综合物化探方法在明光市柳树庄地区金铜多金属矿勘查中的应用研究

张 志,钱家忠,徐洪苗,许强平, 侯照方

(1.合肥工业大学资源与环境工程学院,安徽 合肥 230009;2.安徽省地质矿产勘查局327地质队,安徽 合肥 230011)

明光市柳树庄地区经历多次构造运动,广泛分布着古中元古代张八岭群浅变质岩细碧石英角斑岩和碎屑火山岩,郯庐断裂带东侧发育中生代花岗闪长岩体,具有形成蚀变破碎岩型及石英脉型金矿良好的地质条件。以往开展的区域地质调查工作,取得了丰富的地层、构造、岩浆岩等方面的成果[1-2]。前人对张八岭地区金矿构造控矿规律、成矿流体、成矿条件、找矿方向等方面也进行了较多的研究,为本次研究提供了宝贵的基础资料[3-9]。

21世纪以来,安徽省地质矿产勘查局321地质队在研究区北部上成一带陆续开展了金矿普查工作,探明了一定资源量的石英脉型金矿[10]。随后在上成金矿的西北部西张郢一带进行金矿普查和深部勘查,在上成—西张郢一带圈定了8个金矿体。华东冶金地质勘查局811地质队继而在明光市管店镇柳树庄地区开展了金矿预查工作,大致查明了研究区地质、构造、岩浆岩及矿化蚀变特征,圈定了7个岩石地球化学综合异常、2个磁异常及8个激电异常[11]。在前人研究的基础上,为寻求进一步的找矿突破,本文在柳树庄地区开展深层土壤地球化学、激电中梯、磁法及可控源音频大地电磁法(CSAMT)测量。通过综合研究地质、物探和化探信息,推测了控制金铜等元素异常的构造,进一步圈定靶区,为本区及相近地区下一步找矿工作提供参考。

1 地质概况

研究区地处安徽省明光市南部,距市区约16 km,行政区划隶属明光市管店镇。研究区位于张八岭隆起带北部,老三界—管店向斜构造北西端近核部,郯庐断裂带东侧(图1)。

①.郯庐断裂；②.黄破断裂;③.滁河断裂；Ⅰ1.华北地块南缘合肥断陷盆地； Ⅱ1.北淮阳构造带； Ⅱ2.大别山变质岩浆造山带； Ⅱ3. 张八岭变质构造带；Ⅲ1.滁州—庐江前陆过渡带； Ⅲ2.和含巢前陆褶皱带； Ⅲ2-1.和含巢前陆推覆带；Ⅲ2-2.沿江前陆盆地图1 区域地质构造图Fig. 1 Regional geo-tectonic map

西部受燕山期的管店、岱山岩体侵入控制,主要出露中—新元古代西冷岩组(Pt2-3x)、白垩纪赤山组(K2c)、第三纪黄岗组(N2h)和第四纪(Q)地层(图2)。

图2 研究区地质及物化探工程图Fig. 2 Geological and engineering map of geophysical-geochemical exploration in the study area

研究区所处的张八岭构造带系大别—苏鲁造山带之Ⅲ级构造单元,褶皱及断裂较为发育。 断裂构造与矿化作用关系非常密切,具体表现为:(1)燕山中期—晚期,郯庐断裂带重要的拉张作用阶段,控制了岩浆活动和岩浆岩展布;燕山晚期—末期,郯庐断裂产生一次强烈的挤压运动,派生出一系列多级别的次级断裂构造,形成了后期成矿热液活动和成矿作用有利的导矿和容矿构造,同时控制岩脉的产出。(2)研究区北至西张郢金矿、上成金矿,南至铜狗城金矿、草庙王金矿,均是受NW向张性顺层滑动断裂和近SN向压扭性断裂控制。

研究区内出露的岩浆岩主要包括管店岩体的北端与其内部及周边的脉岩。管店岩体位于郯庐深断裂带东侧,岩体沿张八岭复背斜核部呈NNE向带状展布。李学明等[12]通过锆石同位素定年测得该岩体的下交点年龄为128 Ma,成岩年代在早白垩世中期,是晚中生代郯庐断裂带伸展活动下的产物。岩浆岩的地质作用为研究区成矿作用提供了物质和能量来源,管店岩体与研究区金矿化关系密切。管店岩体岩性主要为黑云母花岗闪长岩、石英闪长岩与角闪二长岩。研究区脉岩分布较广,多集中于岩体中,在变质岩中发育较少,其产状严格受断裂构造控制,走向主要为NNW向及近SN向,少量为NNE向。脉岩岩性主要有煌斑岩、闪长玢岩、花岗细晶岩和橄榄辉绿玢岩等。

