低空航磁在淺覆蓋區(qū)預(yù)測成礦靶區(qū)的勘查效果評價

岳想平，張 健，陳宗剛，馮旭亮

(1.中國電建集團(tuán) 西北勘測設(shè)計研究院有限公司,陜西 西安 710065;2.甘肅省地礦局 第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院,甘肅 天水 741020;3.西安石油大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院,陜西 西安 710065)

1 引言

我國黃土覆蓋區(qū)面積超過30×104km2[1-6],研究區(qū)位于黃土覆蓋區(qū)通渭縣,地形基本為大片的河谷盆地、綿延起伏的山地以及溝壑縱橫的黃土梁峁構(gòu)成,黃土廣布。成礦帶屬于阿爾金-祁連成礦省北祁連金銅鉛鋅鉻鐵鎢稀土成礦帶。區(qū)內(nèi)鉛鋅、鎢、金、銅的成礦地質(zhì)條件良好,成礦帶上已發(fā)現(xiàn)蛟龍掌鉛鋅礦、高家峽釩鈦磁鐵礦、何家坪鉬礦等,礦床類型以海相火山巖型鉛鋅礦、巖漿巖分異型釩鈦磁鐵礦、斑巖型鉬礦等為主。

中國自然資源航空物探中心分別在1974年,1983年在白銀-天水地區(qū)開展了1∶5萬航磁測量,范圍均覆蓋了本研究區(qū),并圈定了2處航磁異常,分別為C-74-14和C-83-119。1974年航磁測量采用的是402型航空磁力儀,精度為10 nT。1983年采用的是光泵式航空磁力儀,調(diào)平后精度為3.7 nT,兩次測量飛行離地高度在350 m以上,定位精度在100～200 m,測量精度及定位精度整體較低。

本次工作采用動力滑翔機(jī)航磁測量系統(tǒng)開展低空航磁測量工作,飛行離地高度在160 m以內(nèi),平面定位精度在2 m以內(nèi),測量精度在1.08 nT,通過本次工作,新圈定航磁異常4處,通過對取得的磁測ΔT做化極處理,在化極基礎(chǔ)上進(jìn)行不同高度的延拓處理,以及垂向二階導(dǎo)數(shù)處理,劃分了區(qū)內(nèi)主要斷裂構(gòu)造和圈定了與成礦密切相關(guān)的巖體邊界,綜合研究地質(zhì)成礦規(guī)律、斷裂構(gòu)造控礦以及花崗巖體熱液成礦等因素,最終圈定了3處成礦靶區(qū),優(yōu)選了1號成礦靶區(qū)開展了激發(fā)極化法進(jìn)行查證,發(fā)現(xiàn)并圈定了鎢礦點(diǎn)一處,經(jīng)鉆探驗(yàn)證,提交了小型礦產(chǎn)地一處,取得了較好的找礦效果。

2 地質(zhì)特征

研究區(qū)(圖1)位于青藏高原東北緣,是我國中央造山系重要組成部分。其獨(dú)特的大地構(gòu)造位置使本區(qū)在豐富和發(fā)展大陸造山帶形成過程、組成結(jié)構(gòu)及動力學(xué)機(jī)制等方面具有舉足輕重的作用。然而由于圖區(qū)新生界覆蓋大,地質(zhì)構(gòu)造研究相對薄弱,部分重要的構(gòu)造帶如中、北祁連構(gòu)造分界帶及白銀-靜寧構(gòu)造巖漿帶在圖區(qū)空間延展等問題懸而未決。

區(qū)內(nèi)古生代發(fā)育較為齊全,中生代缺失,第四紀(jì)分布最為廣泛,部分地層僅出露于沖溝之中,分布零星,連續(xù)性差,多呈樹枝狀產(chǎn)出[7]。區(qū)內(nèi)主要地層及詳細(xì)巖性見表1。

1-沖積砂礫土;2-午城組風(fēng)積黃土;3-甘肅群泥巖夾礫巖;4-高家灣組硅質(zhì)大理巖;5-三疊系似斑狀中粗粒黑云二長花崗巖;6-三疊系含斑中細(xì)粒黑云二長花崗巖;7-三疊系中細(xì)粒黑云二長花崗巖;8-地質(zhì)界線;9-航磁測量范圍圖1 研究區(qū)地質(zhì)圖Fig.1 Geological map of the study area

