鲁西地区金伯利岩的磁异常特征及物探方法有效性浅析

刘效才，宋世杰，严根苗，张勇

(山东省第七地质矿产勘查院，山东 临沂 276000)



鲁西地区金伯利岩的磁异常特征及物探方法有效性浅析

刘效才，宋世杰，严根苗，张勇

(山东省第七地质矿产勘查院，山东 临沂 276000)

金伯利岩是金刚石的成矿母岩之一。鲁西地区目前已发现3条金伯利岩带，探明金刚石储量1060万ct。搜集以往针对鲁西地区金伯利岩所做的大量磁测工作资料，对鲁西地区金伯利岩的磁异常特征进行总结，并对物探寻找金伯利岩有效性进行简要分析，认为在鲁西寻找金伯利岩，尤其是寻找隐伏的金伯利岩，需在了解地质背景的基础上，采用磁法、电法相结合，并结合已知金伯利岩的地球物理特征，综合分析验证。

金伯利岩；磁异常；物探方法；鲁西地区

0 引言

山东省在20世纪60年代就已开始部署金刚石找矿及金伯利岩的研究工作。1965年8月，山东地矿局第七地质队在蒙阴常马庄地区首先发现富含金刚石的金伯利岩脉(红旗1号)。此后，在蒙阴地区陆续查明并圈定了胜利1号等10个金伯利岩管、47条金伯利岩脉 (组)、1个金伯利岩床，取得了显著的找矿效果。

其中，地球物理方法在金伯利岩的寻找工作中起到了举足轻重的作用。1968年，山东胜利1号金伯利岩管的发现，就是对常马庄磁异常的验证。在其之后几十年的时间里，以山东省地矿局第七地质队为主的地勘单位，在鲁西地区开展了大面积的航空磁测、地面磁测、电法测量等工作，为总结物探方法在寻找金伯利岩工作中的有效性提供了第一手资料。

该文利用以往针对鲁西地区金伯利岩所做的磁测资料，进行简单归纳，探讨鲁西地区金伯利岩的地球物理特征，并对利用地球物理勘查方法在鲁西地区寻找金伯利岩的有效性进行简析，为寻找鲁西地区金刚石找矿方法创新提供依据。

1 鲁西金伯利岩的地质特征

1.1 地域分布及含矿性

目前发现的3个金伯利岩带位于鲁西蒙阴地区，由南向北依次是常马庄岩带、西峪岩带、坡里岩带(图1)。其产出形态有3种，分别为岩脉、岩管、岩床，其中以岩脉居多。含矿性具有南富北贫、中间富两端贫的变化规律。

1.2 地质背景

已发现的鲁西金伯利岩产于华北地台南缘的鲁西隆起区中部。基底主要由早前寒武纪变质变形花岗质岩，其次由中—新太古代变质地层组成，属A型克拉通；盖层由新元古代地层组成。蒙阴金伯利岩田位于切割深度达上地幔的沂沭断裂带西侧40～70km，沂沭断裂带是金伯利岩上升的通道，NW向及NE向隐伏断裂和构造薄弱带是控矿构造。

1.3 成矿时代

就鲁西地区金伯利岩的形成时代而言，至今仍有诸多争论。从地质环境来看，发现有金伯利岩岩脉切穿了早白垩世的辉绿岩(红旗1号，图2)、金伯利岩岩管内有白垩纪青山组火山岩和辉绿岩的碎块(红旗28号)等现象，显示鲁西地区金伯利岩形成于晚白垩世；从以往选送的大量年龄测试结果来看，鲁西金伯利岩则形成于早古生代中晚奥陶世(加里东期)。

图1 鲁西金伯利岩分布及构造简图 (据山东地矿七院，2008)

图2 金伯利岩岩脉切穿辉绿岩素描图 (据山东地矿七院，1970)

