庐枞盆地泥河矿区物化探异常特征及意义

张　景， 陈国光， 袁　平， 张　明， 鲁胜梅， 张晓东

(中国地质调查局南京地质调查中心，江苏南京210016)



庐枞盆地泥河矿区物化探异常特征及意义

张景， 陈国光， 袁平， 张明， 鲁胜梅， 张晓东

(中国地质调查局南京地质调查中心，江苏南京210016)

摘要：泥河铁矿位于庐枞中生代火山岩盆地的西北部，是庐枞玢岩型铁矿的典型代表，是长江中下游成矿带近年来找矿重大突破之一，具有重要的研究价值。通过系统研究泥河矿区物性测量、物探测量及地球化学测量的实测数据，对该区物化探异常进行定性分析，认为根据该区重力、磁法及CSAMT异常特征可大致定位地层与赋矿岩体的接触位置，同时结合有机烃中烷烃和烯烃在矿体上方出现明显高值异常的特征，可准确指示隐伏矿体的空间位置，为庐枞地区寻找隐伏型矿床提供了新的思路。

关键词：重力异常；磁异常；地球化学异常；泥河矿区；庐枞盆地；安徽

0引言

庐枞盆地位于长江中下游成矿带下扬子断陷带内，地处扬子板块北缘，西临郯庐断裂带(周涛发等，2011)，是长江中下游成矿带中重要的铁铜矿矿集区，先后发现了罗河、龙桥和沙溪等多个大中型矿。20世纪90年代后，该区的地质找矿工作一直没有大的进展，直到泥河铁矿的重大发现，又为该地区深部找矿工作燃起了新的希望。因此，泥河铁矿具有重要的研究价值和意义。前人从矿床地质特征、成矿年龄、矿床成因和成矿模式等方面对泥河铁矿床进行了研究，系统分析了泥河铁矿床形成的区域构造背景、控矿因素及重磁异常特征，多以强调重磁勘探的重要作用为主，但对泥河铁矿物化探综合异常特征与矿体空间对应关系以及利用物化探综合异常指导火山岩覆盖区隐伏矿勘查等方面的研究尚不多。

随着区域浅部矿的发现殆尽，深部隐伏矿已成为地质勘探找矿的主攻方向。然而，由于深部隐伏矿体在地表的重磁异常指示较弱，如何充分利用物化探综合异常信息，分离挖掘出更为有效的控矿指示信息，指导隐伏矿体的定位定量预测，一直是矿产预测中需要解决的重要问题。以泥河铁矿为例，通过系统研究矿区物化探综合异常特征，揭示隐伏矿床与物化探异常的内在关系，为发展和深化“泥河模式”提供新的思考，为庐枞火山岩覆盖区内隐伏矿体的找矿勘查提供借鉴。

1矿区地质概况

泥河矿区位于罗河铁矿北东处，构造位置位于庐枞火山岩盆地中央隆起带的北西边缘。矿区主要为第四系所覆盖，零星出露有下白垩统双庙组，钻孔深部见有上侏罗统砖桥组，岩性为一套橄榄粗安岩系。矿区岩层主要呈单斜产出，断裂构造发育，大多数断裂发育在铁矿体之上的火山岩中，为成矿前断裂(赵文广等，2011)。矿区岩浆活动强烈，主要集中在燕山期，岩浆活动具有多期次的特点。火山岩岩石类型较多，主要有中基性、中性、中酸性、中偏碱性。矿区的侵入岩主要为辉石闪长玢岩、正长斑岩及安山玢岩等。辉石闪长玢岩为泥河铁矿的主要赋矿围岩和成矿母岩(吴明安等，2011；周涛发等，2014)(图1)。

图1　庐枞火山岩盆地北部地质构造图(据吴明安等，2011修改)Fig.1　Map showing geology and structures of the northern Lu-Zong volcanic basin(modified from Wu et al., 2011)

2矿区区域物化探异常特征

2.1重力异常特征

泥河矿区位于罗河断裂东侧北东向重力高值带与罗河—砖桥东西向重力高值带交汇处，推测这2条高值带均为火山岩盆地基底隆起区。泥河铁矿重力异常在罗河重力异常东北侧，呈较平缓的NE向展布，向西南方向突出。剩余异常幅度约1.2×10-5m/s2，垂向二次导数异常圈闭良好，强度大。从物性资料分析，由于磁铁矿、黄铁矿、硬石膏矿及辉石粗安玢岩密度远大于火山岩密度，故产生的重力局部正异常叠加在基底重力之上，使泥河铁矿重力异常较为醒目。

