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高精度重磁测量在河南崤山金矿区调查评价中的应用

更新时间:2016-07-05

0 引 言

崤山金矿区位于河南陕县西张村镇和店子乡,区内以往开展过1∶5万地质测量、1∶1万土壤地球化探测量(李中锋,2012)和1∶5万磁力测量,圈定多处金多金属物探异常和金矿脉(丁振举等,1996;冯昂等,2010)。由于综合物探工作程度不高,对区内金矿床规模和分布规律不清楚(任富根等,1996)。研究区为典型的黄土塬地貌,山高沟深,利用高精度重磁测量指导金矿床调查评价的找矿效果不明(王秀全,2010)。

本次研究在该区首次应用高精度重力测量,共部署1∶5万重力测量工作面积400 km2,按不规则测网布设(6点/km2),实际完成总物理点2 467个,重力异常总精度实达±6.1×10-7 m/s2

结合以往重磁测量资料处理解释和找矿经验(穆石敏等,1990;曾华霖,2005),对研究区高精度重磁测量成果和已知地质资料等进行综合分析(曹有金等,2014),推测与金矿床有关的断裂构造和隐伏岩体的分布,有效缩小金矿床靶区,旨在为今后在研究区中深部和外围同类矿床的勘查中合理选择勘探方法提供参考。

1 地质概况

研究区位于中朝准地台南缘之豫西台隆西段的崤山—熊耳山古地块,为崤山隆起的一部分。地层区划属华北地层华熊分区的崤山小区,出露地层主要有太古界太华岩群、中元古界熊耳群和新生界第四系(图1)(河南省地质矿产勘查开发局,1986)。

太华岩群(ArTh.)为一套深变质片麻杂岩,主体为各类古老的侵入岩和少量变质表壳岩包体,厚度>3 km,主要岩性为斜长角闪岩、角闪斜长片麻岩、黑云角闪片麻岩、绿泥二云片岩及花岗质混合岩。

熊耳群(Pt1-2X)分布于放牛山—小方山—甘山外围,与太华岩群呈不整合接触。底部放牛山组石英岩(Pt1f)和兰树沟组(Pt1l)主要为变质砾岩、巨厚层状石英岩夹含炭质绢云母片岩、厚层状大理岩,为一套陆相沉积浅变质岩系。下部变质砾岩含金较高,是崤山金矿的主要赋矿层位之一;上部为许山组(Chx)中(偏基)性火山岩系,分布在太华岩群四周,厚度>1.8 km。岩性组合以安山玢岩、辉石安山玢岩为主。

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图1 河南省陕县崤山地区金矿远景区和地质综合平面图 1-第四系—古近系;2-兰树沟组片岩;3-太华岩群;4-隐伏浅部岩体;5-已知金矿脉;6-远景区;7-熊耳群许山组;8-古元古代流及玫之岩; 9-放牛山组石英岩;10-白垩系二长花岗岩;11-重力推测断层及编号;12-已知金矿点;13-重磁范围 Fig.1 Prospective area and geological plane of the Xiaoshan gold deposit, Shaanxian County, Henan Province

第四系—古近系(Q-E)主要为黄土层,厚5~40 m,局部100余m,主要分布在研究区西部和北部。

为消除浅部密度不均匀体干扰,选用上延100 m后布格重力异常进行小子域滤波(滤波窗口半径为250 m),然后再进行0°、45°、90°、135°方向水平梯度异常计算。其次利用上延1.0 km后不同方向(0°、45°、90°、135°方向)重力水平梯度异常特征划分深部断裂,并确定其规模、切割深度和断层面倾向,最后综合其他资料划分断裂。

区内具备地层、构造和岩浆岩“三位一体”的成矿条件(任富根等,1996;李麦兑,1997;朱嘉伟等,2001),赋矿岩系(太华岩群和熊耳群)含矿构造(滑脱拆离构造)发育,为成矿物质富集提供了空间,骨架断裂为成矿物质提供了通道,隐伏岩体及其伴生岩体为Au、Ag等元素的活化、转移提供了物质条件和较好的热动力源。已查明的崤山金矿、申家窑金矿以及周边广泛分布的金矿点(张家河金矿、潘家河金矿等)资料也说明该区金矿成矿条件非常有利。

