东昆仑地区打柴沟金矿地球物理特征及深部找矿预测

喻忠鸿,严玲琴,张占雄,李鹏,李凤廷,付佳

(1.青海省第三地质勘查院,青海 西宁 810000; 2.青海省地质调查局,青海 西宁 810000; 3.青海省海东市自然资源和规划局,青海 海东 810600)

0 引言

东昆仑成矿带位于青海省西部的柴达木盆地南缘,属秦祁昆成矿域,矿产资源丰富,是我国重要的金属矿成矿区带之一[1-3]。该成矿带地质构造作用复杂,主要经历了早古生代—早泥盆世的原特提斯洋和晚石炭世—晚三叠世的古特提洋两个俯冲碰撞演化阶段,复杂的地质过程形成了多种多样的矿床种类,造山型金矿床大量发育,具有较大规模和影响的有昆仑河[4-6]、沟里[7-11]和五龙沟[12-14]3个金矿集区。其中五龙沟为东昆仑最重要的金矿集区,众多地质单位和科研院所对东昆仑的金矿进行了大量的地质调查和科研工作,取得了一些成果和认识,推动了上述矿集区的找矿研究工作。

打柴沟是五龙沟矿集区新近发现的金矿床,金矿探明金的金属量约25.5 t(截止2019年),Au平均品位4.48×10-6,达到大型规模[15],具有较大的成矿潜力。但该矿区的已有工作集中在地质露头区域,受第四系覆盖影响,矿带向西延展情况不明。本文通过总结近3年打柴沟矿区西延段覆盖区的激电(IP)和广域电磁法(WFEM)工作成果,开展深部找矿预测,提出了下一步的找矿方向,以期为类似地质条件下的深部找矿预测提供思路。

1 地质背景

1.1 区域地质背景

1.1.1 区域地质概况

研究区大地构造位置为柴达木准地台东昆仑北坡北昆仑岩浆弧(图1),介于昆北断裂和昆中断裂之间,属柴南缘东昆仑(造山带)Fe-Pb-Zn-Cu-Co-Au-W-Sn-石棉成矿带。打柴沟矿区位于五龙沟金矿整装勘查区,五龙沟地区有岩金沟、萤石沟—红旗沟和三道梁—苦水泉3大剪切带,其中在岩金沟剪切带圈出Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅷ号矿带,在萤石沟—红旗沟剪切带中圈出Ⅶ、Ⅸ、Ⅹ、Ⅺ号矿带,在三道梁—苦水泉剪切带中圈出Ⅻ、XIII、XIV矿带。3大剪切带控制了五龙沟矿床(点)的分布,研究区位于Ⅻ矿带北西端。

1—第四纪冲洪积物;2—新元古代丘吉东沟组;3—中元古代长城纪小庙组;4—古元古代金水口岩群;5—晚三叠世钾长花岗岩;6—早华力西期黑云母二长花岗岩;7—早华力西期蚀变斜长花岗岩;8—早加里东期黑云花岗闪长岩;9—新元古代黑云花岗闪长岩;10—新元古代含暗色包体花岗岩;11—新元古代石英闪长岩;12—基性岩脉;13—黑云母花岗岩脉;14—地质界线;15—走滑断层;16—实测正断层;17—推测逆断层;18—韧性剪切带;19—金矿床(点);20—多金属矿点;21—含金蚀变带及编号;22—矿区位置

1.1.2 区域地球物理特征

1)区域重力异常特征

打柴沟矿区在剩余重力异常(图2)位于五龙沟低重力异常带的南部梯级带上,幅值范围在(0～3)×10-5m/s2。该重力异常梯级带走向NWW向,五龙沟Ⅻ蚀变带在此梯级带上。

图2 打柴沟区域剩余重力异常Fig.2 Regional residual gravity anomaly in Dachaigou mining area

2)区域地磁异常特征

图3是打柴沟矿区地磁异常剖面平面,可以看出,矿区位于正负弱磁异常过渡区域,幅值变化范围-21～13 nT,显示出磁场背景区特征,表明区内岩矿石具弱磁性,正负弱异常区分界线反映了矿区区域断裂构造大致位置。

图3 打柴沟矿区1∶5万地磁ΔT异常剖面平面Fig.3 Section plan of 1∶50 000 ΔT geomagnetism anomaly in Dachaigou mining area

1.2 矿区地质概况

矿区出露地层较简单,主要为古元古代金水口岩群及第四系(图4)。元古代金水口岩群岩性主要为斜长变粒岩、黑云母斜长片岩、黑云母石英片岩、片麻岩夹矽线绢云片岩、千枚岩、大理岩。原岩为一套中基性火山岩夹碎屑岩及碳酸盐系,遭受中—深程度变质,以角闪岩相为主,局部达麻粒岩相,区内以构造残块形式,沿NW-NNW向展分布,地层中Au元素背景值高,为区内金矿物源层。第四系覆盖物沿沟谷及低洼地带分布,主要为洪冲积砂砾石及风成砂土。矿区岩浆活动强烈,岩浆岩广泛分布,主要为晚三叠世二长花岗岩、正长花岗岩和花岗闪长岩等,呈岩基或岩株状侵入于金水口群地层中;另有少量脉岩呈零星分布,主要有酸性脉岩、中性脉岩,其中蚀变花岗岩Au元素背景值高。