研究区周围矿床(点)地质特征明显。郭大洼金矿体主要分布在NW向含金蚀变构造带中,明显受断裂构造带控制。金矿体形态呈脉状,走向多为近SN和NW向,地表金品位(1.00～78.82)×10-9。石婆禹铜、金矿化点出露于管店岩体内部,受NNW向断裂构造控制。蚀变类型黄铜矿化、黄铁矿化、方铅矿化、孔雀石化,铜品位0.17%～0.63%。

研究区多处可见近平行排列的NW向张性破碎带,走向290°～320°,倾向SW,具有黄铜矿化、黄铁矿化和金矿化等,可能是在NE向的郯庐深大断裂左行走滑的动力背景下形成拉张应力场,进而产生NW向的张扭性“犁式”断层(图3)。

图3 研究区推测犁式断层示意图Fig. 3 Schematic sketch of the plow type fault in the study area

2 物化探技术方法

2.1 深层土壤地球化学测量

深层土壤地球化学测量受外界影响(尤其是人为扰动)小、自然组合规律表现清晰。研究区开展1∶5万深层土壤地球化学测量,按照500 m×250 m矩形测网采样,测量区域为邱郢—南陈北—常家东北—上马范围(图2)。参照《DZ/T 0011—2015地球化学普查规范(1∶50 000)》[13]标准,选用设备为澳大利亚科力SD-1单人手持式土壤取样钻机,采集对象为C层(母质层)底部,最大采样深度1.5 m。采样粒级选定为全粒级,样品采用无污染的干净布袋进行装样。

2.2 激电中梯测量

2.3 高精度磁法测量

本次使用仪器为加拿大GEM公司GSM-19T质子磁力仪,测量区域为上马—柳树庄—管店林校范围(图2)。依据《DZ/T 0144—94地面磁勘查技术规程》[19]和《DZ/T 0071—93地面高精度磁测技术规程》[20]标准,首先进行磁力仪噪声、一致性、系统误差试验工作,测量过程分为日变观测和测点观测。日变观测读数时间间隔为30 s。在一个工作日内,日变观测始终始于早校正点观测之前,终于晚校正点之后。测点观测采用总场测量方式,探头高度固定为1.8 m,观测参数为地磁场总场强度。经过日变改正得到T日改,即T日改=T测-T日,其中T测为测点观测值,T日为日变观测值;再经过正常场改正,ΔT日改=(T0i-T0),其中T0为日变站正常场值,T0i为各观测点正常场值。

为更有效地突出目标地质体信息,压制非目标体信息,需要必要的数学运算来进行磁异常处理与转换,本次主要是化极和上延处理[21-22]。

2.4 可控源音频大地电磁测深法(CSAMT)测量

CSAMT法属人工源频率测深,采用的人工场源有磁性源和电性源两种[23]。电性源是在有限长(1～3 km)的接地导线中供音频电流,以产生相应频率的电磁场,探测深度较大(通常可达2 km)。可控源音频大地电磁测深 (CSAMT)工作执行《DZ/T 0280—2015可控源音频大地电磁法技术规程》[24]标准,使用仪器为加拿大Phoenix公司生产的V8多功能电法仪。测量区域为柳树庄一带,与激电中梯同线,测点点距100 m,频率范围1～7 680 Hz。AB=1.5 km,收发距10～12 km,目标深度1.5 km。

CSAMT数据处理以测线为单位进行,主要的处理过程分为测线数据预处理过程、反演过程、绘图过程。数据预处理主要包括电极点位坐标偏差校正、曲线自动圆滑、跳点处理、两端坏频段截断处理、坏测点曲线废弃删除等,数据反演均是采用Bostic反演。

3 物化探测量成果

3.1 深层土壤地球化学测量成果

由深层土壤地球化学测量金元素等值线图(图4)可以看出,金元素异常与区内已知的金铜矿点在空间分布上具有高度吻合性,已知矿点基本分布在金异常区的中心或边缘部位。金元素富集的异常区域,浓集中心明显,具有明显的分带性,且异常成带状沿区内主要控矿构造方向展布。异常下限采用逐步剔除法,在剔除离群值之后,统计背景数据的背景值、标准离差等参数,再进行计算得到异常下限值。在研究区以1.50×10-9为异常下限圈出具中带及以上浓度分带的金元素异常带5个,异常参数见表1。

