从重磁场特征分析华北陆块南缘铁矿分布规律

滕菲，孟庆龙，邢怡

（1.中国地质调查局天津地质调查中心，天津 300170；2.华北地质科技创新中心，天津 300170；3.中国石油大港油田勘探开发研究院，天津 300270）

华北陆块南缘是我国重要的铁矿成矿区带，根据当前国际形势动荡，加大力度开展区域铁矿资源潜力调查，努力减少对外依存度，对我国经济可持续发展具有重要的战略意义。航空及地面磁测是寻找磁铁矿最成熟有效的物探方法[1-6]，在区内已取得了普遍的找矿成果。进一步深部找铁矿工作亟需要加强多方法综合信息提取。特别是区域重力调查，探测深度大、对地质构造定位准确[7-10]，与磁法调查互为有效补充，近年来在寻找隐伏铁矿工作中效果显著[11-23]。因此，充分发掘重磁综合资料在铁矿找矿中的重要作用，开展华北陆块南缘成矿带铁矿成矿规律研究，对今后有效指导成矿带铁矿资源勘查开发，增加资源储量，进而提高资源的保障程度都具有重要参考意义。基于华北陆块南缘产铁矿勘查工作一直以来是典型的“高强度、大梯度、尖锋”异常直接寻找铁矿的现状，笔者尝试从区域分布规律、构造背景、地球物理场背景及重磁关联的视角，可对不同类型铁矿的异常特征和识别标志提出更有价值的认识。

1 区域地质背景及主要铁矿类型特征

成矿带位于华北陆块南缘，处在东特提斯构造体系域与中新生代环太平洋构造体系域的交错复合地带。跨中条-登封新太古代岩浆弧（Ar3）和灵宝-鲁山新太古代岩浆弧（Ar3）两个三级构造单元。区内变质地层发育，岩浆活动频繁，构造变形强烈。晚三叠世以来的陆内碰撞造山系构筑了现今地质构造格架，表现为北西、北东走向交织的褶皱隆起与裂陷盆地。区内侵入岩不甚发育，燕山期活动相对规模最大、范围最广，以酸性岩为主[24-25]，与成矿关系密切[26]。区域变质岩分布于华北陆块区基底岩系中，其中具有含铁建造的变质地层为太华岩群、登封（林山）岩群和二郎坪群。

区内铁矿类型主要有沉积变质型、矽卡岩型、岩浆岩型、沉积型和风化型五种。铁矿带主体分布受北西西向栾川断裂带控制。各类型铁矿在区域上都具有明显的重磁异常特征（除风化型铁矿外）。沉积变质型铁矿成矿严格受控于太古代基底-登封群、太华群变质岩系[27-28]。典型矿床为舞阳县铁山铁矿[29]等，具有矿床规模大、矿石品位较贫、层位稳定、多层、厚度大、磁异常梯度变化平缓等特点，规模以中大型为主，是区内主要铁矿类型。矽卡岩型铁矿主要分布于太行山（中段）、天津-鲁西早古生代碳酸盐台地，陆缘岩浆弧、裂谷盆地、中条山古元古代岛弧带（弧后盆地）、晋豫碰撞岩浆带等[30-32]。典型矿床有安阳市李珍铁矿、永城市大王庄铁矿。矿产地分布广泛，规模以中小型为主。岩浆型钒钛磁铁矿矿化、富集与基性、超基性岩体密切相关，规模以中小型为主。其规模和形态受侵入体控制，岩体厚度与矿体厚度成正比[33-34]。典型矿床为赵案庄铁矿、新县黄岗（钒）钛磁铁矿。沉积型铁矿总体规模较小，分布范围局限，主要分布在中条-登封新太古代岩浆弧，呈北东向带状展布。

图1 华北陆块南缘成矿带地质矿产简图Fig.1 Geological and mineral sketch of the metallogenic belt on the southern margin of the North China block

