高精度磁法測量在棒槌崖矽卡巖型磁鐵礦勘查中的應用

樊彥超，趙曉青，李紅峰

（華北地質勘查局五一四地質大隊，河北 承德 067000）

0 引言

棒槌崖鐵礦位于河北省寬城滿族自治縣孟子嶺鄉棒錘崖村，地理坐標為：東經118°17′45″～118°22′30″，北緯40°29′00′～40°32′30′，面積：41.45 km2。2021年河北省山區1∶2.5萬高精度航空磁測勘查對該處磁異常M53-294（張崇山等，2012①）進行評價：該異常處于三疊中粒正長閃長巖與薊縣系霧迷上組的接觸帶附近；在重力一階垂導圖上，該異常位于不規則團塊狀正異常中；推斷該異常為礦致異常。該異常分布范圍廣，覆蓋本次工作區內外。從西南潘家口水庫到東北大凹嶺、由西北石子溝河北至東南上桲羅臺，正負異常面積約70 km2；具備形成矽卡巖型鐵礦床（趙一鳴等，2002）的地質因素。1957年華北冶金局地質勘探公司五一四隊在棒錘崖銅鐵礦區投入槽探3015 m3，采樣602件，結論為該區成礦地質條件好，建議轉入詳細找礦評價工作（張小朋等，2012②）。通過在該地區投入地面高精度磁法測量，圈定了勘探區內鐵礦體的分布范圍和空間狀態，結合國內相同或相近類型磁鐵礦磁異常特征（楊斌等，2012；張崇山等，2012①；方同明等，2012；柳康偉等，2015），圈定該地區成礦靶區，開展鉆探工程驗證，依據驗證效果得出高精度磁測圈定的高磁異常是進一步開展綜合找鐵礦的重要依據和基礎（鄭全庫，2009；王橋和李富，2013；郭剛強，2013；徐博倫，2014；喬天成，2016）。

1 地質概況

該普查區位于河北省承德市寬城縣滿族自治縣縣城230°方位、直距20 km的孟子嶺鄉棒錘崖一帶。地處中朝準地臺（Ⅰ2）、燕山臺褶帶（Ⅱ22）、馬蘭峪復式背斜（Ⅲ27）、寬城凹褶束（Ⅳ224）構造單元內（圖1，張曄卿等，2013）。

圖1 棒槌崖地區大地構造位置略圖（引自張曄卿等，2013)

北東向的平坊-桑園大斷裂帶在勘查區中部通過。該斷裂是本區導巖和導礦構造；旁側的次級斷裂易形成賦巖或賦礦的有利空間。棒錘崖輝石閃長巖體就與此構造密切相關。

普查區位于壽王墳-小寺溝銅鉬成礦帶上（袁樹森等，2012），區域礦產豐富，主要為銅、鉬、鐵及鉛鋅礦，著名的有壽王墳銅（鐵）礦、小寺溝銅（鉬）礦、高板河鉛鋅礦等（陳立武等，2013）。

區內地層為長城系串嶺溝組（Chch）、團子山組（Cht）、大紅峪組（Chd）、高于莊組（Chg）；薊縣系霧迷山組（Jxw）和第四系，巖性主要有石英砂巖、白云巖、白云質灰巖、燧石條帶白云質灰巖（圖2）；

圖2 棒槌崖地區地質圖（據白鶴舉等，1999修測③）

構造以斷裂為主，有5條，近東西向3條，北東向2條。其中平坊-桑園大斷裂部分從本區穿過，走向50～78°，傾向北西，傾角60～70°。上盤為薊縣系，下盤為長城系，是本區重要的導巖構造。

巖漿巖發生于中生代早期，以侵入的輝石閃長巖（ψδ52(1)）為主，次為后期閃長巖、煌斑巖脈；

圍巖蝕變發育于輝石閃長巖體與燧石條帶白云質灰巖的接觸帶，具有大理巖化、蛇紋石化、絹云母化，暗綠色蛇紋石化及透輝（閃）石化矽卡巖與銅鐵礦化關系密切（陳宇，2008）。

2 異常特征及解釋

2.1 航磁異常及解釋

河北省山區1∶2.5萬高精度航空磁測勘查對該處磁異常M53-294（張崇山等，2012①）。該異常特征為：分布范圍廣，覆蓋區內外。從西南潘家口水庫到東北大凹嶺、由西北石子溝河北至東南上桲羅臺，正負異常面積約70 km2，其中正異常位于測區中南部，面積接近23 km2，約占異常總面積的三分之一（圖3）。