1—全新统洪冲积;2—更新统洪冲积;3—金水口岩群绢云石英片岩;4—金水口岩群灰岩;5—金水口岩群片岩夹变砂岩夹片麻岩;6—金水口岩群灰黑色黑云斜长片麻岩;7—金水口岩群大理岩;8—金水口岩群灰黑色斜长角闪片麻岩;9—正长花岗岩;10—二长花岗岩;11—花岗闪长岩;12—花岗岩;13—闪长岩;14—断裂;15—矿带及编号;16—物探剖面及编号;17—打柴沟矿区

矿区低缓河谷地段以北大面积分布第四系洪冲积砂砾石及风成砂土覆盖,河谷两侧基岩露头见有邻区的NW-NNW向的控矿断裂构造延伸到本区断裂性质为逆断层,产状较缓,倾角45°～55°,受其影响,主要含金构造破碎带产状较缓,为五龙沟地区XII号含矿蚀变带北西延伸段。

1.3 矿带特征

矿区主要矿化蚀变带为Ⅲ和Ⅳ蚀变带,分别位于区域NW向主断裂的次级近EW向断裂构造蚀变带中。由一组近EW向的韧性剪切带组成,主矿化带产于黑云母斜长片岩与片理化细粒闪长岩的接触断裂附近,主要以构造角砾岩、碎裂岩充填其中。蚀变带硅化、褐铁矿化、炭化现象较为常见。破碎蚀变带产状北倾,在350°～30°∠35°～58°之间,长约1 200 m,宽2～20 m不等。矿体呈条带状、透镜状、脉状近于平行展布,金矿体受构造蚀变带控制,矿体产状与破碎蚀变带的产状一致,含矿岩性主要为构造角砾岩、碎裂岩等,矿体的顶、底板为片理化闪长岩、黑云母斜长片岩,主要矿化蚀变有硅化、褐铁矿化及碳化。其中Ⅳ蚀变带为区内主要矿带,规模较大;Ⅲ蚀变带含矿性较差,规模较小。

1.4 电物性特征

从电物性测定结果看(表1),矿区内与矿化有密切关系的几种岩石的极化率与围岩(花岗岩、大理岩、片岩)有较大的差异。含金碎裂岩、构造角砾岩及脉石英的极化率较高,均在3%以上,以构造角砾岩为最高(6.3%),其次为碎裂岩(5.45%)、脉石英(3.45%),应为局部岩石所含黄铁矿及炭质岩性引起。电阻率方面,碎裂岩、断层角砾岩呈低电阻率特征,与其他岩石有较明显的电阻率差异。由此可见,与构造蚀变带相关的岩石多呈低阻高极化特征,具备开展激电和电磁法工作的物性前提。

表1 打柴沟矿区电物性参数Table 1 Statistical table of electrical and physical parameters in Dachaigou mining area

2 激电异常特征

激发极化法是利用岩、矿石的导电性、激发极化特性差异,观测和研究人工形成的激发极化场的变化规律,进行找矿和解决其他地质问题的一种人工场源形式的勘查方法[17],广泛用于有色金属和贵金属的矿产勘查。

根据打柴沟金矿Ⅲ、Ⅳ号含矿蚀变带中黄铁矿化发育、且金矿化与围岩炭质关系紧密等特征,在打柴沟金矿已知矿体的8勘探线开展了1∶5 000激电中梯试验,而后在矿区第四系覆盖区西延段开展了激电中梯剖面测量5条,方位0°。本次工作点距20 m,供电极距AB=1 200 m,测量极距MN=40 m,供电周期T=32 s,断电延时200 ms。

2.1 8勘探线已知矿带异常特征

从图5和图6可以看出,8勘探线上已知矿带Ⅲ、Ⅳ号含矿蚀变带电异常特征为高低阻、高低极化率转换带,极化率在5.5%～12.08%,多集中在8%左右。据电物性标本测定结果,含金碎裂岩、断层角砾岩及脉石英的极化率较高,含金碎裂岩(1.95%～7.45%,平均5.45%)、断层角砾岩(3.95%～6.9%,平均6.3%),脉石英(1.95%～5.45%,平均3.45%),周围岩体和地层的极化率较低(2.1%～2.9%),推测应为蚀变带内(含金)黄铁矿及炭质共同引起的。Ⅳ号含矿蚀变带在倾向方向上表现为低阻异常带,该异常带宽度向北延伸400 m,表明Ⅲ、Ⅳ号含矿蚀变带间为区域断裂带位置,热液活动强烈,黄铁矿化并伴有炭质层发育引起较大范围的低阻激电异常,Ⅲ、Ⅳ号含矿蚀变带就位于区域构造边界部位。

