应重视地球物理方法在宁乡式铁矿找矿勘查中的应用

刘云勇, 闫金梅, 万传辉

(中南冶金地质研究所,湖北 宜昌 443003)

应重视地球物理方法在宁乡式铁矿找矿勘查中的应用

刘云勇, 闫金梅, 万传辉

(中南冶金地质研究所,湖北 宜昌 443003)

宁乡式铁矿是中国重要的铁矿类型,在找矿勘查中地球物理方法应用几乎是空白。针对两种成因类型的磁铁赤铁矿层,测定了部分磁性、电性参数值,结合少数应用实例综合分析,认为地球物理方法对宁乡式铁矿能取得较好的找矿效果,应在今后的找矿实践中予以应用,这将对宁乡式铁矿特别是隐伏矿找矿具有现实意义。

宁乡式铁矿;地理物理方法;应用可行性分析

宁乡式铁矿是中国重要的铁矿类型和最主要的沉积型铁矿,广泛分布于全国十一个省市。经过勘查评价的矿产地212处,查明铁矿资源储量38亿t,约占全国铁矿总资源储量的7%,占全国沉积型铁矿资源储量的73.5%。

因它属于沉积型赤铁矿,矿石类型以鲕状赤铁矿石为主,矿石矿物为赤铁矿、水针铁矿、褐铁矿、菱铁矿组合,一般认为不含磁铁矿和硫化物,地球物理方法找矿效果不佳,找矿勘查中的应用除湘南大坪铁矿进行过地面磁测外,几乎是空白。笔者在中国宁乡式铁矿找矿勘查技术调研中,发现了两种成因类型磁铁赤铁矿层,且分布广泛,并测定了有限的岩矿石磁性、电性参数值。根据测定结果统计分析认为(表1-表3),磁铁赤铁矿层磁铁矿含量高,磁性强,可引起矿致磁异常,磁法应用能够取得理想的找矿效果;铁矿层具有低电阻、高极化率特征,而围岩则相反,二者电性相差甚大,电法应用的可行性及找矿效果值得在找矿勘查实践中进一步探讨。这种认知,将改变地球物理方法在宁乡式铁矿找矿勘查中“无用武之地”的看法,对寻找宁乡式铁矿,特别是寻找隐伏宁乡式铁矿具有重要的示范和指导意义。

1 宁乡式铁矿基本地质特征

宁乡式铁矿区域构造位置多为台褶带、台坳、褶断区。除湖南大坪等少数几个铁矿分布区有岩浆岩出露外,绝大多数处于以碳酸盐岩和碎屑岩为主的沉积岩分布区。铁矿产于泥盆系上统地层中,含矿岩系为含铁矿层的泥砂质碎屑岩夹少量泥灰岩。自下而上有四层铁矿,分别命名为Fe1、Fe2、Fe3、Fe4。Fe1、Fe2产于上统下段层位;Fe3、Fe4赋存于上统上段层位。其中Fe3为主要工业矿层,其次是Fe2或Fe4。控矿构造为复式褶皱的次级褶皱,无论是背斜或向斜均有铁矿产出,含矿岩系分布于褶皱翼部,随其曲折蜿蜒,控制矿体形态和产状。矿床规模以大中型矿床居多,占总资源储量的88.41%。矿体多呈层状、似层状,具有多层矿、矿层薄、延伸稳定、规模较大等特点。矿石自然类型以鲕状赤铁矿石为主,次有鲕绿泥石菱铁矿石、磁铁赤铁矿石、混合矿石;工业类型为需选炼铁矿石。具有铁品位较低(平均38.6%)、磷含量高(平均0.646%)、低硫(平均0.146%)、酸性矿石为主(占总资源储量85%)的特点。矿床成因类型为前海相沉积矿床,受沉积作用和沉积环境控制[1]。

2 磁法应用找矿效果分析

调查发现,宁乡式铁矿中含磁铁矿并能引起矿致磁异常的磁铁赤铁矿层有两种成因类型:

2.1 岩浆作用接触变质改造型磁铁赤铁矿层

这一类型铁矿产于有岩浆岩的分布区。以湘南大坪铁矿为例。该铁矿是宁乡式铁矿中进行过地面磁测,并取得较好找矿效果的矿床。由于通天庙花岗岩体的侵入,接触带附近含矿岩系和赤铁矿层发生接触变质改造作用,原沉积的赤铁矿层矿物成分、结构构造均发生变化,赤铁矿大部分转变为结晶磁铁矿,形成磁铁矿石或磁铁赤铁矿石。据原湖南冶金局地质勘探公司206队资料,从接触带向外,由磁铁矿石—磁铁赤铁矿石—赤铁矿石分带,矿石磁化率随之依次降低。磁铁矿石中磁铁矿含量40%～50%,磁化率0.179～0.233 SI,最高达0.612 6 SI以上,磁场强度一般1 000～5 000γ,并有余磁存在;磁铁赤铁矿石中磁铁矿含量20%～35%,磁化率0.006 4～0.087 2 SI,磁场强度一般500～1 000γ,由于矿石中磁铁矿含量变化大,磁化率值不规律;赤铁矿石磁化率低,属微弱磁性或无磁性,一般不会引起或局部引起<100γ低缓弱磁异常。铁矿层围岩砂泥质碎屑岩(已角岩化),基本无磁性。

图1是大坪铁矿磁测平剖图。磁异常带与磁铁矿层磁铁赤铁矿层分布带的延向、规模基本一致,高磁异常与矿层露头对应,主要矿体多有磁异常反映,在找矿勘查中,地面磁测发挥了很好的找矿效果。

图1 大坪铁矿磁测平剖图

Fig.1 Cross sectional drawings of magnetic anomaly of Daping iron ore

与大坪铁矿类似的还有湘南茶陵铁矿、赣西乌石山铁矿。前者有邓阜山花岗岩体和锡田花岗体侵入,后者有燕山期黑云母花岗岩体侵入。接触带附近原沉积赤铁矿层亦发生接触变质改造作用,形成磁铁赤铁矿层,并具有类似的分带现象。虽未进行过磁法测量,但从矿石类型来看,应该能引起矿致磁异常。

据此认为,宁乡式铁矿附近若有岩浆侵入,接触带附近形成具有高磁化率值的磁铁赤铁矿层是可能的。同时根据接触带磁铁赤铁矿层与原赤铁矿层空间分带的依存关系,亦可能找到相应的赤铁矿层。开展磁法测量工作将会收到好的找矿效果。

2.2 弱还原环境沉积型磁铁赤铁矿层

这一类型可引起磁异常的磁铁赤铁矿层是本次新发现的,在以往地质勘查中没有引起重视。以鄂西龙角坝铁矿和杨柳池铁矿为例。

这一类型铁矿,当时地质勘查时厘定为Fe4矿层。其中上矿层为褐铁矿鲕绿泥石矿层;下矿层为鲕状赤铁矿层。调查发现,下矿层实际为磁铁赤铁矿层。矿石矿物为磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿、鲕绿泥石、黄铁矿组合;脉石矿物为方解石、玉髓、粘土矿物。磁铁矿含量17.3%～35.5%,在矿层中普遍产出,稠密浸染于赤铁矿之间;赤铁矿含量1.1%～34.4%,组成鲕粒或散布于鲕粒间与磁铁矿交互生长。铁元素沉淀富集服从于铁在沉积作用过程中的地球化学性质,形成的矿物组合取决于pH值、Eh值以及溶液中铁离子活度等。据磁铁矿与赤铁矿的相互关系,二者形成于沉积作用的各自阶段,赤铁矿形成于氧化相,pH值7.2～8.5,Eh(V)>0.2,以化学沉积和胶体沉积形成;磁铁矿形成于过渡相或弱还原相,pH值>7.8,Eh(V)-0.2～0.3。反映了从赤铁矿到磁铁矿氧化还原电位降低、碱性程度升高,而导致部分赤铁矿溶解,重新以磁铁矿结晶,并与赤铁矿达到新的平衡[2]。

表1是本类型宁乡式铁矿部分矿石及铁矿层围岩的磁化率值。表中所示:

(1) 磁铁赤铁矿石磁化率变化于0.019 493～0.311 2 SI,平均值0.207 4 SI;而铁矿层围岩磁化率变化于0.000 011 2～0.000 241 2 SI,平均值0.000 100 3 SI,二者相差达2 000多倍。虽然在这类铁矿地质勘查中没有进行过磁法测量工作,但从矿石与围岩磁化率的明显差异特征,这类铁矿应能够引起较高磁异常,在今后的找矿勘查中应予以重视。

(2) 大多数宁乡式铁矿主要矿石类型为赤铁矿石,磁化率变化于0.001 665～0.002 718 0 SI,平均值0.001 965 SI,明显低于磁铁矿石和磁铁赤铁矿石,大约是其1%,磁化率值相对稳定,一般不会引起高磁异常。从有限的磁化率测定结果,赤铁矿层与围岩磁化率仍有较大差别,是围岩的10～100倍,是否能引起低缓弱磁异常应在找矿勘查实践中进一步探讨。

(3) 宁乡式铁矿含矿岩系为含铁矿层的泥砂质碎屑岩夹少量泥灰岩,上覆和下伏围岩分别是灰岩和石英砂岩。表2是不同类型围岩磁化率差异分析,不同岩类磁化率差异较大,泥钙质页岩磁化率相对较高,在0.000 167 0～0.000 241 2 SI之间,页岩含粉砂后磁化率降低,但都大于灰岩和石英砂岩;石英砂岩磁化率最低,变化于0.000 011 2～0.000 060 1SI,灰岩略高于石英砂岩。但无论何种岩类,都大幅度低于磁铁赤铁矿石和赤铁矿石。

表1 宁乡式铁矿部分矿石及铁矿层围岩磁化率

表2 不同类型围岩的磁化率差异分析

宁乡式铁矿具有多层矿特点,Fe4及相当层位分布普遍,在沉积作用过程中其沉积环境亦发生变化。受磁铁赤铁矿层发现的启发,随着宁乡式铁矿深入调研,发现更多的磁赤铁矿层是可能的,这为磁法应用提供了广阔空间。

3 电法应用可行性分析

在宁乡式铁矿找矿勘查中,电法测量及找矿效果研究还未开展,作者测定了少量铁矿石与围岩的电阻率和极化率参数值,依此对电法应用的可行性进行探讨。表3是宁乡式铁矿部分铁矿石与围岩电性参数值。

岩矿石电阻率取决于矿物成分、含量、结构构造、所含水分等因素。理论上讲,金属硫化物和某些氧化物电阻率较低,具良好的导电性。从磁铁矿石—赤铁矿石—沉积岩类电阻率依次增大,但各自都有比较大的变化范围。表3所示,磁铁赤铁矿石电阻率值0.42～7.2 Ω·m,平均值3.38 Ω·m,具有极低电阻率特征;赤铁矿石电阻率值15.65～52.2 Ω·m,平均值30.7 Ω·m,比磁铁赤铁矿石高一个数量级;铁矿层围岩电阻率值随岩性不同而差异较大,变化于5.2～1 278 Ω·m,平均值466.5 Ω·m,明显要高得多,其中石英砂岩、石灰岩更高,而粘土岩相对低。无论何种岩类都比铁矿石电阻率值高数倍—数百倍。

岩矿石的极化率主要取决于其中所含导电矿物含量和结构,导电矿物含量越高,粒度越细致密,极化率越大;不含导电矿物岩石极化率小,一般不超过1%～2%。表2所示,磁铁赤铁矿石极化率值4.72%～6.56%,平均值5.61%;赤铁矿石极化率值3.66%～4.15%,平均值3.89%;铁矿层围岩极化率值0.75%～2.0%,平均值1.309%,与铁矿石相比显著要低数倍之多。

表3 宁乡式铁矿部分铁矿石与围岩电性参数值

对比可见,铁矿层具有低电阻、高极化率特征,围岩则相反,二者电性相差幅度甚大。电法应用的可行性及找矿效果,值得进一步探讨。

四川省地质局202地质队曾对四川碧鸡山铁矿进行过电法测井工作,其中CK3孔作了自然电位(ПC)、电阻率(KC)、电极电位(MЭП)、电解电位(ЭK)、电流(i)六种方法测定,测定结果见图2。