2 区域重力场特征

成矿带位于北北东向大兴安岭-太行山-武陵山重力梯级带与北西西向西安-南阳低值重力异常带之交汇部位，它们相互叠加、扭曲形成了复杂的异常特征（图2、图3）。其中北部以北东走向为主，南部以北西西走向为主；在地质上表明了成矿带位于北北东向莫霍面陡变带与北西西向幔坳带的交汇处，重力异常区整体反映了一个性质稳定古老的克拉通。从区域大量的岩（矿）石密度统计资料可看出，铁矿石密度值最大，磁铁矿、赤铁矿、黄铁矿的平均密度分别为4.08×103kg/m3、3.35×103kg/m3、3.88×103kg/m3；沉积岩、变质岩、岩浆岩密度值变化较大，岩石类第四系粘土密度最小，平均密度为1.89×103kg/m3；超基性岩密度最大，可达到2.9×103kg/m3；赤铁矿3.35×103kg/m3，黄铁矿3.88×103kg/m3。成矿带有四个较大密度层：第四系密度层平均密度为1.92×103kg/m3；第三系密度层平均密度为2.42×103kg/m3；侏罗系至石炭系底密度层平均密度为2.53×103kg/m3；奥陶系至太古界密度层平均密度为2.66×103kg/m3。它们之间密度差别为0.5×103kg/m3，0.11×103kg/m3；0.13×103kg/m3。基于这一密度特征的重力场基本反映了华北陆块基底整体埋深、区域性不整合界面和其起伏特征。北北东向重力低带是北山期形成的北东向断陷盆地所引起，因北北东向断裂形成时代较新，把北西、东西向切割，所以北北东向异常更清晰醒目。

图3 华北陆块南缘成矿带航磁ΔT化极异常图Fig.3 Aeromagnetism map reducing to the pole of the metallogenic belt on the southern margin of the North China block

3 区域磁场特征

成矿带磁异常总体以低缓、平稳、单调的开阔负磁场（-50～100 nT）为主要特征，中东部高磁异常区及其他规模较大的高磁异常大部分是基底隆起所致（图2）。三门峡-驻马店一线以南地区为强烈变化升高磁场区，它是一个场值较高磁异常曲线急剧变化频繁跳动且多以正值作背景的杂乱磁场区。形成北西西向贯穿成矿带的高磁异常带，主要是商洛-南阳大规模岩浆岩带的反映。区内磁场多呈北西向正负异常带相间展布，少数为东西向或北东方向，个别地段则显示为团块状，区内局部异常极为发育，多具尖陡、正负伴生的形式穿插在正负磁场之中。成带带磁铁矿的磁性最强，岩浆岩的磁性从酸性至超基性逐渐递增，元古代和早古生代的超基性岩多数具有中等以上的磁性强度，磁性较稳定，K值为3 000～7 000×10-5SI，Jr值为2 500～4 000×10-3A/m。酸性岩以燕山期花岗岩为主，整体磁性较弱，当受到蚀变矿化作用暗色矿物成分增多时，具有中等磁性至较强磁性反映。基性岩和中性岩、变质岩的磁性变化较大，除太古界登封群和太华群中一套古老变质岩为弱磁性和无磁性以外，变质岩多数具有中等磁性强度。沉积岩（火山沉积岩除外）一般无磁性，当受到蚀变矿化作用的影响含有铁磁性矿的成分时，具有磁性反映。区内沉积变质型铁矿，岩浆型铁矿及矽卡岩型铁矿石均具有强磁性，一般感磁大于剩磁。沉积变质铁矿K=36 100～53 800×10-5SI，Jr=24 040～31 200×10-3A/m。岩浆型铁矿K=90 400×10-5SI，Jr=15 300×10-3A/m。矽卡岩型铁矿K=72 400～100 400×10-5SI，Jr=43 200～57500×10-3A/m。另外，一些赤铁矿、黄铁矿、褐铁矿、菱铁矿和铬铁矿石一般无磁性。当含有磁铁矿的成分时，具有磁性显示。这些各种不同的磁场特征不仅与火成岩和变质岩的分布及岩石变化密切相关，而且与基底起伏、深部地质构造、矿产等也有一定联系。