1—全新统洪冲积;2—更新统洪冲积;3—金水口岩群绢云石英片岩;4—金水口岩群灰岩;5—金水口岩群片岩夹变砂岩夹片麻岩;6—金水口岩群灰黑色黑云斜长片麻岩;7—金水口岩群大理岩;8—金水口岩群灰黑色斜长角闪片麻岩;9—正长花岗岩;10—二长花岗岩;11—花岗闪长岩;12—花岗岩;13—闪长岩;14—断裂;15—矿带及编号;16—推断构造;17—打柴沟矿区

1—全新统洪冲积;2—更新统洪冲积;3—金水口岩群绢云石英片岩;4—金水口岩群灰岩;5—金水口岩群片岩夹变砂岩夹片麻岩;6—金水口岩群灰黑色黑云斜长片麻岩;7—金水口岩群大理岩;8—金水口岩群灰黑色斜长角闪片麻岩;9—正长花岗岩;10—二长花岗岩;11—花岗闪长岩;12—花岗岩;13—闪长岩;14—断裂;15—矿带及编号;16—推断构造;17—打柴沟矿区

2.2 激电异常特征

通过在打柴沟金矿Ⅲ、Ⅳ号含矿蚀变带西延段第四系覆盖区内开展的5条1∶5 000激电中梯剖面测量(图5、图6)可以看出,低阻高极化异常特征较明显,视极化率在5%～12%,视电阻率100～400 Ω·m,异常宽度向北延伸380 m,呈现出一个NWW向的低阻高极化异常带,推断Ⅲ、Ⅳ号含矿蚀变带之间区域构造位置往W-NWW向延伸,异常带边部的电性异常梯级带,推断为Ⅲ、Ⅳ号含矿蚀变带西延段,如图5中DF1和DF2位置所示。

3 广域电磁法异常特征

广域电磁法是何继善院士提出来的一种人工源频率域电磁测深法[18]。该方法既继承了CSAMT使用人工场源克服场源随机性的优点,也继承了MELOS方法非远区测量的优势,严格定义了适用于全域的计算视电阻率公式,拓展了人工源电磁法的观测范围,提高了观测速度、精度和野外工作效率。该方法在远区也包括部分非远区在内的广大区域进行测量,观测人工源电磁场的一个分量,采用迭代法计算,便可提取出地下的视电阻率信息,这便是广域电磁法的基本原理。

打柴沟工区广域电磁法工作都布置在8线、6线、31线、21GY01、21GY02、21GY03和21GY04线(图4),方位0°。其中8线布置在已知矿带上。广域电磁法采用E-Ex工作模式,收发距9 km,采用4、5、6、7、8、9、11 七个频组共49个频点的频率进行发射和接收,频率范围8 192～0.625 Hz。从8线反演成果(图7)中部出现明显的低阻异常区,推断为区域构造破碎带,主要矿带Ⅳ号含矿蚀变带位于推断的构造带开口位置,Ⅲ号矿带位于电阻率变化梯度带。根据低阻异常形态特征,推断深部构造带发育,构造边界异常特征为高低电阻率梯度带。两侧高阻结合地质信息推断为较为完整的片岩或岩体。

1—矿带;2—矿体矿化体;3—炭质层;4—钻孔

根据已知矿带上广域电磁法异常特征,将8线、6线、31线、21GY01、21GY02、21GY03、21GY04线广域电磁法成果制作成三维展示(图8),可以看出,各断面变化趋势基本一致,推断为区域构造带的低阻异常带在各断面均有出现,且向W-NW向延展,反映出区内地质背景构架、构造蚀变带向W-NW方向的变化趋势,推断的区域构造延伸位置与激电一致,表明打柴沟矿区西延段可能存在较连续的成矿空间。

图8 打柴沟矿区广域电磁法反演结果三维展示Fig.8 Three-dimensional display of WFEM inversion results in Dachaigou mining area

4 结论

本次打柴沟矿区的物探工作,利用激电和广域电磁法在已知矿带西延段进行了研究工作。工作结果表明,已知矿带在激电异常上位于激电异常边部——电性梯度带位置,大面积激电异常推断为区域构造带发育区,为区域构造内黄铁矿化和炭质岩石引起;在广域电磁法断面上,区域构造带表现为大范围的低阻异常,已知矿带Ⅳ号蚀变带异常表现为低阻异常带开口位置,Ⅲ号蚀变带位于浅部电性异常梯度带。

基于已知矿带的异常特征和西延段几条平行剖面的物探异常变化规律,高极化低电阻异常向西变化连续稳定,推断区域控矿构造向W-NWW向延伸稳定,在矿区西延段形成有利的找矿空间。建议后期结合地质成矿规律研究,在高极化低电阻异常段开展深部验证工作,以期扩大矿区规模。

在打柴沟矿区开展的广域电磁法等深部物探工作,为深部地质找矿研究工作提供了深部地球物理信息,为寻找有利的成矿空间发挥了物探技术的支撑作用。