綜合物探方法在寧蕪北段東帶鐵礦戰(zhàn)略性勘查中的應(yīng)用

陳 雪，孔德龍，劉 軍，丁海紅，蘇 昆

(江蘇省有色金屬華東地質(zhì)勘查局，江蘇 南京 210007)

0 引言

寧蕪北段東帶位于寧蕪中生代陸相火山巖斷陷盆地北段(江蘇部分)東部，西起其林山—云臺(tái)山一線，南至馬鞍山—小丹陽(yáng)一線的蘇皖邊界，東至方山—小丹陽(yáng)一線，北至其林山一線。該帶鐵礦勘查工作程度很高，凡是強(qiáng)度大、較規(guī)則、位于有利地質(zhì)部位的磁異常，基本上都經(jīng)過(guò)以找鐵為主的異常篩選，甚至查證了幾遍，但找礦難度較大(魏芳等，2012)。

隨著找礦認(rèn)識(shí)(理論)的不斷發(fā)展及近幾年深部找礦的突破，如寧蕪火山巖盆地南段的安徽當(dāng)涂楊莊鐵礦(金明，2014)，顯示出寧蕪北段東帶深部尋找隱伏礦床在深度上探索不夠。在目前深部找礦中，用物探方法直接找金屬礦已比較困難，多數(shù)情況下是通過(guò)尋找控礦構(gòu)造和成礦地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行間接找礦。而綜合地球物理勘探手段在深部找礦中最切合實(shí)際，提高找礦成效的作用也愈顯突出(劉士毅等，2004;董杰等，2010;陰江寧等，2012)。

因此，本次主要針對(duì)區(qū)內(nèi)尚未查證的低緩、同時(shí)伴有重力異常的磁異常區(qū)開(kāi)展工作。最終選擇在具有良好的成礦地質(zhì)條件和地球物理前提的高臺(tái)寺預(yù)測(cè)區(qū)內(nèi)，布置了地面高精度重、磁及可控源音頻大地電磁測(cè)深剖面，以期能圈定深部找礦遠(yuǎn)景區(qū)，為進(jìn)一步開(kāi)展物探工作提供依據(jù)。

1 地質(zhì)及地球物理特征

1.1 預(yù)測(cè)區(qū)地質(zhì)概況

高臺(tái)寺預(yù)測(cè)區(qū)位于江蘇省南京市與安徽省馬鞍山市交界地區(qū)，距南京市西南約35 km。該區(qū)位于寧蕪北段東帶西南部，構(gòu)造位置上為方山—陶吳—南山大斷裂(簡(jiǎn)稱“方南”)西側(cè)(圖1)。

區(qū)內(nèi)出露的地層主要有三疊系中統(tǒng)黃馬青組砂質(zhì)頁(yè)巖、粉砂巖，侏羅系象山群長(zhǎng)石石英砂巖、礫巖，龍王山組凝灰角礫巖、熔巖角礫巖，火山碎屑巖等。其中，據(jù)本次ZK1201鉆孔揭露，黃馬青組厚度可達(dá)1 200 m以上，且未見(jiàn)底(圖2)。

高臺(tái)寺預(yù)測(cè)區(qū)構(gòu)造上位于云臺(tái)山—蕎麥山背斜的核部之西翼，核部主要由黃馬青組地層組成。地層總體傾向北西，由核部向北西逐漸變新，往南東為象山群和龍王山組火山巖所覆蓋。象山群往黃馬青組方向地層產(chǎn)狀呈變陡的趨勢(shì)。陸郎—倪崗頭斷裂在研究區(qū)東部通過(guò)。

圖1 寧蕪北段東帶地質(zhì)略圖(據(jù)寧蕪研究項(xiàng)目編寫小組，1978修編)Fig.1 Simplified geological map of the east belt of northern Nanjing －Wuhu area(modified from the Ningwu Research Project Team，1978)

