综合物探在却勒塔格地区铜镍矿勘查中的应用与研究

张静，陶鹏飞，胡尊平，李大海，李延清，陈实，牛辉

（新疆维吾尔自治区地质调查院，新疆 乌鲁木齐 830000）

据“小岩体成大矿”理论[1-3]，认为形成超大-大型铜镍硫化物矿床的地质体多为面积小于1 km2的铁镁-超铁镁质的基性小杂岩体[4-5]。因此，在寻找基性-超基性岩浆熔离型铜镍硫化物矿床过程中，铁镁-超铁镁质小岩体不容忽视，如形成大型矿床的红旗岭7号岩体面积仅为0.007 8 km2[6-7]。本次选择却勒塔格研究区，出露基性-超基性岩体为0.37 km2，与邻区天宇、白石泉具相似地质构造条件和成矿环境[8]，也是新疆东天山地区重要的铜、镍、金、铁、铅锌等大型矿床集中区[9-10]，具备一定的找矿潜力。

1 研究区概况

研究区位于天山-兴蒙地层大区，中天山地层分区之博罗科努地层小区，东北部属觉罗塔格地层小区，横跨小热泉子裂谷、冰达坂-米什沟弧-陆碰撞带（图1）。研究区位于板块结合部位，跨越多个构造单元，发育康古尔断裂、阿奇克库都克断裂、卡瓦布拉克断裂，与基性-超基性岩体关系密切。发育库米什背斜（忠宝钨矿、彩花沟铜矿）、克孜勒塔什塔格背斜（小热泉子铜矿）。

图1 区域地质矿产特征Fig.1 Regional geological and mineral characteristics

通过研究区地表工程揭露，发现基性-超基性杂岩体岩性组合复杂，分异程度高，基岩出露条件较差。综合物探方法在金属矿产勘查中具有显著效果，尤其在隐伏区[11]。在目标岩体与围岩具有较好物性参数差异的情况下，可有效解译本区基性-超基性杂岩体的形态和分布规律，为本区寻找铜镍矿提供重要依据。

研究区侵入岩从中性岩至超基性岩均有发育（图2），其中，基性-超基性岩体为重点研究对象，主要见于区内杂岩体，呈较不规则长条状沿阿其克库都克断裂展布，岩体呈NW 向展布，分异演化较完整。地表呈不规则蚕豆状，长约1.4 km，宽0.3～0.5 km，出露面积约0.37 km2。与成矿有关的基性-超基性杂岩体主要由橄榄岩、辉石橄榄岩、辉石岩、橄榄辉石岩、辉长岩、闪长岩构成。

图2 研究区地质图Fig.2 Geological map of the study area

据岩石组合、岩浆活动、接触关系可将岩体的形成划分为3个阶段，每个阶段基性程度不同的岩浆有规律的侵位。第一阶段：侵位中性-基性侵入岩，为岩浆房上部岩浆侵位地表，岩性主要为闪长岩、辉长岩。第二阶段：侵位超基性侵入岩，为岩浆房下部岩浆上侵就位形成，岩性为橄榄岩。第三阶段：为最晚一期岩浆上侵，形成超基性岩，岩性主要为辉石岩。

2 地质-地球物理特征

研究区内各类地质体的物性差异是开展地球物理工作的前提，是推断地质体分布规律的基础。通过野外实测和收集前人物性统计成果，得到该区岩（矿）石密度、磁化率、极化率、电阻率等参数进行综合统计分析（表1，2）。

表1 研究区岩（矿）石物性参数统计表Table 1 Statistical table of physical parameters of rock(ore)in the study area

磁性参数特征基性-超基性杂岩体磁性较强，其中橄榄岩、辉橄岩磁性最强，磁化率常见值在5 000×10-64πSI以上，为强磁性岩矿石；铜镍矿石、辉长岩、辉石岩、二辉辉石岩磁化率值也较高，常见值为800×10-6～1 100×10-64πSI；区内大部分沉积岩和变质岩为无-弱磁性，常见值为100×10-6～700×10-64πSI，当具一定规模和厚度时能够引起宽缓的异常。岩矿石剩磁也具相同特征，推断研究区强磁异常可能由基性-超基性杂岩体引起。因此，可利用磁测成果研究本区铜镍矿及基性-超基性岩体分布、走向和埋深等。

表2 研究区主要岩芯电物性参数统计表Table 2 Statistical table of electrical physical parameters of main cores in the study area

电物性橄榄岩、辉橄岩、辉石橄榄岩极化率值极高，橄榄岩均值为40.07%，辉橄岩为27.37%，辉石橄榄岩岩心为7.28%。出现极高极化率的原因推测与岩石富含硫化物或镁铁-超镁铁质有关。蚀变辉长岩岩心、辉长岩岩心、大理岩岩心、闪长岩岩心、二辉辉石岩极化率值分别为2.05%、1.86%、1.8%、1.03%和0.91%，在研究区属中等极化率范围。砂岩、凝灰岩、花岗岩、辉石岩等极化率均值（小于0.5%）较低。