1.4 金伯利岩带特征

常马庄金伯利岩带位于蒙阴县城西南约13km的联城乡常马庄之西，该岩带由8组岩脉和2个岩管组成。总体走向(展布方向)345°，长约14km，宽2.5km。各岩脉之间呈右列式排列，走向150°～350°，与岩带总体走向构成30°～50°的夹角。岩带中部岩体分布比较集中，在王村有2个岩管产出(胜利1号大、小岩管)；向南、北两端岩脉分布变稀。常马庄金伯利岩带围岩主要岩性为新太古代片麻状英云闪长岩。

西峪岩带位于蒙阴县城西北约12km的高都镇西峪村。该岩带按岩脉展布方向可分NNE向岩带和NW向岩带2部分。NNE向岩带位于新泰-垛庄断裂与铜冶店-孙祖断裂之间，岩带长12km，宽0.5～1km，由10组岩脉和8个岩管组成，总体走向15°左右。岩脉断续分布在2条互相平行的NNE向断裂内，其走向基本与岩带走向一致。岩管则集中分布在岩带中部的西峪村附近，称“西峪岩管群”。NW向岩带位于新泰-垛庄断裂主断面的南侧，总体走向300°左右，断裂长4.5km，宽100m；由1个岩床，4条岩脉组成。岩脉走向与岩带一致；岩床产状与围岩产状基本一致。西峪岩管群地表由8个岩管组成，向下逐渐合并收拢。西峪岩带围岩主要岩性除新太古代花岗闪长岩(红旗2号岩脉)，奥陶纪马家沟群灰岩(胜利Ⅳ、Ⅴ、Ⅶ、Ⅷ号岩脉，红旗23号岩床)外，其余均为古元古代二长花岗岩。

坡里岩带位于蒙阴县城东北约30km岱崮镇的野店—坡里—金星头一带，长约18km，宽0.5km，岩带总走向35°～40°。由25条岩脉组成，单脉之间呈平行侧列式断续分布，单脉与岩带方向基本一致。坡里岩带中，K1岩脉围岩为寒武纪张夏组灰岩；K2～K16岩脉围岩为寒武纪馒头组砂页岩；K17～K25岩脉中，除K24岩脉围岩为辉绿岩外，其余围岩均为古元古代二长花岗岩。

2 岩石磁性特征

2.1 金伯利岩磁性特征

鲁西地区金伯利岩磁性不均匀，不同种类的金伯利岩磁性差异大，同一种类的金伯利岩差异也大(表1)。从鲁西地区金刚石找矿以往工作所做的890块矿石标本的磁性测定统计结果看出，金伯利岩的磁化率K值在26×10-6～14400×10-6CGSM之间变化，剩余磁化强度Jr在3×10-3～5870×10-3A/m之间变化。从图3a中看出，金伯利岩K，Jr频率分布曲线都不呈正态分布，这表明金伯利岩的磁性非常复杂，Jr/Ji=0.3～0.6，剩余磁化倾角为60°，接近当地地磁场倾角，且无反磁化现象(图3b)。

按金伯利岩磁化率K值数量级次分为中等磁性、弱磁性、微磁性3类。

中等磁性(K≥1000×10-6CGSM)金伯利岩包括：含岩球粗晶金云母金伯利岩(Kb4)、细粒金云母金伯利岩(Kb6)、强碳酸盐化粗晶金伯利岩(Kb5)、粗晶镁铝榴石金云母金伯利岩(Kbmy)等，其磁化率K的加权平均值为2448×10-6CGSM。

表1 鲁西金伯利岩磁参数统计

(a)金伯利岩K及Jr频率曲线；(b)金伯利岩剩余磁化倾角 图3 金伯利岩磁性特征图 (据山东地矿七院，2013年)

弱磁性(K=n×102×10-6CGSM)金伯利岩包括：斑状金云母金伯利岩(Kb3)、含围岩碎屑金伯利岩碳酸盐化角砾岩(Kb5)等，其磁化率K的加权平均值为420×10-6CGSM。

微磁性(K≤100×10-6CGSM)金伯利岩包括：金伯利角砾岩(Kb1)、金伯利岩碳酸盐岩角砾岩(Kb2)、褐铁矿染金伯利岩(Kb5)、凝灰状金伯利岩(Kbmh)等，其磁化率K的加权平均值为21×10-6CGSM。

