青海托勒南山地区航磁异常特征及钛铁矿找矿方向

陈江源，田 宇，白 强，伍显红，段晨宇，牛家骥，卢亚运

(1.核工业航测遥感中心,石家庄 050002；2.中核集团铀资源地球物理勘查技术中心重点实验室,石家庄 050002；3.青海省核工业地质局,西宁 810000)

钛铁矿和金红石均属钛矿资源,钛铁矿居多,金红石偏少,主要集中在澳大利亚、中国、印度等国。据美国地质调查局统计显示[1],2018年全球钛矿资源储量(TiO2)约94 200万t,其中钛铁矿占93.42%、金红石占6.58%。中国的钛铁矿主要分布在四川攀枝花、河北承德、吉林白山等地区,矿床包含沉积变质型和岩浆型,如白山五道羊岔[2-3]。金红石矿床,典型产地有江苏东海、湖北枣阳大阜山及近年来在内蒙古羊蹄子、苏联库兹涅契赫金红石矿等,这些矿床中的金红石是经区域变质作用改造的沉积变质型金红石的典型代表。

研究区位于托勒南山以北,隶属于青海省祁连县央隆乡,距祁连县城约210 km,2011—2012年中国冶金地质总局地球物理勘查院开展了青海中祁连—南祁连地区1∶5万航空磁测工作,筛选了青C-2012-12、青C-2012-18两个航磁异常。

区内地质物化探工作程度不高,主要开展了1∶20万地质测量、1∶5万航磁测量和1∶50万水系测量工作,近年在研究区北部局部地段开展了1∶5万地质、地面磁测、水系测量,发现了磁异常及化探异常,但对异常分布范围及异常成因未做详细分析[4-7]。2014年核工业航测遥感中心在该区开展了航磁异常查证工作,从野外地质调查和室内分析的角度,在分析研究区区域地质背景的基础上,结合航磁异常查证结果,总结区域钛铁矿找矿标志,探讨其找矿方向。

1 区域成矿地质背景

1.1 大地构造位置

研究区分为I区和Ⅱ区,大地构造位置均位于秦祁昆造山系(IV)中祁连岩浆弧(IV-2-1)中,其北为北祁连蛇绿混杂岩带(IV-1-3),其南为南祁连岩浆弧(IV-2-3)[8](见图1)。

图1 大地构造位置图Fig.1 Geotectonic locations map

1.2 地层

研究区内地层主要为古元古界托勒岩群(Pt1T)和中元古界长城系湟中群磨石沟组(Chm),其中托勒岩群主要分布于研究区I区东南部和Ⅱ区中北部,湟中群磨石沟组主要分布于研究区I区中部和西北部。此外,中元古界南白水河组(Pt2n)、蓟县系花儿地组(Jxh)在I区西北部有零星分布[9-10](见图2)。

图2 区域地质简图Fig.2 Regional generalized geological map

1.3 岩浆岩

区域内加里东和华力西期的中酸性侵入岩浆活动比较强烈,次为早元古至奥陶纪的中基性火山喷发活动[9]。

1.4 构造

区域构造主体呈北西向展布,断裂构造和褶皱构造均很发育。该区断裂构造以北西向为主,次为北东向、东西向,主要分布于走廊南山古生代蛇绿混杂岩亚带和托莱山古生代蛇绿混杂岩亚带。褶皱构造轴向总体为北西向,与区域深大断裂构造方向一致。托莱南山复背斜褶皱带是以托莱山为主体的古生代复背斜构造,古元古界托赖(岩)群为复背斜轴部,下奥陶统、上石炭统和二叠系为两翼,沿复背斜轴向断裂和各岩枝极发育。该复背斜被北西向和北东向断裂切割改造强烈,其轴部托赖岩群本身也是一个早期形成的北西西向斜构造[9]。