巖漿巖主要有工作區(qū)北部的閃長(zhǎng)玢巖和西部雷公尖附近侵入龍王山組的閃長(zhǎng)玢巖，向深部相變?yōu)檩x石閃長(zhǎng)玢巖(經(jīng)ZK1401鉆孔揭露)。

巖石的蝕變類型多樣，地表可見(jiàn)褐鐵礦化、綠泥石化，局部地段還發(fā)育陽(yáng)起石化、綠簾石化。礦化主要分布在：(1)大峴水庫(kù)西：主要發(fā)育在侏羅系龍王山組內(nèi)，呈鏡鐵礦(赤鐵礦)脈;(2)雷公尖東：產(chǎn)在安山玢巖及閃長(zhǎng)玢巖與龍王山組接觸帶附近，為鏡鐵礦、磁鐵礦、赤鐵礦化;(3)龍王殿：在北東向斷裂帶內(nèi)，磁鐵礦、赤鐵礦主要以膠結(jié)物形式存在。

1.2 地球物理特征

由表1可以看出，碎屑巖和碳酸鹽巖總體磁性很弱或無(wú)磁，火成巖類巖石磁性總體較強(qiáng)，且磁性隨巖性酸中性向基性逐漸變大，密度、電阻率也表現(xiàn)出大致相同的變化規(guī)律。具體特征如下。

(1)第四系為低密度、無(wú)磁特征。

圖2 高臺(tái)寺預(yù)測(cè)區(qū)地質(zhì)圖Fig.2 Geological map of the Gaotaisi prediction area

(2)基性的閃長(zhǎng)玢巖表現(xiàn)為高密度、強(qiáng)磁性、高電阻率特征;而在地表受淋濾風(fēng)化作用后，玢巖的密度、磁性、電阻率均減弱，表現(xiàn)為弱—中磁、低重、中低阻的特征。剩余磁化強(qiáng)度平均值為240×10－3A/m，最大值、最小值分別為 2 050 ×10－3、46 ×10－3A/m，極值比為數(shù)十倍，表明磁性分布不均勻，當(dāng)其出露或埋藏較淺時(shí)，會(huì)產(chǎn)生鋸齒狀跳躍磁異常，若埋深較大時(shí)則呈低緩異常反映，這也是引起局部重力高異常和高阻異常的主要地質(zhì)因素。

(3)安山質(zhì)熔巖角礫巖為中低密度、中等磁性、高阻;磁化率最大值達(dá)7 559×10－5SI，最小值為10×10－5SI，有少數(shù)標(biāo)本(4塊)的剩磁較強(qiáng)，平均值為974×10－3A/m，說(shuō)明巖石磁性不均勻。因此認(rèn)為龍王山組火山巖(角礫熔巖)有時(shí)能夠引起一定幅值的磁異常。

(4)灰?guī)r為中等密度、基本無(wú)磁、因充水而表現(xiàn)為較低電阻率特征。

(5)砂巖、粉砂巖、泥巖等碎屑巖表現(xiàn)為中等密度、無(wú)磁、低—中等電阻率特征，而炭質(zhì)泥巖電阻率值相對(duì)更低，它們均不能單獨(dú)引起磁異常，即使有一定的規(guī)模，但僅能引起相當(dāng)微弱的疊加異常，甚至可將它們歸屬為無(wú)磁性。碎屑巖的密度隨時(shí)代或深度增加也有增加趨勢(shì)。因此，當(dāng)有背斜構(gòu)造存在時(shí)，則有重力高異常的反映。同類巖石電阻率值近地表小于深部。

(6)含磁鐵礦角巖為高密度、高磁、高電阻率特征。因局部礦化現(xiàn)象，表現(xiàn)為相對(duì)中高阻，這也是能引起局部重力異常、磁異常和高阻異常的地質(zhì)因素之一。

