都蘭白石崖M20地區(qū)火山巖的地質(zhì)－地球物理特征

楊立功，劉繼順，尹利君，劉衛(wèi)明，3，劉文恒

（1.中南大學(xué)有色金屬成礦預(yù)測教育部重點實驗室，湖南 長沙410083；2.中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院，湖南 長沙410083；3.江西理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，江西 贛州341000）

青海省都蘭縣白石崖礦田是柴達木盆地東緣矽卡巖型鐵多金屬成礦區(qū)的重要組成單元，礦田中的各礦床主要沿下拉木松雜巖體西側(cè)分布，賦存于晚三疊紀～早侏羅紀中酸性火山－侵入雜巖與石炭系碳酸鹽巖－碎屑巖地層的接觸部位。控礦構(gòu)造按巖漿活動形式分為：侵入巖接觸帶、火山巖接觸帶＋斷裂＋爆破角礫巖筒和火山機構(gòu)＋中央巖株［2］三種，特別是后兩種控礦模式最具代表性的M18和M20礦床的資源量，占據(jù)了查明資源的70%以上［1］，顯示了火山－侵入巖漿活動對礦床控制的重要作用。然而，強烈的剝蝕夷平化作用，導(dǎo)致山間谷地充滿了第四系洪積物和風(fēng)成沙，嚴重的影響了對火山巖及火山機構(gòu)的直接觀察。為此，根據(jù)該區(qū)火山巖、巖漿巖和地層的地球物理特征，進行了物探面積性高精度磁測和剖面性Eh4高頻大地電磁測深測量。依照地球物理數(shù)據(jù)的多級處理和反演結(jié)果，按區(qū)內(nèi)巖漿的活動規(guī)律，確定了火山－侵入巖漿活動機構(gòu)及其產(chǎn)出巖石的空間分布狀況，在指導(dǎo)深部隱伏礦體的勘探工作中，取得了良好的效果。

1 火成巖地質(zhì)特征

研究區(qū)處于柴達木地塊東南緣，鄂拉山隆起帶西側(cè)，系秦祁昆侖三大構(gòu)造體系的匯合處的三疊紀鄂拉山火山－巖漿弧弧前增生楔［4］部位。所發(fā)育的印支晚期～燕山早期的侵入巖及晚三疊紀的火山巖是西秦嶺地塊向柴達木地塊下俯沖，發(fā)生陸內(nèi)碰撞，形成深成殼源重熔巖漿，在短期強烈擠壓的陸內(nèi)造山作用下，形成深成侵入體侵位于同期噴發(fā)巖之中的巖漿弧（帶）［3］。

1.1 火成巖分布特征

1.1.1 區(qū)域分布特征

鄂拉山巖漿弧總體上呈北北西向分布，連接柴北緣、東昆侖和西秦嶺三個構(gòu)造體系。東側(cè)以晚三疊世鄂拉山組陸相火山巖為主，西側(cè)以廣泛發(fā)育與火山活動同期的深成侵入巖為特征。巖漿侵位和火山巖分布受地表淺層斷裂制約，北段沿柴北緣東西EW向斷裂分布，在大海灘、查查香卡等地發(fā)育有大規(guī)模的侵入體和火山巖；南段則受NW、NNW向構(gòu)造控制，沿哇洪山－柯柯賽－英德爾斷裂系分布，在下拉木松、哈拉郭勒發(fā)育有大型侵入雜巖體和大量的中酸性火山巖，并伴隨有鐵多金屬礦床產(chǎn)出。研究區(qū)中的火山巖及巖漿巖便是受NW、NNW向構(gòu)造控制的巖漿活動產(chǎn)物，屬鄂拉山巖漿弧－柯柯賽序列－下拉木松單元。

1.1.2 研究區(qū)分布特征

研究區(qū)位于北西－南東向的白石崖背斜核部東側(cè)。南西側(cè)出露印支晚期～燕山早期的中酸性－酸性侵入巖和三疊紀鄂拉山組中酸性－酸性火山巖，自南東向北西，侵入巖出露逐漸消失，在北西段僅在覆蓋區(qū)中見有少量火山巖；北東側(cè)主要出露以厚層狀大理巖為主，生物碎屑灰?guī)r次之的石炭紀白石崖組沉積巖地層，自南東向北西，逐漸被第四紀砂土層所掩埋。