2 区域地球物理特征

2.1 岩石磁性特征

本次对研究区及周边岩石磁化率进行了测定,统计结果见表1,区内磁性较强的层位有托赖(岩)群、磨石沟组,磁化率最高达30 075×10-5SI,未蚀变岩石磁化率平均为(125～133)×10-5SI,最高达843×10-5SI,剩余磁化强平均为(83～143)×10-3A/m,最高达456×10-3A/m。这两个层位是主要磁性层。

表1 区内岩石磁性参数统计表

2.2 区域磁场特征

如图3所示,区域磁场由北至南划分为三个磁场分区:托莱山中-高磁异常区、走廊南山-黑河谷底高低变化磁场区、托莱河-托莱南山低缓磁场区,查证区位于托莱河-托莱南山低缓磁场[11]。

研究区以北为一北西向高磁场条带,由多个规模不等的椭圆状异常组成,磁场强度最高达150 nT,主要为基性、超基性岩的反映。在北西向高磁场条带的南北两侧,表现为低缓磁场特征。从南北两侧岩性特征来看,北部磁场为晚古生代和中生代弱磁性岩石的反应,南部磁场为元古代和早古生代弱磁性岩石的反应,研究区位于南部托勒南山低缓正磁场区。

图3 研究区1∶50万航磁磁场强度等值线平面图Fig.3 1∶500 000 aeromagnetic magnetic field intensity contour plan of the study area

3 航磁异常查证结果分析

研究I区分布青C-2012-12航磁异常,包括青C-2012-12-1(X1区)和青C-2012-12-2(X2区)航磁局部异常,研究Ⅱ区分布青C-2012-18航磁异常(X3)小区。

通过地质测量查明区内地层、岩石、构造、矿化等特征；磁法测量查明异常强度。规模和形态,推断与矿化相关磁性体的产状及成因；土壤化探测量查明成矿有利地段地球化学特征,缩小找矿靶区,为槽探揭露工程部署提供依据。

3.1 地质特征

通过对航磁异常区(X1、X2、X3)开展1∶1万地质填图,特征分述如下:

X1区:位于I区西北部,岩性为托赖岩群、长城系磨石沟组黑云斜长片麻岩、二长片麻岩、钾长片麻岩、斜长角闪片岩、云母石英片岩及伟晶岩脉[图4(a)]。沿断裂、裂隙发育硅化、褐铁矿化。伟晶岩脉发育,宽20～30 m,长100～400 m,近东西向展布为主。岩脉及周边化探及磁异常明显,分析认为伟晶岩形成为该区钛及多金属成矿提供热源及矿源。

图4 地质简图Fig.4 Geological map

X2区:位于I区南东部,岩性为托赖岩群(Pt1T1)黑云母斜长片麻岩、二云母片麻岩、斜长角闪岩、云母石英片岩和晋宁期中细粒黑云母斜长花岗岩及伟晶岩脉[图4(b)]。构造特征与X1区基本相似。区内出露两条规模较大的伟晶岩脉,宽20～40 m,长200～300 m,镜下鉴定、岩石蚀变特征与X1区一致,在托赖岩群片麻岩段中普遍发育后期形成的黏土化、褐铁矿化和硅化。

X3区:位于Ⅱ区东部,岩性、构造蚀变特征与X2区相似[图4(c)]。

3.2 地面高精度磁场特征

X1、X2区磁场特征:如图5(a)所示,区域上总体表现为北西向带状异常,幅值在50～500 nT。最大值达1 800 nT,X1区为团块状、圆点状强磁异常,X2区磁场强度相对较低,异常主要为托赖岩群一套以基性岩为主的变质岩系引起。

X3区磁场特征:如图5(b)所示,该区分布三条北西向带状正磁异常带,异常值为30～300 nT,局部大于1 200 nT。北西向异常带的磁场面貌向北东、近东西扭曲、错断。异常一带岩性为角闪斜长片麻岩、黑云母斜长片麻岩、斜长角闪岩、二云母片岩。