(7)磁鐵礦化角礫巖為高密度、高磁，因膠結(jié)物為長(zhǎng)英質(zhì)，導(dǎo)電性差，而表現(xiàn)為高阻特征。

2 物探工作布置與數(shù)據(jù)處理

2.1 方法選擇與工作布置

為查明測(cè)區(qū)主要巖(礦)石，尤其是閃長(zhǎng)玢巖和黃馬青組地層空間分布特點(diǎn)，依據(jù)區(qū)內(nèi)地質(zhì)特征及各類巖石物性差異，結(jié)合前人應(yīng)用綜合物探方法在泥河鐵礦的找礦效果(匡海陽(yáng)等，2012)，首先采用地面高精度重、磁剖面解剖原1∶1萬(wàn)地磁異常，在此基礎(chǔ)上利用可控源音頻大地電磁測(cè)深進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。通過(guò)對(duì)兩者的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比研究，推斷磁性體及可能賦存深度，配合鉆探工作進(jìn)行驗(yàn)證。

表1 測(cè)區(qū)內(nèi)巖(礦)石物性參數(shù)統(tǒng)計(jì)表Table 1 Statistics of physical properties of the rocks(ores)in the survey area

重力與磁法工作同點(diǎn)同線(圖3)。測(cè)線方位角120°，呈NW—SE向穿過(guò)預(yù)測(cè)區(qū)，點(diǎn)距為20 m，共布設(shè)4條剖面，剖面總長(zhǎng)12 km。在結(jié)合地質(zhì)及物探結(jié)果分析的基礎(chǔ)上，在擬布設(shè)鉆孔的G3線開(kāi)展CSAMT測(cè)深工作，編號(hào)為G3。CSAMT法測(cè)深剖面與重、磁工作的G3線同線，剖面向西穿越雷公尖閃長(zhǎng)玢巖體，點(diǎn)距50 m，共測(cè)定100個(gè)物理點(diǎn)。

高精度磁法采用G856質(zhì)子磁力儀(美國(guó))進(jìn)行野外數(shù)據(jù)采集，重力采用貝爾雷斯 B－048#重力儀(美國(guó))進(jìn)行野外數(shù)據(jù)采集，CSAMT采用 GDP－32Ⅱ多功能電法儀(美國(guó))進(jìn)行野外數(shù)據(jù)采集。

2.2 數(shù)據(jù)處理

物探野外數(shù)據(jù)采集后，均進(jìn)行室內(nèi)各項(xiàng)校正及預(yù)處理。重磁數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)處理及2.5D聯(lián)合正反演等采用重磁數(shù)據(jù)處理與解釋系統(tǒng)(RGIS 2010)。CSAMT法數(shù)據(jù)采用系統(tǒng)自帶數(shù)據(jù)預(yù)處理軟件進(jìn)行預(yù)處理，剔除突變、近場(chǎng)及過(guò)渡區(qū)的數(shù)據(jù)。近場(chǎng)校正方法采用文獻(xiàn)(底青云等，2008)中介紹的方法進(jìn)行。一維反演采用Bostick反演模型、Occam最大熵反演模型。Bostick反演結(jié)果精度盡管不高，但其運(yùn)算簡(jiǎn)便快捷，解釋具有唯一性，不存在人為因素，能較好地反映地電斷面的基本特征，為電法資料的精確反演提供初始模型。

在重磁資料處理過(guò)程中，首先對(duì)實(shí)測(cè)磁異常數(shù)據(jù)(ΔT)進(jìn)行化極處理，以消除斜磁化的影響;對(duì)化極后的數(shù)據(jù)進(jìn)行向上解析延拓，突出深部區(qū)域背景異常;最后采用人機(jī)交互重磁聯(lián)合正反演。

2.3 重磁2.5D聯(lián)合正反演

圖3 高臺(tái)寺預(yù)測(cè)區(qū)物探測(cè)線位置及磁法剖面平面圖Fig.3 Location of geophysical survey lines and magnetic profiles in the Gaotaisi prediction area

