衡陽(yáng)盆地西北緣物化探特征及其找礦意義

程云濤，劉俊峰，曹創(chuàng)華，王蕩

(1.湖南省核工業(yè)地質(zhì)調(diào)查院，湖南 長(zhǎng)沙 410011； 2.湖南省地質(zhì)調(diào)查院，湖南 長(zhǎng)沙 410016)

0 引言

衡陽(yáng)盆地位于揚(yáng)子板塊與華夏板塊結(jié)合部位——?dú)J杭成礦構(gòu)造帶中段與南嶺成礦帶北緣交匯部位，該區(qū)礦產(chǎn)資源種類齊全，儲(chǔ)量豐富，其中已發(fā)現(xiàn)礦產(chǎn)66種，礦床(點(diǎn))有876處[1]。

衡陽(yáng)盆地西北緣鉛鋅多金屬礦整裝勘查區(qū)屬衡陽(yáng)市衡陽(yáng)縣、衡山縣、衡南縣、及邵陽(yáng)市邵東縣管轄，面積1 544 km2。近年來，湖南省地勘局417大隊(duì)、有色地質(zhì)局217大隊(duì)、核工業(yè)地質(zhì)局三〇六大隊(duì)在該區(qū)投入了大量地質(zhì)工作，其中鹽田橋銅礦、譚子山銅礦、留書塘鉛鋅礦均取得了較好的勘探成果，而這些礦區(qū)均沿長(zhǎng)壽—衡陽(yáng)—觀音閣斷裂分布，表明整裝勘查區(qū)成礦條件優(yōu)越、找礦前景較好。

衡陽(yáng)盆地礦產(chǎn)資源豐富，但由于衡陽(yáng)盆地西北緣地層主要是一套白堊系—上新近系紅層建造，該套地層電阻率幾十～幾百Ω·m，整體阻值較小，形成了一個(gè)天然的低阻屏障。根據(jù)湖南1∶20萬重力資料表明,該區(qū)紅層最厚深度約5 km[2-4]，傳統(tǒng)類電法供電電流難以穿透低阻層，給區(qū)內(nèi)的深部研究帶來了困難。本文嘗試?yán)镁C合物化方法結(jié)合廣域電磁法新技術(shù)，對(duì)衡陽(yáng)盆地西北緣深部地質(zhì)特征、成礦模式和找礦方法技術(shù)做了探索并得到了具有找礦指導(dǎo)意義的結(jié)論。

1 地質(zhì)概況

區(qū)內(nèi)主要出露中元古界冷家溪群和白堊系地層(圖1)，冷家溪群沉積環(huán)境為深—半深海盆地平原—濁積扇沉積，主要巖性為灰綠色千枚狀板巖、絹云母板巖夾薄層含白云母變質(zhì)砂巖。白堊系—古近系廣布于盆地內(nèi)部，為一套內(nèi)陸湖相紅色砂、泥巖建造。區(qū)域性長(zhǎng)壽―衡陽(yáng)―觀音閣斷裂帶穿越礦區(qū)中部，沿此斷裂往北，有南岳、白石峰燕山早期花崗巖體，巖體內(nèi)及接觸帶有大量富含鈮、鉭、釔、鋯等元素的花崗巖偉晶巖脈，往南有龍秀橋、泉湖、雞籠街等花崗巖體。區(qū)內(nèi)礦床沿?cái)嗔殉示€狀分布，北部有國(guó)慶銅礦床、黑石砣鐵礦床、鹽田橋銅礦床，南部有白鶴鋪銅礦床、龍秀橋銅礦床、譚子山重晶石銅礦床，構(gòu)成了衡陽(yáng)盆地西北緣境內(nèi)重要的NE向成礦帶[5-9]。

