高精度重力方法在“大塘坡式”錳礦找礦中的應用

李家斌， 朱大友， 屈念念， 張西君

(貴州省地質調查院， 貴陽　550001)

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高精度重力方法在“大塘坡式”錳礦找礦中的應用

李家斌， 朱大友， 屈念念， 張西君

(貴州省地質調查院， 貴陽550001)

摘要：隨著1∶20萬區(qū)域重力調查工作的深入開展，圈定了一大批具有找礦意義的重力異常。如何對這些異常進一步研究，并詳細探討與成礦密切相關的巖株、巖墻、巖脈及控礦斷裂構造、含礦建造等地下賦存形態(tài)，已經成為深部找礦工程中需要突破的瓶頸，解決這些問題迫在眉睫。但國內一些地形復雜的地區(qū)，高精度重力測量工作起步較晚，如貴州省高精度重力測量工作基本為空白。貴州省地質調查院為了開展并實施好成礦帶區(qū)域地球物理調查和高精度重力調查工作，優(yōu)選省內優(yōu)勢礦種，在貴州省松桃縣道坨多金屬礦產普查區(qū)內開展試驗工作，證明了高精度重力測量方法對“大塘坡式”錳礦找礦簡單有效，為在該地區(qū)開展高精度重力調查工作提供了實踐依據。

關鍵詞：貴州松桃； 高精度重力測量； 斷陷盆地； “大塘坡式”錳礦； 南華紀

0引言

“大塘坡式”錳礦床產于南華系下統(tǒng)大塘坡組第一段，即黑色含錳巖系下部，現(xiàn)已成為中國最重要、資源潛力最大的錳礦床類型?！按筇疗率健卞i礦床形成于南華紀裂谷盆地中，礦床主要分布于裂谷盆地中的次級斷陷沉積盆地中心，受古斷裂控制，具有規(guī)模大、沉積穩(wěn)定的特征。貴州省地質調查院于2014年年初，在以往1∶20萬區(qū)域重力調查基礎上開展了針對“大塘坡式”錳礦的高精度重力方法有效性試驗，該試驗在國內尚屬首次，在實踐、認識、再實踐的基礎上，結合成礦系統(tǒng)[1]和區(qū)域成礦[2-3]理論，探索總結了高精度重力測量在“大塘坡式”錳礦勘探中的新思路。

1區(qū)域地質概況

1.1大地構造背景

研究區(qū)位于黔湘渝毗鄰地區(qū)，華南板塊中揚子地塊與華夏地塊間的江南造山帶西南段[4-5](圖1)。

1.實測古斷裂; 2.推測古斷裂; 3.錳礦床斷陷沉積盆地;

中—新元古代之間的格林威爾造山運動使華夏地塊與揚子地塊相連形成統(tǒng)一的華南地塊且與東岡瓦納古陸相連，導致Rodinia超大陸形成。新元古代時期Rodinia超大陸開始裂解，產生較強烈的巖漿活動[6]，使華南地塊與其余的Rodinia超大陸分離[7]，華夏地塊與揚子地塊之間的南華裂谷作用開始[8]，直至加里東造山運動后南華裂谷盆地才最終關閉[9]。

新元古代初期，由于南華裂谷盆地拉張作用，導致地處裂谷盆地中的黔湘渝毗鄰地區(qū)形成一系列次級斷陷盆地[10]。研究區(qū)內的南華紀“大塘坡式”錳礦床是在南華裂谷盆地形成過程中，一系列次級拉張、斷陷小盆地中發(fā)生的古天然氣滲漏事件的沉積產物[11]，時間在662～667 Ma[12]。因此，錳礦床在空間分布上明顯受古斷裂控制[13-16](圖1)。

1.2地層

研究區(qū)出露的地層主要為南華系鐵絲坳組、大塘坡組、南沱組，震旦系陡山沱組、留茶坡組和寒武系九門沖組、變馬沖組、杷榔組和清虛洞組[17]。地層由老至新簡述如下。