(1)在區(qū)域資料收集分析及該區(qū)路線地質(zhì)調(diào)查工作的基礎(chǔ)上，深入研究區(qū)內(nèi)及區(qū)域上各類巖(礦)石的密度、磁性與電阻率等特征，建立地質(zhì)－物性的規(guī)律性認(rèn)識(shí)及其間的內(nèi)在聯(lián)系，指導(dǎo)剖面地質(zhì)－物性模型的建立。

(2)為了減少多解性，重、磁2.5D聯(lián)合反演建立于約束條件下。其約束條件是在已充分收集整理及測(cè)定地表、巖芯的巖(礦)石物性參數(shù)和測(cè)井結(jié)果、本次及以往鉆探工作資料、其他物探成果認(rèn)識(shí)(CSAMT二維反演的地質(zhì)解釋成果)和區(qū)域地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合野外實(shí)地地質(zhì)調(diào)查和綜合研究成果，建立基本的物理－地質(zhì)模型。

(3)為了減少重磁異常剖面正反演計(jì)算時(shí)的邊界效應(yīng)，各初始地質(zhì)模型均再向外擴(kuò)邊200 m(G3線擴(kuò)邊1 000 m)。

2.4 避免物探異常解釋多解性采取的嘗試措施

利用物探方法圈定礦致異常并反演礦(化)體的分布范圍，可提高鉆探見(jiàn)礦率和總體找礦效果。但地球物理場(chǎng)的解釋存在定性、定量2個(gè)方面的多解性，影響物探工作的效果。因此，為減少多解性，在布置外業(yè)工作和收集資料時(shí)，需盡可能收集各類約束資料;布置高精度磁測(cè)是為了獲得定位準(zhǔn)確、異常細(xì)節(jié)詳盡、符合定量反演要求的磁測(cè)資料;布置高精度重力是為了輔助磁異常定性，排除或確定低密度高磁性體異常源的可能性;布置可控源音頻大地電磁測(cè)深剖面是為了輔助了解深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

為盡量減少多解性，首先充分利用物性數(shù)據(jù)及多方面的綜合資料，充分使用定量手段，盡可能取得能反映異常細(xì)節(jié)的實(shí)測(cè)資料等，并充分考慮異常源物性的可能變化范圍。其次，為了避免使用的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)以局部代替整體，從而導(dǎo)致推斷解釋錯(cuò)誤，本次研究盡可能地在異常中心部位采集、測(cè)定物性標(biāo)本，能夠?yàn)楫惓６ㄐ蕴峁┳钪苯?、最可靠的依?jù)，了解是否為異常源體出露地表引起。

3 物探成果解釋

通過(guò)磁測(cè)(圖3)可以看出，工作區(qū)北部和西部(雷公尖附近)的高值、跳躍磁異常，由埋藏較淺的閃長(zhǎng)玢巖與地表出露的熔巖角礫巖共同引起。東部逐漸降低的磁異常主要為無(wú)磁性的第四系浮土及黃馬青組砂頁(yè)巖。而中部(龍王殿附近)存在一明顯的低值、寬緩磁異常，因地表主要分布無(wú)磁性的黃馬青組砂頁(yè)巖和象山群砂巖，將磁測(cè)剖面上延300 m，主磁異?；緹o(wú)衰減，且CSAMT法得出視電阻率等值線高阻處與地磁異常的高值處吻合較好，故推測(cè)該低緩磁異常深部存在一埋藏較深、具有一定規(guī)模的磁性體，可能由隱伏較深的閃長(zhǎng)玢巖及磁鐵礦化帶共同引起。

在上述認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，結(jié)合電性特征建立地質(zhì)模型，對(duì)重磁資料進(jìn)行人機(jī)交互、重磁2.5D聯(lián)合正反演。通過(guò)試驗(yàn)計(jì)算，本次限定區(qū)域背景密度為2.72×103kg/m3，正反演綜合考慮3條剖面，從全局考慮修改模型，通過(guò)反復(fù)修改物性參數(shù)，并不斷調(diào)整模型體的形狀、大小和位置等，使重、磁剖面計(jì)算曲線和實(shí)測(cè)曲線達(dá)到最佳擬合。擬合重力曲線與實(shí)測(cè)重力曲線除局部蹦跳外，在趨勢(shì)上基本吻合，蹦跳主要是因重力測(cè)量精度高及淺部物質(zhì)不均勻的影響。G3剖面正反演結(jié)果(圖4)表明，500～1 700 m明顯的低緩異常(極大值為230 nT左右)由深部強(qiáng)磁性體引起，該磁性體位于重磁剖面G3線北端650～1 350 m之間，埋深在－650～－850 m之間。

