罗布泊坡北基性—超基性侵入岩体航磁特征及其成矿规律

李 焱,邹为雷

(中国自然资源航空物探遥感中心，北京 100083)

1 引 言

罗布泊坡北岩体是一个以辉长岩、辉橄岩为主构成的基性-超基性侵入岩体，具有良好的镍矿找矿前景[1-3]。该岩体在航空磁场上呈明显的负磁异常特征，受地质调查工作项目“东天山东南缘1∶5万航磁调查”的资助，笔者深入实地，以航磁所反映的地质信息为主要依据，结合地质、遥感资料，对该岩体的航磁特征及地质解释、负异常成因及成矿规律、找矿方向进行了探讨，抛砖引玉，以供与地质同仁商榷。

2 地质背景

坡北基性-超基性侵入岩体位于新疆罗布泊东部坡北地区，塔里木陆壳板块内的次一级构造单元—北山裂谷带西段，区域性白地洼深大断裂南侧。

区内出露地层主要有下元古界北山群，中元古界长城系白湖群和古生界石炭系下统红柳园组、中统石板山组及第四系。

北山群为一套角闪片岩、斜长片麻岩、变粒岩、石英片岩和石英岩，夹磁铁石英岩的角闪岩相变质岩系。白湖群下组主要为灰绿色绿泥黑云石英片岩，夹似层状透镜状白(绢)云母石英片岩组成；上组主要为灰色紫灰色细粒黑云片岩，夹大理岩、石榴子石矽卡岩等组成。下石炭统红柳园组下部为砾岩、砂砾岩、杂砂岩，上部为灰岩与钙质砂岩、页岩的不均匀互层。石板山组为一套陆源碎屑岩组合，主要岩性为千枚岩、变粉-细砂岩夹变长石岩屑粗砂岩、变泥质细砂岩及少量变玄武岩。

区内经历了多次的构造变动，褶皱和断裂极为发育。褶皱以区域性紧密线状褶皱为主，主要构造为区域性白地洼深大断裂，控制着区内地层、构造、岩浆岩的分布。

区内侵入岩以华力西晚期基性-超基性侵入岩出露最广，酸性岩次之。

3 坡北岩体及其矿化特征

坡北岩体呈北东向长颈瓶状，北东长约30 km，宽2～10 km，面积170 km2左右。岩体周边主要出露北东走向条带状下石炭统红柳园组、石炭纪闪长岩及少量花岗岩。

岩体局部发育岩浆岩型硫化物铜镍矿化，目前已经发现坡一、坡十等多个镍矿地段，其中以坡一镍矿为典型。

赋存坡一镍矿的基性-超基性侵入杂岩体呈北东东走向，长2.8 km，宽2.4 km，面积约6.72 km2。岩体分异较好，主要有橄榄辉长苏长岩、橄榄辉长岩、辉长岩、辉橄岩、橄榄岩、纯橄榄岩、橄辉岩等岩相，橄榄岩、纯橄榄岩等超基性岩体长2.2 km，平均宽0.6 km，面积约1.32 km2，平面形态为东大西小的滴水状，剖面上呈南缓北陡的向北倾的单斜状[4]。

镍矿体与超基性侵入岩主岩相-橄榄岩、辉橄岩关系密切，为主要含矿岩相。平面上，矿体主要产于靠近超基性岩与辉长岩接触带部位，剖面上则赋存于橄榄岩、辉橄岩底部或靠近其底部呈悬浮状态产出。在橄榄辉长岩、橄榄辉长苏长岩中虽有镍矿体存在，但矿体规模均很小，品位也较低。

在发现的20个镍矿体中，以4号矿体规模最大，1号及3号矿体次之。矿体形态呈似层状或透镜状产出，长度一般大于300 m，最大为1 612 m；厚度一般大于20 m，最大101.13 m；延深一般大于300 m，最深达975 m；矿体倾向北，倾角一般为50°～80°，靠近岩体底部矿体倾角一般较小。矿石镍品位一般为0.20 %～0.50 %，局部达0.78 %,并见底部熔离型矿体[5]。矿石中铜、钴含量较低，一般达不到边界品位。

矿石中金属氧化物有铬尖晶石和磁铁矿，金属硫化物为黄铜矿、磁黄铁矿、镍黄铁矿，黄铁矿、紫硫镍矿、红砷镍矿、方黄铜矿，针镍矿、辉铜矿、斑铜矿、黝铜矿、辉砷镍矿等，脉石矿物为橄榄石、辉石、角闪石、斜长石、云母等。

