李忠平
(中国冶金地质总局 山东正元地质勘查院,济南 250014)
新疆恰瓦克南超基性岩体分布在八钢瓦吉尔塔格钒钛磁铁矿控制区外围,位于喀什地区巴楚县小海子水库东,处在我国著名的瓦吉尔塔格基性-超基性岩体引起的强负磁异常向北西延伸部位(图1),瓦吉尔塔格钒钛磁铁矿与基性-超基性杂岩体有关,岩体周边具有寻找后期贯入型富铁矿的良好前景。为查明恰瓦克南超基性岩体的含矿性,在该区投入了地面高精度磁测,磁法工作实测了大面积的地面强负磁异常。磁参数测定显示,恰瓦克南超基性岩体剩余磁化强度大于其自身的磁化率,岩体具有较强的剩磁。通过柯尼希斯贝格Q值[2]、磁异常的平面特征[3]、地磁场的短周期微扰[2]、磁异常剖面正演拟合四种方法综合分析,推断了地面强负磁异常是由具有较强剩余磁化强度的超基性岩体引起的,后经钻探证实。
新疆恰瓦克南超基性岩体位于塔里木地台西缘的柯坪断隆木兹杜克过渡带的南部,北以铅克塔什深断裂与天山褶皱系为邻,西南部为北塔里木盆地。区域内沉积岩地层为中上石炭统、上第三系(N2)。构造为单斜和断裂构造。岩浆岩为华力西晚期侵入钾长花岗岩(γ43)、辉长岩、辉橄岩。脉岩以中性岩脉、酸性岩脉和石英脉为主。区内矿产有磁铁矿、铜矿、铅锌矿。超基性岩体具有较好的分异性,岩体呈基性-酸性变化。区内分布有八钢控制的大型钒钛磁铁矿。
(1)勘查区出露地层为中上石炭统和上第三系:①中上石炭统第一岩性段(下段)C2+31,为灰绿色钙质板岩,原岩为钙质粉砂岩,受基性岩浆侵入活动影响,变质为钙质板岩;②中上石炭统第二岩性段C2+32,为花岗岩体的围岩,白色厚层状大理岩,分布无规律。
(2)勘查区内发育有一条正断层,位于西北部,走向北西,倾向南西,倾角60°~75°,长约1 550m,断距8m~20m不等。带内岩石发生角砾岩化,具有硅化现象。
(3)勘查区岩浆岩以酸性岩体为主,酸性岩体为钾长花岗岩,其表面已风化,呈褐黄色,粗-细粒花岗结构,块状构造。超基性岩体为辉石岩、辉橄岩。
对该区地表出露的辉石岩、辉橄岩、石英砂岩、黑角岩、钾长花岗岩五类岩性进行了无定向岩矿石标本磁参数测定,收集了磁铁矿、辉石岩、橄辉岩三种岩性定向标本磁参数测定成果,统计结果见表1。
由表1可知,磁铁矿、辉石岩、橄辉岩均具有较强磁性,在地表可引起±2 000nT~±6 000nT的磁异常,辉橄岩、石英砂岩、黑角岩、钾长花岗岩磁性相对弱,在地表可引起几十nT的磁异常。磁铁矿、辉石岩、橄辉岩和辉石岩的剩余磁化强度大于感应磁化强度,它们的剩余磁化倾角呈负值,与地磁场夹角约110°,是产生该区强负磁异常的主要原因。
地面高精度磁测实测了两个ΔT>200nT的磁异常带,位于测区南部和北部,编号为M1和M2(图2),属条带状正负伴生磁异常。
图1 新疆恰瓦克南区域地质图Fig.1 Xinjiang's Wacker south regional geological map
表1 新疆巴楚县恰瓦克南测区岩矿石标本磁参数测定统计表Tab.1 Xinjiang's Wacker south bachu county area statistics of the rock magnetic parameters determination of rock specimens
(1)M 1磁异常。以ΔT=200nT等值线圈定的区域总体沿北西西方向展布,与其伴生的强负磁异常向南延伸未闭合。M1正异常范围约1 700m×400m,极大值为1 274nT,M1负磁异常最大值可达-6 661nT。异常东部地表出露有辉石岩体,西部为第四系覆盖。依据岩矿石物性特征,推断异常为辉石岩体引起。
