西天山地區巖礦石磁化率研究及應用

范子梁,張玄杰,余學中

(中國國土資源航空物探遙感中心,北京 100083)

地殼中的巖石和礦體處在地球磁場中,從它們形成時起,就受其磁化而具有不同程度的磁性,其磁性差異在地表引起磁異常[1].西天山地區以往磁化率數據較少且較為分散,同時缺乏系統的總結,為了充分了解各類巖礦石的磁化率特征,中國國土資源航空物探遙感中心西天山項目組深入研究區,對各類巖礦石的磁化率進行了野外實測,野外測量物性點500余處,獲得有效磁化率數據15000余個.依據這些實測數據,在西天山賽里木湖、新源、烏拉斯臺等地區完成火山巖地層、隱伏(半隱伏)巖體的圈定,進行了找礦遠景預測.

1 區域地質背景

研究區位于中國天山山脈西段,大地構造位置處于塔里木板塊和哈薩克斯坦-準噶爾板塊結合部位.經過不同時期的構造演化,形成了多種成礦構造環境和成礦構造條件.區內出露地層主要有元古宇、古生界、中生界及新生界,其中以奧陶系、志留系、泥盆系、石炭系和二疊系分布較廣,面積相對較大.區內火山巖主要分布于石炭系和二疊系中.在阿吾拉勒-伊什基里克、哈爾克山-那拉提等地區出露最為廣泛.區內侵入巖較發育,巖石類型齊全,活動周期長,其中以泥盆紀、石炭紀和二疊紀侵入巖最為發育,主要集中分布于博羅科努山、阿吾拉勒及那拉提一帶.

2 巖礦石磁化率測定

野外巖礦石磁化率測量使用中國國土資源航空物探遙感中心研制的ZH-1型智能磁化率儀.該儀器主要用于測定非良導體的交流起始磁化率,而且測定的是體積磁化率.該型儀器的分辨率為1X10-5SI(全程),測量范圍為(1～300000) 10-5SI(全程)[2].該儀器的探頭位于儀器的正下方,測量時使儀器的底面緊貼待測物體即可,儀器具有自動增益、自動校零、自動數據存儲和自動傳輸數據的能力.

由于西天山地區高寒缺氧、地勢險峻、氣候變化無常,野外巖礦石磁化率測定主要沿公路進行.測點的選定以地質圖為基礎,結合地形圖和磁場圖進行,主要布置于312國道烏魯木齊-石河子-奎屯-精河-霍爾果斯口岸,216國道烏魯木齊-后峽-烏拉斯臺,217國道奎屯-喬爾馬-巴音郭楞-庫車,218國道霍城-伊寧-新源-零公里-巴倫臺,314國道和碩-庫爾勒-輪臺-庫車-阿克蘇,220省道伊寧-阿克吐別克-特克斯-昭蘇,307省道克孜爾-拜城-五團場,315省道伊寧-尼勒克-喬爾馬,316省道阿克吐別克-鞏留-新源等公路上,此外沿博樂-溫泉,昭蘇-察汗烏蘇-夏特,克孜爾-黑英山等縣鄉公路及溝谷帶也進行了磁化率測量.

3 巖礦石磁化率研究

3.1 地層磁化率特征

西天山地區野外共測得地層磁化率參數點393個,獲得有效磁化率數據12776個.這些參數明顯反映了古元古界、古生界、中生界和新生界各套地層的磁化率特征,不同時代地層及各時代地層中的不同巖石類型,其磁化率值具有不同的變化(表1).

表1 新疆西天山地區實測火山巖磁化率統計表

地層磁化率數據統計表明,磁性地層集中分布于晚古生代,其中石炭系是區內磁化率值最高的層位,特別是下石炭統大哈拉軍山組和上石炭統伊什基里克組是最主要的磁性層.

3.2 巖體磁化率特征

區內侵入巖較以泥盆紀、石炭紀和二疊紀侵入巖最為發育.其中分布最為廣泛的是石炭紀和二疊紀花崗巖類.閃長巖及基性-超基性巖類雖然也有分布,但較為零星.

實測磁化率數據統計表明(表2),區內酸性巖類磁性相對較弱,中性和基性巖類磁性較強.花崗類磁性變化較大,其中無-弱磁性花崗巖分布最為廣泛,磁化率平均值僅為33X10-5SI;二疊紀鉀長花崗巖、花崗閃長巖分布也較廣,但磁性較強,平均值在1451X10-5SI～1789X10-5SI.閃長巖類一般均具有磁性,且磁化率值較高.實測到的基性-超基性巖磁化率數據較少,但磁化率值很高,如喀因曬輝綠巖體磁化率平均值可達6614X10-5SI;此外研究區東部伊連哈比爾尕山北坡分布有一條非常顯著的鎂鐵質超基性巖帶,根據資料[3],位于該帶上的巴音溝超基性巖體磁化率平均值達7000X10-5SI.