目前认为坡北地区镍矿属岩浆熔离-贯入型硫化铜镍矿床。

4 航磁原始数据的获取及校正

航测选用安装硬架式航磁测量系统的运-12型飞机为飞行平台，以沿地形缓起伏飞行方式开展数据采集。航磁测量系统主设备HC-2000型航空氦光泵磁力仪灵敏度为0.001 nT，采样率为10次/秒，探头转向差小于1.0 nT。HD01全球卫星导航定位仪速度精度达到0.007 m/s。地面磁日变观测采用HC-07型高精度氦光泵磁力仪，灵敏度为0.002 5～0.010 nT，采样率为1～5次/秒，探头转向差小于2.5 nT。

全区采用测量比例尺1∶50 000，即测线间距0.5 km，控制线间距为10 km，构成测网密度0.5 km×10 km。测线方向0°180°，基本垂直于测区主要地质构造走向，控制线方向90°270°。从实际测量结果看，磁场信息丰富，细节反映完整清晰，磁场空间分布规律性强，表明测网布置合理。

原始数据先后经相应同步校正、正常场校正(使用13阶13级球谐系数)、磁日变校正及磁场调平后，获得最终航磁数据。计算平均飞行高度为146 m，航磁总精度±0.92 nT。

5 岩体磁性特征

使用中国自然资源航空物探遥感中心自行研制的ZH-1型磁化率仪，本文对坡北地区主要类型岩石进行了测定(表1)。ZH-1型磁化率仪分辨率为1×10-5SI，可由微处理器根据样品磁性的强弱进行自动增益控制，自动防干扰。

岩石磁化率实地测定表明，坡北岩体超基性侵入岩(含蛇纹岩类)磁化率相对较高，具有较强的磁性，在磁场上能够形成明显的局部磁异常；基性侵入岩类磁化率差异较大，一类磁化率较高，平均值最高可达到1 416×10-5SI，具有很强的磁性，另一类则磁化率则较小，平均磁化率一般在(11～80)×10-5SI之间，表现出弱磁性，应属于不同期次侵入的结果。玄武岩磁化率较小，平均值为23×10-5SI，表现为弱磁性。

表1 坡北地区主要岩石磁化率

6 坡北岩体航磁特征及地质解释

航磁解译表明，坡北基性-超基性侵入岩体的产出及形态受一条大断裂旗窝岭断裂(F14)及次级断裂(F54)的严格控制。岩体呈北东走向，似倾斜长颈瓶状沿北东走向旗窝岭断裂展布，形态与地质出露基本一致。旗窝岭断裂贯穿该岩体，并控制了该岩体的侵入和形成。北东东走向F54断裂贯穿该岩体西部，并与旗窝岭断裂(F14)在岩体中部交汇。

1-正等值线；2-零等值线；3-负等值线；4-下石炭统红组；5-石炭纪花岗岩；6-石炭纪斜长花岗岩；7-石炭纪花岗闪长岩；8-石炭纪闪长岩；9-石炭纪辉长岩；10-早石炭世橄榄辉长岩；11-早石炭世橄榄岩；12-地质断裂图1 坡北橄榄辉长岩-辉长岩航磁与地质图Fig.1 Olivine gabbro-gabbro aeromagnetic and geological map of Pobei area

参考1∶20万及1∶25万地质资料(图1f)，该异常区与坡北岩体完全吻合，应为石炭纪橄榄辉长岩-辉长岩体在磁场上的反映。其负磁场区与石炭纪辉长岩体范围吻合，内部叠加正异常区则与辉长岩体内产出的石炭纪橄榄岩-橄榄辉长岩基本吻合。

在遥感影像上，坡北岩体反映比较明显，其整体形态与航磁推断结果完全一致(图2)。

图2 坡北岩体卫星遥感影像Fig.2 Satellite remote sensing image of Pobei rock mass注：蓝色虚线为辉长岩岩体边界及岩体编号，黑色虚线为橄榄岩-橄榄辉长岩与辉长岩推断边界及编号，红色虚线为航磁推断断裂及编号

7 坡北岩体负磁异常成因

7.1 引起负磁异常的因素

一般情况下,两种因素可引起负磁异常：一是由磁场调平编图引起；二是由于剩磁强度大，且剩磁方向与感磁方向不一样而引起。

在航空磁测中，由于仪器观测、导航定位的点位、飞行高度以及日变观测等诸方面都存在误差，尤其在地形崎岖地区，不同测线与切割线之间飞行高度相差甚大，在交叉点形成很大的差别。在飞行后需利用测线与切割线交叉点测量观测的结果，经高度、日变等改正后，按误差分配原理进行分配调整，使各测线统一到同一水平上。这种调平及编图时零值线的调整可以产生低缓变化的正常负磁场区，与坡北地区强烈尖峰状负异常差异巨大，因此可以排除因磁场调平引起的负异常因素[6,7]。