图2 华北陆块南缘成矿带布格重力异常图Fig.2 Bouguer gravity anomaly map of the metallogenic belt on the southern margin of the North China block

4 重磁异常与铁矿分布关系

4.1 区域铁矿分布特征

本区铁矿产大多沿北西向或北东向主断裂或它们的交汇部位分布，或是分布在主断裂派生的次级断裂附近，及在断裂控制的中酸性花岗岩或基性、超基性侵入岩体附近以及老地层隆起区。而这些构造部位正是重磁场能有效地表现为明显的特征异常，如重力梯级带、局部异常扭曲、串珠状磁异常等特征通常是反映断裂所在位置。重磁低异常在本区可较好的反映中酸性岩或是隐伏花岗岩等低密度低磁性体的存在，而重磁高异常则是反映前寒武纪老地层隆起及隐伏、半隐伏中基性岩体及古生代隆起。这些重磁场反映的地质构造要素与预测铁矿产有着密切的关联。本区铁矿产地主要分布在区域重力异常梯级带上及异常扭曲处，空间展布主体受区内北西、北东、北东东、南北四个主要重力异常梯级带控制。从磁异常场上看，主要分布在高磁异常带上及其周边。部分矿产地在区域磁异常场上处于低负异常区，主要是受到数据比例尺、化极等因素限制，图上未能显示其存在局部高磁异常的事实信息。重磁高异常所反映的隐伏基底地层均为太古宇地层，异常与鞍山式沉积变质铁矿关系密切，特别是隐伏的太古宇地层是寻找隐伏和深部铁矿有利靶区。基于重磁解释推断的新蔡东太古宇隐伏地层中新发现了大型铁矿。而重磁低异常所反映中酸性岩或是隐伏花岗岩与矽卡岩型铁矿关系密切。

4.2 不同类型铁矿的重磁异常标志

4.2.1 沉积变质型铁矿

区内主要沉积变质型铁矿-鞍山式沉积变质型铁矿的基底建造为太古代登封群、太华群变质岩系。在区域重磁异常上，局部太古代隆起多表现为圆滑、规模大，幅值高的重磁异常。根据其成矿岩性的磁性，部分没有正局部磁异常反映。在大比例尺磁异常上表现为规模较大、幅值高、变化较陡、正负伴生或正异常，并且有一定的走向。区域鞍山式沉积变质型铁矿的重磁异常要素是重力高值异常或重力正局部异常周围，靠近重力高值异常或重力正局部异常一侧的梯级带上和明显的局部高磁异常。

从典型矿床特征分析，磁铁矿床与地表的磁场异常对应关系较好，区域高背景上的面积小、梯度大、场强高的线状、面状磁异常，大多对应了隐伏变质类型的铁矿[35]。沉积变质型铁矿的主要矿石组份为磁铁矿、赤铁矿、黄铁矿、褐铁矿，因此矿石的磁性较强。以片麻岩类，混合岩类组成的矿体围岩，磁性较低，火成岩磁化强度较均匀或变化显著，一般多具抖动现象。含矿层蛇纹磁铁矿、磁铁蛇纹岩、石英型磁铁矿等为强磁性特点，它们与围岩这种明显差别是引起具有磁局部异常之主要原因，钻孔资料已证明。舞阳-驻马店-淮滨一线串珠状正磁异常带为区内磁铁矿重要成矿带，著名的舞阳超大型铁矿在该区西北端，新发现的西平师灵、遂平、老君庙镇、王岗镇、新蔡县练村铁矿都在该带上，严格受太古代太华群地层控制[36-37]，表现为区域正磁异常场，局部正磁异常峰值为见矿有利部位，矿体赋存其隐伏背斜之上。现从区域磁场分析，磁背景上呈带状跳跃产出的局部磁异常，有扩大铁矿资源的前景。

