寧夏月亮山西麓找礦遠景預測中的重磁資料應用研究

2011-10-17 08:39:54程建華尹秉喜

物探化探計算技術 2011年1期

程建華,尹秉喜

(寧夏回族自治區地質調查院,銀川 750021)

程建華,尹秉喜

(寧夏回族自治區地質調查院,銀川 750021)

這里對月亮山西麓重磁資料進行了處理解釋,研究了磁異常、重力異常和地球化學組合的異常特征。通過對成礦地質背景條件的分析,解釋了研究區磁異常很可能是隱伏的中基性潛火山巖,或是與其相關的鐵～銅多金屬所為,同時還預測了車路灣南、趙家佬、泉兒灣、王民北磁異常為研究區重要的找礦遠景靶區。

重磁資料;找礦遠景預測;月亮山西麓

0 前言

研究區位于北祁連加里東造山帶的西吉斷陷盆地區。在早古生代及以前,屬北祁連加里東活動帶走廊南山巖漿弧東段之西吉弧間(弧前?)盆地;在晚古生代～中生代,演化為隆起帶(局部可能有晚古生代陸緣盆地沉積);在新生代時期,于隆起的早古生代建造層之上形成斷陷性上疊盆地。因大面積新生界覆蓋,目前尚未發現任何金屬礦產。但向西至同處一條構造帶的甘肅白銀～靖遠一帶,是我國著名的鐵、銅、鉛鋅、銀等多金屬礦集區和成礦帶(北祁連多金屬成礦帶),已發現眾多中型、大型銅、鉛鋅、鐵、金多金屬礦床,特別是以白銀礦床為代表的火山巖型銅～鉛鋅多金屬硫化物礦最具意義。但從分布的航磁異常和重力異常特征聯系,并結合沿此線分布的金、銀、銅、鉛礦點,礦化和伴有的Au、Cu、Pb、A s化探組合異常表明,研發區航磁異常很可能是加里東晚期巖漿活動磁性礦物富集所致。因此,通過研究月亮山西麓航磁異常,對實現寧夏金屬礦找礦突破具有實際應用價值。

1 地質概況

研究區大地構造位置歸屬昆侖～祁連～秦嶺～祁連造山系,位于北祁連加里東褶皺帶的靖遠疊拗陷,其地層區劃屬華北地層大區的祁連～北秦嶺地層分區之海原—西吉地層小區。

北祁連加里東活動帶走廊南山巖漿弧開始于中元古,至早古生代晚期結束。以島弧、弧間盆地建造為主。其中,中元古界主要是以基性火山巖、火山碎屑巖、潛火山巖與碳酸鹽巖～細碎屑巖建造為主,厚度巨大,已變質為綠片巖相變質巖系。早古生界主要為火山碎屑巖、酸～中基性火山巖、細碎巖夾少量碳酸鹽巖、硅質巖等。早古生代晚期(志留紀)至晚古生代主要為碰撞造山環境,伴隨有酸性～中酸性巖漿巖侵入。局部發育少量上疊盆地型的陸緣拗陷型海陸交互相碎屑沉積層。中新生代以擠壓推覆～走滑為主,發育陸內拉分或斷陷盆地型碎屑～泥質沉積層。西吉斷陷盆地即為在巖漿弧間盆地基礎上,經過火山盆地沉積、碰撞造山隆起加局部上疊盆地沉積和走滑～斷陷沉積等幾個大的構造～建造階段形成。在區內,斷裂主要為月亮山～六盤山西麓斷裂和靖遠～莊浪斷裂二大斷裂夾持,形成了研究區較典型擠壓—剪切型斷陷盆地。盆地二端(北西端和南東端)收斂并尖滅,中部扭曲膨大。此外可能還有多條北西～南東向發育斷裂。

月亮山～六盤山西麓斷裂位于研究區西北部并延伸至研究區北部的南西化山,呈北西～南東向展布,其性質為逆沖斷層,中元古界海原群變質巖逆覆于新近系碎屑巖之上。由一系裂寬約數十至數百米的破碎帶組成,總體傾向南西。其時代形成于中元古界,加里東中晚期活動加劇。沿斷裂有中酸性巖侵入,并發現有超基性巖轉石。華力西～喜馬拉雅各期均有活動,是近代重要的地震活動帶之一,在1920年,著名的海原大地震與其密切相關。沿斷裂破碎帶礦化明顯,對南西華山多金屬成礦帶的形成,具有一定的控制作用,是研究區域內重要的導礦構造。

2 重磁數據的處理

眾所周知,布格重力異常是地殼內部密度不均勻的綜合反映,磁異常是地下居里深度以上磁性不均勻的綜合反映,二者都包含著地下目標體和非目標體的綜合信息。為了獲得所探測目標地質體的信息和可靠的地質解釋,對重、磁數據處理是非常重要的。通過對數據的處理,不僅能壓制和消除原始資料中的隨機誤差、淺層密度、磁性不均勻影響,而且還能分離水平方向上相互疊加的局部異常或垂直方向上的疊加異常,并能提取與斷裂有關的地質礦產信息。