剩磁是岩石在形成时，受当时地磁场磁化所保留下来的磁性，岩石的剩余磁性通常与感磁方向有一定的差异，甚至相反，即所谓的反磁化。造成这种磁性方向差异的原因较多，如过去地质年代中地磁极的周期性改变、岩石所在的板块漂离原来位置，地层翻转等[8]。

岩浆岩保留的天然剩磁，一般主要为热剩磁。热剩磁是磁性矿物在磁场中从居里温度以上开始冷却，当通过居里温度时，磁矩被“冻结”固定下来所获得稳定的磁化强度，之后继续变化的外界磁场对它不再有影响。热剩磁相当稳定，具有很高的抗干扰能力。外磁场的变化、温度在200～300 ℃内的热作用，很难引起热剩磁的变化。因此热剩磁在地质时间里很少发生变化。热剩磁强度大，在弱磁场中，热剩磁比常温下用外磁场磁化后的等温剩磁，强几十至几百倍[9-11]。

岩石的剩磁强度较大时，磁场面貌特征体现的主要为剩磁特征，当岩石的剩磁方向与感磁方向差异较大，或者接近反磁化时，则感磁的特征可能完全淹没于剩磁特征中[12-17]。

7.2 坡北岩体负磁异常探讨

为了更有效地查明引起岩体呈现负磁异常的原因，本文在坡北岩体不同部位尤其是呈负磁场区部位采集了多个岩石样品(图3)。

图3 坡北橄榄辉长岩-辉长岩体磁化率测量及采样位置Fig.3 Olivine gabbro-gabbro body magnetic susceptibility measurement and sampling location map of Pobei注：图中黑色三角点及编号分别为采样位置及样品编号，底图为坡北岩体航磁T等值线平面图，南北向黑色虚线为1 980线局部正演剖面线位置

地质及磁化率实地测量工作表明，对应负异常区内叠加北东走向正异常条带的橄榄岩-橄榄辉长岩等岩石磁化率最低为448×10-5SI，最高为1 579×10-5SI，平均1 010×10-5SI，磁性较强。辉长岩磁化率比较低，最低为11×10-5SI，最高为790×10-5SI，一般集中在(50～300)×10-5SI范围内，平均则集中在75～216×10-5SI之间，磁性较弱，且越靠近第三期侵入的橄榄岩-橄榄辉长岩，磁化率则具有越高的趋势，推断是由于第二期侵入岩影响所致。

应当特别指出的是，在负异常中心部位存在较高磁化率点(PB-11，图3)，该点磁化率最低为736×10-5SI，最高为3 112×10-5SI，平均为1 416×10-5SI，磁性强烈，其岩性为辉长岩，一般富含普通辉石及紫苏辉石，磁铁矿含量普遍在2 %～3 %左右。鉴于该点位于强烈负异常中心部位，因此推断其剩磁应当远大于感磁，且接近反磁化，方在磁场剖面上可以形成尖峰状强烈负异常。

本次研究委托中国地质大学(北京)科学研究院实验中心使用JR-6A旋转磁力仪对PB-11等9件样品开展了天然剩磁定量分析，结果如表2所示。其中，PB-11-1等5个样品为非定向，天然剩磁偏角及倾角不明，PB-1等4个样品为定向标本。平均磁化率为本文实地测量结果，根据磁化强度计算公式Ii=κH(κ为磁化率，H为磁场强度，磁场强度取55 591.26 nT，磁倾角为60.7°，磁偏角为1.066°)，计算感应磁化强度。

定量分析表明，坡北地区辉长岩等岩石剩余磁化强度最低为2.108 A/m，最高可达4.603 A/m，基本集中在2.5～4.5 A/m范围内，且远远大于其感应磁化强度。定向标本测试结果也表明，岩石剩余磁性的倾角为负，主要集中在-40°左右，最大可达到-58°，基本与反向磁化的作用相当。

根据坡北岩体上述测试结果，认为该岩体剩磁远大于感磁，其宏观磁场应为岩石剩余磁性的反映，感磁特征完全被剩磁所掩盖。由于剩磁接近反磁化，其磁场面貌则以负磁场为特征，因此导致坡北岩体在磁场剖面上表征为尖峰状强烈负异常面貌。

表2 坡北岩体天然剩余磁化强度及感应磁化强度定量测试

根据上述推断、实测磁化率及相关航磁局部异常强度，设定合理的磁化强度模拟参数，建立了相应的坡北基性-超基性侵入岩体航磁推断地质模型。对南北向横切坡北岩体的1 980线(剖面位置见图3)正演拟合计算表明，坡北岩体两侧均以断裂为界，引起坡北强烈负磁异常的地质体为辉长岩，南北端各存在一个剩余磁化强度较高的岩体中心，南端剩余磁化强度达到3.1 A/m，呈不规则状侵入状，外围为剩余磁化强度较低的辉长岩包围，再向外则以断裂为界与其他期次正常磁化辉长岩相邻。笔者认为，该正常磁化辉长岩不论从地质，还是航磁角度，均为另一不同时代辉长岩体；北端引起强烈负异常的辉长岩呈似柱状，剩余磁化强度为1.15 A/m。在这些辉长岩之上产出橄辉岩，其感应磁化强度为1.15 A/m，呈不规则状(图4)。