1.2 巖漿活動規(guī)律

帶內(nèi)巖漿活動為印支晚期～燕山早期，侵入巖和火山巖均有發(fā)育。早期以侵入為主，總體上受北西向和北北西向區(qū)域斷裂控制，各單元巖體具有同心環(huán)狀特點，發(fā)育以長英質(zhì)為主的中酸性巖體，主要為石英閃長巖、花崗閃長巖和二長花崗巖，規(guī)模從巖基、巖株至巖脈不等；中期則以強烈的陸相裂隙－－中心式火山噴發(fā)為主，發(fā)育安山質(zhì)、英安質(zhì)和流紋質(zhì)系列的火山角礫巖、集塊巖和熔巖等；晚期巖漿活動明顯減弱，由火山噴發(fā)－噴溢向淺成－超淺成侵入轉(zhuǎn)變，巖性也由中酸性轉(zhuǎn)變?yōu)樗嵝裕⒀豊W和NNW向斷裂帶發(fā)生花崗質(zhì)巖株侵入，形成的火山巖為流紋巖，脈巖為二長花崗巖、石英正長巖和鉀長花崗巖。

1.3 火成巖巖石學(xué)特征

區(qū)內(nèi)侵入巖主要為灰白色－灰紅色中粒花崗閃長巖和肉紅色中細粒二長花崗巖。其中，灰白色－灰紅色中粒花崗閃長巖為中細粒花崗結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主礦物斜長石、鉀長石、石英、角閃石和黑云母，副礦物為磁鐵礦、褐簾石、磷灰石、榍石和鋯石。肉紅色中細粒二長花崗巖為中粒花崗結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主礦物為斜長石、鉀長石、石英和黑云母，副礦物為磷灰石、鋯石和褐簾石。

火山巖以英安質(zhì)和流紋質(zhì)火山巖為主，發(fā)育英安質(zhì)含火山集塊角礫巖、英安質(zhì)晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r、流紋質(zhì)凝灰熔巖、英安巖和流紋巖，多為凝灰角礫熔巖結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，所見的碎屑主要為長英質(zhì)晶屑、巖屑、玻屑，填隙物或膠結(jié)物通常由火山灰、熔巖和隱晶－微粒質(zhì)的長英質(zhì)物質(zhì)組成，各巖類、巖相間界線清楚。

1.4 巖石化學(xué)與地球化學(xué)特征

巖石化學(xué)參數(shù)及CIPW標準礦物計算表明：印支期柯柯賽序列侵入巖為高鉀、鋁過飽和、鈣堿性中酸性巖漿巖；區(qū)內(nèi)三疊紀火山巖的巖石化學(xué)特征同樣顯示出：其為高鉀、富鋁的鈣堿性安山巖－流紋巖火山巖系列。根據(jù)二者產(chǎn)出時間及巖石化學(xué)特征可以認為侵入巖與火山巖均屬于同一巖漿活動的產(chǎn)物，為地殼重熔型同源巖漿演化的產(chǎn)物。

微量元素分析結(jié)果表明：與世界同類巖性相比，這套中酸性巖漿巖富集Cu、Pb、Sn、Co、Ni、Cr等親鐵親硫元素，強不相容元素Rb、Th相對虧損，Ba輕度富集，Ta、Nb、Ce、Sm、Hf、Y、Yb虧損。反映出巖漿演化過程中結(jié)晶分異，使得巖體早期富集親鐵元素，晚期富集親石元素［2］，預(yù)示了早中期巖漿活動具有良好鐵多金屬礦物的成礦條件［5］。

2 火山巖的地球物理特征

表1為工作區(qū)數(shù)年巖礦石及地下水測定的感應(yīng)磁化率和電阻率的統(tǒng)計整理結(jié)果［6－7］，反映了區(qū)內(nèi)巖礦石及相關(guān)環(huán)境物質(zhì)的電、磁特征。

表1 研究區(qū)內(nèi)巖礦石及地下水的物性參數(shù)測定一覽表

2.1 巖石磁性特征

1）沉積巖系灰?guī)r、砂巖、大理巖無磁性。

2）中酸性火山巖系為微磁－弱磁。其中，流紋質(zhì)的巖石磁性低于100×10－64πSI，顯示微磁性；英安質(zhì)巖石磁性為184～525×10－64πSI，屬弱磁性。當(dāng)火山巖其大面積出露時，可產(chǎn)生到數(shù)－數(shù)十納特的弱磁異常。

