綜合物化探方法在明光市柳樹莊地區(qū)金銅多金屬礦勘查中的應(yīng)用研究

張 志,錢家忠,徐洪苗,許強(qiáng)平, 侯照方

(1.合肥工業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院,安徽 合肥 230009;2.安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局327地質(zhì)隊(duì),安徽 合肥 230011)

明光市柳樹莊地區(qū)經(jīng)歷多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng),廣泛分布著古中元古代張八嶺群淺變質(zhì)巖細(xì)碧石英角斑巖和碎屑火山巖,郯廬斷裂帶東側(cè)發(fā)育中生代花崗閃長巖體,具有形成蝕變破碎巖型及石英脈型金礦良好的地質(zhì)條件。以往開展的區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作,取得了豐富的地層、構(gòu)造、巖漿巖等方面的成果[1-2]。前人對(duì)張八嶺地區(qū)金礦構(gòu)造控礦規(guī)律、成礦流體、成礦條件、找礦方向等方面也進(jìn)行了較多的研究,為本次研究提供了寶貴的基礎(chǔ)資料[3-9]。

21世紀(jì)以來,安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局321地質(zhì)隊(duì)在研究區(qū)北部上成一帶陸續(xù)開展了金礦普查工作,探明了一定資源量的石英脈型金礦[10]。隨后在上成金礦的西北部西張郢一帶進(jìn)行金礦普查和深部勘查,在上成—西張郢一帶圈定了8個(gè)金礦體。華東冶金地質(zhì)勘查局811地質(zhì)隊(duì)繼而在明光市管店鎮(zhèn)柳樹莊地區(qū)開展了金礦預(yù)查工作,大致查明了研究區(qū)地質(zhì)、構(gòu)造、巖漿巖及礦化蝕變特征,圈定了7個(gè)巖石地球化學(xué)綜合異常、2個(gè)磁異常及8個(gè)激電異常[11]。在前人研究的基礎(chǔ)上,為尋求進(jìn)一步的找礦突破,本文在柳樹莊地區(qū)開展深層土壤地球化學(xué)、激電中梯、磁法及可控源音頻大地電磁法(CSAMT)測量。通過綜合研究地質(zhì)、物探和化探信息,推測了控制金銅等元素異常的構(gòu)造,進(jìn)一步圈定靶區(qū),為本區(qū)及相近地區(qū)下一步找礦工作提供參考。

1 地質(zhì)概況

研究區(qū)地處安徽省明光市南部,距市區(qū)約16 km,行政區(qū)劃隸屬明光市管店鎮(zhèn)。研究區(qū)位于張八嶺隆起帶北部,老三界—管店向斜構(gòu)造北西端近核部,郯廬斷裂帶東側(cè)(圖1)。

①.郯廬斷裂；②.黃破斷裂;③.滁河斷裂；Ⅰ1.華北地塊南緣合肥斷陷盆地； Ⅱ1.北淮陽構(gòu)造帶； Ⅱ2.大別山變質(zhì)巖漿造山帶； Ⅱ3. 張八嶺變質(zhì)構(gòu)造帶；Ⅲ1.滁州—廬江前陸過渡帶； Ⅲ2.和含巢前陸褶皺帶； Ⅲ2-1.和含巢前陸推覆帶；Ⅲ2-2.沿江前陸盆地圖1 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造圖Fig. 1 Regional geo-tectonic map

西部受燕山期的管店、岱山巖體侵入控制,主要出露中—新元古代西冷巖組(Pt2-3x)、白堊紀(jì)赤山組(K2c)、第三紀(jì)黃崗組(N2h)和第四紀(jì)(Q)地層(圖2)。

圖2 研究區(qū)地質(zhì)及物化探工程圖Fig. 2 Geological and engineering map of geophysical-geochemical exploration in the study area

