī)r、砂巖組成,磁化率值僅十幾個(gè)單位,為無(wú)磁性巖石.根據(jù)相對(duì)相鄰地區(qū)阿希金礦的實(shí)地踏勘和巖礦石磁性測(cè)定,金礦石磁化率值在3～59X10-5SI之間,平均值為21X10-5SI;而圍巖(中基性火山巖)磁化率平均值為1728X10-5SI,最高值達(dá)7426X10-5SI.磁化率測(cè)定結(jié)果表明,金礦石雖然以弱～無(wú)磁性為主,但是與金礦圍巖-大哈拉軍山組基性火山巖磁化率值較高,在航磁圖上能夠引起一定強(qiáng)度的異常.伊爾曼德金礦地區(qū)地質(zhì)條件與阿希金礦地區(qū)類似,根據(jù)與周邊地層磁化率的差異,在航磁圖上對(duì)磁性火山巖進(jìn)行了圈定.圈定結(jié)果表明,航磁異常充分反映了大哈拉軍山組火山巖的分布范圍(圖1).而金礦點(diǎn)主要分布于升高磁異常的梯度帶上,因此在火山巖分布區(qū)升高磁異常的梯度帶是金礦可能的賦存部位,從而為金礦找礦遠(yuǎn)景區(qū)圈定、預(yù)測(cè)提供依據(jù).

圖1 伊爾曼德地區(qū)地質(zhì)與航磁對(duì)比圖

4.2 巖體圈定

西天山地區(qū)侵入巖分布廣,期次多,以海西期為主,加里東期僅零星出露,海西早、中、晚期均活動(dòng)強(qiáng)烈,巖性復(fù)雜,從超基性-基性-中性-酸性均有分布.除個(gè)別的花崗巖類為巖基外,其余大部分多呈巖墻、巖株、巖枝或巖脈等產(chǎn)出,巖性主要以花崗巖、花崗閃長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)巖、輝長(zhǎng)巖和淺成的斑巖類為主.實(shí)測(cè)磁化率數(shù)據(jù)表明,區(qū)內(nèi)酸性巖類磁化率平均值在33～1789X10-5SI變化相對(duì)較大,中性巖類磁化率平均值在649～3369之間,而基性-超基性巖類磁磁化率最大平均值可達(dá)7000X10-5SI.這些巖體在航磁圖上往往以引起各類升高正磁異常為主,幅值可由幾十到幾百納特,異常形態(tài)圓形、橢圓形、帶狀、條帶狀及不規(guī)則狀均有分布.根據(jù)磁異常特征知巖體與磁異常的對(duì)應(yīng)關(guān)系,結(jié)合不同巖類磁化率的差異,在磁場(chǎng)圖上即可以對(duì)巖體進(jìn)行圈定.

當(dāng)本第二個(gè)達(dá)坂地區(qū)位于博羅科努山北坡,區(qū)域內(nèi)分布的地層主要有奧陶系、志留系和石炭系,出露巖體主要為海西期二長(zhǎng)花崗巖、花崗閃長(zhǎng)巖.區(qū)域內(nèi)分布有萊歷斯高爾鉬礦、哈勒尕提銅礦、3571銅礦、七興金多金屬礦等礦床(點(diǎn)).萊歷斯高爾鉬礦位于海西期花崗閃長(zhǎng)巖與上志留統(tǒng)博羅霍洛山組碎屑巖的接觸部位.哈拉尕提銅礦位于中酸性侵入巖與碳酸鹽巖接觸帶中,為典型的矽卡巖型銅礦床[5].根據(jù)周邊地區(qū)實(shí)測(cè)的巖石磁化率特征,花崗巖、二長(zhǎng)花崗巖磁化率值較低,平均值在33X 10-5SI～579X10-5SI之間,而花崗閃長(zhǎng)巖磁化率值較高,平均值可達(dá)1789X10-5SI.通過(guò)地質(zhì)圖與航磁化極等值線圖對(duì)比可知,同一時(shí)代,不同侵入次的巖體的磁性也有差異,海西中期第三侵入次明顯不是引起磁異常的主要地質(zhì)體,而海西早期花崗閃長(zhǎng)巖、海西中期第二次侵入的花崗閃長(zhǎng)巖在航磁圖上與異常對(duì)應(yīng)則較好(圖2).根據(jù)以上特征可以推斷區(qū)內(nèi)升高異常主要是由花崗閃長(zhǎng)巖體引起的,并且可以推斷花崗巖體在深部的分布范圍更廣.斑巖型銅、鉬礦即分布在升高異常邊緣部位,且礦床在成因上與花崗閃長(zhǎng)巖有著密切的聯(lián)系,因此,在巖體隱伏部位有著很好的找礦前景,而根據(jù)航磁圖圈定的巖體分布范圍為找礦預(yù)測(cè)提供了依據(jù).