重、磁數據處理的目的,是根據地質圖、物性資料,對異常的起因做出定性判斷。對隱伏地質體,依據地質環境、物性資料和異常特點加以判斷。這是解釋工作中最重要的一步,也是定量反演的基礎。因此,需要進行必要的處理圖件,處理圖件包含ΔT化極平面等值線圖、剩余重力異常圖和重、磁水平一階導數平面圖等。其數據處理內容主要為異常分離、解析延拓、導數轉換和各種濾波計算等。

研究區采用的航磁數據,是由中國國土航空物探遙感中心提供的甘肅白銀—天水地區1∶50 000航磁剖面數據,重力數據是1∶200 000重力數據。依據區內物性特征及所要解決的問題進行以下處理:

(1)利用向上解析延拓,以壓制、消除隨機誤差和規模較小的(如局部的、淺而小的)異常體的特征,從而突出規模較大的(如區域性的,或深部較大規模的)異常體的異常特征。反之,則需向下解析延拓,以突出局部和深部的異常特征及其分解在水平方向上的疊加異常,定性地確定場源的深度。

(2)斷裂信息的提取。利用磁異常的轉換參數(如導數、水平總梯度模、解析信號等)圖件所反映的線性異常特征,進行地質對比研究,提取隱伏構造信息。

(3)區域異常分離。其方法主要為滑動平均,趨勢分析、解析延拓等。

(4)磁異常化極。其目的是把斜磁化的異常,轉換為垂直磁化或順層磁化異常。通過化極處理異常形態,往往變得較為簡單,便于定性分析和定量解釋。

3 地球物理特征

3.1 磁性特征

表1是前人在西華山、南華山及甘肅白銀等地區,采集測定巖石標本的磁參數。通過以往巖石磁性資料分析,本區上古生界、中生界及新生界,一般都不具有磁性。元古代、早古生代地層中的淺變質巖系,特別是含有磁鐵礦的各類片巖,有較強的磁性。加里東期基性、超基性巖磁性中等,能引起地磁場的變化,在一定的地質條件下,可顯示出局部磁異常。

表1 區域內部份巖石磁參數表Tab.1 Table of rockm agnetic param eters in the region

3.2 密度特征

前人對巖石密度統計如表2所示。可以看出,中元古界海原群,下古生界與上覆巖系之間為一個明顯的密度分界面,密度差為0.2×103kg/m3～0.3×103kg/m3。該界面的起伏,控制了本區重力場的分布,是導致重力場變化的主要因素。第四系與下伏第三系雖有較大的密度差異,但它只能影響重力場的局部變化。研究區巖漿侵入具有面積小,侵入時代早的特點。侵入時代分中條期和加里東期,且以中條期巖漿活動強烈,面積較大。侵入巖以中酸性巖為主,基性、超基性侵入巖較少,且多以巖脈形式出現。巖漿巖的巖石密度值一般與下古生界的巖石密度值接近。

綜合上述特征可以判定,本區侵入巖在重力場中,一般以幅值弱,面積小的特點出現。中酸性侵入巖為相對剩余重力低,而中基性巖為相對剩余重力高,超基巖為重力高。

表2 巖石密度統計表Tab.2 Tab le of statisticsof rock density

4 重磁異常特征分析及找礦遠景預測

4.1 重磁異常特征分析

由圖1看出,沿興隆～趙家佬～新營一線航磁異常呈走向北西向帶狀分布,共分布有十三個局部磁異常。前人將其異常性質定性為乙類和丙類異常,其乙類磁異常有車路灣南、上堡子南、趙家佬、泉兒灣、王民北、王民南、沙塘七個磁異常,這些磁異常均分布在寬5 km～10 km地帶。從其異常特征來看,本區磁異常具有較好的分帶性,其正異常多伴有一定幅度的負磁異常,各局部異常正峰值,分別為100 nT～430nT。

對比重力異常圖(見下頁圖2)可以看出,磁異常帶和相對重力高帶,在空間分布上基本重合。這表明場源地質體與其圍巖之間,即有明顯的磁性差異,又有較大的剩余質量(見下頁圖3)。如以區域內巖石物性資料和地史演化特征為依據,則重磁異常重合帶與隱壯于沉積蓋層之下的元古代火山沉積巖系,以及侵位于其中的巖漿巖侵入體密切有關。重力高帶反映了基底巖系相對隆起。

在磁異常帶北東側,重力異常值急劇下降,Δg(剩)等值線密集,重力梯度帶明顯,顯示出西吉新生代斷陷盆地的平面形態和控制盆地邊緣的區域性斷裂構造的分布位置。在南西側,重磁異常值同步平緩下降,形成北西向延伸的磁力低和重力低重合帶,這可能是以上古生界為基底的拗陷構造的反映。另外從重、磁場特征線來看,重磁異常極大值(極小值)軸線及異常梯度帶均呈北西～南東向分布。而最明顯、突出的是相對重力高帶與重力低帶近于等間距平行排列,這些特征凸現出隴西系主旋廻褶帶在該區的分布格局和構造形態。