2 物性特征

区内岩矿石的物性差异是重磁勘探的前提,也是重磁异常解释的物理基础。高精度重力测量的同时在18处地层和岩体露头采集了458块岩石物性标本,测定其密度和磁化率参数(表1)。分析表1,得出以下结论。

降雨过程中,持续最大降雨量为3.46×10-6 m/s,持续降雨时间为96 h,持续降雨过程的雨量变化曲线如图3所示。

(1) 元古宇和太古宇太华岩群密度普遍较大,平均密度为2.71 t/m3左右,是研究区形成区域性重力高值区的主要地质因素。

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(2) 金矿脉平均密度约为2.84 t/m3,比元古宇和太古宇太华岩群的密度值大0.13 t/m3,说明金矿脉与其围岩存在密度差,但由于金矿脉体积和规模一般较小,不能形成明显的局部重力高值异常,故不能利用重力异常直接寻找金矿。

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(3) 研究区仅采集到燕山期岩体(K1Hg)二长花岗岩,其平均密度约为2.66 t/m3,比元古宇和太古宇太华岩群的密度值普遍低0.05 t/m3左右。另外,根据区域物性资料,区内存在低密度的燕山期中酸性岩体,其密度值在2.61 t/m3左右,故燕山期中酸性岩体与元古宇和太古宇太华岩群存在较大密度差,是燕山期中酸性隐伏岩体能形成明显重力低值异常的主要因素。

表1 崤山地区岩矿物性参数统计 Table 1 Physical parameters of rocks and ores in Xiaoshan area

地层代号岩石名称块数密度/(t/m3)磁化率/(×10-5SI)最大值最小值平均值最大值最小值平均值熊耳群许山组(Chx)  玄武安山岩302.852.622.741680110778安山玢岩333.512.642.80452132329斑状安山岩282.982.702.811920129348兰树沟组片岩  (Pt1l)斜长角闪片岩313.012.712.825600311143绢云母片岩412.592.482.54<20放牛山组石英岩  (Pt1f)石英岩412.802.662.72933152太华岩群(ArTh.) 混合花岗岩322.642.562.6153631229混合片麻岩462.722.582.66<20角闪片岩323.542.682.9968770152均质花岗岩292.752.052.47421931矽化混合片麻岩202.672.562.63612斜长角闪岩122.712.572.683148金矿脉含金矽化蚀变岩313.242.662.863710950含金蚀变岩163.222.622.772590551含金矽化蚀变岩163.002.772.8846224128燕山期岩体 (K1Hg)二长花岗岩202.702.602.66914

(4) 将收集和测定的磁性参数统计结果与己知地质资料对比可知,元古宇熊耳群许山组、兰树沟组片岩具有中等磁性,其磁性变化较大,而元古宇放牛山组石英岩和太古宇太华岩群均为微磁性。参考区域磁性参数资料可知,该区燕山期岩体具中强磁性,能形成明显的规整的低缓磁异常;而熊耳群局部中基性火山岩层虽具中等磁性,但磁性不均匀,多形成高频的杂乱磁异常,有别于燕山期中酸性岩体引起的规整的低缓磁异常。

(5) 第四系黄土的平均密度一般为2.0 t/m3,当沉积具一定的厚度和规模时,也能引起明显的局部重力低异常。第四系黄土无磁性,不能引起磁异常,可区别于中酸性岩体引起的重力低异常。

3 重力异常数据处理和地质解释

小子域滤波是一种非线性滤波方法,它通过选取合适的滤波窗口和迭代次数,放大重力梯级带变化,然后进行水平总梯度处理,可有效提取断裂信息。该方法比重力异常直接计算水平总梯度提取断裂信息具有更明显的处理效果。

布格重力异常总体特征为东高西低。东部高值区约占研究区一半面积,场值在(-82~-58)×10-5 m/s2间变化,主要由太古宇和元古宇高密度的老变质岩层引起。西部低值区以西过村—西张村镇一线分为南北2个重力低值亚区:北部低值亚区场值较低,在(-102~-90)×10-5 m/s2间变化;南部低值亚区呈椭圆形,场值在(-90~-82)×10-5 m/s2间变化,呈多个局部相对重力高、低异常相间分布,反映区内地质构造复杂,宏观上主要为低密度的黄土塬和隐伏中酸性岩体的综合反映