研究區(qū)所處的張八嶺構(gòu)造帶系大別—蘇魯造山帶之Ⅲ級(jí)構(gòu)造單元,褶皺及斷裂較為發(fā)育。 斷裂構(gòu)造與礦化作用關(guān)系非常密切,具體表現(xiàn)為:(1)燕山中期—晚期,郯廬斷裂帶重要的拉張作用階段,控制了巖漿活動(dòng)和巖漿巖展布;燕山晚期—末期,郯廬斷裂產(chǎn)生一次強(qiáng)烈的擠壓運(yùn)動(dòng),派生出一系列多級(jí)別的次級(jí)斷裂構(gòu)造,形成了后期成礦熱液活動(dòng)和成礦作用有利的導(dǎo)礦和容礦構(gòu)造,同時(shí)控制巖脈的產(chǎn)出。(2)研究區(qū)北至西張郢金礦、上成金礦,南至銅狗城金礦、草廟王金礦,均是受NW向張性順層滑動(dòng)斷裂和近SN向壓扭性斷裂控制。

研究區(qū)內(nèi)出露的巖漿巖主要包括管店巖體的北端與其內(nèi)部及周邊的脈巖。管店巖體位于郯廬深斷裂帶東側(cè),巖體沿張八嶺復(fù)背斜核部呈NNE向帶狀展布。李學(xué)明等[12]通過鋯石同位素定年測得該巖體的下交點(diǎn)年齡為128 Ma,成巖年代在早白堊世中期,是晚中生代郯廬斷裂帶伸展活動(dòng)下的產(chǎn)物。巖漿巖的地質(zhì)作用為研究區(qū)成礦作用提供了物質(zhì)和能量來源,管店巖體與研究區(qū)金礦化關(guān)系密切。管店巖體巖性主要為黑云母花崗閃長巖、石英閃長巖與角閃二長巖。研究區(qū)脈巖分布較廣,多集中于巖體中,在變質(zhì)巖中發(fā)育較少,其產(chǎn)狀嚴(yán)格受斷裂構(gòu)造控制,走向主要為NNW向及近SN向,少量為NNE向。脈巖巖性主要有煌斑巖、閃長玢巖、花崗細(xì)晶巖和橄欖輝綠玢巖等。

研究區(qū)周圍礦床(點(diǎn))地質(zhì)特征明顯。郭大洼金礦體主要分布在NW向含金蝕變構(gòu)造帶中,明顯受斷裂構(gòu)造帶控制。金礦體形態(tài)呈脈狀,走向多為近SN和NW向,地表金品位(1.00～78.82)×10-9。石婆禹銅、金礦化點(diǎn)出露于管店巖體內(nèi)部,受NNW向斷裂構(gòu)造控制。蝕變類型黃銅礦化、黃鐵礦化、方鉛礦化、孔雀石化,銅品位0.17%～0.63%。

研究區(qū)多處可見近平行排列的NW向張性破碎帶,走向290°～320°,傾向SW,具有黃銅礦化、黃鐵礦化和金礦化等,可能是在NE向的郯廬深大斷裂左行走滑的動(dòng)力背景下形成拉張應(yīng)力場,進(jìn)而產(chǎn)生NW向的張扭性“犁式”斷層(圖3)。

圖3 研究區(qū)推測犁式斷層示意圖Fig. 3 Schematic sketch of the plow type fault in the study area

2 物化探技術(shù)方法

2.1 深層土壤地球化學(xué)測量

深層土壤地球化學(xué)測量受外界影響(尤其是人為擾動(dòng))小、自然組合規(guī)律表現(xiàn)清晰。研究區(qū)開展1∶5萬深層土壤地球化學(xué)測量,按照500 m×250 m矩形測網(wǎng)采樣,測量區(qū)域?yàn)榍褊详惐薄＜覗|北—上馬范圍(圖2)。參照《DZ/T 0011—2015地球化學(xué)普查規(guī)范(1∶50 000)》[13]標(biāo)準(zhǔn),選用設(shè)備為澳大利亞科力SD-1單人手持式土壤取樣鉆機(jī),采集對(duì)象為C層(母質(zhì)層)底部,最大采樣深度1.5 m。采樣粒級(jí)選定為全粒級(jí),樣品采用無污染的干凈布袋進(jìn)行裝樣。

