高精度重力方法在“大塘坡式”锰矿找矿中的应用

李家斌， 朱大友， 屈念念， 张西君

(贵州省地质调查院， 贵阳　550001)



高精度重力方法在“大塘坡式”锰矿找矿中的应用

李家斌， 朱大友， 屈念念， 张西君

(贵州省地质调查院， 贵阳550001)

摘要：随着1∶20万区域重力调查工作的深入开展，圈定了一大批具有找矿意义的重力异常。如何对这些异常进一步研究，并详细探讨与成矿密切相关的岩株、岩墙、岩脉及控矿断裂构造、含矿建造等地下赋存形态，已经成为深部找矿工程中需要突破的瓶颈，解决这些问题迫在眉睫。但国内一些地形复杂的地区，高精度重力测量工作起步较晚，如贵州省高精度重力测量工作基本为空白。贵州省地质调查院为了开展并实施好成矿带区域地球物理调查和高精度重力调查工作，优选省内优势矿种，在贵州省松桃县道坨多金属矿产普查区内开展试验工作，证明了高精度重力测量方法对“大塘坡式”锰矿找矿简单有效，为在该地区开展高精度重力调查工作提供了实践依据。

关键词：贵州松桃； 高精度重力测量； 断陷盆地； “大塘坡式”锰矿； 南华纪

0引言

“大塘坡式”锰矿床产于南华系下统大塘坡组第一段，即黑色含锰岩系下部，现已成为中国最重要、资源潜力最大的锰矿床类型。“大塘坡式”锰矿床形成于南华纪裂谷盆地中，矿床主要分布于裂谷盆地中的次级断陷沉积盆地中心，受古断裂控制，具有规模大、沉积稳定的特征。贵州省地质调查院于2014年年初，在以往1∶20万区域重力调查基础上开展了针对“大塘坡式”锰矿的高精度重力方法有效性试验，该试验在国内尚属首次，在实践、认识、再实践的基础上，结合成矿系统[1]和区域成矿[2-3]理论，探索总结了高精度重力测量在“大塘坡式”锰矿勘探中的新思路。

1区域地质概况

1.1大地构造背景

研究区位于黔湘渝毗邻地区，华南板块中扬子地块与华夏地块间的江南造山带西南段[4-5](图1)。

1.实测古断裂; 2.推测古断裂; 3.锰矿床断陷沉积盆地;

中—新元古代之间的格林威尔造山运动使华夏地块与扬子地块相连形成统一的华南地块且与东冈瓦纳古陆相连，导致Rodinia超大陆形成。新元古代时期Rodinia超大陆开始裂解，产生较强烈的岩浆活动[6]，使华南地块与其余的Rodinia超大陆分离[7]，华夏地块与扬子地块之间的南华裂谷作用开始[8]，直至加里东造山运动后南华裂谷盆地才最终关闭[9]。

新元古代初期，由于南华裂谷盆地拉张作用，导致地处裂谷盆地中的黔湘渝毗邻地区形成一系列次级断陷盆地[10]。研究区内的南华纪“大塘坡式”锰矿床是在南华裂谷盆地形成过程中，一系列次级拉张、断陷小盆地中发生的古天然气渗漏事件的沉积产物[11]，时间在662～667 Ma[12]。因此，锰矿床在空间分布上明显受古断裂控制[13-16](图1)。

1.2地层

研究区出露的地层主要为南华系铁丝坳组、大塘坡组、南沱组，震旦系陡山沱组、留茶坡组和寒武系九门冲组、变马冲组、杷榔组和清虚洞组[17]。地层由老至新简述如下。

南华系铁丝坳组(Nh1t)： 块状含砾砂岩，富含星点状黄铁矿。

南华系大塘坡组(Nh1d)： 第一段(Nh1d1)称“含锰岩系”，为区内菱锰矿的唯一赋矿层位。地表未出露，根据钻孔资料，由炭质页岩夹片状及块状菱锰矿组成，见黄铁矿，厚0～29.89 m； 第二、三段(Nh1d2+3)由粉砂质页岩夹灰色薄层砂岩及黏土岩组成。

“规划环评”及“矿区规划环评”技术导则所推荐指标体系对于西南矿区规划环评指标体系建立具有指导意义。通过对规划类型、规划层次以及涉及的区域或行业发展状况和生态环境状况的分析，确定规划的环境目标和对评价指标的筛选，见表1。