金伯利岩磁性强弱与其含磁性矿物多寡有关，而且含矿富的金伯利岩磁性较强，反之磁性较弱。据常马、西峪2金伯利岩带13个岩管的岩石标本物性统计资料，中弱磁性的金伯利岩占岩管的73%，其余为无磁性金伯利岩。统计显示，凡具有工业价值的金伯利岩管(脉)多数具磁性。

2.2 围岩磁性特征

鲁西金伯利岩的围岩，主要是新太古代泰山序列斜长角闪片麻岩、黑云斜长片麻岩、角闪黑云斜长片麻岩、混合花岗岩、花岗片麻岩。其次为寒武、奥陶系的页岩和石灰岩。泰山序列侵入岩磁性不稳定，寒武、奥陶系的地层磁性稳定。其中混合花岗岩、花岗片麻岩属弱磁性类，磁化率加权平均值K=515×10-6CGSM；石灰岩、页岩、斜长角闪和混合岩化条带状黑云母片麻岩等属无磁性类，磁化率加权平均值K=21×10-6CGSM。

中等磁性的金伯利岩比混合花岗岩和花岗片麻岩磁性大5倍左右。因此，尽管在混合花岗岩和花岗片麻岩地区磁场复杂，利用磁法寻找金伯利岩还是具备地球物理前提的。

3 金伯利岩磁异常特征

3.1 航空磁测异常特征

鲁西金伯利岩区在过去曾经进行过1∶5万航磁测量，由于比例尺小(飞行线距500m)，因此除了常马矿带中的胜利1号金伯利岩大岩管上1条航磁测量剖面上有异常显示外，其余小的岩管、岩脉基本上在1∶5万航磁异常图中没有显示。2006年，为了圈定断裂构造、岩体、进行岩性构造填图，为工作区矿产勘查规划和工作部署提供地球物理基础依据，临沂鲁澳金刚石开发有限公司对蒙阴3个矿带进行了1∶10000航磁测量(完成630km2)。从该次工作的ΔT等值线平面图和ΔT剩余异常图看出，诸多小的金伯利岩岩管、岩脉上均有异常显示，现列举几处不同形体(岩管、岩脉)予以图示(图4,图5)。红旗6号(西峪岩带)金伯利岩管上对应的航磁异常特征：异常呈椭圆状，长轴走向NW向，异常长约150m，宽约100m。异常场值380nT，相对正常场异常高100余nT。异常的走向与金伯利岩管在地表上的投影走向基本一致。

△T剖面平面异常图(a)、△T等值线平面图(b) 图4 红旗6,8,18,28,31,32号金伯利岩所在位置航磁测量 (据山东地矿七院，2006)

西峪岩带红旗18号金伯利岩管上对应的航磁异常特征：在ΔT等值线平面图上岩管上方仅是一磁场波动，在剩余异常图上，异常呈NEEW向椭圆状，异常强度20余nT。异常走向与岩管在地表上的投影走向大致吻合。红旗28号岩管和31号岩脉上对应的航磁异常特征：28号岩管和31号岩脉处在ΔT等值线平面图上230～300nT的磁场相对较低位置，在剩余异常图上显示为负异常，幅值为-60～-10nT。异常走向与矿体走向基本一致。

西峪岩带红旗8号和32号金伯利岩管上对应的航磁异常特征：由于8号、32号金伯利岩管相距较近，2岩管上反映为同一异常。在ΔT等值线平面图上岩管上方仅是在280～330nT的磁场波动，在剩余异常图上，异常呈NNE向椭圆状，异常强度50余nT。异常走向与2岩管在地表上的合并投影走向大致吻合。

西峪岩带红旗3号金伯利岩脉和13号、33号金伯利岩管上对应的航磁异常特征：红旗3号金伯利岩脉上ΔT等值线仅有较小的磁场波动，在ΔT剩余异常图上呈NNE向条带状，异常强度10～40nT。红旗13号、33号金伯利岩管上呈现出圆形异常。红旗13号金伯利岩管上异常强度520nT，相对正常场异常高230nT；红旗33号金伯利岩管上异常强度370nT，相对正常场异常高110nT。