3）中酸性侵入巖的磁性，為微磁－弱磁。鉀長花崗巖磁性為120×10－64πSI；花崗閃長巖磁性相對偏高，為467×10－64πSI，可產(chǎn)生數(shù)十到上百納特（nT）的磁異常。

4）磁鐵礦石和鐵多金屬礦石為強磁性，平均磁化率為55738～67832×10－64πSI，可產(chǎn)生強烈的磁異常，當(dāng)其于地表，規(guī)模較大時，可產(chǎn)生上萬納特的異常。

5）經(jīng)蝕變和風(fēng)化后的英安質(zhì)構(gòu)造碎裂巖，無磁性。

6）區(qū)內(nèi)感／剩磁比Q大于5，可忽略剩磁作用［1］。

總體上講，各巖石磁性的強弱與巖石中鐵磁礦物的含量成正比，感磁的大小反應(yīng)了鐵磁性礦物在巖石中的體積含量。巖礦石磁性特征表明，巖漿活動產(chǎn)生的侵入巖和火山巖相對沉積巖系可產(chǎn)生弱磁異常，其中，中酸性巖石磁性又略強于酸性巖石；區(qū)內(nèi)的鐵及鐵多金屬礦體則可產(chǎn)生強度較大的磁異常。

2.2 巖石電阻率特征

1）巖漿活動產(chǎn)生的中酸性侵入巖和火山巖，電阻率較高，多在7000～9000Ω·M，僅結(jié)構(gòu)松散的火山集塊巖相對偏低，為4688Ω·M。

2）沉積巖系中的大理巖與石英砂巖，電阻率較高，分別為6573Ω·M和9061Ω·M；而生物灰?guī)r則較低，為1967Ω·Μ。

3）磁鐵礦和鐵多金屬礦礦石電阻率最低，僅為57Ω·Μ和399Ω·Μ。

4）與構(gòu)造環(huán)境有關(guān)的碎裂巖和地下水電阻率較低，分別為67Ω·Μ和944Ω·Μ。

電阻率的變化反應(yīng)了巖石電阻率與其中導(dǎo)電性礦物含量和含水度成反比的關(guān)系，同時反應(yīng)了區(qū)內(nèi)地下水為中高鹽堿度的特征。

綜合上述，巖石及地下水物性的來看：①金屬礦體具有（高磁，低阻）；②中酸性侵入巖具有（微磁－－弱磁，高阻）；③火山巖具有（微磁—弱磁，中高阻）；④沉積巖（無磁）；⑤富水構(gòu)造環(huán)境為（無磁，低阻），這為本區(qū)利用磁法和電法工作確定巖礦石及構(gòu)造分布奠定了地球物理基礎(chǔ)。

3 地球物理異常分布及解釋

3.1 磁法平面異常分布及解釋

由研究區(qū)垂直化極磁異常的平面分布圖知：在測區(qū)北東部Ⅰ區(qū)，三疊紀火山巖與石炭紀大理巖的接觸帶上，獲得了兩個走向NW的異常區(qū)（Ⅰ－1和Ⅰ－2），共計6片強磁異常。異常與淺部已知隱伏矽卡巖型磁鐵礦體對應(yīng)較好，為礦體感應(yīng)磁場的反映；在測區(qū)南西部Ⅱ區(qū)，三疊紀火山巖分布區(qū)，獲得了多處以低值為中心，總體走向NW的封閉低緩磁異常，經(jīng)向上延拓后，異常消失，反映了火山巖磁性物質(zhì)多集中于近地表淺部。

基于區(qū)內(nèi)成礦與火山—巖漿活動有關(guān)，為了解其深部分布，對磁法化極數(shù)據(jù)使用了小波多尺度分解變換，將異常分解到多尺度空間中，獲取其不同尺度、深度磁場的空間分布［8］。在圖1小波多尺度分解的差分細節(jié)中可以看出，隨著分解階數(shù)的增高，在研究區(qū)A、B處，出現(xiàn)了兩個形態(tài)分別為環(huán)狀和橢圓狀的低值負磁異常中心。