2.2磁异常特征

庐枞火山岩盆地外围为负磁场异常区；盆地内部为正磁平台区，强度一般在800 nT以上，叠加局部磁异常；盆地边缘为磁异常梯级带，在盆地边界附近常伴有串珠状磁异常，构成磁异常带。

泥河铁矿正处于盆地边缘的北东向正负地磁场交替过渡地带，东南部的正磁异常区对应着庐枞火山岩盆地的火山岩浅覆盖区，西北部的负磁场异常区对应着火山岩埋藏深度较大的白垩系“红层”盆地。

2.3地球化学异常特征

该区域的地层及岩体中的元素分布呈现一定的规律。象山群地层富含Co和B元素；砖桥组下段富Mo元素而贫Cu元素，上段富含Ba元素；浮山组地层中Cu元素的背景值远低于其他地层，但Zn、Mo、Co元素在此地层中却有明显的次生富集。闪长玢岩中Cu元素含量较高；二长岩中Cu元素和Al元素含量都较高；粗安斑岩中B元素含量低；正长斑岩B元素含量也较低，但Cu元素含量较高，有别于粗安斑岩。

3矿区物化探异常特征与成矿关系

3.1矿区物性特征

区内岩石、矿化岩石及矿石物性参数及其变化范围见表1、表2。

表1　庐枞地区早白垩世火山岩岩芯样品实测物性数据统计结果

注：数据为长江中下游深部矿勘查方法技术示范项目实测

表2　庐枞地区岩浆岩、矿化岩石及矿石岩芯样品实测物性数据统计结果

注：正长岩、二长岩数据来自安徽省勘查技术院；其余数据为长江中下游深部矿勘查方法技术示范项目实测

双庙组除底部次生石英岩密度较高(2.728×103kg/m3),总体呈低密度[平均]值(2.57～2.60)×103kg/m3]、低磁(<11.0×10-5SI、<35.0×10-3A/m)、低阻(75.0～450 Ω·m)、低极化(<2.88%)的特点，其中粗安岩密度、磁、电参数略高。

砖桥组的辉石粗安岩已强烈膏辉岩化蚀变，表现为高密度(2.800 ×103kg/m3)、低磁(16.0×10-5SI、8.40×10-3A/m)、高阻(1 780 Ω·m)、中等极化(6.27%)的特点。

闪长玢岩为超浅层次火山岩体，是泥河铁矿的主要赋矿围岩和成矿母岩，呈现出高密度(2.795 ×103kg/m3)、中等磁性(59.0×10-5SI、196×10-3A/m)、中等电阻(203 Ω·m)、低极化(2.87%)的特点。

正长岩一般为低密度(2.580×103kg/m3)、低磁(12.0×10-5SI、6.00×10-3A/m)、高阻(n×103Ω·m)、低极化(<2%)。二长岩较正长岩密度略高(2.620 ×103kg/m3)、磁性略强(32.0×10-5SI、7.00×10-3A/m)，电阻略低(n×103Ω·m)、极化稍高(3.50%)。

磁铁矿石的物性特点是密度极高(3.580×103kg/m3)、磁性极强(3 500×10-5SI、52 368×10-3A/m)、电阻率低(24.0 Ω·m)、极化高(75.0%)。黄铁矿层电阻率一般40.0～80.0 Ω·m，磁化率(1 200～2 500)×4π×10-6SI，与上述火山岩、侵入岩及成矿围岩有明显的物性差异。

3.2地球物理异常特征

3.2.1矿床磁异常特征通过1∶1万高精度磁法测量，发现泥河矿区地磁(ΔT)异常明显地由东南部的正磁场区和西北部的负磁场区组成(图2)。正磁场区等值线弯曲密集，异常规模小，因地处火山岩覆盖区，异常曲线分布零乱，磁场强度较弱，多在100～200 nT之间，正异常最大值为350 nT；负磁场区等值线较平直且稀疏，背景值为-350 nT。其中，-400 nT等值线圈闭为北东向长方形，长2.4 km，宽0.6～0.8 km(卢冰等，1990)。磁异常最小值为-550 nT，有2个负异常中心。由于泥河矿区原始磁场的正磁场强度弱且规模较小等因素，仅通过正磁异常难以直接指导找矿。