(2)M2磁异常。以ΔT=200nT等值线圈定的区域总体沿北西方向展布,与其伴生的强负磁异常向南延伸未见闭合。M2正异常范围约1 600m×900m,极大值为1 274nT,向北西和南东方向延伸均未闭合,M2负磁异常最达值可达 -5 195nT。异常东北部地表出露有辉石岩体,北部和西部地表出露有钾长花岗岩、橄榄辉长岩。依据岩矿石物性特征,推断该异常为辉石岩体引起。
为了进一步认识异常,对地面强负磁异常的识别采用了以下四种方法。
火成岩的磁性不仅与其中磁性矿物的含量、颗粒大小及结构的构造有关,还与火成岩中重矿物的分异、排列、冷却特点以及生成后所处条件和所经历的地质过程等复杂因素有关。在研究火成岩磁性时,既要注意火成岩磁化率k,也要注意火成岩剩余磁化强度Jr的大小,结合地质情况具体分析。
依据古地磁学中感应磁化强度Ji和剩余磁化强度Jr的比值Q=Jr/Ji,衡量感应磁化场和剩余磁化场的相对大小,Q称为柯尼希斯贝格比,Q<1表示岩矿石以感应磁化为主;Q>1表示岩矿石以剩余磁化为主[2]。由恰瓦克南岩矿石标本磁参数测定统计表可知,磁铁矿、辉石岩、橄辉岩的Q值均大于“1”。因此,本区磁铁矿、辉石岩、橄辉岩的剩余磁化强度大于感应磁化强度。
图2 新疆恰瓦克南测区地质物探综合平面图Fig.2 Xinjiang's Wacker south area measuring the geophysical comprehensive plan
岩(矿)石中因含铁磁性矿物,在成岩时受到当时地磁场的磁化而获得剩余磁性。如果在岩石形成后这种天然剩余磁化强度并未遭受次生作用而被原样地保留下来,则它的方向也就是岩石形成时该处地磁场的方向。测定岩、矿石的剩余磁化强度Jr,对于磁测结果的正确解释是必不可少的,尤其当剩余磁化强度Jr较强并且与现代地磁场方向又不一致时,如果只考虑感应磁化强度Ji,则可能导致错误结论,在火山岩地区,研究剩余磁化强度Jr对于区分矿与非矿意义重大[1]。
火成岩的剩余磁化强度Jr方向变化较大,一般在±10°范围内变化,有的可与现代地磁场反向,出现反转磁化现象,即剩磁比感磁大得多并且两者方向相反,其反转磁化的原因有三种:①地磁场本身在过去的地质年代里有周期性的迴返(极性改变),当极性改变时形成的岩石就具有与现代地磁场反向的剩余磁化强度Jr;②可能自身反转磁化;③由于构造变动使原有剩磁反转,所以与它对应的ΔT磁异常是负值比正值强[1]。该区地质物探综合平面图中显示的ΔT磁异常负值幅度比正值强,说明M1和M2异常对应地表以下的岩矿石剩余磁化倾角为负值,这与岩矿石定向标本的磁参数测定结果相符,由此推断,此处岩矿石剩余磁化强度Jr方向与现代地磁场反向,出现反转磁化现象。
地磁场的短周期微扰是由苏联地磁学家B.M.杨诺夫于1936年发表的论文“地磁要素在异常场中的变化”中提出的,在地磁场中产生的磁异常,其磁性体的感应磁化与作为磁化场的地磁场成比例,当地磁场发生变化时,磁异常也会随之而变化。因此,在磁异常处地磁要素的变化与正常场处地磁要素随时间的变化就有差异或畸变。可以利用地磁场随时间的变化,来区分磁异常是由剩余磁化或感应磁化引起的,即在已知磁化率很高的(感磁为主)岩石引起的磁异常附近,可以观测到地磁场随时间变化异常大的幅度;在剩余磁化很强的岩石附近,则观测不到地磁场随时间变化的幅度异常[2]。