电阻率(KC)(梯度):赤铁矿层电阻率值30～100 Ω·m,铁矿层围岩电阻率值240～1 200 Ω·m,二者相差较大,矿层引起低电阻异常,围岩引起高电阻异常。

自然电位(ПC):铁矿层含金属氧化物,具有较高的氧化还原电位,矿层异常曲线呈正异常。

电极电位(MЭП):该方法是金属矿测井参数之一,铁矿层与围岩具有电极电位差,矿层异常曲线呈较高正异常。

电解电位(ЭK):赤铁矿具有电子异电和活泼性较大特点,从△VBП=f(i)关系来看,近似硫化物,矿层异常曲线呈较高正异常。

图2 碧鸡山铁矿CK3孔电法测井曲线图

Fig.2 Curve of electrical log of CK3 hole of Bijishan iron ore

1.泥灰岩;2.砂岩;3.粉砂质页岩;4.泥质页岩;5.铁矿层。

电流(i):视为电阻率参数之倒数值反映,矿层电流密度大。

从电法测井应用效果来看,运用物探测井方法寻找宁乡式铁矿是可行的,可通过大量实践和综合研究,总结出一套适合宁乡式铁矿的物探测井方法,更好地为地质勘查提供信息。

4 结论

(1) 宁乡式铁矿存在岩浆作用接触变质改造型和弱还原沉积型两种成因类型磁铁赤铁矿层,磁铁矿含量高、磁性强,可引起矿致磁异常,磁法应用能够取得理想的找矿效果。

(2) 宁乡式铁矿具有多层特点,在成矿作用过程中其沉积环境亦发生变化,受磁铁赤铁矿层发现的启发,随着宁乡式铁矿深入调研,发现更多的磁铁赤铁矿层是可能的,这为磁法应用提供了广阔的空间。

(3) 两种成因类型磁铁赤铁矿层与赤铁矿层具有空间依存关系,强磁性磁铁赤铁矿层的发现,可为弱磁性赤铁矿层的找矿提供间接信息。

(4) 铁矿层具有低电阻、高极化率特征,而围岩则相反,二者电性差别大,电法应用的可行性及找矿效果,值得在宁乡式铁矿找矿勘查实践中进一步探讨。

(5) 这一认知将改变地球物理方法在宁乡式铁矿找矿勘查中“无用武之地”的看法,对寻找宁乡式铁矿,特别是寻找隐伏宁乡式铁矿,具有重要的示范和指导意义。

[1] 中南冶金地质研究所.湖北省恩施—宜昌地区高磷赤铁矿整装勘查报告[R].宜昌:中南冶金地质研究所,2016.

[2] 秦元奎,姚敬劬.五峰县龙角坝铁矿区磁性铁矿层的发现及其地质意义[J].资源环境与工程,2011,25(4):299-303.

(责任编辑：陈姣霞)

The Application of Geography Physical Method in the Explorationof Ningxiang Type Iron Deposit

LIU Yunyong, YAN Jinmei, WAN Chuanhui

(CentreSouthInstituteofMetallurgicalGeology,Yichang,Hubei443003)

The Ningxiang-type iron deposit is major iron ore type and widely-spreading in China.The authors find two genetic types of magnetic-hematite beds and determine part of the magnetic,electrical parameter values,based on the some application examples of integrated analysis results,the authors think geophysical method can achieve better results for prospecting of Ningxiang type iron deposits and should be applied in practice in future prospecting.This will be of practical significance to the Ningxiang type iron deposit,especially concealed ore deposit prospecting.

Ningxiang-type iron deposit; geography physical method; application feasibility analysis

2016-04-28;改回日期:2016-07-29

刘云勇(1968-),男,高级工程师,地质矿产勘查专业,从事地质矿产勘查及研究工作。E-mail:330439402@qq.com

P618.31; P631

A

1671-1211(2017)01-0089-05

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2017.01.016

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20161208.1017.012.html 数字出版日期:2016-12-08 10:17