为了解深部重力场及深部构造特征,采用多种数据处理方法进行重力异常的分离,首先对布格重力异常上延6个不同高度(0.1、0.3、0.5、1.0、3.0、5.0 km),进行浅部和深部异常分离。从重力异常。上延1.0 km后的重力场可看出,以近南北向的上窑村—涧西村一线为界,将深部重力场分为东高、西低两部分,与布挌重力异常特征相似,说明研究区东部存在大面积高密度地质体,推测为太古宇太华岩群和元古宇深变质岩地层隆起,而西部中深部存在大面积低密度的地质体,推测主要为隐伏中酸性花岗岩体。经对比上延不同高度后重力场变化特征,选取上延1.0 km后的重力场为区域场,然后用实测重力场减去区域场求得剩余重力场。剩余重力异常主要反映浅部密度体不均匀和基岩顶面起伏信息,从剩余重力场中圈定太古宇太华岩群、元古宇深变质岩和隐伏中酸性侵入岩分布范围。

图2 河南陕县崤山地区布格重力异常平面图 Fig.2 Plane of Bouguer gravity anomaly in Xiaoshan area of Shaanxian County, Henan Province

表2 重力数据处理的内容目的和方法 Table 2 Content, purpose and method of gravity data processing

处理内容地质目的方法向上延拓0.1、0.3、0.5、1 0、3 0、5 0km垂向二次导数(R=200m,空间域艾勒金斯3式)剩余场实测重力场减去上延1 0km后的重力场小子域滤波(窗口半径250m)水平总梯度矢量模了解重力场衰减特征,区分深源(低频)和浅源(高频)场;提取局部异常,分析区域构造与局部构造特征划分深、浅层断裂,了解断裂位置和展布特征等空间域|波数域

4 磁力异常数据处理和地质解释

根据研究区地面1∶5万高精度磁力ΔT测量扫面工作,将该区磁力ΔT异常平面图矢量化(图3)。

(2)定量分析结合定性分析:对定性化文献资料归整,以制度工作任务转换为调研体系维度,通过层次分析法等确定维度权重,设置公众角度评价问卷以量化考量看法,探究各变量间内在关系与变化规律,寻找制度实施各项具体工作的满意测度,提出优化建议。

由图3可知,区内大部分地段有磁力ΔT异常分布,主要沿西部寺院村—白草湾村一线呈近东西向雁行排列。其中,中部磁力ΔT异常分布范围较大,东西长约9 km,南北宽7.5 km,呈多峰值,极大值在李铁凹西北,为470 nT,中部其他地区磁力ΔT异常值普遍在150~450 nT之间;北部西张村镇附近主要为负磁场区,极小值为-470 nT。

磁力ΔT异常特征显示主要有2类异常。一类是磁场值在100~450 nT的形态较规整、梯度变化较缓、分布范围较大的磁力ΔT异常,例如中部化里庙、庙洼、申家瑶等磁力ΔT异常。根据物性和地质资料可知,磁性层主要由元古宇上部许山组中(偏基)性火山岩系和燕山期中酸性侵入岩体组成,而研究区磁力ΔT异常特征和分布范围均与元古宇上部许山组地层分布不吻合,且磁力ΔT异常较规整,极大值在400 nT左右, 反映磁性地质体磁性较均匀、磁性不强,与中酸性侵入岩磁性相当,故推测该类磁异常主要由隐伏的燕山期中酸性岩体引起。另一类是局部高频磁力ΔT异常带,场值在0~300 nT之间变化,该类磁力ΔT异常特征走向较杂乱、分布范围较小,根据己知物性和地质资料,推测由熊耳群中基性火山岩层和近地表燕山期中酸性小岩脉引起,例如东南部栗子坪村一线的局部磁力ΔT异常。

图3 磁力ΔT异常等值线平面图 Fig.3 Contour plane of magnetic anomaly (ΔT)