本次利用两台重庆奔腾数控技术研究所生产的WCZ-1磁力仪 ,分辨率约0.1nT,在一处辉石岩体露头附近,一台放在磁异常处,一台放在正常场处,同步观测地磁场的短周期微扰,读数间隔为10s,在该辉石岩体处,在异常场和正常场上两条地磁场随时间变化曲线形态完全一致(图3)。因此据此可以判断,该区强负磁异常是由剩余磁化强度较强的辉石岩体引起的。
图3 新疆恰瓦克南测区异常场和正常场处日变对比曲线图Fig.3 Xinjiang's Wacker south area measuring abnormal and normal contrast in diurnal variation curve
为进一步推断该区强负磁异常,在M1异常上布设了一条地质物探综合剖面(图4),剖面磁异常反演使用中国地质大学MAGS4.0磁法勘探软件系统,采用2.5D重磁交互反演系统中的人机联作实时正演拟合法,已知计算参数:辉石岩体的总磁化强度为5 388×10-3A/m,总地磁倾角为60°,剖面方位角为-3.2°,选取日变平均值作为T0值,T0=50 316nT,反演观测数据是经日变改正后的ΔT数据。正演拟合顺序:先从地质剖面图中获取地质推断辉石岩体的坐标,建立地质推断岩矿体数据模型,然后将模型坐标值输入2.5D重磁交互反演程序中进行拟合计算,最终反演形成磁性体。采用MAGS4.0磁法勘探软件系统中的剖面正演D1程序计算磁性体的有效磁化强度和有效磁化倾角,反演中考虑了辉石岩体的剩余磁化强度。由图4可见,正演拟合磁性体分布和形态与钻探揭露辉石岩体大致相同,从而进一步证明了地面强负磁异常是由辉石岩体引起。
对新疆恰瓦克南超基性岩体地面强负磁异常,采用了四种方法综合分析,识别了异常是由具有强剩余磁化的辉石岩体引起的。柯尼希斯贝格Q值、磁异常的平面特征起到了初步定性分析的作用,地磁场的短周期微扰进一步地判识了引起强负磁异常的参数是辉石岩体的剩余磁化强度,磁异常剖面正演拟合法从定量计算角度明确本区强负磁异常的产生原因不是磁铁矿体引起,经钻探验证结果是辉石岩体引起的,因而减少了后期钻探工程的盲目性。
图4 新疆恰瓦克南测区20号地质物探综合剖面图Fig.4 Xinjiang's Wacker south area measuring 20geophysical composite profile measurement
[1]谭承泽,郭绍雍.磁法勘探教程[M].北京:地质出版社,1984.
[2]张昌达,董浩斌.磁异常解释中的剩余磁化问题[J].物探与化探,2011,35(1):1-6.
[3]李盛汉.利用异常平面图和岩矿心标本测定结果确定磁化强度矢量的方法[J].地质与勘探,1985,21(7):43-47.
[4]向运兵,吴军,叶厚余,等.谈磁法勘探中标本磁参数测定的必要性[J].西部探矿工程,2007(3):132.
[5]王妙月,底青云,许琨,等.磁化强度矢量反演方程及二维模型正反演研究[J].地球物理学报,2004,47(3):528-534.
[6]王书惠.磁各向异性条件下的磁法勘探正问题及其解法[J].地球物理学报,1983,26(01):58-69.
[7]刘长莽.判别磁异常性质的一种新方法─磁偏角磁倾角法[J].地质找矿论丛,1995,10(03):70-79.
[8]吴宣志,张百山,白大明.观测地磁变化研究磁异常源的Q值和磁化强度方向[J].地球物理学报,1982,25(06):561-566.