图2　泥河矿区地磁(ΔT)异常图Fig.2　Map showing magnetic anomalies (ΔT) in the Nihe mine

对原始磁异常(ΔT)进行化极处理后，中部出现了形态相对规则、呈北东走向的正异常，中心强度达500 nT以上，主异常区长2.4 km，宽约0.6 km，与矿体水平投影一致。测区西北部的负异常区的幅值减小，形态改变，而东南部仍为正负异常交替的杂乱磁场区，有近南北向条带状分布趋势，反映了矿区内断裂构造分布的特征(图3)。

图3　泥河矿区地磁(ΔT化极)异常图Fig.3　Map showing magnetic (ΔT reduction to the pole) anomalies in the Nihe mine

图4　泥河矿区布格重力异常分布图(据吴明安等，2011修改)Fig.4　Map showing Bouguer gravity anomalies in the Nihe mine(modified after Wu et al., 2011)

3.2.2矿床重力异常特征泥河矿区处于北东向罗河—霍家院子重力梯级带上(汪青松等，2012)，宽大的重力梯级带是区域性大断裂的反映，该梯级带位置和方向恰与地质上确认的缺口——罗河北东向区域大断裂吻合，是区内重要的控岩和控矿构造。通过1∶1万高精度重力测量，发现重力高异常的东南侧等值线稀疏且杂乱，近南北走向；北西侧等值线密集且规整(图4)。重力高异常中心等值线相对平缓。由于重力高异常两侧分别为火山岩分布区和红层分布区，且火山岩分布区地层密度较大，而白垩系“红层”盆地地层密度小，所以在两者之间形成了北东向的梯级带，该梯级带使重力高中心偏离泥河矿体在地面的投影范围。

3.2.3CSAMT剖面为研究泥河铁矿床电性特征，沿5号勘探线贯穿泥河铁矿主矿体布置了CSAMT法剖面测量。剖面长2 480 m，方位约139°。电阻率断面图显示断面为二元电性结构，200 Ω·m等值线将断面分为上下两部分，电阻率上低下高(图5)。

图5　泥河矿区5线CSAMT勘查电阻率断面图Fig.5　Profile of CSAMT prospecting resistivity along Line 5 in the Nihe mine

泥河铁矿主体位于闪长玢岩顶部岩体内接触带上，该部位附近具有强烈的矿化、蚀变、破碎等地质现象。根据区域物性特征及区域地质特征，CSAMT法电阻率断面-400 m左右的电性界面应为次生石英岩化蚀变亚带，该蚀变带岩石以石英为主要矿物，局部发育有黄铁矿和黄铜矿化；-600～-700 m左右的高低阻电性异常过渡带为硬石膏化蚀变亚带，主要蚀变矿物为白色或浅肉红色硬石膏，局部硬石膏富集形成硬石膏矿体(赵文广等，2011)。2007年施工的ZK0501孔在600 m左右见闪长玢岩岩体，680 m左右见磁铁矿体，也较好地对应了此处高低阻电性异常过渡带。

CSAMT法对该类型矿床的主要作用还是以寻找闪长玢岩与火山岩的岩性界面为主，另外，由于矿体部位蚀变矿化特征的变化，反映在电性上也是快速变化，对矿体定位亦造成了一定的干扰，虽然通过CSAMT法已经基本确定了闪长玢岩岩体顶部的大致深度，但若要准确定位矿体的空间位置还需结合其他勘查手段。

3.3地球化学异常特征

由于烃气体组分具有挥发性强、迁移距离垂直向上、性质稳定、易被土壤吸附的特征(郭坤一等，2013)，为了研究泥河矿区有机烃指标异常强度和形态与矿体的赋存空间和成矿规模的对应关系，在综合分析泥河矿区基础地质、矿产地质资料的基础上，沿5号勘探线布置了1条土壤样品采样剖面线，剖面长度为3.1 km。

泥河地区土壤有机烃统计结果表明：其组分主要为甲烷，质量体积为0.769～31.969 μL/kg，平均值3.851 μL/kg(表3)。次要组分为乙烷和乙烯，质量体积分别为0.009～5.573 μL/kg和0.006～3.977 μL/kg。变异系数>1，数据离散度高。