南華系鐵絲坳組(Nh1t)： 塊狀含礫砂巖，富含星點狀黃鐵礦。

南華系大塘坡組(Nh1d)： 第一段(Nh1d1)稱“含錳巖系”，為區(qū)內菱錳礦的唯一賦礦層位。地表未出露，根據鉆孔資料，由炭質頁巖夾片狀及塊狀菱錳礦組成，見黃鐵礦，厚0～29.89 m； 第二、三段(Nh1d2+3)由粉砂質頁巖夾灰色薄層砂巖及黏土巖組成。

“規(guī)劃環(huán)評”及“礦區(qū)規(guī)劃環(huán)評”技術導則所推薦指標體系對于西南礦區(qū)規(guī)劃環(huán)評指標體系建立具有指導意義。通過對規(guī)劃類型、規(guī)劃層次以及涉及的區(qū)域或行業(yè)發(fā)展狀況和生態(tài)環(huán)境狀況的分析，確定規(guī)劃的環(huán)境目標和對評價指標的篩選，見表1。

南華系南沱組(Nh2n)： 含礫(冰磧)粉砂巖，中部為粉砂質黏土巖，成分主要為石英砂巖、黏土巖、白云巖等。

震旦系陡山沱組(Z1d)： 下部為厚層塊狀粉晶白云巖，中部為薄層白云巖夾薄層黏土頁巖，上部為薄層黏土頁巖。

震旦系留茶坡組(Z2l)： 下部為薄層條帶狀硅質巖、含黏土質硅質巖； 中部為薄層硅質巖與硅質黏土頁巖互層； 上部為薄層含有機質硅質巖； 頂部為磷質結核炭質頁巖和薄至中層豆莢狀磷塊巖。

1.3錳礦成礦系統(tǒng)

1.南華系下統(tǒng)大塘坡組第一段(黑色含錳巖系)； 2.南華系下統(tǒng)兩界河組+鐵絲坳組； 3.構造菱錳礦石； 4.凝灰?guī)r或凝灰質砂巖透鏡體； 5.炭質頁巖圖2　“大塘坡式”古天然氣滲漏沉積型錳礦成礦系統(tǒng)與成礦模式[21]Fig.2　Schematic diagram of metallogenic system and pattern of ‘Datangpo type’ sedimentary manganese deposits related to paleo-gas seepage[21]

2區(qū)域重力場特征

根據以往區(qū)域重力調查成果資料顯示，本次試驗工作區(qū)域位于大興安嶺—太行山—武陵山大型重力梯級帶西側，布格重力異常受該重力梯級帶影響較大，布格重力異常等值線以近SN向展布為主，其間存在一定波狀起伏(圖3)。

圖3　研究區(qū)布格重力異常圖Fig.3　Anomaly map of Bouguer gravity in the study area

試驗工作區(qū)域內布格重力異常全為負值，其試驗剖面東側布格重力異常值相對較大，西側布格重力異常值相對較小，從東向西呈現(xiàn)出由大變小的趨勢。試驗剖面上布格重力異常值變化趨勢與區(qū)域布格重力異常變化趨勢一致，其異常形態(tài)相對簡單，為一條近SN向的重力梯級帶。上述特征基本反映了試驗剖面附近有一條規(guī)模較大的斷裂通過，該斷裂為含礦氣液上升提供了通道。