表1 Au元素异常参数

图4 研究区深层土壤地球化学测量金元素等值线图Fig. 4 Geochemical contour map of gold elements in deep soil in the study area

3.2 激电中梯测量成果

图5(a)和图5(b)分别为研究区视电阻率ρs和视极化率ηs等值线图,异常呈带状分布特征。研究区东北角存在明显高阻高极化电性异常,ρs为1 000～1 600 Ω·m,ηs为2%～3.5%。西南角存在明显低阻高极化电性异常,ρs为100～500 Ω·m,ηs为0.8%～1.8%,内有柳树庄金矿点,存在金异常。激电中梯与3线CSAMT浅部测量成果吻合较好,测区中部存在低阻高极化异常,其ρs数值大小与钻孔ZK302所在区域接近,ηs数值大小与钻孔ZK301所在区域接近。钻孔ZK301显示黄铁矿化、黄铜矿化等较好,钻孔ZK302揭露岩性主要为石英片岩,推测中部低阻为石英片岩引起,高极化异常为黄铁矿化、黄铜矿化等引起。

图5 研究区视电阻率ρs(a)和视极化率ηs(b)等值线图Fig. 5 Coutour map of apparent resistivity(a) and apparent polarizability(b) in the research area

3.3 高精度磁法测量成果

在对研究区ΔT(或Za)异常解释之前,先进行归化到地磁极(简称化极)的处理,以减小倾斜磁化的影响。根据研究区磁倾角及磁偏角参数,运用“跨平台金维地学信息处理研究系统(GeoIPAS软件)”对研究区磁异常ΔT化极处理,ΔT化极后异常整体向北西有所偏移(图6(a))。

众所周知,磁场强度随距离的衰减速度与磁性体形态、规模及埋深有关。为削弱局部干扰异常,反映深部异常,对区内ΔT化极成果做了上延处理(图6(b))。对ΔT(化极)异常向上延拓50 m、200 m处理,分别见图6(c)和图6(d)。向上延拓200 m时,ΔT异常已基本趋于稳定,深部异常得到一个较好的显现。推测研究区2条断层,编号为F1、F2,均呈NW向。磁测区东北部呈现明显正磁异常,ΔT为100～200 nT,与激电中梯显示的高阻高极化电性异常对应,钻孔ZK301即在该区域内。磁测区中部存在明显负磁异常,ΔT为-100～-200 nT。内有柳树庄金矿点,深层土壤化学测量结果显示为金元素富集区域,与激电中梯显示的低阻低极化异常对应。

图6 研究区ΔT(a)、ΔT化极(b)、ΔT化极向上延拓50 m(c)和ΔT化极向上延拓200 m(d)等值线图Fig. 6 Contour map of ΔT(a), ΔT reduction to the pole(b), upward continuation 50 meters(c), upward continuation 200 meters (d) in the research area

3.4 CSAMT测量成果

图7为3线综合剖面图,图7(a)为3线磁测ΔT曲线,图7(b)为3线激电中梯ρs、ηs曲线,图7(c)为CSAMT反演视电阻率断面图(附钻孔ZK301和ZK302柱状图)。CSAMT反演视电阻率断面图中显示400～2 600点地下反映为低阻,电阻率为100～50 Ω·m,结合钻孔ZK302岩心资料,为石英片岩的电性反映。其中对应1 200～2 200点标高-400～-800 m为明显高阻异常,电阻率为1 500～3 000 Ω·m,推测反映深部岩体。2 700～3 300点对应标高-200 m以下反映中高阻,电阻率为1 500～2 000 Ω·m。

图7 研究区3线综合物探剖面测量成果Fig. 7 Results of Line 3 comprehensive geophysical profile measurement in the research area

钻孔ZK301位于3线2 950点,磁测ΔT表现为高磁异常,激电中梯ρs、ηs表现为高阻高极化电性特征,CSAMT显示深部为中低阻接触部位。经钻孔ZK301验证,主要发育石英片岩和绢云母石英片岩,黄铁矿化、黄铜矿化较好,未见金矿(化)体。

3.5 综合物化探方法应用研究

研究区以金铜多金属矿勘查为目标,通过开展深层土壤地球化学测量,明确了区内Au元素的异常分布,与已知金铜矿点在空间分布上具有高度吻合性。激电中梯、高精度磁测和可控源音频大地电磁测深法(CSAMT)分别从磁、电等物性变化特征[25-26]研究区内可能的成矿构造情况,总体与地质资料对应较好。为了通过多参数对比解释提高电性解释的准确性,笔者认为下一步可适当投入复电阻率法,以期寻找可能的矿致异常。