电阻率基性-超基性岩电阻率主要表现为中低阻，围岩表现为中高阻。基性-超基性岩体的电物性特征表现为高极化-中低阻特征，与围岩有明显差异，故在本区开展电法工作具备电物性基础。

密度铜镍矿石密度为3.38 g/cm3，远大于其他岩石的密度。与成矿有关的基性-超基性岩也具高密度特征，均大于2.86 g/cm3。围岩平均密度为2.7 g/cm3。区内矿石、赋矿岩石与围岩密度差为0.1～0.6 g/cm3，当矿体和矿化岩石具一定规模和厚度时可引起明显的重力异常；矿石与赋矿岩石密度差达0.52 g/cm3，密度差异较大，可由剩余重力异常特征合理解译区分铜镍矿体与基性-超基性杂岩体。值得注意的是，闪长岩密度为2.82 g/cm3，与基性-超基性杂岩体的密度差较小，会对重力解释造成一定干扰，需结合磁异常及其他资料进行综合解释。因此，在研究区开展重力工作具良好的地球物理基础。

综合岩（矿）石物性参数特征，基性-超基性岩体是研究区寻找铜镍矿体的有利岩体和构造。橄榄岩、辉橄岩、辉长岩、辉石岩磁化率均大于1 000×10-64πSI；橄榄岩、辉橄岩、辉长岩呈中低阻高极化特征；基性-超基性岩密度均大于2.86 g/cm3，与围岩具明显密度差。由此得出，基性-超基性岩具高磁-高重-高极化-中低电阻特征，也即“三高一低”特点，可引起重磁电同源异常。据物探圈定成果，结合地质、钻探等资料，可研究本区铜镍矿及基性-超基性岩体分布特征。

3 综合物探成果分析

3.1 物探异常特征

矿区剩余重力异常分布有如下特点（图3）：中部和西部为重力高值异常，南部为条带状低缓异常。研究区北部异常普遍较弱，异常整体走向为NW向，中部高值异常（G2）与岩体出露对应良好，地质体反映为基性-超基性岩体。

图3 剩余重力等值线平面图Fig.3 Plan of residual gravity isoline

通过分析区内岩（矿）石物性参数及物探成果图，可看出中部高值异常G2为重磁同源异常，地表出露橄榄岩、辉橄岩、辉石岩、辉长岩，岩石密度大，矿化蚀变较强，重力高异常均为基性-超基性杂岩体的反映。西部中高重异常G1，地表出露闪长岩、石英闪长岩，矿化蚀变较强，闪长岩平均密度为2.82 g/cm3。由此推断，该重力异常可能为闪长岩引起；东部G3 高重异常主要对应地表闪长岩，与G1异常类似。剩余重力成果体现岩矿石密度测量的有效性，有效圈定了中基性-超基性岩体的分布范围。基性-超基性杂岩体部位（G2异常）剩余重力异常明显，且呈良好套合关系，同时发生褐铁矿化、孔雀石化、蛇纹石化等蚀变及破碎，该异常应作为重点勘查对象。

从△T化磁极后等值线平面图可看出（图4），磁异常集中在研究区中部及南部，异常走向与区域构造方向一致，为NW向。北部磁场异常等值线平滑，为低缓异常，地表与蓟县系卡瓦布拉克群砂岩、大理岩吻合；中部及南部为高值异常变化部位，呈磁异常变化较大的特征，地表出露基性-超基性杂岩体，套合关系较好。

图4 磁异常化极后等值线平面图Fig.4 Isoline plan after magnetic anomaly

高值异常（C5、C6）位于研究区中部，最大值为1 832 nT，与地表出露的基性-超基性杂岩体对应，主要岩性有橄榄岩、辉橄岩、辉石岩等。岩石矿化较好，具蛇纹石化、孔雀石化、褐铁矿化、镍华等。高磁异常的展布形态基本反映了区内基性-超基性杂岩体的空间分布特征，异常北侧伴有明显负异常，负异常区域地表对应大理岩、砂岩等，符合物性测量成果特征。说明该异常与基性-超基性岩侵入有关，与重力异常为同源异常。