1—古近系；2—白堊系上統(tǒng)；3—白堊系下統(tǒng)；4—侏羅系下統(tǒng)；5—三疊系；6—二疊系；7—石炭系；8—泥盆系上統(tǒng)；9—泥盆系中統(tǒng)；10—奧陶系；11—寒武系；12—輝綠巖；13—震旦系；14—南華系；15—青白口系；16—角巖、片巖捕擄體；17—煌斑巖；18—白堊系細(xì)粒二云母二長(zhǎng)花崗巖；19—細(xì)粒二云母二長(zhǎng)花崗巖；20—細(xì)粒黑云母二長(zhǎng)花崗巖；21—中粒斑狀黑云母二長(zhǎng)花崗巖；22—中粒斑狀二云母二長(zhǎng)花崗巖；23—粗粒斑狀二云母二長(zhǎng)花崗巖；24—中粒斑狀黑云母二長(zhǎng)花崗巖；25—粗粒斑狀黑云母花崗巖；26—志留系二云母二長(zhǎng)花崗巖；27—斷裂構(gòu)造；28—不整合地質(zhì)界線；29—物化探剖面 1—Paleogene；2—upper Cretaceous；3—lower Cretaceous；4—lower Jurassic；5—Triassic system；6—Permian system；7—Carboniferous system；8—upper Devonian；9—middle Devonian；10—Ordovician system；11—Cambrian system；12—diabase；13—Sinian system；14—south China series；15—Qingbaikou system；16—hornstone and schist xenoliths；17—lamprophyres；18—Cretaceous fine-grained micaceous monzonite granites；19—fine-grained micaceous monzonite；20—fine-grained biotite adamellite；21—medium-grained porphyritic biotite monzonite granite；22—medium-grained porphyritic dimica monzonite granite；23—coarse grained porphyritic dimicaceous monzonite granite；24—medium-grained porphyritic biotite monzonite granite；25—coarse grained porphyritic biotite granite；26—Silurian monzonite adamellite；27—fault structure；28—unconformity boundary；29—geophysical and geochemical profile圖1 衡陽(yáng)盆地西北緣地質(zhì)Fig.1 The geological map of the northwestern margin in Hengyang Basin

該區(qū)礦床成因大多屬于熱液型礦床，且成礦順序隨深度具有明顯的分帶特征，一般由淺到深依次為Fe-Ba-Pb、Zn-Cu、Ag，因此厘定清楚衡陽(yáng)盆地垂向地層構(gòu)造格架具有重要的意義[9]。

2 地球物理及地球化學(xué)特征

區(qū)內(nèi)的巖(礦)石物性參數(shù)測(cè)定結(jié)果(表1)表明，該區(qū)的巖石電性特征存在明顯的物性差異，其中ρs為視電阻率，F(xiàn)s為幅頻率?；◢弾r為高阻低極化(ρs：3 000～5 000 Ω·m，F(xiàn)s：1.0%～1.2%)，冷家溪群板巖為中高阻低極化(ρs：1 000～3 000 Ω·m，F(xiàn)s：0.7%～1.0%)，紅盆砂巖為低阻低極化(ρs：20～180 Ω·m，F(xiàn)s：0.8%～1.5%)，含礦斷裂帶為低阻高極化(ρs：50～200 Ω·m，F(xiàn)s：2.0%～4.5%)，而磁異常表現(xiàn)均不明顯。

表1 測(cè)區(qū)巖(礦)石標(biāo)本物性參數(shù)測(cè)量結(jié)果

通過對(duì)區(qū)內(nèi)土壤樣15種元素分析(表2)，按照聚類分析原理，采用最近鄰分類準(zhǔn)則，測(cè)量間距采用皮爾森相關(guān)系數(shù)，取距離系數(shù)21為相似性分類指標(biāo)，可將測(cè)區(qū)元素大致分為Ⅲ類(圖2)，其中與Cu相關(guān)的元素組合為Au-Ba-Ag-Sb-Hg-Mo，硫銅礦是Ag、Au的重要載體礦物，Ba、Hg與區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造有關(guān)，也可作為尋找銅礦的前緣指示元素，同時(shí)，也反映出Cu多金屬的成礦與含礦熱液沿構(gòu)造充填作用有關(guān)。尤其是Ag、Sb、Hg組合與Cu相關(guān)程度較高，該組異常的出現(xiàn)是礦區(qū)尋找銅礦床的重要地球化學(xué)找礦標(biāo)志。