4 鉆探驗(yàn)證

經(jīng)過(guò)對(duì)地面高精度重、磁剖面測(cè)量和可控源音頻大地電磁測(cè)深所獲得的成果資料進(jìn)行綜合分析，結(jié)合地質(zhì)特征，在G3線29號(hào)點(diǎn)附近布設(shè)1個(gè)鉆孔(ZK1201)對(duì)低緩磁異常進(jìn)行了深部驗(yàn)證(圖4)，設(shè)計(jì)孔深1 500 m，終孔深度1 726.23 m。

經(jīng)ZK1201孔驗(yàn)證，綠泥石化、高嶺土化等蝕變整孔普遍發(fā)育，并不同程度地見(jiàn)磁鐵礦化、黃鐵礦化。－150.5～－154.5 m見(jiàn)黃鐵礦、赤鐵礦、鏡鐵礦、磁鐵礦、黃銅礦，以膠結(jié)物的形式發(fā)育于構(gòu)造角礫內(nèi)，TFe質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.60% ～13.40%。－808.85～－841.70 m可見(jiàn)磁鐵礦呈細(xì)脈浸染狀分布(圖5a)。 －1 041.21～ －1 058.66、－1 163.60～ －1 177.00、－1 189.00～ －1 199.00、－1 260.99～ －1 357.11 m等處發(fā)育含磁鐵礦角巖，取樣分析結(jié)果，TFe質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為3.00% ～5.78%。－1 661.11～－1 675.11 m為含磁鐵礦化角礫巖(圖5b)，取樣分析結(jié)果顯示，TFe質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為5.00% ～8.42%。

此外，鉆孔在象山群砂巖內(nèi) －335.00～－336.00、－337.00～ －338.00、－501.24～ －502.24 m處，揭露3處銅礦化，品位分別為0.27%、0.17%和0.14%，伴生Ag。CSAMT法反演在低緩磁異常深部得到的低阻體(－650.00～－850.00 m)系巖石整體破碎引起，局部可見(jiàn)星點(diǎn)狀磁鐵礦、黃鐵礦，重力上表現(xiàn)為相對(duì)低值異常。

ZK1201孔僅揭露了1.30 m的閃長(zhǎng)玢巖小巖枝，未遇具有一定規(guī)模的閃長(zhǎng)玢巖體，但2014年在ZK1201孔西400 m左右施工的ZK1401孔于－846.00 m揭露了強(qiáng)蝕變的輝石閃長(zhǎng)玢巖。繼而表明閃長(zhǎng)玢巖呈凹凸起伏，在西部的雷公尖附近出露地表，在深部且在G3線以南埋深較深，ZK1201孔所揭露的含磁鐵礦角巖化帶是輝石閃長(zhǎng)玢巖與黃馬青組發(fā)生熱液蝕變形成的熱接觸變質(zhì)產(chǎn)物，推測(cè)含磁鐵礦化角礫巖帶中磁鐵礦部分可能是圍巖中的鐵氧化物受后期侵入巖的熱變質(zhì)作用轉(zhuǎn)變?yōu)榇盆F礦，部分為熱液攜帶，含礦物質(zhì)來(lái)源于深部或旁側(cè)巖漿熱液，故而ZK1201孔與鐵礦化可能“擦肩而過(guò)”。