图5 磁场强度等值线平面图Fig.5 The magnetic field intensity contour plan

3.3 地球化学特征

本次共圈定19个化探异常,Pb、Zn、Ag元素含量最高峰值分别为843×10-6、355×10-6、1 045×10-9,伴生有Mo、Sb等异常,该异常具有较好Pb、Ag、Zn的找矿意义。

综合本区地球化学资料,托赖岩群处在地球化学高值背景区,Ti、Fe、Au、Pb、Sb、Ag等成矿元素具有较高的背景含量,局部富集明显,表明成矿地球化学条件有利。

3.4 矿化特征

对磁、化探异常和蚀变发育地段进行槽探揭露,发现两处较好的钛铁矿化带及一处铅异常带,分布在北西向展布的脆性断裂带中,沿破碎带见明显黄铁矿化。下面以X2区W1TC-1探槽揭露地段为例说明其特征。

矿化蚀变带产于近东西向的构造破碎带中,与断裂、岩层产状一致,呈近东西走向,倾向北、倾角82°(图6)。破碎带由糜棱岩、构造角砾岩、断层泥[图7(a)]。矿化蚀变带岩石为角砾状角闪斜长片麻岩,结构主要为半自形-他形粒状结构和压碎状结构,矿石构造主要为角砾状构造、块状构造和浸染状构造。金属矿物主要是磁铁矿和黄铁矿[图7(b)]。矿化视厚度5 m,真厚度4.8 m(表2)。矿化中Ti的平均品位为1.85%,矿化伴生磁铁矿化,磁铁矿含量在4%左右,Au含量达0.2×10-6。矿化蚀变带与围岩无明显边界,矿化两侧钛与磁铁矿含量逐渐降低。矿化受断裂构造和角闪斜长片麻岩的复合控制。

表2 W1TC1探槽采样分析结果表Table 2 Analysis results of probe sampling in W1TC1

4 找矿方向探讨

本次查证X1区施工了3个槽探,揭露显示异常由磁铁矿化(伴生有钛矿物)所引起。矿化蚀变处在托莱岩群片麻岩段中(构造破碎带中),围岩为黑云母斜长片麻岩。破碎带由糜棱岩、构造角砾岩、断层泥组成,发育褐铁矿化、磁铁矿化、绿泥石化、硅化。

图6 W1TC-1探槽局部段素描图Fig.6 Sketch of partial section of exploratory trough W1TC-1

图7 野外探槽及室内镜下照片Fig.7 The photo of field grooved and laboratory endoscopic

在查证X2区施工了4个槽探,揭露显示异常同样由磁铁矿化(伴生有钛矿物)所引起。岩性为托莱岩群黑云母斜长片麻岩和石榴黑云石英片岩。岩石普遍发生糜棱岩化,断层泥、构造角砾发育。构造角砾以黑云母斜长角闪片岩、斜长角闪岩为主,发育褐铁矿化、磁铁矿化、绿泥石化、硅化、绢云母化。见Au、Ag异常。

查证区矿化特征主要有以下两种。

(1)与磁异常有关的变质改造型钛矿化带。

查证区磁异常分布在北西向韧性剪切带中,地层为托赖岩群片麻岩段、片岩段,岩性为黑云母斜长片麻岩、角闪斜长片麻岩、斜长角闪岩、石榴黑云石英片岩等,原岩属高钛岩系沉积；经区域变质作用改造的沉积变质岩石普遍糜棱岩化。岩石中褐铁矿化、磁铁矿化、绿泥石化、硅化、蛇纹石化等蚀变发育。发育有北东向等次级构造,沿次级构造分布有花岗伟晶岩,伟晶岩中见结晶的电气石、石榴子石等,且铌、钽含量明显偏高,在伟晶岩外围一带有W、Sn、Au、Ag等化探异常,这些均显示该区磁异常具备变质改造型钛矿化的条件。

