個(gè)舊礦集區(qū)東區(qū)重力場(chǎng)特征及地質(zhì)-地球物理找礦模型

李 忠, 代達(dá)龍, 張小兵, 李開畢, 王光杰, 唐 鑒, 曹 濤, 王小虎

(1.云南省地質(zhì)調(diào)查院(云南省地質(zhì)科學(xué)研究院)，昆明 650216；2.自然資源部三江成礦作用及資源勘查利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，昆明 650051；3.云南省地質(zhì)調(diào)查局，昆明 650216；4.中國(guó)科學(xué)院 地質(zhì)與地球物理研究所，北京100029)

個(gè)舊錫銅多金屬礦集區(qū)地處云南省個(gè)舊市，目前是中國(guó)規(guī)模最大的錫-多金屬礦集區(qū)[1]。多年以來(lái)，隨著礦區(qū)勘查深度的加大和系統(tǒng)研究的不斷深入，找礦對(duì)象由最初的地表砂錫礦床轉(zhuǎn)變?yōu)閷ふ屹x存于淺部和中深部的錫、銅、鉛鋅、金等多金屬礦床[2]。同時(shí)對(duì)于礦集區(qū)成礦模式和賦礦規(guī)律的認(rèn)識(shí)也有了很大的變化，由最初“巖漿熱液成因論”[3-5]轉(zhuǎn)變?yōu)椤岸嗥诙嘣春投嘁驈?fù)成礦論”[6-11]，并總結(jié)出“兩樓一梯”[12-14]、“豐字型”[15]、“兩樓一梯+地下室”等成礦模式，成礦規(guī)律認(rèn)識(shí)的不斷更新展示了個(gè)舊礦集區(qū)成礦具有多樣性[16]。從已有的資料分析，該區(qū)各種成礦模式均顯示個(gè)舊多金屬礦床的形成與燕山期巖漿活動(dòng)密切相關(guān)[17-18]，已知的幾大礦田礦體的空間分布基本上都是以隱伏花崗巖為中心，圍繞著花崗巖體成群成帶分布[19]，在花崗巖體陡、緩交替處，巖體頂部呈盆、槽洼處均是成礦有利部位[20],近年來(lái)新發(fā)現(xiàn)的蝕變花崗巖型礦體也主要分布于花崗巖體接觸帶附近?？傊?，該區(qū)隱伏巖體和斷裂構(gòu)造對(duì)成礦具有重要作用。本文以研究區(qū)1∶5萬(wàn)高精度重力測(cè)量數(shù)據(jù)[21]為主分析隱伏巖體和斷裂構(gòu)造的分布狀態(tài)，并圈定成礦有利地段, 初步建立地質(zhì)-地球物理找礦模型。

1 地質(zhì)背景

本次研究區(qū)位于個(gè)舊礦集區(qū)東區(qū)(圖1)，研究的范圍基本涵蓋了個(gè)舊礦區(qū)已知的幾大礦田。其區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造位置為揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)、華南褶皺系及唐古拉-昌都-蘭坪-思茅褶皺系三大地質(zhì)構(gòu)造單元匯聚地帶之華南褶皺系右江地槽褶皺帶西南端(圖1-A)[22]。研究區(qū)內(nèi)出露地層以中三疊統(tǒng)個(gè)舊組(T2g)為主，巖性為碳酸鹽巖，其下部含基性火山巖，是錫-多金屬礦的最主要容礦層；中三疊統(tǒng)法郎組(T2f)小面積出露于北部；第四系全新統(tǒng)(Qh)出露于研究區(qū)東北角。

圖1 研究區(qū)區(qū)域地質(zhì)圖Fig.1 Regional geological map of the study area1.鉛礦點(diǎn); 2.錫礦床; 3.縣級(jí)市; 4.鄉(xiāng)鎮(zhèn); 5.研究區(qū); 6.第四系; 7.第三系; 8.火把沖組; 9.烏格組; 10.法郎組; 11.個(gè)舊組; 12.永寧組; 13.花崗巖; 14.正長(zhǎng)巖; 15.輝長(zhǎng)巖; 16.玄武巖; 17.斷裂