4.2.2 接触交代型铁矿

中奥陶统灰岩是区内邯邢式、铁山河式接触交代型铁矿的基底建造，中-酸性岩为主要成矿母岩。铁矿床主要受次级褶皱和断裂控制。向斜和北北东向及北东向断裂构造直接控制了区内燕山晚期中酸性岩浆的侵入活动和矽卡岩型铁矿床的分布。矿体赋存于其接触带附近，多表现为正磁异常梯度带的翼部，反映了矽卡岩型磁铁矿产于磁性体边界局部构造部位富集的特征。总体来说接触交代型铁矿的重磁异常要素是重力高值异常（正局部异常）及周围，或靠近重力高值异常（正局部异常）一侧的梯级带上，产于区域磁性岩体边缘，局部高磁异常。

矿石金属矿物主要为磁铁矿，其磁性最强，最大磁化率达21 480×10-5SI，剩余磁化强度达31 590×10-3A/m。岩石矿物含磁铁矿时，其磁性显著增加，由于中性岩与中奥陶统灰岩密度相近，所以重力异常不能把他们区分开。基底建造在区域上均反映为局部重力高异常，并伴随有中-酸性岩侵入，其上分布密集的矿床（点）。局部“古生代隆起”其重力异常均表现为低缓的正异常特征，而且范围较小。磁场特征为正磁背景上的次高异常或负磁背景上的孤立局部正磁异常。这些异常范围要小、幅值高、变化陡、正负伴生、并且有一定的走向，是寻找矽卡岩型铁矿的有利部位。区内典型矿床为大王庄铁矿、铁山河铁矿、李珍铁矿，程庄小型铁矿床，在矿体上方磁异常明显，经查证局部峰值异常（如大王庄）系由铁矿和部分磁性较强的闪长岩体引起。大王庄铁矿的主要工业矿体几乎全赋存于花岗岩与中奥陶统灰岩的接触带上，花岗岩与灰岩为弱磁或无磁，所以，大面积的平缓变化的磁场可能反映了基性岩、中性岩和泰山群变质岩系，而小面积、高峰值、梯度大的小异常，可能成矿希望更大。

4.2.3 岩浆岩型铁矿

黄冈式岩浆型钒钛磁铁矿基底建造为元古代变质岩，主要分布构造单元为南秦岭弧盆系定远岛弧带。赵案庄式岩浆型钒钛磁铁矿基底建造为太古代变质岩[38]。在同一成矿带，太古代岩浆型铁矿分布严格受太古界太华群和褶皱、断裂控制。矿体赋存于隐伏太古代隆起（背斜）轴部附近，其规模和形态受侵入于太华群变质岩中的超基性岩体控制。超基性岩体厚度与矿体厚度成正比。矿石亦具高磁高密度。孤立异常、正磁背景上的局部异常多对应铁矿。岩浆岩型铁矿的重磁异常要素是磁异常的边界梯度带或高磁背景上小的局部异常上为见矿有利部位，航磁异常测量，在异常区已发现了很多矿体和闪长岩体，要注意岩体和矿体异常的区别。地面磁测可进一步确定磁性体的位置，通过对已知矿体的验证对比，确定铁矿与非矿，矿体范围，是寻找铁矿的重要标志。矿体相对岩体和一般地层的体重比较大，也可通过高重力异常找出铁矿体。

赵案庄型蛇纹石磁铁矿为原生矿，其磁性强弱主要与磁铁矿含量有关，富矿磁性大于贫矿。就本区矿致异常看来，虽然埋深、产状等各有差异，但垂直场强极大值ΔZmax均可达700至数千纳特，且大部分被第四系覆盖，就是出露的矿体，上部均被氧化，磁性较弱。异常主要反映的是具有一定规模的深部矿体。矿致磁异常具有强度较大，形态较规则的特点。