表1 地層巖性

3 地球物理特征

3.1 地球物理場特征

3.1.1 重力場特征

區(qū)域重力場以重力梯度帶間的低緩重力高為主要特征,研究區(qū)位于重力梯度帶間低緩重力高的南緣,重力場呈圓形、橢圓形,總體呈北東向帶狀分布,表明上述異常近鄰巖石在密度上有明顯的差異性,推測為火山巖隆起區(qū),覆蓋較淺。

地層密度從新到老密度值呈遞增趨勢。在古生界-太古宇間巖層密度接近或略高于地殼表層平均密度(2.67×103kg/m3)。

巖漿巖類基性巖密度一般小于超基性巖密度。當(dāng)超基性巖蝕變?yōu)樯呒y巖或發(fā)生蛇紋石化時,往往體積膨大而密度減小。

花崗巖和同質(zhì)火山巖較地層平均密度偏小,而形成重力低,花崗閃長巖與地層平均密度較接近,引起重力異常不明顯;閃長巖和基性輝長巖以及同質(zhì)火山巖,如安山巖和玄武巖,密度高于地層平均密度,而形成重力高;超基性巖體大部分蛇紋石化,未變質(zhì)橄欖巖、輝石巖等往往以殘留體出現(xiàn),因此在整個超基性巖體上形成重力低。

3.1.2 磁場特征

區(qū)內(nèi)航磁異常整體呈北西向和北西西向展布,主要為會寧-義崗川異常區(qū)和通渭異常區(qū)。

會寧-義崗川異常區(qū)局部異常寬緩圓滑,磁場值變化較少,強(qiáng)度在80～240 nT,局部異?？傮w走向呈北西向。覆蓋層較厚,形成北西向帶狀槽地,稱炭山槽地。

3.2 巖石物性特征

3.2.1 巖石磁性特征

區(qū)內(nèi)大部分巖石為非磁性或弱磁性,少數(shù)酸性、基性巖體或者巖脈磁性較強(qiáng),如斜長角閃巖等磁性很強(qiáng),具體巖(礦)石磁化率參數(shù)統(tǒng)計結(jié)果見表2。

表2 巖(礦)石磁化率參數(shù)

3.2.2 巖石電性特征

對本次采集的部分重點(diǎn)巖石樣進(jìn)行了電性測定,測定結(jié)果見表3。由表3可見,絹云綠泥角閃片巖、絹云石英片巖極化率分別達(dá)到4.49 %、3.51 %,電阻率較低,為低阻高極化特征。

表3 巖(礦)石電性參數(shù)

4 航磁場特征及推斷解釋

本次航磁測量線距100 m,點(diǎn)距2～3 m,飛行離地高度在160 m以內(nèi),平面定位精度在2 m以內(nèi)。以往航磁測量線距500 m,點(diǎn)距20～50 m,飛行離地高度在350 m以上,定位精度在100～200 m,測量精度及定位精度整體較低。

對本次采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行了各項(xiàng)改正、切割線調(diào)平處理、數(shù)據(jù)網(wǎng)格化等處理后,繪制了1∶1萬航磁測量ΔT等值線平面圖。為進(jìn)一步說明本次航磁測量的優(yōu)勢,對1∶1萬航磁測量成果與以往1∶5萬航磁成果進(jìn)行了對比(圖2),可見本次1∶1航磁與1∶5萬航磁在大的形態(tài)上基本一致,但本次航磁在磁場細(xì)節(jié)方面刻畫得更為細(xì)致,異常形態(tài)更為完整,部分異常還被細(xì)分為多個峰值異常組成,從而更清晰地反映出了地下磁性體內(nèi)部特征。另外,由于本次航磁測量飛行高度低,且沿地形起伏飛行,還發(fā)現(xiàn)了一些小的弱磁異常,如C-18-6為本次新發(fā)現(xiàn)航磁異常,在以往的航磁異常等值線圖上沒有任何顯示。通過本次航磁測量,為地質(zhì)找礦提供了更多的磁場信息。

根據(jù)航磁異常特征共圈定了6處航磁異常,新發(fā)現(xiàn)4處,以往異常繼續(xù)使用原編號,新發(fā)現(xiàn)異常分別編號為C-18-2～C-18-6。測區(qū)磁場整體表現(xiàn)為大面積的正異常,在西北部有部分負(fù)異常,異常整體以北東向展布,梯度變化較大,異常范圍在-38.4～167.5 nT。

綜合地質(zhì)及物性資料,測區(qū)南部、東北部的正異常C-18-2、C-83-119、C-18-4以及C-18-5磁異常由三疊紀(jì)地層的含斑二長花崗巖引起,西北部正異常C-74-14磁異常已由鉆孔驗(yàn)證為含磁鐵礦綠泥絹云母千枚巖引起[7,8]。