表2 土壤分析結(jié)果

圖2 R型聚類樹狀圖Fig.2 R—clustered tree map

3 技術(shù)方法及工作參數(shù)

本次工作布設(shè)一條20 km物化探綜合剖面(圖2)，該剖面西起盆地邊緣，穿過渣江—茅洞橋凹陷和長(zhǎng)壽―衡陽(yáng)―觀音閣斷裂，東至冷家溪群板巖。該剖面共開展了CSAMT測(cè)深、高精度磁法測(cè)量、激電測(cè)深、土壤地球化學(xué)測(cè)量和廣域電磁法等5種勘查方法，其中CSAMT測(cè)深點(diǎn)距100 m，探測(cè)采用TM模式，采集數(shù)據(jù)頻率范圍為1～8 192 Hz，收發(fā)距7 km，發(fā)射最大電流為20 A；廣域電磁法發(fā)射端功率采用220 kw，發(fā)射最大電流為130 A，發(fā)射頻率范圍3/256～8 192 Hz，偶極電源的長(zhǎng)度1.23 km，收發(fā)距13 km，測(cè)量點(diǎn)距100 m；激電測(cè)深主要針對(duì)電磁法勘探工作所圈異常部位，采用對(duì)稱四極裝置，供電極距AB/2最大750 m，點(diǎn)距20 m；磁法測(cè)量和土壤地球化學(xué)測(cè)量點(diǎn)距均為100 m。

4 物化探異常分析

4.1 可控源音頻大地電磁測(cè)深(CSAMT)

由CSAMT測(cè)深剖面可見各地質(zhì)體電性界面明顯(圖3a)，呈現(xiàn)中部低阻、兩側(cè)高阻的形態(tài)。紅盆以阻值小于180 Ω·m為界，由兩緣到中部逐漸變深，中部深度大于2 000 m；紅盆兩側(cè)均為冷家溪群板巖，電阻均值約為1 500 Ω·m，形態(tài)清晰，分布明確；在點(diǎn)0～600 m段和點(diǎn)14 400～17 200 m段深部存在一個(gè)阻值為4 000 Ω·m的高阻體，推測(cè)為隱伏巖體引起。在點(diǎn)14 300 m存在一明顯電性分界線，該界面傾向NW，傾角上陡下緩，延伸深度大于2 000 m，推測(cè)為長(zhǎng)壽—衡陽(yáng)—觀音閣斷裂(F)，根據(jù)鉆孔ZK7206資料表明，在該點(diǎn)在深度276 m處見到破碎帶，該破碎帶厚度約80 m，與物探成果基本相符。

4.2 廣域電磁測(cè)深

廣域電磁法突破遠(yuǎn)區(qū)測(cè)量的限制，提出適用于全域的公式計(jì)算視電阻率，大大括展了觀測(cè)范圍，提高勘探深度和精度[10-17]。從測(cè)量成果來看(圖3b)，該剖面整體紅盆平均厚度約800 m，下伏冷家溪群板巖厚度大于4 km；點(diǎn)6 800 m～10 000 m段的低阻異常體與CSAMT測(cè)量成果相似，為紅盆引起推測(cè)該處為渣江—茅洞橋凹陷，延伸深度大于5 km；點(diǎn)14 300 m處的長(zhǎng)壽—衡陽(yáng)—觀音閣斷裂(F)形態(tài)明顯，在淺部表現(xiàn)為紅盆和冷家溪群的不整合接觸，深部切割冷家溪群，傾向NW，傾角上陡下緩，延伸深度大于5 km；兩側(cè)的隱伏巖體從深部涌入，離地表約1 km，為該部位成礦提供流體和熱源。

圖3 衡陽(yáng)盆地西北緣綜合物化探剖面Fig.3 Composite geophysical and geochemical profile of the northwestern margin in Hengyang Basin