3.3 礦石及含礦圍巖磁化率特征

礦石的磁性特征以磁鐵礦最強,野外實測松湖磁鐵礦礦石磁化率平均值為77884X10-5SI,智博冰川磁鐵礦礦石磁化率平均值為111147X10-5SI,查崗諾爾磁鐵礦礦石磁化率平均值為141400X10-5SI,最大值可達159000 X10-5SI,阿拉斯坦東磁鐵礦最大磁化率值達187945X 10-5SI.新C-2009-2027異常見礦處測得鐵礦石磁化率平均值達71456X10-5SI.這些鐵礦床中不僅磁鐵礦本身具有強磁性,一些含礦圍巖由于受礦化作用,磁性均明顯增強(表3).

表2 新疆西天山地區侵入巖磁化率統計表

表3 礦石及礦化圍巖磁化率統計表

黃銅礦本身為無磁性礦物,但是由于礦床中存在磁黃鐵礦等磁性礦物,因此其礦石也往往具有較強的磁性,實測玉希莫勒蓋銅礦石磁化率平均值為6366X10-5SI,最大值可達14282X10-5SI,群吉薩依銅礦石磁化率平均值為8715X10-5SI,最大值可達14941X10-5SI.根據礦化后礦石及礦化圍巖磁性增強的這一特征,可以利用航磁資料間接尋找銅、鉬等多金屬礦床.

4 磁化率研究及應用

4.1 磁性地層圈定

西天山地區是火山巖地層發育區,根據磁化率測量數據統計結果,本區內磁性火山巖主要分布于石炭系的大哈拉軍山組和伊什基里克組.根據區域地質資料,大哈拉軍山組地層厚度一般在3000多米,最大可達7500m;伊什基里克組厚度不穩定,從326～9536m均有,常見厚度在1000～2000m.這兩組火山巖中的磁性火山巖磁化率在500～2500X10-5SI之間,當具有一定規模時,可引起幅度不等的磁異常.由于火山巖分布于一定的層位,因此磁異常具有一定的走向,同時火山巖磁性變化較大,引起的異常曲線往往起伏較大,跳躍頻繁.正是在磁化率特征分析的基礎上,根據航磁異常的組合特征及實測異常與已知地質體的對應關系,我們對西天山地區磁性火山巖的分布范圍進行了圈定.

京希-伊爾曼德金礦地區位于吐拉蘇火山巖盆地西北緣,區內分布青白口系、奧陶系、志留系、石炭系地層[4].根據磁化率統計結果,青白口系、奧陶系和志留系主要由灰巖、砂巖組成,磁化率值僅十幾個單位,為無磁性巖石.根據相對相鄰地區阿希金礦的實地踏勘和巖礦石磁性測定,金礦石磁化率值在3～59X10-5SI之間,平均值為21X10-5SI;而圍巖(中基性火山巖)磁化率平均值為1728X10-5SI,最高值達7426X10-5SI.磁化率測定結果表明,金礦石雖然以弱～無磁性為主,但是與金礦圍巖-大哈拉軍山組基性火山巖磁化率值較高,在航磁圖上能夠引起一定強度的異常.伊爾曼德金礦地區地質條件與阿希金礦地區類似,根據與周邊地層磁化率的差異,在航磁圖上對磁性火山巖進行了圈定.圈定結果表明,航磁異常充分反映了大哈拉軍山組火山巖的分布范圍(圖1).而金礦點主要分布于升高磁異常的梯度帶上,因此在火山巖分布區升高磁異常的梯度帶是金礦可能的賦存部位,從而為金礦找礦遠景區圈定、預測提供依據.

圖1 伊爾曼德地區地質與航磁對比圖

4.2 巖體圈定

西天山地區侵入巖分布廣,期次多,以海西期為主,加里東期僅零星出露,海西早、中、晚期均活動強烈,巖性復雜,從超基性-基性-中性-酸性均有分布.除個別的花崗巖類為巖基外,其余大部分多呈巖墻、巖株、巖枝或巖脈等產出,巖性主要以花崗巖、花崗閃長巖、閃長巖、輝長巖和淺成的斑巖類為主.實測磁化率數據表明,區內酸性巖類磁化率平均值在33～1789X10-5SI變化相對較大,中性巖類磁化率平均值在649～3369之間,而基性-超基性巖類磁磁化率最大平均值可達7000X10-5SI.這些巖體在航磁圖上往往以引起各類升高正磁異常為主,幅值可由幾十到幾百納特,異常形態圓形、橢圓形、帶狀、條帶狀及不規則狀均有分布.根據磁異常特征知巖體與磁異常的對應關系,結合不同巖類磁化率的差異,在磁場圖上即可以對巖體進行圈定.

