天子山復(fù)式巖體深部巖性界面識別及找礦方向

牛家驥， 張 翔， 石連成， 盧亞運(yùn)， 占美炎

(核工業(yè)航測遙感中心， 中核集團(tuán)鈾資源地球物理勘查技術(shù)中心(重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)，河北省航空探測與遙感技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 石家莊 050002)

西秦嶺李子園—高橋金銀鉛鋅多金屬成礦帶是甘南地區(qū)礦產(chǎn)勘查工作優(yōu)先部署區(qū)域，已確定了李子園—天寧寺金銀鉛、太白—高橋鉛銀銅金等兩片重點(diǎn)勘查區(qū)，找礦潛力巨大。以往找礦思路聚焦于化探異常上，主要是通過優(yōu)先開展區(qū)域性地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查和中小比例尺化探掃面，優(yōu)選化探異常，利用大比例尺水系沉積物或土壤取樣，輔以激電測深、槽探、鉆探等方法綜合查證、追索異常來開展找礦工作，取得了較好效果[1-4]。區(qū)域上多金屬成礦除受控于廣泛發(fā)育的脆、韌性斷裂系統(tǒng)外，還與多期次侵入巖體(脈)具有密切成因聯(lián)系[5]。天子山復(fù)式巖體是區(qū)內(nèi)最具代表性巖體，其與柴家莊、八卦山巖體構(gòu)成了“柴八天”巖漿帶，對區(qū)內(nèi)巖漿熱液型、構(gòu)造蝕變巖型等多金屬礦成礦控制作用顯著[6-8]。值得注意的是，由于該巖體圍巖及本身巖性組合復(fù)雜，導(dǎo)致深部不同巖性界面不清，加之“就點(diǎn)論點(diǎn)”式化探找礦手段攻深能力不足，難以為快速探索深部找礦潛力提供更多信息，限制了對區(qū)內(nèi)深部找礦潛力的認(rèn)識。

航磁探測因其快速、高效、高分辨率等獨(dú)特優(yōu)勢，在劃分區(qū)域性巖性、構(gòu)造界線中發(fā)揮著重要作用[9-12]。依托最新1∶5萬高精度航磁數(shù)據(jù)，本文從分析天子山復(fù)式巖體多場源疊加效應(yīng)的復(fù)雜磁場入手，利用小波多尺度分解技術(shù)，有效實(shí)現(xiàn)場源分離，推斷深部延伸范圍并劃定不同巖性接觸界面；綜合前人巖漿巖控礦作用認(rèn)識，探討找礦方向，為今后探索深部找礦潛力提供基礎(chǔ)依據(jù)。

1 地質(zhì)及航磁特征

1.1 區(qū)域地質(zhì)背景

天子山復(fù)式巖體巖性以二長花崗巖為主，表現(xiàn)為Ⅰ型花崗巖特征，出露部分呈似“船”形巖株?duì)町a(chǎn)出，出露面積約133 km2(圖1)，受控于近東西向韌性剪切斷裂帶。巖體內(nèi)部酸性巖脈大量穿插，零星見輝長巖脈出露。該復(fù)式巖體成巖歷經(jīng)了加里東—燕山期復(fù)雜且長期演化過程，以往普遍認(rèn)為其成巖于燕山晚期[3]，最新研究報(bào)道表明該復(fù)式巖體屬印支早期巖漿活動的產(chǎn)物[13]。據(jù)1∶25萬地質(zhì)圖，區(qū)域上泥盆系灰?guī)r、千枚巖、片巖是天子山巖體主要圍巖，二者接觸帶蝕變礦化發(fā)育強(qiáng)烈，主要有硅化、大理巖化、黃鐵礦化等。同時(shí)，圍繞該巖體斷續(xù)分布數(shù)片小規(guī)模閃長巖帶。

1.2 典型礦床

李子園—高橋金銀鉛鋅多金屬成礦帶中現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)多處礦床、礦點(diǎn)，較典型的礦床有：①柴家莊金礦屬沉積變質(zhì)-巖漿期后熱液疊加改造的變質(zhì)熱液金礦床，賦存于柴家莊二長花崗巖體外接觸帶的丹鳳群地層中，嚴(yán)格受北東向及北北西向斷裂控制[13]。②大店溝金礦為構(gòu)造蝕變巖型礦床，產(chǎn)于奧陶-震旦系李子園群中，礦床分布受區(qū)域性元家坪-小寺溝韌性剪切帶控制[1]。