图4中对应的感应磁化强度和剩余磁化强度见表3和表4。

表3 图4中对应的感应磁化强度(单位为×10-3 A/m)

1-石英闪长岩；2-闪长岩；3-剩磁较弱的辉长岩；4-剩磁较强的辉长岩；5-辉长岩；6-橄辉岩；7-中基性火山岩；8-玄武岩等基性火山岩；9-实测/推断断裂图4 坡北航磁推断基性-超基性侵入岩异常(1980线)正演拟合计算剖面Fig.4 Aeromagnetic inference basic-ultrabasic intrusive rock anomaly (line 1980) forward fitting calculation section of Pobei

表4 图4中对应的剩余磁化强度(单位为×10-3 A/m)

8 坡北岩体侵入期次及成矿规律

航磁地质解译表明(图5)，坡北基性-超基性侵入岩体内部岩性略有差异，强烈的负磁异常对应于辉长岩，叠加相对弱正磁异常则为橄榄岩-橄榄辉长岩的反映。北东走向旗窝岭断裂(F14)大断裂从总体上控制了坡北岩体的侵入和形成，其次级断裂北东东走向F54断裂则控制了橄榄岩、橄榄辉长岩的产出。

1-下石炭统红柳园组；2-中二叠世石炭闪长岩；3-石炭纪花岗岩；4-石炭纪钾长花岗岩；5-石炭纪花岗闪长岩；6-闪长岩/石炭纪闪长岩；7-辉长岩/早石炭世辉长岩；8-早石炭世橄榄辉长岩；9-辉绿岩等基性侵入岩；10-中基性火山岩；11-镍矿；12-航磁推断坡北岩体边界； 13-航磁推断橄榄辉长岩与辉长岩边界；14-推断断裂及编号图5 坡北橄榄辉长岩-辉长岩-断裂构造地质解译及矿产分布Fig.5 Geological interpretation of olivine gabbro-gabbro-fault structure and mineral distribution map in Pobei

从断裂对不同岩性的控制、岩体形态及岩体之间产出关系，并结合岩体正演拟合结果分析，坡北岩体至少经历了三期岩浆活动，第一期为剩磁较弱的辉长岩，首先沿着北东走向旗窝岭断裂(F14)大规模侵入；第二期为剩磁较强的辉长岩，沿着断裂侵入；第三期为橄榄岩、橄辉岩等基性-超基性侵入岩体。在地质上，辉长岩与橄辉岩之间侵入先后关系非常明显(图6)，其先后不同期次岩浆活动形成的岩体从辉长岩到橄辉岩、橄榄岩等，也具有从早到晚，岩石基性程度越来越高的特点。

图6 坡北不同期次岩体侵入关系Fig.6 The relationship of rock mass intrusion in different periods in Pobei注：图片左上为绿泥石化辉长岩，右下为蛇纹岩，原岩为橄榄岩

坡北岩体第一期侵入活动比较强烈，主要沿着北东走向F14断裂侵入，形成了坡北岩体的主体即辉长岩，此期次所形成的岩体规模较大。第三期侵入活动主要沿着北东东走向F54断裂活动，此期次侵入形成了坡北岩体的橄榄岩-橄榄辉长岩，在航磁场上表征为正异常。

与成矿作用关系比较密切的是第三期岩浆活动，空间上坡一、坡十镍矿均分布于橄榄岩-橄榄辉长岩与辉长岩接触部位，具有围绕橄榄辉长岩分布的特点，时间上，成矿作用主要发生于主体辉长岩侵入之后的第三期橄榄岩-橄榄辉长岩形成时期，成矿作用空间、时间规律比较明确。因此，根据成矿规律，根据航磁推断的坡北岩体内部橄榄辉长岩周边均具有成矿的可能性，F54断裂次级构造及橄榄辉长岩体周边是坡北地区镍矿找矿的重点成矿部位。

9 结 论

通过航磁解译、地质研究，坡北岩体在航磁上所表现出来的强烈负异常特征，是由沿断裂侵入的大规模辉长岩的强烈剩磁引起的，剩磁方向与正常磁化方向基本呈反向关系。仅从航磁角度分析，坡北岩体具有三次岩浆侵入活动发生，分别形成了磁性差异较大的辉长岩主体及其中呈正常磁化的橄榄岩、橄辉岩等超基性小岩体。在超基性小岩体周边及切割岩体的次级断裂构造部位具有良好的成矿前景。