4.3 鐵礦床的直接發(fā)現(xiàn)

根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果,西天山地區(qū)磁鐵礦的磁化率平均值26564X10-5SI～141400X10-5SI之間均有分布,表明磁鐵礦具有極強(qiáng)的磁性.由于磁鐵礦的強(qiáng)磁性特征,它們能夠在航磁圖上產(chǎn)生特征十分明顯的磁異常.高精度航磁正是利用磁鐵礦的強(qiáng)磁性特征直接發(fā)現(xiàn)鐵礦的.

以查崗諾爾鐵礦磁異常為例,該異常位于正背景場(chǎng)中,在航磁DT剖面平面圖上呈尖峰狀,異常曲線尖銳,梯度陡,強(qiáng)度大,形態(tài)規(guī)則,兩翼近于對(duì)稱,最大幅值高達(dá)1215nT.在DT等值線平面圖上,顯示為規(guī)則的圓形,等值線分布密集,異常界限清楚(圖3).在礦區(qū)內(nèi)進(jìn)行的不同高度飛行也表明,在1500m的飛行高度上異常依然反映明顯,說(shuō)明該鐵礦具有磁性強(qiáng),規(guī)模大的特征.

5 結(jié)論

(1)區(qū)內(nèi)石炭系大哈拉軍山組、伊什基里克組和二疊系烏郎組是本區(qū)最為重要測(cè)磁性地層,且這些磁性地層主要由火山巖組成,根據(jù)磁化率的差異可以圈定這些火山巖的分布,從而為尋找與火山巖有關(guān)的鐵、銅、金等礦產(chǎn)提供重要依據(jù).

(2)區(qū)內(nèi)巖漿巖以酸性、中酸性巖體為主,具有一定的磁性,通過(guò)對(duì)巖體磁化率特征的分析,在磁場(chǎng)圖上可以對(duì)隱伏(半隱伏)巖體進(jìn)行圈定,從而為尋找斑巖型、矽卡巖型銅、鉬等礦床提供有利的找礦線索.

(3)由于磁鐵礦石具有極強(qiáng)的磁性,與圍巖存在較大的磁性差異,因此具有一定規(guī)模的磁鐵礦可以產(chǎn)生很大強(qiáng)度的磁異常,在磁場(chǎng)圖上表現(xiàn)的十分明顯.利用航磁資料尋找磁鐵礦床具有快速、經(jīng)濟(jì)的找礦效果.

[1]管志寧.地磁場(chǎng)與磁力勘探[M].北京:地質(zhì)出版社, 2005.

[2]周錫華,孟祥聰,王金龍等.智能磁化率儀的研制[J].物探與化探,2005,29(5):428～430.

[3]費(fèi) 鼎.天山地區(qū)航空磁測(cè)概查報(bào)告[R].北京:地質(zhì)礦產(chǎn)部航空物探總隊(duì),1996.

[4]肖 龍,王方正,張桂林等.新疆西天山高硫化型京希-伊爾曼德金礦床的識(shí)別標(biāo)志及其找礦意義[J].地質(zhì)科技情報(bào),2002,21(3):74～78.

[5]張東陽(yáng),張招崇,艾 羽等.西天山萊歷斯高爾一帶銅(鉬)礦斑巖體礦物學(xué)特征及其成巖成礦意義[J].巖石礦物學(xué)雜志,2009,28(1):3～16.