1為第四系；2為新近系；3為古近系；4為侏羅系；5為石炭系；6為泥盆系；7為花崗巖；8為花崗閃長巖；9為閃長巖；10為酸性巖脈；11為斷層。圖1 地質(zhì)簡圖

1.3 航磁特征分析

由于研究區(qū)處于中緯度地區(qū)，為降低斜磁化影響，對原始網(wǎng)格進(jìn)行了化極處理。結(jié)果顯示(圖2)，區(qū)內(nèi)以(-200～0)nT平穩(wěn)負(fù)場為背景，反映出泥盆系地層低磁性總體特征。在此背景下疊加異常呈現(xiàn)3種特征：①與天子山復(fù)式巖體出露部分相對應(yīng)的NWW向區(qū)域異常帶，異常強(qiáng)度一般在(20～100)nT，變化相對緩慢，且該異常帶北延范圍較出露范圍明顯擴(kuò)大；②巖體內(nèi)部疊加的多處獨(dú)立圈閉中等強(qiáng)度局部異常，這類異常強(qiáng)度一般在(100～300)nT，多呈短帶狀、點(diǎn)狀展布；③分布于巖體北緣醒目強(qiáng)磁異常區(qū)(帶)，其強(qiáng)度在(300～800)nT變化。區(qū)域物性資料顯示[14]，花崗巖類磁化率一般在(50～900)×10-5SI，閃長巖類磁化率一般在(300～2 500)×10-5SI，基性巖類磁化率一般在(700～5 000)×10-5SI，即巖漿巖磁性由酸性、中性、基性呈升高變化規(guī)律。由此推測天子山復(fù)式巖體深部向北仍有延伸，花崗巖類、閃長巖類、基性巖類等3種巖性是區(qū)內(nèi)3類主要場源體。

圖2 天子山巖體航磁ΔT化極特征

2 場源分離及深部巖性界面識別

天子山復(fù)式巖體深部多場源疊加效應(yīng)造成磁異常形態(tài)十分復(fù)雜，導(dǎo)致巖體深部延伸邊界及不同巖性界面信息難以從ΔT化極異常特征中直接識別。由于小波變換是將非平穩(wěn)信號表示成小波函數(shù)的線性組合，通過在時(shí)域內(nèi)伸縮、移動小波基函數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)對信號的多尺度分解。相比于傳統(tǒng)的延拓、高次導(dǎo)數(shù)、匹配濾波或統(tǒng)計(jì)模型等方法，小波變換具有較好伸縮性、穩(wěn)定性，能將磁異常分解到多個不同的尺度上來反映不同尺度和深度的異常，實(shí)現(xiàn)更為精細(xì)的場源分離，已在深部礦致異常提取和巖性界面識別中取得了很好的應(yīng)用效果[14-16]。針對該巖體航磁異常多場源性疊加特征，應(yīng)用小波多尺度分解技術(shù)來進(jìn)行場源分離。首先將異常信號分解成兩部分，即一階逼近異常和一階細(xì)節(jié)異常，逼近異常通常為相對低頻區(qū)域異?；虮尘皥?，一般對其不做分析；細(xì)節(jié)異常通常為相對高頻疊加異常，即目標(biāo)體異常。由此可以對異常信號不斷分解，獲取不同深度巖性界面信息。

應(yīng)用該方法將研究區(qū)化極航磁異常分解為5個階次，由于一階細(xì)節(jié)異常與下延近地表異常特征相當(dāng)，基本為地表場源引起，不對其進(jìn)行討論。二階～五階細(xì)節(jié)異常依次反映由淺部至深部磁場變化特征，二階細(xì)節(jié)異常顯示[圖3(a)]，研究區(qū)中部出現(xiàn)3處短帶狀強(qiáng)磁異常帶，推斷為隱伏基性巖體引起，其旁側(cè)出現(xiàn)中等強(qiáng)度異常，但異常多呈分散點(diǎn)帶狀，圈閉性一般。在三階異常上[圖3(b)]，基性巖體異常已基本不能辨認(rèn)，而上述中等強(qiáng)度異常則更為完整，可識別出多個獨(dú)立圈閉異常，推斷這類異常為閃長巖體引起。在四階異常上[圖3(c)]，基性巖體異常消失，閃長巖體異常完整獨(dú)立。在五階異常上[圖3(d)]，兩種不同巖性疊加異常完全歸并于中部NWW向?qū)捑弾顓^(qū)域異常，推測該區(qū)域升高異常為深部花崗巖體的反映。綜合來看，通過對異常由低階向高階逐次分解，可由淺至深分離出不同場源，有效減小磁異常多場源疊加效應(yīng)。具有獨(dú)立圈閉的2階細(xì)節(jié)強(qiáng)磁異常、4階細(xì)節(jié)中等強(qiáng)度異常、5階細(xì)節(jié)低幅寬緩異常分別是識別基性巖、閃長巖、花崗巖3種巖性的航磁異常標(biāo)志。由此，利用異常外梯度帶極大值連線對天子山復(fù)式巖體深部及外圍不同巖性界面進(jìn)行了圈定，結(jié)果表明(圖5)，推測該巖體深部范圍向北擴(kuò)大約172 km2，巖體內(nèi)部及東緣分布閃長巖體9片、基性巖體4片。畢明波等[6]認(rèn)為，研究區(qū)內(nèi)各類屬同一巖漿房在不同期次、不同分異程度的產(chǎn)物，僅從三階～五階細(xì)節(jié)異常中疊加異常逐次歸并判斷，可為這一認(rèn)識提供一定佐證。