當本第二個達坂地區位于博羅科努山北坡,區域內分布的地層主要有奧陶系、志留系和石炭系,出露巖體主要為海西期二長花崗巖、花崗閃長巖.區域內分布有萊歷斯高爾鉬礦、哈勒尕提銅礦、3571銅礦、七興金多金屬礦等礦床(點).萊歷斯高爾鉬礦位于海西期花崗閃長巖與上志留統博羅霍洛山組碎屑巖的接觸部位.哈拉尕提銅礦位于中酸性侵入巖與碳酸鹽巖接觸帶中,為典型的矽卡巖型銅礦床[5].根據周邊地區實測的巖石磁化率特征,花崗巖、二長花崗巖磁化率值較低,平均值在33X 10-5SI～579X10-5SI之間,而花崗閃長巖磁化率值較高,平均值可達1789X10-5SI.通過地質圖與航磁化極等值線圖對比可知,同一時代,不同侵入次的巖體的磁性也有差異,海西中期第三侵入次明顯不是引起磁異常的主要地質體,而海西早期花崗閃長巖、海西中期第二次侵入的花崗閃長巖在航磁圖上與異常對應則較好(圖2).根據以上特征可以推斷區內升高異常主要是由花崗閃長巖體引起的,并且可以推斷花崗巖體在深部的分布范圍更廣.斑巖型銅、鉬礦即分布在升高異常邊緣部位,且礦床在成因上與花崗閃長巖有著密切的聯系,因此,在巖體隱伏部位有著很好的找礦前景,而根據航磁圖圈定的巖體分布范圍為找礦預測提供了依據.

4.3 鐵礦床的直接發現

根據統計結果,西天山地區磁鐵礦的磁化率平均值26564X10-5SI～141400X10-5SI之間均有分布,表明磁鐵礦具有極強的磁性.由于磁鐵礦的強磁性特征,它們能夠在航磁圖上產生特征十分明顯的磁異常.高精度航磁正是利用磁鐵礦的強磁性特征直接發現鐵礦的.

以查崗諾爾鐵礦磁異常為例,該異常位于正背景場中,在航磁DT剖面平面圖上呈尖峰狀,異常曲線尖銳,梯度陡,強度大,形態規則,兩翼近于對稱,最大幅值高達1215nT.在DT等值線平面圖上,顯示為規則的圓形,等值線分布密集,異常界限清楚(圖3).在礦區內進行的不同高度飛行也表明,在1500m的飛行高度上異常依然反映明顯,說明該鐵礦具有磁性強,規模大的特征.

5 結論

(1)區內石炭系大哈拉軍山組、伊什基里克組和二疊系烏郎組是本區最為重要測磁性地層,且這些磁性地層主要由火山巖組成,根據磁化率的差異可以圈定這些火山巖的分布,從而為尋找與火山巖有關的鐵、銅、金等礦產提供重要依據.

(2)區內巖漿巖以酸性、中酸性巖體為主,具有一定的磁性,通過對巖體磁化率特征的分析,在磁場圖上可以對隱伏(半隱伏)巖體進行圈定,從而為尋找斑巖型、矽卡巖型銅、鉬等礦床提供有利的找礦線索.

(3)由于磁鐵礦石具有極強的磁性,與圍巖存在較大的磁性差異,因此具有一定規模的磁鐵礦可以產生很大強度的磁異常,在磁場圖上表現的十分明顯.利用航磁資料尋找磁鐵礦床具有快速、經濟的找礦效果.

[1]管志寧.地磁場與磁力勘探[M].北京:地質出版社, 2005.

[2]周錫華,孟祥聰,王金龍等.智能磁化率儀的研制[J].物探與化探,2005,29(5):428～430.

[3]費 鼎.天山地區航空磁測概查報告[R].北京:地質礦產部航空物探總隊,1996.

[4]肖 龍,王方正,張桂林等.新疆西天山高硫化型京希-伊爾曼德金礦床的識別標志及其找礦意義[J].地質科技情報,2002,21(3):74～78.

[5]張東陽,張招崇,艾 羽等.西天山萊歷斯高爾一帶銅(鉬)礦斑巖體礦物學特征及其成巖成礦意義[J].巖石礦物學雜志,2009,28(1):3～16.