廣域電磁測(cè)深和CSAMT測(cè)深剖面整體形態(tài)相似，但廣域電磁測(cè)深在對(duì)層狀介質(zhì)的劃分、盆地形態(tài)的控制、勘探深度及分辨率上存在明顯優(yōu)勢(shì)。圖4是13200號(hào)點(diǎn)廣域電磁測(cè)深與CSAMT測(cè)深視電阻率對(duì)比圖，由圖可見，在頻率f≥16 Hz時(shí)， 廣域電磁測(cè)深與CSAMT測(cè)深非常吻合，兩條曲線基本重合；在f<16 Hz時(shí)，兩條曲線出現(xiàn)了顯著的分離，其中CSAMT法的曲線基本成45°角急劇上升，表明已進(jìn)入近區(qū)，相反廣域電磁測(cè)深曲線呈平緩上升，反映了高阻的基底。

4.3 磁法剖面測(cè)量

從磁法剖面可見整體磁異常不明顯(圖3c)，局部異常為高壓線引起，各斷裂帶位置附近存在局部弱負(fù)磁異常。

4.4 土壤地球化學(xué)測(cè)量

從該剖面土壤樣分析來看(見圖3d)，Cu 與Au、Ba、Ag、Sb、Hg、Mo都存在明顯的相關(guān)性，尤其是Ba 、Ag、Sb、Hg組合與Cu相關(guān)程度較高，可作為該區(qū)尋找銅礦床的重要地球化學(xué)找礦標(biāo)志，異常大多位于地表斷裂位置。

4.5 激電測(cè)深

本次激電測(cè)深是在CSAMT成果的基礎(chǔ)上開展工作，針對(duì)異常區(qū)布設(shè)600 m的對(duì)稱四級(jí)測(cè)深剖面，數(shù)據(jù)處理采用吉林大學(xué)GeoElectro電法系統(tǒng)的激電測(cè)深二維反演軟件VESIP[15-19]。

由圖5可見：電阻率剖面電性界線明顯，在點(diǎn)14 300 m存在一明顯分界線，該界面傾向NW，傾角約35°，界面西側(cè)電阻率值約100 Ω·m，界面東側(cè)電阻率值約1 500 Ω·m。從幅頻率剖面來看，對(duì)應(yīng)點(diǎn)14 300 m處存在一高極化異常體，幅頻率值約為3.5，與電阻率曲線形態(tài)相對(duì)應(yīng)，推測(cè)該異常為長(zhǎng)壽—衡陽(yáng)—觀音閣斷裂(F)引起，該斷裂西面為白堊系紅盆，東面為冷家溪群地層。

5 結(jié)論與討論

衡陽(yáng)盆地是一對(duì)稱的白堊系凹陷盆地，于燕山運(yùn)動(dòng)形成雛形，結(jié)束于喜馬拉雅山運(yùn)動(dòng)末期，本次測(cè)量對(duì)區(qū)內(nèi)發(fā)育的NW向長(zhǎng)壽—衡陽(yáng)—觀音閣控礦斷裂，及渣江—茅洞橋凹陷得以控制，對(duì)衡陽(yáng)盆地基底形態(tài)和地層分布進(jìn)行劃分和論證，總結(jié)該區(qū)熱液型銅礦低阻高極化弱磁高化探異常特征，優(yōu)選找礦方法為CSAMT+激電+化探的方法組合。

根據(jù)衡陽(yáng)盆地范圍內(nèi)的高重力異常推測(cè)此處地殼較薄，而其周邊的低重力異常地殼較厚，借鑒前人成果，衡陽(yáng)盆地深部很可能是一個(gè)小型的地幔亞柱[3，20-22]，與盆地周緣低密度的侵入體一起，構(gòu)成了典型的“地幔亞熱柱—幔枝”體系。而本次廣域電磁探測(cè)深部低阻異常未封閉，且存在較大延伸空間，由此推測(cè)渣江—茅洞橋凹陷為地幔亞柱上升通道位置，含礦物質(zhì)從地幔沿亞熱柱上移，至巖石圈底部向外擴(kuò)散，再沿?cái)嗔鸭搬Ｖ?gòu)造的各個(gè)部位沉淀、富集成礦(見圖6)。

圖6 衡陽(yáng)盆地西緣長(zhǎng)壽—雙牌深大斷裂帶控、成礦模式示意Fig.6 The metallogenetic model of changshou-shuangpai deep and large fault zone