研究區(qū)自中三疊世沉積形成了以碳酸鹽巖為主的地層以來(lái)，經(jīng)歷了印支晚期的造山作用，燕山中晚期的構(gòu)造-巖漿及成礦作用，喜馬拉雅早期的構(gòu)造-巖漿作用和新近紀(jì)的構(gòu)造作用，使得區(qū)內(nèi)褶皺和斷裂構(gòu)造較為發(fā)育[23]。①北東向：皺褶主要有五子山復(fù)背斜，為南盤江凹斷褶帶在印支期末-燕山期初回返褶皺而成，是區(qū)內(nèi)最重要的控巖、控礦構(gòu)造；斷裂主要有楊家田斷裂、黃泥洞斷裂和五子山復(fù)背斜軸部斷裂帶等。②近東西向：褶皺主要有馬松穹隆、老廠背斜、大青向斜以及卡房褶皺帶；斷裂主要有個(gè)松斷裂、背陰山斷裂、蒙子廟斷裂帶、老熊洞斷裂、仙人洞斷裂、龍樹腳斷裂、白龍斷裂等。③北西向：區(qū)域北西向褶皺、斷裂較少，主要有白沙沖斷裂。④南北向：個(gè)舊斷裂、甲介山斷裂。根據(jù)前人研究成果，區(qū)內(nèi)構(gòu)造演化史為：印支晚期-燕山早期(SN)→燕山中晚期(NW-SE)→喜馬拉雅構(gòu)造運(yùn)動(dòng)早期(NE-SW)→喜馬拉雅構(gòu)造運(yùn)動(dòng)晚期(EW)[24]。

研究區(qū)的巖漿活動(dòng)從印支期一直延續(xù)到燕山期。巖漿巖主要為花崗巖；花崗巖與區(qū)內(nèi)錫-多金屬礦床成礦關(guān)系十分密切，為區(qū)內(nèi)成礦作用提供了主要熱源與部分礦源?；◢弾r除在白沙沖、北炮臺(tái)和卡房等地有小面積出露外，主要隱伏于地表以下0.2～1.5 km。大部分已探明的金屬儲(chǔ)量都分布在隱伏花崗巖體的接觸帶及上部圍巖中[25]。

2 區(qū)域重力場(chǎng)特征

本文所使用的重力數(shù)據(jù)來(lái)源于云南省地質(zhì)調(diào)查院在2010-2011年實(shí)施的“云南省個(gè)舊地區(qū)錫銅礦整裝勘查1∶5萬(wàn)重力測(cè)量”項(xiàng)目，使用儀器為CG-5型重力儀，布格重力異常精度為±0.199×10-5m/s2，范圍基本覆蓋了個(gè)舊錫銅多金屬礦集區(qū)東區(qū)。

2.1 布格重力異常特征

研究區(qū)位于個(gè)舊市東側(cè)，布格重力異常平面圖(圖2)顯示，異?？傮w呈現(xiàn)北西低、東南高的特點(diǎn)。研究區(qū)中部布格重力異常較寬緩，四周均為明顯的梯級(jí)帶，尤其東南側(cè)為密集的北東向展布的梯級(jí)帶；北側(cè)為北西西向展布的梯級(jí)帶，西側(cè)為近南北向展布的梯級(jí)帶。初步推斷梯度帶受花崗巖侵入深度不同所致。極大值位于研究區(qū)東南角，說(shuō)明該處花崗巖侵入深度最大。極小值位于研究區(qū)西側(cè)的個(gè)舊市金湖。

圖2 研究區(qū)重力異常圖Fig.2 Gravity anomaly map of the study area(A)布格重力異常圖； (B)剩余重力異常圖

2.2 剩余異常特征

剩余重力異常平面圖(圖2)顯示，由于區(qū)內(nèi)構(gòu)造發(fā)育，地層、巖體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使得剩余重力異常曲線變化也復(fù)雜，在區(qū)內(nèi)形成多個(gè)局部重力異常，各個(gè)局部異常的形態(tài)各異，呈不規(guī)則狀分布。剩余負(fù)異常主要沿北東向斷續(xù)分布于研究區(qū)內(nèi)，異常展布方向各異。在小馬拉格、瓦房沖西側(cè)、老廠、卡房形成較好局部重力負(fù)異常，初步推測(cè)為花崗巖體向上隆起所致，與各大礦體位置基本吻合。

2.3 物性特征

根據(jù)“云南省個(gè)舊地區(qū)錫銅礦整裝勘查1∶5萬(wàn)重力測(cè)量”項(xiàng)目對(duì)巖(礦)石密度的統(tǒng)計(jì)結(jié)果(表1)。研究區(qū)內(nèi)主要出露地層個(gè)舊組為相對(duì)高密度地層，局部小范圍出露的花崗巖的平均密度比圍巖密度低0.15×103g/cm3左右，為低密度體。對(duì)照研究區(qū)內(nèi)剩余重力異常，在巖體出露位置及附近剩余重力異常均為負(fù)異常，認(rèn)為研究區(qū)內(nèi)剩余重力負(fù)異常應(yīng)與深部隱伏巖體有一定的關(guān)系。