为分离引起磁力ΔT化极异常的深、浅源地质体,对磁力ΔT化极异常进行向上延拓0.1、0.3、0.5、0.7、1.0、2.0和3.0 km处理。上延300 m后磁异常变圆滑、规整,局部异常变化消失;上延1.0 km后磁异常变得更加圆滑、规整,局部变化己不存在,仅存西侧东底庄、中西部窑院村和东北部杨家河村3个磁力ΔT异常分布(图4);上延2.0 km和上延3.0 km后,磁力场变化表现为将上延1.0 km后的上述3个磁力ΔT化极异常连成一体(图5)。

断裂是构造活动的一种重要表现形式,研究断裂的发生、发展及相互关系,有利于加深对金矿床的发展演化及构造运动性质的认识。对研究区断裂的研究主要依据重力勘探成果结合区域地质资料进行。断裂在重力异常特征上有下列2个主要标志:① 不同特征的重力异常界线或异常梯级带;② 重力异常的等值线沿走向呈规律性扭曲和错断。

The photocatalytic degradation of MB dye solution under visible light irradiation in the presence and absence of scavengers is shown in Fig. 8. For all the conditions the experiment was done for 40 min.

5 断裂划分

通过分析磁场上延不同高度后的特征,再结合已知地质与物性资料,推测区内磁力异常主要由隐伏岩体引起,深部分布有1个隐伏大岩浆库(图5)。此大岩浆库以中西部窑院村为中心,向北东、南西方向延伸,向上侵入至中等深度,分叉为西侧东底庄、中西部窑院村和东北部杨家河村3个岩基(图4),此3个岩基又向上侵入至地下浅部,分叉为30多处小岩株(图3)。

图4 磁力ΔT化极后上延1 km异常等值线平面图 Fig.4 Contour plane of magnetic anomaly (ΔT) reduced to the pole with an upward continuation of 1 km

图5 磁力ΔT化极后上延3 km异常等值线平面图 Fig.5 Contour plane of magnetic anomaly (ΔT) reduced to the pole with an upward continuation of 3 km

重力异常梯级带有时是两类地质体接触界面的反映,所以,判别断裂时要结合已知地质和其他物探资料进行综合判别。

采用MAG3D和GRAV3D程序(加拿大不列颠哥伦比亚大学)进行三维视密度和磁化率反演(胡彬等,2016;杨伟等,2016), 不同深度水平切片结果显示区内地质体深部至浅部视密度和视磁化率的分布特征(图8、图9),验证前述对重磁异常处理解释成果的相同认识。

在研究岩石密度的基础上,结合地质模型、研究构造、岩性与重力异常响应之间的联系,通过对布格重力异常特征分析(图2)与数据处理(表2),分离区域场和局部异常,分析断裂展布与构造隆坳信息特征,突出局部构造与己知金矿脉的分布规律。

研究区总体构造格局为崤山变质核杂岩构造,核部为太华岩群变质岩系,周边盖层为熊耳群火山岩;在构造运动作用下,两者之间沿不整合面形成滑脱拆离构造,崤山地区的金矿成因与此有关。

本次共划分断裂27条,其中按断裂走向分类:近东西向断裂4条,编号为F1—F4;近南北向断裂2条,编号为F5、F6;北东或北北东向断裂9条,编号为F7—F15;北西或北北西向断裂12条,编号为F16—F27。根据断裂相互错断关系,推测研究区断裂近东西向最早,近南北向次之,北东或北北东向稍后,北西或北北西向最晚。根据断裂规模大小关系,工区近东西和近南北向断裂规模较大,构成研究区主要骨格断裂(图6)。

另外, 依据重力水平总梯度异常划分区内断裂构造,主要指张性骨架断裂,不包括太华岩群与熊耳群间拆离构造。

图6 崤山地区重力推断的断裂分布图 1-重力水平方向总梯度矢量模异常等值线;2-重力推测断层及编号;3-已知金矿脉;4-环形断裂;5-已知金矿点 Fig.6 Fault distribution inferred by gravity anomaly in Xiaoshan area