南华系南沱组(Nh2n)： 含砾(冰碛)粉砂岩，中部为粉砂质黏土岩，成分主要为石英砂岩、黏土岩、白云岩等。

震旦系陡山沱组(Z1d)： 下部为厚层块状粉晶白云岩，中部为薄层白云岩夹薄层黏土页岩，上部为薄层黏土页岩。

震旦系留茶坡组(Z2l)： 下部为薄层条带状硅质岩、含黏土质硅质岩； 中部为薄层硅质岩与硅质黏土页岩互层； 上部为薄层含有机质硅质岩； 顶部为磷质结核炭质页岩和薄至中层豆荚状磷块岩。

1.3锰矿成矿系统

1.南华系下统大塘坡组第一段(黑色含锰岩系)； 2.南华系下统两界河组+铁丝坳组； 3.构造菱锰矿石； 4.凝灰岩或凝灰质砂岩透镜体； 5.炭质页岩图2　“大塘坡式”古天然气渗漏沉积型锰矿成矿系统与成矿模式[21]Fig.2　Schematic diagram of metallogenic system and pattern of ‘Datangpo type’ sedimentary manganese deposits related to paleo-gas seepage[21]

2区域重力场特征

根据以往区域重力调查成果资料显示，本次试验工作区域位于大兴安岭—太行山—武陵山大型重力梯级带西侧，布格重力异常受该重力梯级带影响较大，布格重力异常等值线以近SN向展布为主，其间存在一定波状起伏(图3)。

图3　研究区布格重力异常图Fig.3　Anomaly map of Bouguer gravity in the study area

试验工作区域内布格重力异常全为负值，其试验剖面东侧布格重力异常值相对较大，西侧布格重力异常值相对较小，从东向西呈现出由大变小的趋势。试验剖面上布格重力异常值变化趋势与区域布格重力异常变化趋势一致，其异常形态相对简单，为一条近SN向的重力梯级带。上述特征基本反映了试验剖面附近有一条规模较大的断裂通过，该断裂为含矿气液上升提供了通道。

3矿床物性特征

试验工作的物性数据是通过实测钻孔岩心密度取得的，由于钻孔岩心风化程度均较低，从而保证了所取得的密度资料真实可靠。试验工作的密度采测单元最小为组，在采测的所有岩(矿)石中密度最大的为“大塘坡组”(Nh1d)底部的菱锰矿，其密度值为3.64 g/cm3。密度最小的为“留茶坡组”(Z2l)的硅质岩，其密度为2.67 g/cm3。对比贵州东南部岩(矿)石物性参数[18]，本次采测的各组地层与以往采测结果有较大差异，本次采测的各组地层密度均大于以往采测结果，且相差较大，结合“大塘坡式”锰矿床中菱锰矿、白云岩透镜体的碳、硫同位素地球化学特征研究[11，13，16，19-20]、成矿系统[1]和区域成矿[2-3]理论，认为这种密度差异主要源于形成菱锰矿沉积的同时，含矿气液中过饱和的HS-促使含矿气液中的黄铁矿在断陷盆地中沉积，黄铁矿的沉积整体抬升了受含矿气液影响地层的密度值。在野外采测地层物性的过程中也发现钻孔岩心中含有肉眼能识别的黄铁矿颗粒，这也印证了本次物性工作采测的所有地层均受含矿气液影响这一推断。根据表1和表2所示，本次测区内受含矿气液影响的地层与未受含矿气液影响的相同地层间存在较大的密度差异，同时不同地层间密度也存在一定差异，这种差异保证了在该区域内开展高精度重力试验工作的地球物理前提。

表1　高精度重力方法有效性试验剖面物性统计

表2　高精度重力方法有效性试验剖面物性对比统计

4高精度重力测量应用效果

4.1断裂推断解释

经数据整理和处理得到高精度重力方法有效性试验剖面布格重力异常数据(图4)，期间利用了以往区域重力调查数据，消除了区域布格重力异常的线性影响，其试验剖面的布格剩余重力异常主要反映出浅表地质体及断裂构造。

图4　数据处理流程Fig.4　Flow chart of data processing

从高精度重力方法有效性试验剖面布格重力剩余异常图可以看出(图5(a))，在剖面500 m和6 500 m处存在两处变化幅度较大且变化相对剧烈的布格重力剩余异常，这反映出在剖面500 m和6 500 m处存在断裂构造。布格重力异常水平一阶导数图(图5(b))显示，在500 m和6 500 m附近存在两个较小的极值点。从布格重力剩余异常垂向二阶导数图(图5(c))中可以看出，0～500 m和6 500～7 000 m之间垂向二阶导数数值相对较大，500～6 500 m之间垂向二阶导数数值相对较小，在500 m和6 500 m处存在明显的异常陡变。结合布格剩余重力异常反演拟合图(图6)可知，500 m和6 500 m处存在断裂构造，同时综合试验剖面地表断层分布情况(图5(d))，可进一步确定这两个布格重力剩余异常陡变带是由试验剖面所跨断层引起。这一对比结果印证了高精度重力所推断的断裂真实可靠。