圖3 棒槌崖地區航磁異常略圖（引自張崇山等，2012①）

正異常以100 nT 等值線圈閉，形似歪倒之鴨梨。西南部等值線略微開闊，中部膨脹，東北部收縮。異常走向50°左右，長約7.4 km，平均寬約3.2 km。異常被0 nT等值線包圍，其東、西側伴有-100 nT負異常；之北側負異常極小值達-200 nT以上。異常等值線均勻、圓滑、規整（管志寧，2005；張葉鵬等，2016；）。北及西側略密，梯度變化稍陡；南及東南側稀疏，梯度變化緩。

500～1000 nT高值異常呈橢圓狀北東向展布，長約1.2 km，寬約0.8 km，面積約1 km2。異常中心位于三道凹村西北約500 m處，中心極大值1000 nT以上（圖3）。

從圖2看出，異常軸向與區域大地構造線基本一致；異常正負交替部與地表出露的輝石閃長巖和薊縣系霧迷山組燧石條帶白云質灰巖二者的接觸帶大體對應；正異常整體落于無磁性的薊縣系霧迷山組燧石條帶白云質灰巖和長城系高于莊組地層上；500～1000 nT高值異常部分，集中分布在薊縣系霧迷山組。500 nT以上等值線間距小；500 nT以下等值線間距加寬并成階梯向南緩伸；高磁異常部位與地磁化極后向上延拓400 m平面圖異常接近；極大、極小梯度變化值為1.3 nT/m，表明磁性體的體積及延深都比較大。

綜上推測：該異常是由一個規模大、走向北東、傾向南略偏西、側伏于薊縣系霧迷山組和長城系高于莊組地層之下的偏基性巖體引起（王振亮等，2015）。其高值異常可能為含鐵磁性礦物相對集中的巖體隆起部或兩層以上不同鐵磁巖性的疊加部位（田文法等，2010；王建新等，2014），而北部負異常是受磁性體斜磁化和地形切割陡壁影響的綜合反映。

2.2 物性特征

由棒槌崖地區主要巖性磁性參數測定結果（表1）可知，砂巖、白云巖磁化率常見值3×10-6×4π·SI，屬無磁性；矽卡巖磁化率常見值250×10-6×4π·SI，屬弱磁性；閃長巖磁化率常見值1600×10-6×4π·SI、最高值6325×10-6×4π·SI，剩磁常見值1500×10-3A/m。

表1 棒槌崖地區巖（礦）石磁參數統計表

2.3 地磁場特征及解釋

1∶1萬△T剖面平面圖表明，區內地磁場表現基本概括為：四周平靜相對穩定，中部強弱變化分明，曲線高低起伏跳躍，帶狀展布特征清晰（圖4）。

圖4 棒槌崖△T剖面平面略圖（實測）

據相應的磁場規律及磁異常獨特的形態，結合地質資料和棒槌崖地區地質航磁異常略圖（圖3），區內推斷出區內5條斷裂，F1、F2、F3、F4、F5（圖4）。

依據弱磁性地層中，較高異常呈帶狀定向連續或串珠狀斷續分布特征，推斷F1、F2、F3。F1斷裂：該斷裂位于測區西南部，走向北西，長約1.5 km；F2斷裂：該斷裂位于測區東南部，走向北西，長約2.5 km；F3斷裂：該斷裂位于測區東南部，走向北西，長約2.7 km。

依據正負異常分界線和高值異常帶沿東西向呈線性斷續分布特征推斷F4斷裂，該斷裂位于測區中部，走向近東西，長約5.5 km。

依據狹窄帶狀負異常定向展布特征推斷F5，該斷裂位于測區中部，走向北西，長約1.3 km。

從棒槌崖△T等值線平面略圖（圖5）看出，地面磁測結果△T異常形態與航磁異常形態基本一致，向南呈凹陷弧形近東西向分布，東、西端部略微向上抬起，中間則有幾個孤立異常向北凸出，整體構成一“山”字型。主異常分布在測區中部，其北側等值線密集，近東西向平拉直，之南側600 nT以上等值線大體環繞航磁異常中心，且向南由密轉疏伸展。0 nT等值線于東西兩側，-400 nT等值線則分布在北部。