圖中紅色虛線表示推斷花崗巖邊界，藍(lán)色虛線表示推斷閃長巖邊界，紫色虛線表示推斷基性巖邊界。圖3 天子山巖體航磁化極ΔT小波多尺度分解結(jié)果

3 找礦方向討論

對比柴家莊金礦及旁側(cè)鉛鋅礦點(diǎn)、大店溝金礦帶航磁ΔT原始剖面特征發(fā)現(xiàn)(圖4)，柴家莊金鉛鋅礦床(點(diǎn))上方無明顯異常反映，大店溝金礦帶內(nèi)數(shù)個小型礦床上方盡管出現(xiàn)強(qiáng)度(150～500) nT高頻異常，但這類異常為巖性異常而非礦床反映。值得注意的是，礦床位置均大致與磁場梯度帶對應(yīng)，梯度變化一般在(0.3～0.5) nT/m，變化較為顯著，反映出礦床定位受構(gòu)造或巖性界面控制的特點(diǎn)。區(qū)域內(nèi)，金多金屬成礦與天子山巖體成巖過程中強(qiáng)烈?guī)r漿活動關(guān)系密切，張永哲等[5]認(rèn)為，多期次巖漿活動不僅為成礦作用提供熱動力和空間場所，促進(jìn)了圍巖中成礦物質(zhì)活化、遷移和富集，其本身也是成礦重要物源，對成礦具有顯著再富集作用。綜合前文推斷結(jié)果，天子山復(fù)式巖體即包括呈大規(guī)模巖基狀產(chǎn)出的花崗巖體，在其內(nèi)部及邊緣也發(fā)育有閃長巖、基性巖巖株或巖脈，而礦體即定位于不同巖性隱伏侵入巖、侵入巖與圍巖接觸界面1 km范圍內(nèi)，即花崗巖與其他巖性接觸界面是控制礦床成礦空間的重要因素，同時(shí)也說明該巖體深部仍有廣闊的找礦前景。據(jù)此，圈定了6片深部找礦有利區(qū)(圖5，編號I～VI)，應(yīng)在今后深部找礦潛力評價(jià)及勘查選區(qū)中優(yōu)先給予關(guān)注。

1為推斷花崗巖邊界；2為推斷閃長巖邊界；3為推斷基性巖邊界;4為金礦床；5為鉛鋅礦點(diǎn)。圖4 柴家莊、大店溝礦床航磁ΔT原始剖面特征

1為推斷花崗巖邊界；2為推斷閃長巖邊界；3為推斷基性巖邊界；4為金礦床；5為鉛鋅礦點(diǎn)：6為推斷多金屬找礦有利區(qū)。圖5 天子山巖體推斷深部金多金屬找礦有利區(qū)

4 結(jié)論

小波多尺度分解技術(shù)可有效實(shí)現(xiàn)天子山復(fù)式巖體航磁異常多場源分離，識別深部巖性界面。天子山復(fù)式巖體主要由花崗巖、閃長巖、基性巖等3類侵入巖構(gòu)成，且為同源巖漿演化的產(chǎn)物，深部向北延伸約172 km2。同時(shí)，花崗巖與其他巖性接觸界面是定位深部成礦的重要因素，所圈定的6片找礦有利區(qū)，應(yīng)在今后深部找礦潛力評價(jià)及勘查選區(qū)中優(yōu)先給予關(guān)注。