表1 研究區(qū)巖(礦)石密度特征Table 1 Rock density characteristics of the study area

3 重力異常特征與地質(zhì)解譯

3.1 斷層的劃分

根據(jù)布格重力異常，剩余重力異常，垂向二階導(dǎo)數(shù)異常， 0°、45°、90°、135°水平導(dǎo)數(shù)異常以及水平梯度模等數(shù)據(jù)位場(chǎng)處理手段，在研究區(qū)內(nèi)劃分?jǐn)嗔?1條(圖3)。

圖3 推測(cè)的斷裂分布圖Fig.3 Distribution of the inferred faults(A)垂向二階導(dǎo)數(shù)； (B)歸一化總水平導(dǎo)數(shù)垂向?qū)?shù)

近南北向斷裂2條：個(gè)舊斷裂(F1)、甲介山斷裂(F2)；近東西向斷裂4條：龍樹腳斷裂(F3)、仙人洞斷裂(F4)、老熊洞斷裂(F5)、個(gè)松斷裂(F7)，為主要控巖控礦斷裂；北西向斷裂3條：背陰山斷裂(F6)、水龍井?dāng)嗔?F10)、白沙沖斷裂(F11)；北東向斷裂2條：羊壩底斷裂(F8)、蘆礦壩斷裂(F9)。從上延不同高度(250～4 000 m)的水平梯度模異常圖(圖4)可見，F(xiàn)1、F2為深部斷裂，上延250～2 000 m位場(chǎng)變化均有顯示；其次是F6、F7、F9、F11斷裂，250～1 000 m上延位場(chǎng)有明確顯示；其余多為淺部斷裂，500 m上延位場(chǎng)異常反映不太明顯。據(jù)不同上延位場(chǎng)處理結(jié)果，研究區(qū)內(nèi)所有斷裂均未切穿深部花崗巖體，但是F1(個(gè)舊斷裂)兩側(cè)花崗巖呈現(xiàn)不同的分布狀態(tài)，西側(cè)花崗巖體連片分布，形成團(tuán)塊狀異常，出露巖體面積較大；東側(cè)花崗巖多呈脈狀、柱狀侵入體，形成局部小范圍重力低異常，巖體多呈隱伏狀態(tài)，地表出露面積較小。在上延4 000 m水平梯度模異常圖上，異常峰值線反映了花崗巖體深部邊界位置，在研究區(qū)內(nèi)呈U形展布。不同期次的斷裂構(gòu)造運(yùn)動(dòng)為巖漿上涌提供了通道，為成礦提供了場(chǎng)所。

圖4 上延不同高度(250～4 000 m)水平梯度模異常圖Fig.4 Anomaly map of horizontal gradient modulus at different altitude (250～4 000 m)

3.2 隱伏巖體突起范圍的圈定

半隱伏花崗巖體引起的重力低異常特點(diǎn)就是重力低異常等值線圈閉良好，形態(tài)完整，異常幅值大，梯度陡。異常范圍比巖體出露面積大 (幾倍甚至幾十倍)[26]。巖體隆起范圍的圈定主要根據(jù)局部剩余重力異常、異常的垂向二階導(dǎo)數(shù)零值線，結(jié)合地質(zhì)、重力剖面反演結(jié)果修訂、圈定巖體隆起邊界。

花崗巖隱伏巖體突起范圍(圖5)與剩余重力負(fù)異常范圍相吻合，與已知礦田位置較吻合，證明礦體與花崗巖體有密切的關(guān)系；在調(diào)查區(qū)內(nèi)整體呈“入”字形展布。在小馬拉格—瓦房沖—羅期底地區(qū)存在西北向呈帶狀展布且寬度一般的突起帶；在瓦房沖—老廠—卡房地區(qū)存在北東向呈帶狀展布且寬度較大的突起帶，推斷這與五子山背斜位置較吻合，證明五子山背斜確實(shí)存在。

圖5 推測(cè)的隱伏巖體突起分布圖Fig.5 Inferred result map of concealed rock mass bulge

3.3 剖面反演解釋

重力異常定量反演解釋的目的是運(yùn)用各種定量反演方法求取有關(guān)場(chǎng)源(擬探測(cè)目標(biāo)物或目標(biāo)層)的幾何參數(shù)和物性參數(shù)[27]。根據(jù)研究區(qū)重力異常特征及區(qū)域物性資料，利用RGISMAP軟件進(jìn)行2.5D重磁剖面反演模塊人機(jī)聯(lián)作方式對(duì)布格重力異常進(jìn)行反演擬合。根據(jù)物性測(cè)定結(jié)果，個(gè)舊組地層密度為2.71×103g/cm3，花崗巖體密度為2.58×103g/cm3，玄武巖密度為2.82×103g/cm3，礦體密度為(2.95～3.00)×103g/cm3。