6 隐伏岩体的圈定

崤山地区闵峪—梁埝—西张村一线(研究区北部)地面己发现有燕山期花岗岩、花岗斑岩小岩脉或小岩枝出露,说明深部可能有隐伏岩体存在。另据区域地质资料,发现隐伏岩体伴生的小岩脉或岩枝与Au、Ag等多金属元素的活化、转移相关的地质现象,说明深部存在的隐伏岩体为金矿提供了很好的多金属元素物质和热动力来源。

从布格重力异常特征(图2)和物性资料分析,李铁凹附近燕山期二长花岗岩 (K1Hg)平均密度约为2.66 t/m3,比元古宇和太古宇太华岩群的密度值普遍低0.05 t/m3左右,但当隐伏岩体规模较大时,可形成明显的局部重力低异常。从剩余重力异常分析,局部重力高异常大多对应研究区中东部地表出露的太古宇太华岩群分布区,而局部重力低异常大多对应地表第四系黄土厚层或研究区中西部元古宇和太古宇太华岩群分布区。由物性特征可知区内隐伏岩体是形成局部重力低异常的主要地质因素,说明研究区中西部元古宇和太古宇太华岩群分布区下有低密度的隐伏岩体存在。虽然黄土塬也能引起局部重力低,但黄土塬无磁性,因此具有磁力高和重力低的异常特征应为隐伏岩体引起。

据1∶5万磁力ΔT异常资料(图3),结合己知地层产状、构造形迹等综合分析,认为在西张村镇以南崤山地区的张家河、申家窑、张村一带磁异常由隐伏岩体引起,其磁场极大值在450 nT左右,推测该隐伏岩体具中等磁性,相当于中酸性的侵入岩体磁性;依据磁力异常形态大多规整、梯度变化较缓等特征,推测隐伏岩体具有一定埋藏深度。

根据重磁异常特征(局部重力低和局部磁力高同现)及已知地质资料,圈定研究区中浅部隐伏小岩体的分布范围(图7)。由该图可知,中浅部隐伏小岩体集中在西部曹家沟—中部化里庙—庙洼—东部唐山村—上宫寺一带(图7中桃红色为浅部隐伏小岩体,虚线为中等深度隐伏小岩体)。

由重力异常和磁力异常解释成果,再结合研究区已知金矿床分布规律,可预测金多金属矿床远景区。依据如下。

图7 推测隐伏岩体分布图 1-浅部隐伏岩体;2-深部隐伏岩体;3-已知金矿体;4-重力推测断裂;5-地磁工作范围;6-重力工作范围;7-已知金矿点 Fig.7 Distribution map of inferred concealed rock mass

7 三维视密度和磁化率反演

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图8 视密度深部水平切片图 Fig.8 Deep horizontal slice map of apparent density

图9 视磁化率深部水平切片图 Fig.9 Deep horizontal slice map of apparent magnetic susceptibility

8 成矿远景预测与评价

我越谈越兴奋,心情也越来越激动,我说能够在美丽的燕园生活学习,能够仰望未名湖上空的蓝天白云,切身感受北大百余年的人文气息,是我今生最大的荣幸,我享受在北大的每一天,感恩在北大的每一天。

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(1) 已知金矿床(崤山金矿、申家窑金矿、寺家沟金矿等)分布在西张村镇—申家窑—张家河隐伏的中酸性大岩体东侧的接触带附近,反映金矿床赋存于深部中酸性大岩体与元古宇和太古宇太华岩群地层接触带附近,金矿床形成与中酸性大岩体有关,故研究区深部中酸性大岩体与元古宇和太古宇太华岩群地层接触带及伸展部位是寻找金矿体的最有利地段。

(2) 研究区金矿床形成与燕山期中酸性岩体热动力作用密切相关。首先,金矿脉中金的含量与矿脉中多金属硫化物的含量呈正相关;其次,金矿附近均有似斑状花岗岩脉出露,例如申家窑金矿西部后河有似斑状花岗岩脉出露,半宽金矿西部龙卧沟有似斑状花岗岩脉出露。航磁资料也表明崤山金矿和申家窑金矿等位于隐伏中酸性大岩体边缘。