据变质岩型钛矿化研究表明:金红石是地壳岩石中常见的副矿物之一,分布极为广泛,变质岩中金红石矿物通常见于角闪岩、榴辉岩、片麻岩、斜长角闪岩和片岩等变质岩中[12]。在变质作用下,钛含量高的岩浆岩或高钛岩系沉积岩中的含钛矿物(钛铁矿)均可以转变成金红石。产于角闪岩、榴辉岩、片麻岩和片岩等岩石中。这些矿床中金红石含量均不高,一般为1.5%～3%,均含少量的磁铁矿化(3%～5%)。本区局部磁异常具备上述特征,因此值得重视。

(2)与化探异常有关的铅等多金属。

本次土壤化探测量以剖面为主,土壤异常总体与局部构造、伟晶岩脉分布有关,异常分在次级断裂或伟晶岩一带,实地查证异常一带为构造角砾岩或伟晶岩脉外围接触带中,岩石见硅化、褐铁矿化、绿泥石化、黄铁矿化等,局部见方铅矿化。土壤化探异常有的与磁异常无明显规律。推测与后期构造、伟晶岩产生的热液作用沿构造使其Pb、Ag、Sb元素富集相关。 区内AP-19异常最有找矿意义,值得重视。

根据以下查证区及周边成矿条件分析,筛选了3处钛铁矿找矿地段。

4.1 成矿地质条件

区内发育花岗伟晶岩脉,除与中高级变质岩相关的蚀变岩之外,沿脆性断裂、裂隙发育硅化、褐铁矿化、黄铁矿化。矿化蚀变受断裂、裂隙构造控制,其形成时期相对较晚。伟晶岩脉为后期沿构造裂隙侵入,为矿化提供物源及热源。

区内钛矿化在区域变质作用下,高钛岩系沉积岩中的含钛矿物(钛铁矿)转变成细小的金红石,属域变质作用改造的沉积变质型钛矿床。与内蒙古羊蹄子、苏联库兹涅契赫金红石矿等具有相似的地质条件和成矿特征[12],区内具备较好的变质改造型钛矿化的条件。

4.2 有利局部磁异常条件

正负异常值不高、沿构造方向延伸较大、线状分布异常表现了区域地质构造特征,一般反映构造韧性剪切带、规模较大的断裂构造、基性火山岩带和性质差异较大的地质体；而正负异常值较大、界线明显、分布范围较小而集中的磁性异常一般反映了磁性矿体及伴生矿体的存在,如X1区反映非常清楚,为变质岩型钛铁矿化的异常。分析认为该地段磁异常的找矿指导意义比较明确。