2.2 激電中梯測量

2.3 高精度磁法測量

本次使用儀器為加拿大GEM公司GSM-19T質(zhì)子磁力儀,測量區(qū)域?yàn)樯像R—柳樹莊—管店林校范圍(圖2)。依據(jù)《DZ/T 0144—94地面磁勘查技術(shù)規(guī)程》[19]和《DZ/T 0071—93地面高精度磁測技術(shù)規(guī)程》[20]標(biāo)準(zhǔn),首先進(jìn)行磁力儀噪聲、一致性、系統(tǒng)誤差試驗(yàn)工作,測量過程分為日變觀測和測點(diǎn)觀測。日變觀測讀數(shù)時(shí)間間隔為30 s。在一個(gè)工作日內(nèi),日變觀測始終始于早校正點(diǎn)觀測之前,終于晚校正點(diǎn)之后。測點(diǎn)觀測采用總場測量方式,探頭高度固定為1.8 m,觀測參數(shù)為地磁場總場強(qiáng)度。經(jīng)過日變改正得到T日改,即T日改=T測-T日,其中T測為測點(diǎn)觀測值,T日為日變觀測值;再經(jīng)過正常場改正,ΔT日改=(T0i-T0),其中T0為日變站正常場值,T0i為各觀測點(diǎn)正常場值。

為更有效地突出目標(biāo)地質(zhì)體信息,壓制非目標(biāo)體信息,需要必要的數(shù)學(xué)運(yùn)算來進(jìn)行磁異常處理與轉(zhuǎn)換,本次主要是化極和上延處理[21-22]。

2.4 可控源音頻大地電磁測深法(CSAMT)測量

CSAMT法屬人工源頻率測深,采用的人工場源有磁性源和電性源兩種[23]。電性源是在有限長(1～3 km)的接地導(dǎo)線中供音頻電流,以產(chǎn)生相應(yīng)頻率的電磁場,探測深度較大(通?？蛇_(dá)2 km)。可控源音頻大地電磁測深 (CSAMT)工作執(zhí)行《DZ/T 0280—2015可控源音頻大地電磁法技術(shù)規(guī)程》[24]標(biāo)準(zhǔn),使用儀器為加拿大Phoenix公司生產(chǎn)的V8多功能電法儀。測量區(qū)域?yàn)榱鴺淝f一帶,與激電中梯同線,測點(diǎn)點(diǎn)距100 m,頻率范圍1～7 680 Hz。AB=1.5 km,收發(fā)距10～12 km,目標(biāo)深度1.5 km。

CSAMT數(shù)據(jù)處理以測線為單位進(jìn)行,主要的處理過程分為測線數(shù)據(jù)預(yù)處理過程、反演過程、繪圖過程。數(shù)據(jù)預(yù)處理主要包括電極點(diǎn)位坐標(biāo)偏差校正、曲線自動(dòng)圓滑、跳點(diǎn)處理、兩端壞頻段截?cái)嗵幚怼臏y點(diǎn)曲線廢棄刪除等,數(shù)據(jù)反演均是采用Bostic反演。

3 物化探測量成果

3.1 深層土壤地球化學(xué)測量成果

由深層土壤地球化學(xué)測量金元素等值線圖(圖4)可以看出,金元素異常與區(qū)內(nèi)已知的金銅礦點(diǎn)在空間分布上具有高度吻合性,已知礦點(diǎn)基本分布在金異常區(qū)的中心或邊緣部位。金元素富集的異常區(qū)域,濃集中心明顯,具有明顯的分帶性,且異常成帶狀沿區(qū)內(nèi)主要控礦構(gòu)造方向展布。異常下限采用逐步剔除法,在剔除離群值之后,統(tǒng)計(jì)背景數(shù)據(jù)的背景值、標(biāo)準(zhǔn)離差等參數(shù),再進(jìn)行計(jì)算得到異常下限值。在研究區(qū)以1.50×10-9為異常下限圈出具中帶及以上濃度分帶的金元素異常帶5個(gè),異常參數(shù)見表1。