將馬家窯—華家?guī)X測區(qū)ΔT磁異常向上延拓100 m、200 m、500 m、1 000 m、2 000 m后(圖3),測區(qū)各磁異常極大值都不同程度地下降了,延拓后各磁異常極大值見表4。由表4可以看出,C-74-14、C-18-2在上沿過程中衰減較快,C-18-1、C-83-119、C-18-3、C-18-4衰減慢,表明引起C-74-14、C-18-2磁異常的場源較淺,引起C-18-1、C-83-119、C-18-3、C-18-4磁異常的場源較深,且為同源磁性體。

1-正等值線;2-0等值線;3-負(fù)等值線;4-航磁異常編號;5-極值點(diǎn);6-水系;7-地名圖2 本次1∶1萬和以往1∶5萬航磁ΔT等值線Fig.2 Current and prervious 1∶10 000 aeromagnetic ΔT contour map

表4 磁異常延拓不同高度極大值(單位：nT)

5 構(gòu)造推斷及成礦靶區(qū)圈定

由于研究區(qū)所處位置構(gòu)造運(yùn)動較為頻繁,受構(gòu)造作用,區(qū)內(nèi)褶皺、斷裂較多,因此可利用特定的磁場形態(tài)進(jìn)行構(gòu)造推斷[9-12],常用的判別標(biāo)志有：梯度帶、不同磁場分界線、線性異常帶、異常突變帶、串珠狀異常帶、異常錯動帶、雁行狀異常帶、放射狀異常帶等[13-18]。

本次航磁,通過對ΔT(化極)磁異常做向上延拓、垂向二階導(dǎo)數(shù)處理,依據(jù)航磁斷裂判別依據(jù)在測區(qū)共劃定了四條斷裂帶,分別為F1、F2、F3、F4,位置及走向見圖4(a),其中F2斷裂帶在大墩村附近已被查證存在(紅色實(shí)線),位置及走向完全吻合,且在該處發(fā)現(xiàn)鎢礦點(diǎn),礦體受地層及斷裂共同控制。

對本次ΔT航磁異常做化極處理,在化極的基礎(chǔ)上向上做不同高度的延拓處理,再分別對延拓后的磁異常做垂向二階導(dǎo)數(shù)處理,以0值線為邊界圈定了花崗巖體邊界,參考已有研究成果,區(qū)內(nèi)成礦與巖體密切相關(guān),主要在巖體的凹陷空間部位。另外北西向斷裂帶對成礦也有導(dǎo)礦控礦作用,故本次綜合巖體特征、斷裂帶以及地面查證情況,以形狀似葫蘆型、卡脖子狀的巖體邊界形態(tài)圈定為成礦有利地帶,測區(qū)共圈定3處成礦有利靶區(qū),見圖4(b),分別編號為1號、2號、3號,其中1號靶區(qū)所在處在查證過程中發(fā)現(xiàn)鎢礦化線索,后期進(jìn)行了重點(diǎn)查證。

1-正等值線;2-0等值線;3-負(fù)等值線;4-推測斷裂帶;5-實(shí)測斷裂帶;6-第四系黃土;7-新近系泥巖;8-硅質(zhì)大理巖;9-黑云二長花崗巖;10-地質(zhì)界線;11-垂向二階導(dǎo)數(shù)0值線;12-推測成礦有利地帶;13-激電中梯剖面線圖4 航磁化極等值線及斷裂構(gòu)造推斷和成礦有利靶區(qū)推斷Fig.4 Inferred map of aeromagnetic pole contour and fault structure, and inferred map of metallogenic favorable target area

6 查證及驗(yàn)證情況

針對本次圈定的成礦靶區(qū),結(jié)合地面查證,優(yōu)選了1號靶區(qū),布置了4條激電中梯剖面,測線編號分別為2線、4線、6線及7線,對可引起激電異常體的埋深、產(chǎn)狀進(jìn)行了定性定量的解譯,對激電綜合異常較好的位置布置了激電測深,進(jìn)一步查明極化體的空間展布特征,為地質(zhì)找礦提供物探依據(jù)。

本次激電測量工作劃分激電異常時[19-22],將曲線上的低而穩(wěn)定的視極化率值ηs作為圍巖介質(zhì)的極化率,即正常背景值,異常下限ηsx根據(jù)式(1)計算。

ηsx=ηsb+1.5/2.5N

(1)