3礦床物性特征

試驗工作的物性數(shù)據是通過實測鉆孔巖心密度取得的，由于鉆孔巖心風化程度均較低，從而保證了所取得的密度資料真實可靠。試驗工作的密度采測單元最小為組，在采測的所有巖(礦)石中密度最大的為“大塘坡組”(Nh1d)底部的菱錳礦，其密度值為3.64 g/cm3。密度最小的為“留茶坡組”(Z2l)的硅質巖，其密度為2.67 g/cm3。對比貴州東南部巖(礦)石物性參數(shù)[18]，本次采測的各組地層與以往采測結果有較大差異，本次采測的各組地層密度均大于以往采測結果，且相差較大，結合“大塘坡式”錳礦床中菱錳礦、白云巖透鏡體的碳、硫同位素地球化學特征研究[11，13，16，19-20]、成礦系統(tǒng)[1]和區(qū)域成礦[2-3]理論，認為這種密度差異主要源于形成菱錳礦沉積的同時，含礦氣液中過飽和的HS-促使含礦氣液中的黃鐵礦在斷陷盆地中沉積，黃鐵礦的沉積整體抬升了受含礦氣液影響地層的密度值。在野外采測地層物性的過程中也發(fā)現(xiàn)鉆孔巖心中含有肉眼能識別的黃鐵礦顆粒，這也印證了本次物性工作采測的所有地層均受含礦氣液影響這一推斷。根據表1和表2所示，本次測區(qū)內受含礦氣液影響的地層與未受含礦氣液影響的相同地層間存在較大的密度差異，同時不同地層間密度也存在一定差異，這種差異保證了在該區(qū)域內開展高精度重力試驗工作的地球物理前提。

表1　高精度重力方法有效性試驗剖面物性統(tǒng)計

表2　高精度重力方法有效性試驗剖面物性對比統(tǒng)計

4高精度重力測量應用效果

4.1斷裂推斷解釋

經數(shù)據整理和處理得到高精度重力方法有效性試驗剖面布格重力異常數(shù)據(圖4)，期間利用了以往區(qū)域重力調查數(shù)據，消除了區(qū)域布格重力異常的線性影響，其試驗剖面的布格剩余重力異常主要反映出淺表地質體及斷裂構造。

圖4　數(shù)據處理流程Fig.4　Flow chart of data processing

從高精度重力方法有效性試驗剖面布格重力剩余異常圖可以看出(圖5(a))，在剖面500 m和6 500 m處存在兩處變化幅度較大且變化相對劇烈的布格重力剩余異常，這反映出在剖面500 m和6 500 m處存在斷裂構造。布格重力異常水平一階導數(shù)圖(圖5(b))顯示，在500 m和6 500 m附近存在兩個較小的極值點。從布格重力剩余異常垂向二階導數(shù)圖(圖5(c))中可以看出，0～500 m和6 500～7 000 m之間垂向二階導數(shù)數(shù)值相對較大，500～6 500 m之間垂向二階導數(shù)數(shù)值相對較小，在500 m和6 500 m處存在明顯的異常陡變。結合布格剩余重力異常反演擬合圖(圖6)可知，500 m和6 500 m處存在斷裂構造，同時綜合試驗剖面地表斷層分布情況(圖5(d))，可進一步確定這兩個布格重力剩余異常陡變帶是由試驗剖面所跨斷層引起。這一對比結果印證了高精度重力所推斷的斷裂真實可靠。

4.2含礦巖系推斷解釋

高精度重力方法有效性試驗剖面布格剩余重力異常圖(圖5(a))顯示，在推斷的斷陷內部存在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 3個布格剩余重力高值異常，這3個高值異常的幅值較大，結合本次物性調查成果，初步認為這3個布格重力高值異常由菱錳礦層及受含礦氣液沉積影響的含黃鐵礦地層共同引起。為了印證這一推斷，將重力剖面數(shù)據反演計算結果(圖6)與勘探線剖面圖(圖5(d))對比發(fā)現(xiàn)，反演結果與勘探線剖面圖近似，這一信息印證了上述推斷。同時，在本次試驗工作剖面上，貴州省地質礦產局103地質大隊組織施工了ZK305、ZK104、ZK005和ZK204鉆孔，這4個鉆孔均見達工業(yè)品位的菱錳礦，將試驗剖面的布格剩余重力異常與見礦鉆孔位置(圖5(a))進行對比，發(fā)現(xiàn)4個見礦鉆孔位置均在Ⅲ號布格剩余重力高值異常內，這進一步印證了布格剩余重力高值異常是由菱錳礦層及受含礦氣液沉積影響的含黃鐵礦地層共同引起的推斷。