表1 Au元素異常參數(shù)

圖4 研究區(qū)深層土壤地球化學(xué)測量金元素等值線圖Fig. 4 Geochemical contour map of gold elements in deep soil in the study area

3.2 激電中梯測量成果

圖5(a)和圖5(b)分別為研究區(qū)視電阻率ρs和視極化率ηs等值線圖,異常呈帶狀分布特征。研究區(qū)東北角存在明顯高阻高極化電性異常,ρs為1 000～1 600 Ω·m,ηs為2%～3.5%。西南角存在明顯低阻高極化電性異常,ρs為100～500 Ω·m,ηs為0.8%～1.8%,內(nèi)有柳樹莊金礦點(diǎn),存在金異常。激電中梯與3線CSAMT淺部測量成果吻合較好,測區(qū)中部存在低阻高極化異常,其ρs數(shù)值大小與鉆孔ZK302所在區(qū)域接近,ηs數(shù)值大小與鉆孔ZK301所在區(qū)域接近。鉆孔ZK301顯示黃鐵礦化、黃銅礦化等較好,鉆孔ZK302揭露巖性主要為石英片巖,推測中部低阻為石英片巖引起,高極化異常為黃鐵礦化、黃銅礦化等引起。

圖5 研究區(qū)視電阻率ρs(a)和視極化率ηs(b)等值線圖Fig. 5 Coutour map of apparent resistivity(a) and apparent polarizability(b) in the research area

3.3 高精度磁法測量成果

在對(duì)研究區(qū)ΔT(或Za)異常解釋之前,先進(jìn)行歸化到地磁極(簡稱化極)的處理,以減小傾斜磁化的影響。根據(jù)研究區(qū)磁傾角及磁偏角參數(shù),運(yùn)用“跨平臺(tái)金維地學(xué)信息處理研究系統(tǒng)(GeoIPAS軟件)”對(duì)研究區(qū)磁異常ΔT化極處理,ΔT化極后異常整體向北西有所偏移(圖6(a))。

眾所周知,磁場強(qiáng)度隨距離的衰減速度與磁性體形態(tài)、規(guī)模及埋深有關(guān)。為削弱局部干擾異常,反映深部異常,對(duì)區(qū)內(nèi)ΔT化極成果做了上延處理(圖6(b))。對(duì)ΔT(化極)異常向上延拓50 m、200 m處理,分別見圖6(c)和圖6(d)。向上延拓200 m時(shí),ΔT異常已基本趨于穩(wěn)定,深部異常得到一個(gè)較好的顯現(xiàn)。推測研究區(qū)2條斷層,編號(hào)為F1、F2,均呈NW向。磁測區(qū)東北部呈現(xiàn)明顯正磁異常,ΔT為100～200 nT,與激電中梯顯示的高阻高極化電性異常對(duì)應(yīng),鉆孔ZK301即在該區(qū)域內(nèi)。磁測區(qū)中部存在明顯負(fù)磁異常,ΔT為-100～-200 nT。內(nèi)有柳樹莊金礦點(diǎn),深層土壤化學(xué)測量結(jié)果顯示為金元素富集區(qū)域,與激電中梯顯示的低阻低極化異常對(duì)應(yīng)。

圖6 研究區(qū)ΔT(a)、ΔT化極(b)、ΔT化極向上延拓50 m(c)和ΔT化極向上延拓200 m(d)等值線圖Fig. 6 Contour map of ΔT(a), ΔT reduction to the pole(b), upward continuation 50 meters(c), upward continuation 200 meters (d) in the research area