从重力异常特征分析可知局部重力高异常大多由元古宇和太古宇太华岩群老变质岩引起。局部地段有金矿点(脉)的叠加影响,重力异常等值线扭曲,如申家窑、大方山金矿点等,在剩余重力异常图中反映较明显,局部重力低大多是隐伏中酸性岩体所致。而金矿床大多分布在隐伏岩体与元古宇和太古宇太华岩群接触带附近,与中酸性岩脉密切有关,故浅部隐伏岩体与元古宇和太古宇太华岩群接触带及伸展部位也是寻找金矿体的最有利地段。

(3) 研究区金矿床受断裂控制,金矿脉大多赋存于韧性剪切带或不整合面间滑脱拆离带中,大多沿张性裂隙发育。从己知金矿脉与重力异常推测的断裂关系分析,已知金矿大多位于早期近东西向断裂F2和F3附近,沿晚期北北东向或北北西向断裂充填,例如崤山(半宽)和大方山金矿脉主要与北北东向断裂有关,申家窑金矿脉主要与北北西向断裂有关。研究区共划分为A区和B区2个金矿床远景区(图1),依据如下。

对所有患者进行资料收集,根据参考文献中可能引起引流管留置时间变化的影响因素[7],分析年龄、身体质量指数(BMI)、腋窝淋巴结清除、合并糖尿病、合并高血压、饮食、功能锻炼及疾病知识宣教等因素上的差异性,将有差异项目带入Logistic回归方程计算,分析影响患者引流管留置时间的因素。

A区。位于研究区西部吊坡水库—后河水库—申家窑一带,控制面积约40.20 km2。依据:① 己知金矿大多分布在近东西向F3断裂附近,葫芦峪金矿和申家窑金矿脉大多沿北北西向断裂充填;② 区内西部为张家河隐伏岩体,东部为李铁凹隐伏岩体,中部局部重力高为太古宇太华岩群老变质岩出露区;③ 己知申家窑金矿、葫芦峪金矿位于A区南部。

综上可知,中尺度WRF模式能较好的模拟出此次平流雾天气过程的生消演变。模拟资料可靠,可进一步用于平流雾的成因分析。

B区。位于东部蚂蚁河一带,控制面积较小,约30.78 km2。依据:① 己知金矿分布在近东西向断裂F3附近,沿北北东向断裂F14充填,大方山金矿脉大多沿北北东向断裂充填;② 位于蚂蚁沟隐伏岩体东侧,地表为太古宇太华岩群老变质岩出露区;③ 己知大方山金矿位于B区南端。

9 结 论

(1) 由高精度重磁异常和物性特征综合分析推断:研究区东西部重力高值区主要由太古宇和元古宇高密度的老变质岩层引起;中西部重力低值异常区由黄土层和隐伏岩体引起;北部重力低值区与覆盖在熊耳群上的厚度较大的黄土塬(厚40~350 m)有关;南部重力低值区主要与隐伏中酸性岩体有关,其上伏地层为残留的太古宇和元古宇老变质岩层。

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(2) 共划分主要断裂27条。己知金矿主要分布在区内早期近东西向断裂F2和F3附近,金矿脉大多数沿晚期形成的北东或北西向断裂充填分布。

(3) 圈定了隐伏岩体的分布,且深中浅部岩体分布结构不一,即深部岩体主要集中在研究区中部1处,中深部隐伏岩体集中分布在西部东底庄、中部窑院村和东北部杨家河村3处,浅部分布有30多处小岩脉分布。己知金矿产主要与浅部小岩脉关系密切。

(4) 由于研究区太华岩群与熊耳群间拆离构造产状平缓,分布不连续,两者密度差较小,故利用重力异常划分拆离构造效果不佳,有待进一步研究。

(5) 预测了金矿远景区2处, 缩小了寻找金矿目标靶区,对指导评价金矿勘探具有一定的实际意义。

参考文献

曹有金,李剑,陈锋,等,2014.湖南铲子坪金矿床地质特征及找矿标志[J].地质学刊,38(2):309-313.

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徐洪南,张宏伟,陈中
《地质学刊》 2018年第01期
《地质学刊》2018年第01期文献

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