圖5　貴州省松桃縣高精度重力反演擬合圖Fig.5　Pattern of inversion fitting for high precision gravity method in Songtao county of Guizhou1.婁山關群； 2.清虛洞組； 3.杷榔組； 4.變馬沖組； 5.九門沖組； 6.留茶坡組； 7.陡山沱組； 8.南沱組； 9.鐵絲坳組； 10.大塘坡組第二、三段； 11.大塘坡組第一段； 12.錳礦礦層； 13.地質界線； 14.斷層； 15.鉆孔孔深(m)/錳礦厚度(m)； 16.礦鉆孔編號。(a)布格剩余重力異常及其與見礦鉆孔對比圖； (b)布格剩余重力異常水平一階導數(shù)圖； (c)布格剩余重力異常垂向二階導數(shù)圖； (d)勘探線剖面圖

圖6　貴州省松桃縣高精度重力方法有效性試驗成果對比圖

5結論與建議

(1)從貴州省松桃縣高精度重力方法有效性試驗成果對比圖(圖 6)中可以看出，所推斷的斷裂位置與礦產調查成果所認識的斷裂位置吻合較好，由此推斷高精度重力測量對于圈定有成礦潛力的斷裂效果明顯。

(2)從貴州省松桃縣高精度重力方法有效性試驗成果對比圖(圖6)中可以看出，所推斷的Ⅲ號布格重力高值異常由菱錳礦層及受含礦氣液影響的地層共同引起的結論與鉆探成果吻合較好，由此推斷高精度重力測量方法對于推斷含礦氣液沉積區(qū)域是經濟有效的。

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(責任編輯： 常艷)

Application of high precision gravity survey in ‘Datangpo’ type manganese deposits

LI Jiabin, ZHU Dayou, QU Niannian, ZHANG Xijun

(GuizhouGeologicalSurvey,Guiyang550001,China)

Abstract:The work of 1∶200 000 regional gravity surveys has been carried out deeply for a long time in China, and a large number of prospecting anomalies have been delineated in previous study. How to analyze these gravity anomalies? How to discuss subsurface occurrence of geologic bodies, such as stock, dyke, dike, fault structure and ore-bearing formation which associate closely with mineralization in detail? It is urgent to break through these bottlenecks which relate to deep prospecting. The work of high precision gravity survey for complex and varied terrain is relatively late in China, and it is even blank in Guizhou province. In order to develop and implement regional geophysical survey and high precision gravity survey in metallogenic belt of Guizhou province, the testing work has carried out in the Daotuo polymetallic reconnaissance area of Songtao county basing on its prospecting mineral is the dominant mineral of Guizhou province. It is proposed that high precision gravity survey is effective for Datangpo type manganese deposits, which provides practical basis for high precision gravity survey in similar region.

Key words:Songtao of Guizhou; high precision gravity survey; fault basin; Datangpo type manganese deposits; Nanhuan Period

中圖分類號：P631.14; P618.32

文獻標志碼：A

文章編號：2095-8706(2016)02-0015-06

第一作者簡介：李家斌(1986—)，男，工程師，主要從事區(qū)域重力調查工作。Email: 061041@163.com。

基金項目：中國地質調查局“云南臨滄—勐海地區(qū)1∶25萬區(qū)域重力調查(編號： 基[2010]礦評03-02-10)”與“云南保山—巍山地區(qū)1∶20萬區(qū)域重力調查(編號： 121201781007)”項目聯(lián)合資助。

收稿日期：2015-11-07；

修訂日期：2016-02-22。

引用格式： 李家斌，朱大友，屈念念，等.高精度重力方法在“大塘坡式”錳礦找礦中的應用[J].中國地質調查,2016,3(2): 15-20.