3.4 CSAMT測量成果

圖7為3線綜合剖面圖,圖7(a)為3線磁測ΔT曲線,圖7(b)為3線激電中梯ρs、ηs曲線,圖7(c)為CSAMT反演視電阻率斷面圖(附鉆孔ZK301和ZK302柱狀圖)。CSAMT反演視電阻率斷面圖中顯示400～2 600點(diǎn)地下反映為低阻,電阻率為100～50 Ω·m,結(jié)合鉆孔ZK302巖心資料,為石英片巖的電性反映。其中對(duì)應(yīng)1 200～2 200點(diǎn)標(biāo)高-400～-800 m為明顯高阻異常,電阻率為1 500～3 000 Ω·m,推測反映深部巖體。2 700～3 300點(diǎn)對(duì)應(yīng)標(biāo)高-200 m以下反映中高阻,電阻率為1 500～2 000 Ω·m。

圖7 研究區(qū)3線綜合物探剖面測量成果Fig. 7 Results of Line 3 comprehensive geophysical profile measurement in the research area

鉆孔ZK301位于3線2 950點(diǎn),磁測ΔT表現(xiàn)為高磁異常,激電中梯ρs、ηs表現(xiàn)為高阻高極化電性特征,CSAMT顯示深部為中低阻接觸部位。經(jīng)鉆孔ZK301驗(yàn)證,主要發(fā)育石英片巖和絹云母石英片巖,黃鐵礦化、黃銅礦化較好,未見金礦(化)體。

3.5 綜合物化探方法應(yīng)用研究

研究區(qū)以金銅多金屬礦勘查為目標(biāo),通過開展深層土壤地球化學(xué)測量,明確了區(qū)內(nèi)Au元素的異常分布,與已知金銅礦點(diǎn)在空間分布上具有高度吻合性。激電中梯、高精度磁測和可控源音頻大地電磁測深法(CSAMT)分別從磁、電等物性變化特征[25-26]研究區(qū)內(nèi)可能的成礦構(gòu)造情況,總體與地質(zhì)資料對(duì)應(yīng)較好。為了通過多參數(shù)對(duì)比解釋提高電性解釋的準(zhǔn)確性,筆者認(rèn)為下一步可適當(dāng)投入復(fù)電阻率法,以期尋找可能的礦致異常。

4 綜合分析與圈定靶區(qū)

研究區(qū)出露地層為中元古界張八嶺群西冷巖組變火山巖系,原巖為一套典型的海相中基性火山噴發(fā)巖,具有雙峰式特征的細(xì)碧巖-石英角斑巖建造,構(gòu)成了研究區(qū)內(nèi)較高Au豐度的變質(zhì)基底,為金的成礦作用提供了一定的礦源。李學(xué)明等[12]研究表明管店巖體巖漿巖起源于古老的變質(zhì)基底,是下地殼物質(zhì)深熔作用的結(jié)果。研究區(qū)明顯偏高的堿質(zhì),尤其高的K2O含量,表明在郯廬斷裂帶活動(dòng)作用下,強(qiáng)烈的地幔射氣作用或者來自地幔的熱液流體參與了成巖作用。由于下地殼鎂鐵質(zhì)巖系具有較高的Au豐度,在深熔作用過程中導(dǎo)致Au的活化轉(zhuǎn)移,巖漿作用和強(qiáng)烈的構(gòu)造活動(dòng)從成礦物質(zhì)、成礦空間和成礦熱動(dòng)力等方面提供了條件[27-30]。鉆探工作揭示研究區(qū)礦化蝕變也非常發(fā)育,與金銅等多金屬礦相關(guān)的主要有黃鐵礦化、褐鐵礦化、黃銅礦化、方鉛礦化、硅化、絹云母化、鉀長石化等。

深部土壤地球化學(xué)測量顯示研究區(qū)內(nèi)金元素異常濃集中心明顯,基本呈NW向帶狀分布于張八嶺巖群西冷巖組第三段地層中以及西冷巖組與第四紀(jì)蕪湖組的界面附近,與推測的NW向犁式斷層特征基本相符。激電中梯ρs高低阻和磁法ΔT正負(fù)接觸帶異常同樣顯示區(qū)內(nèi)可能存在NW向控礦構(gòu)造。綜上所述,研究區(qū)內(nèi)呈帶狀分布的金元素異?？赡苁怯捎谏畈繜嵋簲y帶礦化元素,經(jīng)隱伏斷裂或接觸帶構(gòu)造上升、運(yùn)移,并富集于西冷巖組地層中所致。