據(jù)AA’剖面反演結(jié)果(圖6)，剖面重力低異?；緦?duì)應(yīng)巖體局部向上突起部位，構(gòu)造軟弱帶是重熔花崗巖向上侵位和礦液流通的良好通道。巖體整體呈“山”字形展布；在巖體與個(gè)舊組灰?guī)r的接觸部位和構(gòu)造附近具有良好的成礦條件，特別是巖體局部隆起接觸部位。剖面上整體重力異常特征與花崗巖體形態(tài)一致，重力高對(duì)應(yīng)于花崗巖體凹陷，重力低對(duì)應(yīng)于花崗巖體隆起。在重力低區(qū)域中出現(xiàn)的局部重力高初步推斷為金屬礦體(銅、鉛鋅、錫)所致。推斷礦體大部分處于斷裂或花崗巖體隆起附近。礦體KT1推斷為蝕變花崗巖型礦體；礦體KT2推斷為層間礦體；礦體KT3推斷為矽卡巖型和熱液型礦體；礦體KT4和礦體KT5推斷為矽卡巖型礦體；礦體KT6推斷為熱液型礦體；礦體KT7推斷為玄武巖有關(guān)的礦體；礦體KT8推斷為層間、矽卡巖型和蝕變花崗巖型礦體。礦體KT1、KT2、KT5、KT6、KT7和KT8為已知礦體，KT3和KT4為推斷礦體，為下一步找礦有利部位。

圖6 AA’剖面重力反演推斷結(jié)果圖Fig.6 Results of gravity inversion of AA’ profile1.布格重力異常曲線； 2.剩余重力異常曲線； 3.擬合布格重力異常曲線；4.斷裂； 5.個(gè)舊組； 6.玄武巖； 7.花崗巖； 8.推測(cè)的礦體及編號(hào)

據(jù)BB’剖面反演結(jié)果(圖7)，巖體在北側(cè)侵位到更淺的位置(離地表更近)，南側(cè)侵位相對(duì)更深，且?guī)r體規(guī)模較小。在巖體接觸部位和構(gòu)造附近具有良好的成礦條件；礦體KT9 和KT12推斷為層間礦體；礦體KT10、KT11和KT13推斷為矽卡巖型礦體。KT9-KT13為推斷礦體，為下一步找礦有利部位。

圖7 BB’剖面重力反演推斷結(jié)果圖Fig.7 Results of gravity inversion of BB’ profile1.布格重力異常曲線; 2.剩余重力異常曲線; 3.擬合布格重力異常曲線; 4.斷裂; 5.個(gè)舊組; 6.花崗巖; 7.推測(cè)的礦體及編號(hào)

沿剖面重力低異常兩側(cè)出現(xiàn)的局部重力高或重力異常過(guò)渡帶(構(gòu)造)部位應(yīng)是成礦的有利部位，在這些部位巖體局部凹陷或個(gè)舊組的增厚都不足以影響曲線形態(tài)，認(rèn)為存在更高的密度體(礦體)才能夠引起異常。

綜合分析礦體形成在花崗巖體接觸帶或斷裂(構(gòu)造)附近區(qū)域，但花崗巖體接觸帶不能太深。

4 討 論

4.1 根據(jù)重力異常確定礦體與構(gòu)造和花崗巖體的關(guān)系

根據(jù)重力異常結(jié)果和已知礦區(qū)資料，并結(jié)合前人研究成果，初步認(rèn)為：由于受印支中晚期-燕山早期南北向擠壓應(yīng)力的長(zhǎng)期作用，產(chǎn)生在區(qū)域上東西向的拉張效應(yīng)而造成南北向的張性斷裂活動(dòng)，造成了下切較深的南北向斷裂，包括個(gè)舊斷裂(F1)和甲介山斷裂(F2)。燕山中晚期構(gòu)造應(yīng)力作用方式由南北向擠壓為主逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楸蔽?南東向擠壓，形成SN向斷裂并發(fā)生左旋剪切，同時(shí)形成一系列疊加在早期東西向褶皺之上的北東向褶皺(五子山復(fù)背斜)和斷裂，控制燕山期花崗巖侵位的空間和形態(tài)[28]。喜馬拉雅期構(gòu)造應(yīng)力作用由南北向的右旋剪切轉(zhuǎn)化為東西方向的擠壓作用，形成東西向斷裂，促使含礦熱液進(jìn)入五子山復(fù)式背斜的翼部以及北東-南西向與東西向斷裂的交匯部位，這些部位為礦液的多次集聚提供了場(chǎng)所。該期還發(fā)生先成斷裂的再次活動(dòng)，個(gè)舊主干斷裂活動(dòng)加劇，主要構(gòu)造活動(dòng)在垂直方向上較為活躍，表現(xiàn)為地殼差異升降、剝蝕，導(dǎo)致西區(qū)抬升和東區(qū)下降。燕山期花崗巖是以重熔花崗巖為主，侵入中心可能在西區(qū)；花崗巖的侵入時(shí)間是西區(qū)早東區(qū)晚，在東區(qū)花崗巖的侵入時(shí)間是北早南晚。所以個(gè)舊西區(qū)花崗巖體大面積出露，而東區(qū)花崗巖體大面積隱伏；花崗巖體隱伏的深度表現(xiàn)為北淺南深。