依據異常位置、地質及物性資料判斷：周圍平靜系微磁性和無磁性的薊縣系、長城系地層所致；中部起伏跳躍為出露的輝石閃長巖體的反映；帶狀展布乃受接觸帶和F4斷層嚴格控制；多中心由鐵磁性礦物分布不均勻造成；高值異常是鐵磁性礦物相對集中引起。

2.4 局部異常特征及解釋

根據圖5圈定異常6處：編號為M1、M2、M3、M4、M5、M6。

圖5 棒槌崖△T等值線平面略圖（實測）

M2異常位于測區中部，由M2-1、M2-2、M2-3三個局部異常組成，是測區內主體異常。以500 nT等值線封閉圈，形似元寶狀，走向近東西，長約2200 m，平均寬約700 m，分布面積約1.5 km2。

其中，M2-1異常1000 nT等值線圈似帶狀近東西向展布，長約1400 m，平均寬約270 m。2000 nT以上高值異常，長約900 m，平均寬約150 m。出現5個峰值中心，自西向東，極大值依次為4062 nT、3906 nT、6321 nT、5212 nT、3404 nT。異常北側伴有極小值-1000 nT。△T等值線北側密集，梯度變化陡；南側略疏，梯度變化稍緩。

為解析該異常，在異常上實施了南北向、點距10 m的A0地質、物探綜合剖面，△T曲線兩翼不對稱，南緩北陡，極大值6197 nT，北側極小值-252 nT。對圓滑后的曲線進行半定量計算，結果見表2。

表2 M2-1異常曲線半定量計算統計表

由△T異常特征及區域地質、礦產資料綜合分析：該異常落于航磁異常100～300 nT背景場的邊部，處于輝石閃長巖與薊縣系霧迷山組燧石條帶白云質灰巖接觸帶和F2斷裂帶附近，其異常軸向與接觸帶和斷裂近東西延展方向基本一致；地表及鉆孔資料表明，由于接觸交代作用，致使巖體內捕虜體十分發育，并疊加蝕變現象，產生蛇紋石化、透輝（閃）石化矽卡巖。因而在蛇紋石化過程中，斜輝石析出的磁鐵礦在適當的地質環境下往往隨之相對富集為礦體，上述種種跡象表明，該接觸帶應為成礦有利地段。2000 nT以上高值異常，落于輝石角閃巖體上。標本磁參數測定，輝石閃長巖磁化率常見值1600×10-6×4π·SI；矽卡巖磁化率常見值250×4π×10-6SI，理論計算二者在地表可綜合引起630 nT異常，與地表實測最高值6320 nT相差近十倍，這種巨大的反差，恰恰說明高值異常部位之地下必定存在強磁性體-磁鐵礦；M2-1極大值6321 nT與極小值-90nT的梯度變化值為52 nT/m。這種高梯度變化值預示，地下可能有磁鐵礦體存在。

由以往地質資料可知，在棒槌崖村西早已探明的Fe1、Fe2兩個銅鐵礦體被開發利用。近期又在本次圈定的M4號異常，鉆孔驗證見到1.57 m矽卡巖型銅鐵礦；

鑒上所述，通過“由已知到未知”推斷：M2-1異常2000 nT以上異常帶中的幾處高值異常可能是由多層矽卡巖型銅鐵礦（化）體引起，該礦化（體）走向近東西，上頂埋深約58 m，水平寬度約50 m，傾向南，傾角52°。

M6磁異常：位于棒錘崖村東南0.5 km處，以1000 nT等值線封閉，似帶狀，走向北西，長約550 m，平均寬約120 m；2000 nT封閉圈長約400 m，平均寬約50 m，中心極大值4510 nT，等值線北東密，梯度陡，南西疏，梯度緩。

在異常上實施了C0精測剖面，并對該剖面進行分析得出：C0剖面20～40號點為主異常段，△T曲線兩翼不對稱，南緩北陡，極大值4057 nT，北側極小值-1310 nT，經對曲線圓滑后進行了半定量計算，計算結果見表3。