綜合研究地質(zhì)和物化探異常特征,暗示區(qū)內(nèi)可能存在3條NW向斷層,分別為F1、F2、F3。F1、F2斷層推測依據(jù)為:①激電中梯測量顯示ρs高低阻接觸帶與F1、F2斷層重合,視電阻率、視極化率異?；狙豊W向呈帶狀分布;②磁法顯示對(duì)應(yīng)推測F1、F2斷層均位于磁測ΔT正負(fù)異常接觸界面,磁異常的明顯變化可能系斷層所引起;③深層土壤地球化學(xué)測量成果顯示金元素異常同樣呈NW向帶狀分布特征,暗示F1、F2斷層分別控制Au-3和Au-5異常。類比對(duì)照F1、F2斷層與金元素異常之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系,推測可能存在F3斷層,主要控制Au-4異常。Au-4異常特征在研究區(qū)表現(xiàn)強(qiáng)烈,推測反映了F3斷層帶狀分布方向,與F1、F2斷層大致平行。

結(jié)合研究區(qū)基礎(chǔ)資料和本次研究成果,大致可得出找礦靶區(qū)圈定依據(jù)為:①區(qū)內(nèi)存在張八嶺巖群西冷組地層以及巖體(或第四紀(jì))接觸帶;②區(qū)內(nèi)及周邊存在金銅礦化點(diǎn);③存在明顯的金元素異常,且異常呈帶狀分布特征;④存在明顯的激電ρs、ηs和磁測ΔT異常。據(jù)此圈定了3個(gè)找礦靶區(qū),分別為靶區(qū)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ(圖8)。靶區(qū)Ⅰ為中高阻高極化和正磁異常特征,經(jīng)鉆孔ZK301驗(yàn)證,物探異常主要為黃鐵礦化、黃銅礦化引起,未見金礦(化)體。靶區(qū)Ⅱ?yàn)榈妥韪邩O化和負(fù)磁異常特征,金元素異常明顯沿推測F1、F2斷層呈帶狀分布,區(qū)內(nèi)存在柳樹莊金礦點(diǎn)。靶區(qū)Ⅲ金元素異常強(qiáng)烈,沿推測F3斷層呈帶狀分布,周邊存在新莊金礦點(diǎn)。受項(xiàng)目本身規(guī)模限制,靶區(qū)Ⅱ、Ⅲ未得到有效驗(yàn)證。筆者認(rèn)為,靶區(qū)Ⅱ、Ⅲ物化探異常受推測斷層F1、F2、F3控制,F1、F2、F3斷層可能為有效控礦構(gòu)造,為今后工作重心。

圖8 研究區(qū)物化探異常及靶區(qū)圈定圖Fig. 8 Anomaly of geophysical and geochemical exploration and target area prediction in the research area

5 結(jié)論

(1)綜合地質(zhì)、物探、化探信息,圈定金元素異常帶5個(gè)、找礦靶區(qū)3處。金元素異常呈帶狀分布特征,推測可能受3條NW向斷層構(gòu)造或接觸帶控制。

(2)靶區(qū)I驗(yàn)證為非礦致物探異常,指導(dǎo)該區(qū)找礦應(yīng)結(jié)合地質(zhì)和化探成果;靶區(qū)Ⅱ、Ⅲ物化探異常明顯,存在金礦化點(diǎn),可能為下一步工作的核心。

(3)明確的地質(zhì)約束對(duì)于物化探成果的解譯至關(guān)重要,物化探成果的綜合研究往往也促進(jìn)地質(zhì)認(rèn)識(shí)的新發(fā)展。在保證高質(zhì)量物化探數(shù)據(jù)的前提下,兩者可進(jìn)行全過程、全方位、全要素的綜合分析和相互驗(yàn)證。