表3　泥河工区土壤有机烃统计结果

注：体积质量单位为μL/kg；“-”表示未检出

5线土壤酸解烃剖面显示，有机烃异常与矿体和断裂之间有密切关系。在磁铁矿体上方主要形成了丙烷、正丁烷、异丁烷和乙烯异常，其中丙烷、正丁烷、异丁烷和矿体上方显示很好的异常特征，空间位置对应关系非常好；乙烯异常主要对应于矿体构造断裂上方。其他烃类也在断裂及矿体上方显示高含量，总的来说，矿体北东侧黄铁矿体上方存在烷烃类和烯烃类的综合异常；矿体边部南西断裂构造上方，形成了含量较高、种类较多的有机烃异常(图6)。

图6　泥河矿区5线物化探综合异常剖面图Fig.6　Profiles showing integrated geophysical and geochemical anomalies along Line 5 in the Nihe mine

3.4综合异常特征指导找矿

综上所述，泥河矿区存在明显的物化探综合异常，而物化探异常的复合部位往往都与矿化有着密切联系。结合区域成矿模式和成矿背景，综合分析物化探异常信息，会使找矿勘查工作事半功倍。

根据泥河矿区磁异常范围与重力异常范围，可优选出重磁异常高值叠加最好的区域作为异常验证的大致范围；其次根据有机烃测量的结果(图6)，可在烷烃类异常最大值对应的位置附近部署钻孔(如ZK0509、ZK0503、ZK0505)。

从实际钻探结果来看，钻孔ZK0509、ZK0503、ZK0505均见有一定厚度的矿体，其中ZK0505孔和2007年泥河部署的第一钻ZK0501孔都为矿体厚度最大的位置，且磁铁矿体主体的赋存位置都在650～1 000 m之间，ZK0505处黄铁矿化较ZK0501更强烈。

3.5泥河有机烃异常与矿床空间对应分析

矿床在形成过程中，多会伴有烃类及其他气体组分产出，这些烃类气体会随着构造裂隙向上迁移，在矿床的上方形成异常。

泥河铁矿主矿体上方的构造断裂为烃类气体向上迁移的主要通道，构造断裂上方的烃类异常较其他部位更为明显(图6)，由于构造断裂与矿体有一定的夹角，泥河矿区有机烃异常与泥河铁矿主矿体空间位置基本对应，但稍有偏离。

在实际应用中，如果某处存在明显的重磁电异常，且地表的岩石和土壤中的有机烃含量达到一定规模，那么在此处构造断裂的走向上或者倾向上极有可能有矿体出现，利用这一规律可快速预测定位隐伏矿体。

4找矿意义

泥河矿区重、磁、电及地球化学异常特征与隐伏矿体空间位置对应关系的研究，对在庐枞火山岩盆地开展矿产勘查工作具有指导意义。

首先，充分了解工作区的地质、矿产、物化探背景，熟知区内典型矿床的成矿模式，查明与成矿有关的层位和岩体。在此基础上进行大比例尺面积性地磁和重力测量，在异常明显部位开展大比例尺高精度地磁、重力剖面测量(覃永炎等，2007)。若工作区覆盖层较薄，矿体埋深位置较浅，重力异常、磁法异常通常能直接指示矿体位置。但随矿体埋深的增加，重磁异常的指示逐渐变弱，此时辅以CSAMT和地球化学测量，其中CSAMT法能反映较大深度范围内赋矿岩体的分布状况，可用来定位地层与赋矿岩体的接触位置。而有机烃中烷烃类和烯烃类在矿体上方易显示高值异常，根据重、磁、电异常，在完成深部构造断裂产状推测的基础上，进而可较准确地指示隐伏矿体的空间位置，同时利用物探软件技术，结合区域地质背景和物性特征做好正、反演工作，最后在成矿有利部位进行钻探验证。

5结论

通过泥河矿区物探(重力、磁法、电法)测量及地球化学测量等工作的研究，认为在庐枞火山岩覆盖区开展矿产地质调查工作，首先要充分了解区域成矿规律、区域地质背景以及区域物化探异常，在此基础上综合分析该区已开展的多种勘探手段所反映的各类异常特征，根据不同类型异常反映的客观信息，找出综合异常的最佳浓集部位加以验证。

其次，有机烃测量以往多用于找寻铜、金、铅锌等矿床，而此次在泥河矿区的有机烃异常与铁矿体亦呈现了较好的空间对应关系。今后在类似铁矿找矿靶区开展地质调查工作时，除关注重磁异常外，有机烃测量所反映的异常也应加以重视。

参考文献：

常印佛，刘湘培，吴言昌．1991．长江中下游铜铁成矿带. 北京：地质出版社.