表3 M6異常曲線半定量計算統計表

該異常落于棒錘崖村東南的中粒輝石閃長巖體上，南部邊緣見有長約300 m、寬約50 m，走向近東西的蝕變礦化帶。蝕變帶內發育較強的大理巖化、蛇紋石化、絹云母化。參照M2-1異常解釋依據，推斷M6異常2000 nT以上高值異常由矽卡巖型銅鐵礦化（體）引起。該礦化（體）走向308°，上頂埋深約27 m，水平寬度約34 m，傾向南西218°，傾角58°。

3 地質成果及遠景預測

3.1 礦（化）特征

分別對M2-1、M3-1和M6三個規模較大、強度較高的異常進行了鉆探工程驗證。在ZKA0-1鉆孔穿過含磁鐵輝石閃長巖厚度96.60 m（從89.10～185.70 m），TFe品位9.72%～14.12%，平均品位11.66%；mFe品位3.82%～7.55%，平均品位5.80%。在136.40～140.40 m處見銅礦化，厚度6.0 m，Cu品位0.15%～0.33%，平均品位0.25%。ZKA0-2 號鉆孔含磁鐵輝石閃長巖厚度111.6 m（從149.10～260.70 m），TFe 品位14.87%～24.15%，平均品位16.16%；mFe品位6.87%～9.68%，平均品位8.45%。在196.20～199.20 m處見銅礦化，厚度3.0 m，Cu品位0.11%～0.29%，平均品位0.18%。

3.2 礦石礦物成分

鐵礦石呈灰黑色，礦物成分中金屬礦物有磁鐵礦，次為黃鐵礦、褐鐵礦；脈石礦物有透輝石、石榴子石、透閃石、蛇紋石等。礦石呈中粒結構，塊狀構造。

銅礦石呈灰黑色、藍綠色，礦物成分中金屬礦物有黃銅礦、輝銅礦、磁鐵礦，次為黃鐵礦、銅藍、孔雀石、褐鐵礦；脈石礦物有透輝石、石榴子石、透閃石、蛇紋石等。礦石呈細—中粒結構，塊狀構造。

通過計算初步確定地表和淺部磁性體不能引起如此高的磁異常，有待對該區成礦條件做進一步研究，并繼續投入深部工程進行驗證。倘若上述各孔深部能見到理想礦體，則遠景極為可觀，預測該區有望成為一個新的中型以上銅鐵礦產地。

4 結論

高精度磁測在棒槌崖地區尋找矽卡巖型隱伏鐵礦的應用，進一步證明了該方法在尋找矽卡巖型隱伏礦體的實用性和有效性，高精度磁測是綜合物探方法中一種最直接、最有效、最便捷、最重要的勘查方法。

（1）通過在該區開展磁法工作，查明了棒槌崖地區磁異常的分布狀況，查明了異常的輪廓、軸向、形態、規模等特征；圈定磁異常6處、圈界出輝石閃長巖體的分布范圍及形態、推斷出斷裂構造5條；地質效果明顯，達到了預期目的。

（2）對該區磁測數據進行綜合研究，充分利用地質、物性資料，對異常進行了定性、半定量地質解釋，最終認定圈定的6處磁異常為隱伏的矽卡巖型銅鐵礦有關異常，其中M4、M5異常已經確定為矽卡巖型銅鐵礦引起；其余4處異常建議進一步投入深部工程進行驗證。

圖6 ZKA0-1、ZKA0-2驗證鉆孔剖面圖

（3）通過該區的驗證異常工程數據，進一步證明；在充分了解礦區地質成礦條件的前提下，應用磁測數據對磁異常進行定性、半定量計算結果的準確性。

通過在該區開展高精度磁法工作，了解該區磁異常的分布狀況，查明了異常的輪廓、軸向、形態、規模等特征；充分利用地質、物性資料，對異常進行了定性、半定量地質解釋；設計了鉆孔驗證，得到了該區矽卡巖型隱伏鐵礦體初步形態；證明高精度磁測圈定的高磁異常是進一步開展綜合找鐵礦的重要依據和基礎。

注 釋

①張崇山,陳玉坤,王三民,等.2012.冀東測區航磁異常查證成果報告[R].河北省地質調查院,2-49.

②張小朋,樊彥超,趙曉青,等.2012.河北省寬城滿族自治縣孟子嶺鄉棒錘崖銅鐵礦普查地質報告[R].華北地質勘查局五一四地質大隊,34-50.

③白鶴舉,張福斌,楊洪賓,李景梅.1999.《1∶25萬承德市地質圖》.河北省地質礦產礦查院承德工作部.