式中,ηsb為背景值;N以背景值的穩(wěn)定性為依據(jù),若背景值穩(wěn)定,則取觀測極化率的絕對均方誤差值,同時系數(shù)取1.5,若背景值不穩(wěn)定,則N取背景值標(biāo)準(zhǔn)離差,可用待定異常附近背景地段上n( >20)個測點(diǎn)的觀測結(jié)果,按公式(2)計算出,同時系數(shù)取2.5。

(2)

野外工作中,選擇的供電距AB為1 200 m,測量極距MN為40 m。激電中梯異常曲線見圖5(a),4條剖面視極化率值變化在0.11 %～6.4 %;視電阻率范圍為8.6～1 399 Ω·m。根據(jù)式(1)計算得到激電異常下限為2.3 %,根據(jù)該下限圈定了1條北東向的低阻高極化異常帶,編號為JD1。該異常為低阻高極化異常,以異常中心為界,剖面西側(cè)極化率異常均高于東側(cè)異常,且異常西緩東陡,大致可判斷極化體傾向朝西。

在該異常處采集到綠泥石英片巖,測得其極化率值最大值為2.73 %,電阻率為155 Ω·m,基本可以引起該激電異常。在4線50～56號點(diǎn)處有鎢礦點(diǎn)出露,且賦礦巖石為綠泥石英片巖,本次激電異常與該礦點(diǎn)位置高度吻合,故推測JD1為礦致異常。

2線剖面曲線形態(tài)規(guī)則,曲線較為圓滑,對2線剖面曲線利用近似公式做半定量解釋。由圖6可知,該ηs剖面曲線半極值點(diǎn)弦長q=130 m,根據(jù)式(3)計算該激化體上頂埋深h約為65 m,過ηs曲線拐點(diǎn)的弦切距m=120 m,根據(jù)式(4)計算該激化體上頂埋深h約為72 m。

式中：h為脈狀極化體的上頂埋深,單位為m;q為剖面曲線半極值點(diǎn)弦長,單位為m;m為過ηs曲線拐點(diǎn)的弦切距,單位為m。

1-黃土;2-紫紅色泥巖;3-大理巖;4-含礫大理巖;5-絹云長石片巖;6-碎裂狀二云片巖;7-石英片巖;8-長石片巖;9-絹云綠泥片巖;10-綠泥長石片巖;11-斷層角礫巖;12-黃鐵礦化;13-鎢礦體;14-銣礦體;15-鉆孔位置;16-ρs曲線;17-ηs曲線;18-礦體位置圖5 激電中梯測量ρs、ηs曲線和1號成礦靶區(qū)查證7線綜合剖面Fig.5 Curves of ρs and ηs measured by IP ladder and Comprehensive profile of No.1 verification of ore-forming target area 7-line

在激電中梯7線剖面45～69號點(diǎn)之間布置了激電測深工作,進(jìn)一步查看激電中梯異常在地下的空間展布特征,激電測深電阻率、極化率斷面見圖5(b)。由圖5(b)可知,激電異常在深部表現(xiàn)為明顯的低阻高極化異常,且激電異常在深部有一定的延深。激電測深極化率變化在0.3 %～4.5 %,電阻率值變化在49～1 067 Ω·m,以2.3 %為異常邊界圈定激電異常范圍為：地表500～620 m之間約120 m,地下-170～-630 m約460 m。

圖6 2線激電剖面線曲線及定量反演Fig.6 IP profile curve and quantitative inversion of line 2

7 結(jié)論

本次研究工作通過低空航磁在黃土覆蓋區(qū)優(yōu)選的成礦靶區(qū)后,采用地面電法查證,圈定了礦致異常區(qū),通過鉆孔驗(yàn)證,在鉆孔131.52 m、150.1 m、162.32 m處見得三層鎢礦體,在146.24 m處見得一層銣礦體,取得了較好的找礦效果。

可見利用高精度、大比例尺低空航磁可快速查明測區(qū)磁場特征及分布情況,有效劃分區(qū)內(nèi)的主要斷裂構(gòu)造,識別花崗巖體。同時通過后期進(jìn)一步處理后,結(jié)合定點(diǎn)地質(zhì)調(diào)查,可進(jìn)一步圈定成礦有利靶區(qū),為地質(zhì)找礦指明方向。

本文所論述的首先采用低空航磁快速掃面,圈定異常,然后通過電法剖面查證的物探綜合方法,在黃土覆蓋區(qū)找礦效率高、成本低、效果較為顯著,具有明顯優(yōu)勢,可為其他類似黃土覆蓋區(qū)提供參考。