4.2含矿岩系推断解释

高精度重力方法有效性试验剖面布格剩余重力异常图(图5(a))显示，在推断的断陷内部存在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 3个布格剩余重力高值异常，这3个高值异常的幅值较大，结合本次物性调查成果，初步认为这3个布格重力高值异常由菱锰矿层及受含矿气液沉积影响的含黄铁矿地层共同引起。为了印证这一推断，将重力剖面数据反演计算结果(图6)与勘探线剖面图(图5(d))对比发现，反演结果与勘探线剖面图近似，这一信息印证了上述推断。同时，在本次试验工作剖面上，贵州省地质矿产局103地质大队组织施工了ZK305、ZK104、ZK005和ZK204钻孔，这4个钻孔均见达工业品位的菱锰矿，将试验剖面的布格剩余重力异常与见矿钻孔位置(图5(a))进行对比，发现4个见矿钻孔位置均在Ⅲ号布格剩余重力高值异常内，这进一步印证了布格剩余重力高值异常是由菱锰矿层及受含矿气液沉积影响的含黄铁矿地层共同引起的推断。

图5　贵州省松桃县高精度重力反演拟合图Fig.5　Pattern of inversion fitting for high precision gravity method in Songtao county of Guizhou1.娄山关群； 2.清虚洞组； 3.杷榔组； 4.变马冲组； 5.九门冲组； 6.留茶坡组； 7.陡山沱组； 8.南沱组； 9.铁丝坳组； 10.大塘坡组第二、三段； 11.大塘坡组第一段； 12.锰矿矿层； 13.地质界线； 14.断层； 15.钻孔孔深(m)/锰矿厚度(m)； 16.矿钻孔编号。(a)布格剩余重力异常及其与见矿钻孔对比图； (b)布格剩余重力异常水平一阶导数图； (c)布格剩余重力异常垂向二阶导数图； (d)勘探线剖面图

图6　贵州省松桃县高精度重力方法有效性试验成果对比图

5结论与建议

(1)从贵州省松桃县高精度重力方法有效性试验成果对比图(图 6)中可以看出，所推断的断裂位置与矿产调查成果所认识的断裂位置吻合较好，由此推断高精度重力测量对于圈定有成矿潜力的断裂效果明显。

(2)从贵州省松桃县高精度重力方法有效性试验成果对比图(图6)中可以看出，所推断的Ⅲ号布格重力高值异常由菱锰矿层及受含矿气液影响的地层共同引起的结论与钻探成果吻合较好，由此推断高精度重力测量方法对于推断含矿气液沉积区域是经济有效的。

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(责任编辑： 常艳)

Application of high precision gravity survey in ‘Datangpo’ type manganese deposits

LI Jiabin, ZHU Dayou, QU Niannian, ZHANG Xijun

(GuizhouGeologicalSurvey,Guiyang550001,China)

Abstract:The work of 1∶200 000 regional gravity surveys has been carried out deeply for a long time in China, and a large number of prospecting anomalies have been delineated in previous study. How to analyze these gravity anomalies? How to discuss subsurface occurrence of geologic bodies, such as stock, dyke, dike, fault structure and ore-bearing formation which associate closely with mineralization in detail? It is urgent to break through these bottlenecks which relate to deep prospecting. The work of high precision gravity survey for complex and varied terrain is relatively late in China, and it is even blank in Guizhou province. In order to develop and implement regional geophysical survey and high precision gravity survey in metallogenic belt of Guizhou province, the testing work has carried out in the Daotuo polymetallic reconnaissance area of Songtao county basing on its prospecting mineral is the dominant mineral of Guizhou province. It is proposed that high precision gravity survey is effective for Datangpo type manganese deposits, which provides practical basis for high precision gravity survey in similar region.

Key words:Songtao of Guizhou; high precision gravity survey; fault basin; Datangpo type manganese deposits; Nanhuan Period

中图分类号：P631.14; P618.32

文献标志码：A

文章编号：2095-8706(2016)02-0015-06

第一作者简介：李家斌(1986—)，男，工程师，主要从事区域重力调查工作。Email: 061041@163.com。

基金项目：中国地质调查局“云南临沧—勐海地区1∶25万区域重力调查(编号： 基[2010]矿评03-02-10)”与“云南保山—巍山地区1∶20万区域重力调查(编号： 121201781007)”项目联合资助。

收稿日期：2015-11-07；

修订日期：2016-02-22。

引用格式： 李家斌，朱大友，屈念念，等.高精度重力方法在“大塘坡式”锰矿找矿中的应用[J].中国地质调查,2016,3(2): 15-20.