4 综合分析与圈定靶区

研究区出露地层为中元古界张八岭群西冷岩组变火山岩系,原岩为一套典型的海相中基性火山喷发岩,具有双峰式特征的细碧岩-石英角斑岩建造,构成了研究区内较高Au丰度的变质基底,为金的成矿作用提供了一定的矿源。李学明等[12]研究表明管店岩体岩浆岩起源于古老的变质基底,是下地壳物质深熔作用的结果。研究区明显偏高的碱质,尤其高的K2O含量,表明在郯庐断裂带活动作用下,强烈的地幔射气作用或者来自地幔的热液流体参与了成岩作用。由于下地壳镁铁质岩系具有较高的Au丰度,在深熔作用过程中导致Au的活化转移,岩浆作用和强烈的构造活动从成矿物质、成矿空间和成矿热动力等方面提供了条件[27-30]。钻探工作揭示研究区矿化蚀变也非常发育,与金铜等多金属矿相关的主要有黄铁矿化、褐铁矿化、黄铜矿化、方铅矿化、硅化、绢云母化、钾长石化等。

深部土壤地球化学测量显示研究区内金元素异常浓集中心明显,基本呈NW向带状分布于张八岭岩群西冷岩组第三段地层中以及西冷岩组与第四纪芜湖组的界面附近,与推测的NW向犁式断层特征基本相符。激电中梯ρs高低阻和磁法ΔT正负接触带异常同样显示区内可能存在NW向控矿构造。综上所述,研究区内呈带状分布的金元素异常可能是由于深部热液携带矿化元素,经隐伏断裂或接触带构造上升、运移,并富集于西冷岩组地层中所致。

综合研究地质和物化探异常特征,暗示区内可能存在3条NW向断层,分别为F1、F2、F3。F1、F2断层推测依据为:①激电中梯测量显示ρs高低阻接触带与F1、F2断层重合,视电阻率、视极化率异常基本沿NW向呈带状分布;②磁法显示对应推测F1、F2断层均位于磁测ΔT正负异常接触界面,磁异常的明显变化可能系断层所引起;③深层土壤地球化学测量成果显示金元素异常同样呈NW向带状分布特征,暗示F1、F2断层分别控制Au-3和Au-5异常。类比对照F1、F2断层与金元素异常之间的对应关系,推测可能存在F3断层,主要控制Au-4异常。Au-4异常特征在研究区表现强烈,推测反映了F3断层带状分布方向,与F1、F2断层大致平行。

结合研究区基础资料和本次研究成果,大致可得出找矿靶区圈定依据为:①区内存在张八岭岩群西冷组地层以及岩体(或第四纪)接触带;②区内及周边存在金铜矿化点;③存在明显的金元素异常,且异常呈带状分布特征;④存在明显的激电ρs、ηs和磁测ΔT异常。据此圈定了3个找矿靶区,分别为靶区Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ(图8)。靶区Ⅰ为中高阻高极化和正磁异常特征,经钻孔ZK301验证,物探异常主要为黄铁矿化、黄铜矿化引起,未见金矿(化)体。靶区Ⅱ为低阻高极化和负磁异常特征,金元素异常明显沿推测F1、F2断层呈带状分布,区内存在柳树庄金矿点。靶区Ⅲ金元素异常强烈,沿推测F3断层呈带状分布,周边存在新庄金矿点。受项目本身规模限制,靶区Ⅱ、Ⅲ未得到有效验证。笔者认为,靶区Ⅱ、Ⅲ物化探异常受推测断层F1、F2、F3控制,F1、F2、F3断层可能为有效控矿构造,为今后工作重心。

图8 研究区物化探异常及靶区圈定图Fig. 8 Anomaly of geophysical and geochemical exploration and target area prediction in the research area

5 结论

(1)综合地质、物探、化探信息,圈定金元素异常带5个、找矿靶区3处。金元素异常呈带状分布特征,推测可能受3条NW向断层构造或接触带控制。

(2)靶区I验证为非矿致物探异常,指导该区找矿应结合地质和化探成果;靶区Ⅱ、Ⅲ物化探异常明显,存在金矿化点,可能为下一步工作的核心。

(3)明确的地质约束对于物化探成果的解译至关重要,物化探成果的综合研究往往也促进地质认识的新发展。在保证高质量物化探数据的前提下,两者可进行全过程、全方位、全要素的综合分析和相互验证。