圖1 小波多尺度分解差分平面等值線圖

按區(qū)內(nèi)巖漿活動早期中酸性巖漿侵入，中期噴發(fā)，晚期噴溢和酸性巖漿侵入的特點，依據(jù)各巖性磁性參數(shù)推定：閉合負磁異常由火山活動機構(gòu)引起。結(jié)合垂向二導(dǎo)和小波對角線細節(jié)影像分析［9］，獲得了圖2中火山機構(gòu)的平面空間位置A、B和控制巖漿分布的NW向構(gòu)造F。

3.2 剖面地球電、磁異常分布及解釋

由于存在強磁性鐵多金屬礦體，因此在磁性體反演中，使用了強磁異常擬合和剩余異常擬合的二級反演。在反演斷面中，兩條剖面自南西向北東具有相同的物性結(jié)構(gòu)特征：①磁性體在水平方向上，按弱磁—無磁（或微磁）—弱磁—強磁—無磁分布；在垂直方向上，深部強磁體消失；②電性在水平方向上，剖面中部存在一處低阻帶，在垂直方向上深部電阻率逐漸變高。

圖2 火山機構(gòu)平面分布圖

綜合考慮巖礦石及地下水的物性參數(shù)，按照巖漿活動活動規(guī)律和區(qū)內(nèi)巖石分布情況推測：弱磁體為中酸性火山巖所致；無磁（微磁）體為酸性巖漿巖和沉積巖所致；高磁體為含多金屬的磁鐵礦體所致；大規(guī)模的低阻體為火山巖＋富水火山構(gòu)造所致，小規(guī)模的低阻由鐵多金屬礦體所致；中高阻則反映了區(qū)內(nèi)完整巖石的電性特征。從而推定了火山活動機構(gòu)及巖礦石的斷面分布狀況（圖3）。

圖3 火山機構(gòu)空間分布地質(zhì)剖面圖

為突出反應(yīng)界面電性變化情況，抑制層狀低阻疊加干擾，對電性剖面數(shù)據(jù)使用了Laplace二導(dǎo)［10］和Salter行偵變換，較為準確的獲得了地電斷面。

經(jīng)驗證，在A區(qū)剖面的D段見到了英安巖，E、F點見鐵多金屬礦體，在G點見到了花崗閃長巖；在B剖面的D段見到了流紋質(zhì)火山碎屑熔巖，E段見到了英安巖，F(xiàn)點見到了花崗閃長巖。

3.3 地球物理異常形成機理

巖漿活動早期，在其冷凝過程中，其中磁鐵礦的溫度，從其居里溫度以上降至居里以下時，在地磁場的作用下，礦物中形成磁疇，并呈定向排列，產(chǎn)生宏觀磁性。所形成的磁場強度與磁鐵礦的含量成正比，分散在巖漿巖中時，形成了弱磁性；在成礦作用下富集于接觸帶時，形成強磁性鐵礦體。

同時，以長英為主的成巖物質(zhì)，在高溫高壓的封閉成巖環(huán)境下，形成了結(jié)構(gòu)緊密的高電阻率巖體。從而產(chǎn)生了早期的弱磁、高阻花崗閃長巖。

巖漿活動中期，強烈噴發(fā)的作用，使得中酸性巖漿噴至地表，巖漿冷凝固結(jié)后形成弱磁性的英安巖。由于此時形成的巖石出露地表，其壓力溫度較低，形成的巖石較為松散，密度低，在飽和水狀態(tài)下，電阻率低于同類侵入巖。

巖漿活動晚期，巖漿逐漸由溢流相轉(zhuǎn)為侵入相，形成晚期的中心巖株結(jié)構(gòu)，同時由于巖漿分異作用，巖石中鐵磁性礦物逐漸減少，形成火山通道中的無磁（微磁）的流紋巖和未噴發(fā)的花崗斑巖，同時電阻率也隨硅質(zhì)的升高和鐵磁性物質(zhì)的減少而升高。與此同時，由于巖漿期后熱液沿火山機構(gòu)的蝕變活動，對火山通道中的巖石產(chǎn)生了退磁作用使得火山通道形成了無磁區(qū)。

巖漿活動結(jié)束后，對磁性礦物的表生氧化作用，也對火山機構(gòu)中的巖石起到了退磁。

整個巖漿活動中，巖漿侵入時的膨脹擠壓和冷凝時的固結(jié)收縮，使得巖漿活動通道和邊緣產(chǎn)生了一個構(gòu)造邊，活動結(jié)束后，在地下水充盈的情況下，其電阻率主要由地下水電阻率決定［11］，形成低阻。