花崗巖體為成礦提供了物源；構(gòu)造為礦液提供了多次集聚的場(chǎng)所。

4.2 地質(zhì)-地球物理找礦模型

根據(jù)個(gè)舊東區(qū)成礦模式圖(據(jù)西南有色308隊(duì)修編)、重力場(chǎng)特征和兩條重力異常剖面反演結(jié)果，確定了研究區(qū)的深部巖體分布格架，并初步建立地質(zhì)-地球物理找礦模型(圖8)。該模型中個(gè)舊組地層密度為2.71×103g/cm3，花崗巖體密度為2.58×103g/cm3，玄武巖密度為2.82×103g/cm3，礦體密度為(2.95～3.00)×103g/cm3。

圖8 地質(zhì)-地球物理找礦模型圖Fig.8 Geological-geophysical prospecting model diagram1.玄武巖; 2.斷裂; 3.花崗巖界面; 4.巖體邊緣相分界線; 5.巖體成礦遠(yuǎn)景區(qū); 6.礦體; 7.礦床類型; 8.正演布格重力異常曲線

根據(jù)地質(zhì)-地球物理找礦模型，個(gè)舊地區(qū)的個(gè)舊組地層和礦體為相對(duì)高密度體，引起重力高異常；巖體為低密度體，是造成區(qū)內(nèi)重力低異常的主要原因。由正演結(jié)果所示，巖體向上突起能夠引起明顯重力低異常，巖體凹部對(duì)應(yīng)重力高異常，推斷巖體接觸帶(礦體的富集部位)對(duì)重力異常曲線形態(tài)有一定的影響。巖體突起中心若存在礦化，對(duì)應(yīng)的重力異常曲線并不是重力低異常中心位置，說(shuō)明礦體對(duì)曲線形態(tài)有一定的影響。認(rèn)為礦體處于重力低異常兩側(cè)出現(xiàn)的局部重力高或重力異常過(guò)渡帶(構(gòu)造)部位。

燕山中晚期重熔型花崗巖是個(gè)舊錫銅多金屬礦床的重要物質(zhì)來(lái)源，并且為成礦熱液活動(dòng)提供主要?jiǎng)恿蜔嵩矗怀傻V主線是以燕山期多次巖漿熱液復(fù)合改造為主，構(gòu)造(斷裂、褶皺)提供導(dǎo)礦通道和儲(chǔ)存空間，3種主要圍巖(個(gè)舊組碳酸鹽巖、玄武巖、花崗巖)造就了錫銅多金屬礦床的成礦多樣性。因此，個(gè)舊礦區(qū)具有“巖控、層控和構(gòu)控”的特征和規(guī)律。

5 結(jié) 論

a.研究區(qū)隱伏巖體在淺部沿五子山復(fù)背斜軸部呈北東向多峰式突起，向下有連成一體的趨勢(shì)，在深部存在一個(gè)巨大的穹隆狀花崗巖基。

b.從重力場(chǎng)角度分析認(rèn)為區(qū)內(nèi)斷裂未切穿巖體，但構(gòu)造軟弱帶(斷裂、褶皺)是重熔花崗巖漿向上侵位和礦液的良好通道。

c.根據(jù)重力場(chǎng)特征，在個(gè)舊東區(qū)圈定隱伏花崗巖體突起位置和范圍。

d.根據(jù)剖面重力反演結(jié)果，在某些部位中三疊統(tǒng)和花崗巖體復(fù)雜的空間組合均不足以引起該重力異常，推測(cè)應(yīng)存在高密度體(礦體)的影響，間接證明了該區(qū)隱伏礦床潛力巨大，并圈定了7處找礦有利部位。