图5 红旗3，13，33号金伯利岩航磁测量ΔT等值线平面图 (据山东地矿七院，2006)

3.2 地面磁测异常特征

地面磁测结果显示，当强磁性的金伯利岩以弱磁性围岩为背景,或弱磁性金伯利岩以无磁性的磁性围岩为背景时,磁异常反映明显。一般异常强度在200～500nT之间,如胜利1号、6号、红旗8号。若磁性相当的金伯利岩和其围岩共存时,磁异常反映不佳,而电法有异常反映，如8号金伯利岩管围岩为花岗片麻岩,磁法效果不明显。无磁性的金伯利岩以磁性围岩为背景时,岩体上部反映为一低磁异常,如7号岩管(图6),曲线平缓,强度在-50～-100nT左右。

图6 金伯利岩上物探异常特征示意图 (据王聿军，2005)

4 结语

20世纪80年代以来，以高精度物测仪器为基础的金伯利岩地球物理勘查法逐步成为成熟的找矿手段，并在金刚石矿床勘查中发挥了重要作用，成为金刚石地球物理勘查的主要方法。但金伯利岩磁性强弱和磁铁矿含量有关，随不同类型金伯利岩、蚀变程度不同而变化。一般当围岩和金伯利岩磁性差别较大时，磁法勘查才有效，同时也需排除诸多干扰因素。目前高精度磁测主要用于重砂异常的查证、航磁异常的查证以及金刚石普查区的扫面，注重环状磁异常及等轴低缓异常。

金伯利岩含挥发分高，容易风化充水，其电阻率通常偏低。电阻率测量也能在金伯利岩上显示出低电阻率值，但效率低，不适用于大面积使用。该法主要用于寻找容矿断裂地带或辅助磁法找矿。目前用于勘查金伯利岩的主要方法有联合剖面法、对称四极剖面法、直流电测深法、高密度电法测量及音频大地电磁法(AMT)、可控源音频大地电磁法(CSAMT)，其中以可控源大地音频电磁测深为最新应用的方法，从最近的实验效果来看，可以作为对已知金伯利岩岩体的深部特征进行了解的有效方法。

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Primary Analysis on Magnetic Anomaly Characteristicsof Kimberlite and Availability of Geophysical Prospectingin Western Shandong Province

LIU Xiaocai, SONG Shijie, YAN Genmiao, ZHANG Yong

(No.7 Exploration Institute of Geology and Mineral Resources, Shandong Linyi 276000, China)

Kimberlite is one of the mother rock of diamond. At present, Three kimberlite zones have been found in western Shandong province, and the proven reserves are 10.6 million carats. Based on early magnetic survey work, magnetic anomaly characteristics of kimberlite in western Shandong province have been analyzed, and the availability of geophysical prospecting in detecting kimberlite has been introduced. It is concluded that methods of magnetism and electricity should be used in detecting kimberlite, especially in detecting hidden kimberlite in this area. Meanwhile, regional geological background and known geophysical characteristics of kimberlite also should be considered comprehensively.

Kimberlite; geophysical prospecting; magnetic anomaly; Luxi area

2016-10-09；

2017-05-23；编辑：陶卫卫

刘效才(1983—)，男，山东临沂人，高级工程师，主要从事地质矿产勘查工作；E-mail：liuxiaocai@163.com

P619.241

A

刘效才，宋世杰，严根苗，等.鲁西地区金伯利岩的磁异常特征及物探方法有效性浅析[J].山东国土资源，2017,33(8)：63-68. LIU Xiaocai, SONG Shijie, YAN Genmiao, etc. Primary Analysis on Magnetic Anomaly Characteristics of Kimberlite and Availability of Geophysical Prospecting in Western Shandong Province[J].Shandong Land and Resources, 2017,33(8)：63-68.