储国正．1999．安徽沿江地区铜金多金属矿化系列及其相互关系. 安徽地质，9(1)：45-53.

郭坤一，陈国光，袁平，等．2013．长江中下游地区深部矿勘查方法技术示范成果报告. 江苏南京：中国地质调查局南京地质调查中心.

卢冰，蔺雨时．1990．宁芜型铁矿床成因和成矿模式的探讨. 矿床地质，9(1)：13-25.

邱家骧，王人镜，王方正，等．1981．长江下游中生代火山岩岩石化学特征及成因分析. 地球科学:中国地质大学学报， 6(1)：170-182.

覃永炎，周金华，黄经明，等．2007．芙蓉锡矿田地球物理地球化学特征及找矿意义．华南地质与矿产，(2)：71-76.

王云龙，张旗，王焰．2001．宁芜火山岩的地球化学特征及其意义．岩石学报，17(14)：565-575.

吴明安，汪青松，郑光文，等．2011．安徽庐江泥河铁矿的发现及意义. 地质学报，85(5)：802-809.

汪青松，吴明安，袁平，等．2012．安徽省庐江县泥河铁矿重磁异常特征. 地质与勘探，48(1):148-154.

周涛发，范裕，袁峰．2008．长江中下游成矿带成岩成矿作用研究进展. 岩石学报，24(8)：1665-1678.

张乐俊，周涛发，范裕，等．2010．安徽庐枞盆地井边铜矿床的成矿时代及其找矿指示意义.岩石学报，26(9)：2729-2738.

赵文广，吴明安，张宜勇，等．2011．安徽省庐江县泥河铁硫矿床地质特征及成因初步分析.地质学报，85(5)：789-801.

周涛发，范裕，袁峰，等．2011．长江中下游成矿带火山岩盆地的成岩成矿作用. 地质学报，85(5)：712-730.

赵守秋．2012．与隐伏矿有关的物化探异常的识别．黑龙江科技信息，(25)：70-70.

周涛发，范裕，袁峰，等．2014．安徽庐枞盆地泥河铁矿床与膏盐层的成因联系及矿床成矿模式．地质学报，88(4)：562-573.

Geophysical and geochemical anomalies of the Nihe mine in the Lu-Zong Basin and their prospecting significance

ZHANG Jing, CHEN Guoguang, YUAN Ping, ZHANG Ming, LU Shengmei, ZHANG Xiaodong

(Nanjing Center of China Geological Survey, Nanjing 210016, Jiangsu, China)

Abstract：The Nihe iron mine, located in the northwest of the Lu-Zong Mesozoic volcanic basin, is representative of the Lu-Zong porphyrite iron mines, and is also a great prospecting breakthrough in the middle and lower reaches of the Yangtze River metallogenic belt in recent years, with important research value. With systematic study of physical measurements, geophysical prospecting and geochemical survey data, this study qualitatively analyzed the geophysical and geochemical anomalies in this area. It is considered that gravity data, magnetic data and CSAMT anomalies can help to roughly locate the contact position between the strata and the ore-bearing rocks. Furthermore, the conspicuous high-value anomalies of hydrocarbons and olefins on top of the ore bodies can indicate the accurate spatial position of concealed ore bodies. This provides a new approach of prospecting concealed ore deposits in the Lu-Zong area.

Keywords：gravity anomaly; magnetic anomaly; geochemical anomaly; Nihe mine; Lu-Zong Basin; Anhui Province

doi:10.3969/j.issn.1674-3636.2016.01.156

收稿日期：2015-06-30；修回日期：2015-08-10；编辑：陆李萍

基金项目：中国地质调查局地质调查项目“长江中下游深部矿勘查方法技术示范”(1212010781014)

作者简介：张景(1982—)，男，助理研究员，硕士，矿物岩石矿床专业，从事地质矿产勘查与研究工作，E-mail： zjhfut@163.com

中图分类号：P631； P622+.3

文献标识码：A

文章编号：1674-3636(2016)01-0156-07