4.2.4 沉积型铁矿

宣龙式沉积型铁矿的形成主要与海相化学沉积有关，在华北陆块南缘，其主要基底建造环境为中元古代火山岩和前寒武地层，反映为重磁高异常。由于元古代熊耳群火山岩和前寒武地层在本区相对酸性岩体为高密度高磁性，其隐伏、半隐伏隆起均能引起重力高异常。铁矿磁性较小，不能直接引起磁异常，区域成矿标志是基底建造引起的重力高值异常（正局部异常）及周围，或靠近重力高值异常（正局部异常）一侧的梯级带上及平缓的正磁异常。山西式陆相沉积型铁矿所处的地层位置是隆起与盆地的过渡带，一般位于隆起或盆地周围，所以在重磁场上引起区域正负异常过渡带。因此，平缓的正负异常过渡带是山西式陆相沉积型铁矿的一个区域成矿标志。

主要铁矿类型是宣龙式沉积型铁矿，火山岩和前寒武地层是其基底建造。由于元古代熊耳群火山岩和前寒武地层在本预测区为相对酸性岩体为高密度，其出露或隐伏均能引起重力高异常。典型的宣龙式沉积型铁因其矿石是相对高密度（3.0×10-5m/s2～4.5×10-5m/s2）和无磁的，重磁异常要素是重力高值异常（正局部异常）及周围，或靠近重力高值异常（正局部异常）一侧的梯级带上及无明显磁异常。

4.3 铁矿产地与重磁异常的对应关系

从成矿带重磁异常及铁矿产分布图（图4、图5）可以看出，该成矿带铁矿（点）在空间分布上根据成因类型不同而不同。从重力异常特征来看，已知矿点和矿致磁异常均分布在重力高值异常及周围，低值重力异常的鞍部，或靠近重力高值异常一侧的梯级带上。沉积型大多分布在重磁异常正值区，而其它类型大多分布在重磁负值区或它们的过渡带上。由于矽卡岩型铁矿、沉积型铁矿的基底建造年轻于沉积变质型铁矿基底建造，所以其成矿位置距高值异常还要远于沉积变质型铁矿。而岩浆岩型铁矿与沉积变质型铁矿则有明显的伴生关系。区内主要有舞阳、许昌和新蔡等沉积变质型大型磁铁矿，还有大王庄邯邢式铁矿，他们均位于正磁异常上，同时表现为重力高异常或一侧梯级带上。

图4 华北陆块南缘成矿带剩余重力异常图Fig.4 Residual gravity anomaly map of the metallogenic belt on the southern margin of the North China block

图5 华北陆块南缘成矿带航磁ΔT化极垂向一阶导数异常图Fig.5 First vertical derivation of aeromagnetism reduced to the pole of the metallogenic belt on the southern margin of the North China block

沉积变质型磁铁矿及岩浆岩型磁铁矿能引起明显的，不同程度的高磁异常伴生负磁异常，特别是侧翼伴生的负值越强大，更利于成矿，因为地层中有足够的铁磁性物质富集，容易形成强大的剩余磁性。矽卡岩型铁矿磁性体产于航磁圈定磁性体边界。部分已知矿点和矿致磁异常分布在正异常的鞍部和正异常的次级高异常上。沉积型铁矿矿体本身磁性较小，不能直接引起磁异常。地表磁法测量，磁性体在地表投影为正磁峰值或正负磁异常的梯度带上，也可在化极后磁异常的峰值处，以化极一级导数可圈定磁性体的地面投影范围。

5 结论

航磁、重力资料蕴含非常丰富的地质、矿产信息,对这些信息的充分提取、开发,可以清楚地看出区内断裂构造、地层、岩体间的分布关系，圈定有利地质体，有效指导寻找不同类型铁矿产。笔者分析总结出华北陆块南缘不同类型铁矿的重磁异常识别标志：沉积变质型铁矿—局部重磁异常双高；接触交代型铁矿—区域重力高异常上局部磁异常梯级带；岩浆岩型铁矿—局部低重力异常上的高磁异常或磁异常梯级带；沉积型铁矿—平缓高低重力异常过渡带上局部高重力异常。这一认识对预测成矿带不同类型铁矿产具较强的指示作用，为指导成矿带进一步找铁矿提供了物探依据，可以达到有针对性的工程布置，提高工作效率、节约成本的目的，同时也为其它地区寻找不同类型铁矿床提供重要的参考。