因此，在整個巖漿活動結(jié)束后，于火山通道上形成了縱向發(fā)育可達到1000m的以低磁、低阻為主要地球物理特征的管狀火山熔巖區(qū)；同時，在火山活動通道底部形成了以微磁、高阻為主要地球物理特征的冠狀中心巖株。形成如圖4所示的理想空間地質(zhì)——地球物理模型。

4 結(jié)論

研究區(qū)火山－侵入雜巖是鄂拉山巖漿弧＼柯柯賽序列＼下拉木松中粒二長花崗巖單元的組成部分，印支～燕山期巖漿活動后，隨著青藏高原的整體抬升，區(qū)內(nèi)形成的火山－巖漿環(huán)境基本無重大改變。因此，本次研究所確定的線性串珠狀負磁閉合異常的平面垂直磁場特征和淺部低磁、低阻，深部低磁、高阻的柱狀電、磁綜合剖面特征，反映了區(qū)內(nèi)巖漿活動產(chǎn)生的火山巖和火山機構(gòu)的空間分布特征及地球物理特征。所形成的理想地質(zhì)——地球物理模型具有一定的代表性，可用于研究本區(qū)及鄰區(qū)的巖漿活動機構(gòu)的空間分布狀況，指導(dǎo)區(qū)內(nèi)的成礦地質(zhì)背景研究和找礦勘探，并為本區(qū)填制火山——巖漿巖的三維立體圖奠定基礎(chǔ)。

另外，鑒于該區(qū)侵入巖及火山巖磁性為弱磁性，產(chǎn)生的異常幅度較小，同時，區(qū)內(nèi)存在有強磁性的鐵多金屬礦體。因此，在資料整理過程中，弱信息的提取、分辨是整個數(shù)據(jù)處理的關(guān)鍵，宜采用異常分離、小波分析和求導(dǎo)的處理方案［12］，避免弱信息提取過程中傳遞誤差的放大，以及不適定問題的產(chǎn)生。

［1］青海西旺礦業(yè)開發(fā)有限公司.青海省都蘭縣白石崖鐵礦床勘探地質(zhì)報告［R］.2006.

［2］馬慧英.青海白石崖多金屬礦成礦構(gòu)造與礦床地球化學(xué)研究［D］.長沙 中南大學(xué)，2010.

［3］孫延貴，張國偉，鄭健康，等.柴達木地塊東南緣巖漿弧（帶）形成的動力學(xué)背景［J］.華南地質(zhì)與礦產(chǎn)，2001（4）：17－20.

［4］潘彤，羅才讓，等.青海省金屬礦產(chǎn)成礦規(guī)律及找礦預(yù)測［M］.北京：地質(zhì)出版社，2005.

［5］辛后田，韓英善，陳能松，等.中華人民共和國區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告比例尺：1∶250 000都蘭縣幅（J47C004002）［R］.2010.

［6］楊立功，林城冬，李星.青海省都蘭縣白石崖地區(qū)2008年度M20物探EH4工作報告［R］.青海都蘭福建省雙旗山礦業(yè)有限責(zé)任公司，2009.

［7］李星，楊立功.青海省都蘭縣白石崖地區(qū)2011年度 M20磁法工作報告［R］.青海都蘭福建省雙旗山礦業(yè)有限責(zé)任公司，2011.

［8］張恒磊，劉天佑.基于小波分析的磁測數(shù)據(jù)處理流程及解釋方法［J］.物探與化探，2009（12）：686－690.

［9］趙希剛，吳漢寧，柏冠軍，等.重磁異常解釋斷裂構(gòu)造的處理方法和圖示技術(shù)［J］.地球物理學(xué)進展，2008（4）：415－416.

［10］朱慶俊，李鳳哲.SURFFER軟件在地球物理處理資料處理中的應(yīng)用［J］.物探與化探，2007，31（3）：250－255.

［11］付良魁.電法勘探教程［M］.北京：地質(zhì)出版社，1983.

［12］方東紅，曾釗發(fā)，陳家林.基于小波分析的重磁數(shù)據(jù)求導(dǎo)方法及應(yīng)用［J］.吉林大學(xué)學(xué)報：地球科學(xué)版，2008，38（6）：1050－1054.