5 結(jié)論

(1)高臺(tái)寺預(yù)測(cè)區(qū)的低緩磁異常主要是由深部不同程度地發(fā)育磁鐵礦所引起。ZK1201鉆孔雖未揭露工業(yè)品位礦，但揭露了不同程度的磁鐵礦化，表明磁法仍然是尋找鐵礦的必要手段(魏邦順等，2011)。

(2)CSAMT法低阻引起的原因具有多解性，可能為構(gòu)造破碎充水或礦化體。CSAMT法雖然不能直接對(duì)目標(biāo)礦化體進(jìn)行定位，但能為深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)分析提供參考依據(jù)，與重、磁等其他物探方法取長(zhǎng)補(bǔ)短，通過(guò)尋找控礦構(gòu)造和成礦環(huán)境，發(fā)揮其間接找礦的作用。這也反映出在深部找礦中，綜合物探方法仍然是較為科學(xué)合理的技術(shù)手段。

圖4 G3剖面綜合物探異常解釋圖(驗(yàn)證后再解釋)Fig.4 Interpretation of integrated geophysical anomaly of the profile G3(interpretation after verification)

圖5 鐵礦鉆孔驗(yàn)證圖(a)細(xì)粒浸染狀磁鐵礦;(b)磁鐵礦化角礫巖(膠結(jié)物內(nèi))Fig.5 Confirmation map of iron ore(a)fine disseminated magnetite;(b)breccia with magnetization(within the cement)

安徽省 322 地質(zhì)隊(duì).1985. 小丹陽(yáng)幅 H－50－22－A、慈湖鎮(zhèn)幅H－50－10－C 1∶5萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告：地質(zhì)部分［R］.安徽馬鞍山：安徽省322地質(zhì)隊(duì).

底青云，王若.2008.可控源音頻大地電磁數(shù)據(jù)正反演及方法應(yīng)用［M］.北京：科學(xué)出版社.

董杰，李衛(wèi)東，肖金平，等.2010.河北省八道河航磁低背景場(chǎng)區(qū)鐵礦地面磁測(cè)勘查實(shí)例［J］.物探與化探，34(5)：557－563.

黃寧，劉國(guó)輝，劉一.2013.綜合物探反演解釋方法在南京橫溪—小丹陽(yáng)示范區(qū)中的應(yīng)用［J］.地質(zhì)調(diào)查與研究，36(2)：146－150.

江蘇省有色金屬華東地質(zhì)勘查局八一四隊(duì).1984.江蘇省南京南部地區(qū)物化探普查工作報(bào)告［R］.江蘇南京：江蘇省有色金屬華東地質(zhì)勘查局八一四隊(duì).

金明.2014.安徽當(dāng)涂楊莊鐵礦床地質(zhì)地球化學(xué)特征與成因研究［J］.地質(zhì)學(xué)刊，38(2)：206－218.

匡海陽(yáng)，呂慶田，張昆，等.2012.多種電測(cè)深技術(shù)在深部控礦構(gòu)造探測(cè)中的應(yīng)用研究：以泥河鐵礦為例［J］.地質(zhì)學(xué)報(bào)，86(6)：948－960.

劉士毅，孫文苛，孫煥振，等.2004.我國(guó)物化探找礦思路與經(jīng)驗(yàn)初析［J］.物探與化探，28(1)：1－9.

寧蕪研究項(xiàng)目編寫小組.1978.寧蕪玢巖鐵礦［M］.北京：地質(zhì)出版社.

魏邦順，黃建平，金永念，等.2011.磁測(cè)資料在寧蕪地區(qū)(江蘇部分)礦產(chǎn)資源潛力評(píng)價(jià)中的應(yīng)用［J］.地質(zhì)學(xué)刊，35(1)：64－72.

魏芳，黃建平，黃震，等.2012.江蘇鐵礦資源潛力評(píng)價(jià)［J］.地質(zhì)學(xué)刊，36(2)：157－164.

陰江寧，肖克炎.2012.物探方法在礦產(chǎn)預(yù)測(cè)中的應(yīng)用［J］.地質(zhì)學(xué)刊，36(3)：333－336.