圖2 研究區布格重力異常圖Fig.2 The Bouguer gravity anom alousm ap of the study area

圖3 研究區剩余重力異常圖Fig.3 The residual gravity anom alousm ap of the study area

對比地球化學組合異常來看,車路灣南、趙家佬、泉兒灣、王民北磁異常均處于地球化學組合異常Cu、Pb、Zn的外、中、內帶,異常對應較好,這些地球化學異常特征,為航磁異常解釋提供了佐證。

4.2 找礦遠景預測

1961 年,前人曾在泉兒灣一帶進行了針對航磁異常的二處鉆孔驗證。其中一個鉆孔的孔深度為501.53m,在孔深490m～499.3m處,鉆遇到花崗巖閃長巖、黑云母閃長巖,以及穿插其間的偉晶巖和石英脈。黑云母閃長巖的礦物成份有斜長石、角閃石、黑云母和綠簾石、磁鐵礦等,其中角閃石含量占45%,孔深499.93 m～501.53 m未取巖芯,巖性不明。另一驗證孔的孔深度為784m,其中第四系厚15 m,第三系甘肅群厚470 m,485 m～299m為加里東期基性～超其性(未見底)。

根據前人的鉆孔資料及地質構造環境分析,西吉盆地位于新生界覆蓋層之下,應該是以中元古界海原群、寒武系黑茨溝組、奧陶系陰溝群等,以火山巖、火山碎屑巖和細碎巖為主的地層,與侵入其中的加里東期中酸性和基性～超其性侵入巖(脈)等組成,不排除局部存在有石炭～二疊系。

4.3 找礦遠景預測

鑒于上述和磁異常特征分析認為,盡管西吉盆地因大面積新生界覆蓋,目前尚未發現任何金屬礦產。但向西至同處一條構造帶的甘肅白銀～靖遠一帶,則是我國著名的鐵、銅、鉛鋅、銀等多金屬礦集區和成礦帶(北祁連多金屬成礦帶),已發現眾多中型、大型銅、鉛鋅、鐵、金多金屬礦床。特別是以白銀礦床為代表的火山巖型銅～鉛鋅多金屬硫化物礦最具意義。因此可以認為,研究區磁異常具有形成磁性礦產的地質條件,其車路灣南、趙家佬、泉兒灣、王民北的磁異常,很可能為形成于西吉弧間盆地中的中基性火山巖型鐵礦或鐵～銅多金屬礦引起的礦致異常,是研究區找礦遠景區。當然,也不排除是由含鐵質高的中基性潛火山巖或侵入巖等非礦巖體引起的可能。

5 磁異常定量計算

磁異常解釋主要是以地檢查證、成礦地質環境分析、磁性分析、異常特征分析、航磁異常地形分析、綜合物探方法分析,來進一步確定是否為磁性礦產引起。在對區內磁異常進行篩選后,可進一步推斷出其地質成因,并指出其找礦前景。定性研究包含了磁異常圖與地質礦產圖的對比研究,成礦環境分析,巖石和礦石的物性特征等。本次定量計算,是以二級查證的趙家佬異常為例。

對于該磁異常,前人已進行了地面1∶10 000高精度面積性查證,圖4是磁測結果。在平面圖上,ΔT正等直線呈規則的帶狀,沿N 44°W方向延伸。磁異常帶形態、輪廓與航磁相近,只是在北側分解了一個次級異常。異常帶主要特點表現在:

(1)以正ΔT異常為主體。在平面圖上,如以150 nT等直線圈定異常范圍,其延伸長度約5.5 km,寬1.2 km～1.8 km,長/寬≈3.7。

(2)負ΔT異常相對不明顯。在遠離ΔTmax的北東翼,負異常值和水平梯度值均很小ΔTmin/ΔTmax≈0.1;另一翼ΔT逐漸遞減到零值左右。

(3)正ΔT曲線近于呈軸對稱。在ΔT曲線近于呈軸對稱,在ΔT剖面平面圖上,ΔTmax兩側的正ΔT值和梯度相近。

(4)正ΔT曲線特征點(拐點)不明顯,這表明異常低緩。

利用垂直于異常長軸剖面進行磁異常2.5D計算(見下頁圖5)。計算顯示該磁性體為“V字形”形體,得到磁性體磁化強度為54 277.76×10-3A/m,磁化傾角為54.35°,磁化偏角為-2.8°,磁性體最小頂面埋深為947m。從磁異常計算結果來看,趙家佬磁異常定量反演其磁性體磁化強度在45 500×10-3A/m～54 300×10-3A/m,而本研究區外南西華山出露的巖性其磁化強度均小于所計算得到的磁性體磁化強度。從同處一個成礦帶已發現的基性火山巖型鐵～銅多金屬磁性礦床來看,其磁化強度多在40 000×10-3A/m～60 000×10-3A/m。鑒于上述可推測,趙家佬磁異常很可能為基性火山巖鐵～銅多金屬礦所為,當然也不排除為基性火山巖本身所為。