4.3 找矿标志

通过异常查证确定了研究区钛、磁铁矿的找矿标志,包括以下三个。

(1)分布在北西向韧性剪切带中,有利地层为托赖岩群和磨石沟组,变质特征明显,发育褐铁矿化、磁铁矿化、绿泥石化、硅化、蛇纹石化,沿次级构造分布花岗伟晶岩脉。

(2)有强磁异常或异常带,单个异常强度较高、面积小,多为带状或星点状异常,梯度变化较陡,异常幅值一般大于400 nT。

(3)有Ti、Fe、Au、W、As、Pb、Sn、Sb等化探异常分布。

4.4 找矿有利地段分析

在查证结果的基础上,结合区内地质背景,成矿条件、找矿标志等因素,筛选了3片(Ti-Fe-1、Ti-Fe-2、Ti-Fe-3)找矿有利地段。分述如下[13]：

4.4.1 Ti-Fe-1号找矿有利地段

该找矿有利地段属青C-2012-12-1航磁异常中局部异常,近东西向带状展布,长约1 500 m,宽约350 m,面积约0.59 km2[图8(a)]。磁异常背景20～60 nT,异常值为236～980 nT；该磁异常由4个分异常组成,异常幅值较大,梯度变化较陡,该异常总体分布在北西向展布的异常带中,受北西向韧性剪切带控制,分异常总体呈近东西向的串珠状或带状展布,与近东西向的次级断裂相关。该地段岩性为托赖岩群片麻岩岩组角闪斜长片麻岩、斜长角闪岩、黑云母斜长片麻岩、糜棱岩、构造角砾岩和石榴黑云石英片岩等,见褐铁矿化、磁铁矿化、绿泥石化、硅化、蛇纹石化。岩石普遍发生糜棱岩化,构造破碎带发育。在该区南北两端发育多条近东西向展布的花岗伟晶岩脉。地表揭露见钛矿化带,厚度达6 m,矿化带处在构造破碎带中,Ti的平均品位为1.85%,伴生Au异常(平均品位0.025×10-6)、磁铁矿化(平均品位4.02%)。

4.4.2 Ti-Fe-2号找矿有利地段

该找矿有利地段属青C-2012-12航磁异常中局部异常,位于Ti-Fe-1号找矿有利地段北部,地质特征相似,总体为北东向带状展布,长约1 300 m,宽约220 m,面积约0.29 km2[图8(a)]。磁异常背景值-10～80 nT,异常值为180～612 nT；由4个分异常组成,分异常幅值较大,梯度变化较陡,该异常总体分布在北西向展布的异常带中,受北西向韧性剪切带控制,分异常总体呈北东向的串珠状或带状展布,与北东向的次级断裂分割相关。刻槽取样分析结果显示Ti含量为0.65%～0.87%,伴生Au异常。

4.4.3 Ti-Fe-3号找矿有利地段

该找矿有利地段属青C-2012-12航磁异常中局部异常,北西向带状展布,长约1 400 m,宽约300 m,面积约0.42 km2[图8(b)]。磁异常背景0～40 nT,异常值一般为176～500 nT,最大值1 900 nT；由4个串珠状分异常组成,分异常幅值较大,梯度变化较陡,该异常总体分布在北西向展布的异常带中,受北西向韧性剪切带控制,分异常总体呈近东西向的串珠状或带状展布,与近东西向的次级断裂分割及伟晶岩的侵入相关。该地段岩性为托赖岩群片麻岩岩组角闪斜长片麻岩、斜长角闪岩、黑云母斜长片麻岩、糜棱岩、构造角砾岩和石榴黑云石英片岩等。见褐铁矿化、磁铁矿化、绿泥石化、硅化、蛇纹石化。发育两条北西向展布的花岗伟晶岩脉,岩脉宽10～30 m,长100～300 m,见少量柱状电气石。地表揭露见三条钛矿化带,累计厚度为3.7 m, Ti的平均品位为1.26%,伴生Ag异常(平均品位0.95×10-6)和磁铁矿化(平均品位3.4%)。

综合分析认为这三片地段是寻找变质改造型钛、磁铁矿的有利地段。

图8 找矿有利地段成果Fig.8 Results of favorable ore-prospecting areas

5 结论

(1)通过地质测量、磁法测量、土壤地球化学测量、槽探工程、化探分析测试等综合查证方法在研究区寻找钛磁铁矿取得较好的找矿效果,对下一步矿产勘查具有指示意义。

(2)研究区磁异常受地层、岩性控制,为托赖岩群及磨石沟组斜长角闪片麻岩、黑云母斜长片麻岩、斜长角闪岩、二云母片岩引起,是钛铁矿主要找矿目的层。

(3)钛、磁铁矿化带均处在构造破碎带中,花岗伟晶岩脉为后期沿构造裂隙侵入,为钛、磁铁矿化提供物源及热源。

(4)托勒南山以北大白石头沟一带分布多处航磁异常,查证发现较好的钛、磁铁矿化,伴生金矿化,结合区域地质资料,显示研究区具有钛及磁铁矿成矿地质条件,筛选了3片找矿有利地段,分析认为磁异常分布地段是寻找变质改造型钛铁矿的有利地段。