由视极化率和视电阻率等值线图可知（图5，6），低阻高极化异常均呈NW向条带状或团块状展布，自西向东，视极化率异常值整体呈降低特征，视电阻率异常值呈高低间隔特征。研究区中部、西部、北西部激电异常主要表现为低阻高极化特征，中部DJ21-3、DJ21-4 异常地表出露为基性-超基性杂岩体，与激电异常套合关系较好，岩石矿化蚀变强烈，最大视极化率异常值为21.5%。DJ21-4 异常后期由于闪长岩脉的穿插破坏致使有闪长岩出露区视极化率下降。西部DJ21-2异常地表出露石英闪长岩、闪长岩、大理岩脉、辉石岩脉等，最大视极化率异常值为11.3%，极值处对应辉石岩脉，视电阻率表现为低阻、重磁表现为高磁、高重，该异常在地表未见明显矿化显示，可能与深部隐伏含矿岩体或矿体有关。北西部DJ21-1异常地表出露大理岩等，最大视极化率异常值为13.7%，推测与地表岩石矿化蚀变、硫化物富集有关。北东部为两条NW向条带状高阻低极化异常，地表对应花岗岩、大理岩、砂岩、石英闪长岩脉等，硫化物富集不明显。

图5 视极化率等值线平面图Fig.5 Plan of apparent polarization isoline

3.2 综合物探分析

在研究区中部重磁电同源异常部位，选择有利位置布设一条激电测深剖面（图2），以期了解岩（矿）体的深部空间电性分布特征（图7）。剖面线走向22°，垂直于构造线，自南向北，地表出露依次为闪长岩、辉石岩、辉橄岩、大理岩、蓟县系等。

图6 视电阻率等值线平面图Fig.6 Plan of apparent resistivity isoline

基性-超基性岩与其他岩性相比，引起的物探异常值明显不同(表3)，磁异常值范围较大，且正磁异常值高，最大为1 055 nT；视极化率值范围也较大，极大值为11.6%，同时表现为低阻特征，范围为81～182 Ω·m；在剩余重力方面，表现为高重，范围为117×10-8～302×10-8m/s2。综上，基性-超基性岩在研究区主要异常部位表现为高磁、高极化、中低电阻、高剩余重力的物探特征。结合激电测深断面图（图7），发现与物探剖面的测量结果一致。

表3 各类岩体引起的物探异常范围Table 3 Geophysical anomaly range caused by various rock masses

从视极化率断面图可看出（图7-a），由南向北可看到高-低-高-低的异常变化。其中第1 处高极化异常呈水滴状，南倾斜卧在170号点下方，视极化率极大值为7.2%，地表出露辉橄岩、辉石岩、大理岩等。对应视电阻率为低阻特征，在剖面上对应1 处中高磁和中高重的小异常特征，异常宽约200 m，推测为埋深较大（中心埋深约250 m）的硫化物富集区。

图7 AB线重磁电综合剖面图及测深断面图Fig.7 Gravity,magnetic and electric comprehensive section and sounding section of line AB

第2处高极化-中等电阻异常在212 号点位置，地表主要为基性-超基性岩体，视极化率极大值为5.9%，视电阻率表现为中等电阻特征，磁异常表现为变化强烈的上升阶段，剩余重力表现平稳变化的上升阶段。地表矿化蚀变严重，推测为小规模的基性-超基性岩体引起。同时，在岩体下部有一低极化率异常，该异常呈条带状，南倾，中心位置位于200 号点下方，异常值为1.2%～5.0%，视电阻率表现为低阻。推测该处为中基性的岩体。经ZK0001和ZK0002 两处钻孔验证，上部为含矿基性-超基性岩体，其中赋矿岩石为辉石橄榄岩，金属矿物主要为磁黄铁矿，少量黄铜矿，岩心裂隙充填有细粒黄铁矿等金属硫化物，控制矿体视厚度4 m，Ni 品位0.26%～0.29%，平均品位0.27%。下部为大理岩和辉长岩互层，岩心松散破碎潮湿，含水丰富，造成电阻率下降。该结果与物探预期结果大致相符。

第3 处高极化异常在232 号点处，呈直立柱状体，宽约200 m，视极化率极大值为9.5%，视电阻率在200 m以上表现为低阻特征，在200 m以下表现为变化的中高电阻率特征，变化范围为70～400Ω·m。在剖面上显示为高重、高磁异常特征，磁异常表现为极大值的下降段，也是梯度变化强烈段。地表对应有基性-超基性岩体及辉长岩，该异常应为基性-超基性岩体引起。

第4 处低极化-高电阻异常在260 号点下方，地表出露大理岩，磁异常表现为低弱的负磁异常，剩余重力表现为低重，与大理岩的物性特征相符。

5 结论与意义

（1）研究区的含矿岩体主要为基性-超基性岩，而该岩体与围岩具明显的物性差异是在本区开展综合物探方法的基础。

（2）综合物探工作效果显著，有效地指示了基性-超基性岩体在隐伏区的走向和大致分布范围。

（3）电法测深成果准确推断了隐伏岩体形态和走向分布。

（4）通过系统的物性参数测量，掌握了研究区基性-超基性岩与围岩的物性情况，为将来在该地区的物探解译评价工作提供依据。

（5）建立了研究区地球物理找矿模型，即高磁-高重-高极化-中低阻，为在研究区外围找矿提供参考。