凤太矿集区航空地球物理异常特征及找矿方向.pdf
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1、 第 47 卷第 5 期物 探 与 化 探Vol.47,No.5 2023 年 10 月GEOPHYSICAL&GEOCHEMICAL EXPLORATION Oct.,2023doi:10.11720/wtyht.2023.0068杨海,徐学义,熊盛青,等.凤太矿集区航空地球物理异常特征及找矿方向J.物探与化探,2023,47(5):1157-1168.http:/doi.org/10.11720/wtyht.2023.0068Yang H,Xu X Y,Xiong S Q,et al.Aerogeophysical anomalies and prospecting direction i
2、n the Fengtai ore concentration areaJ.Geophysical and Geo-chemical Exploration,2023,47(5):1157-1168.http:/doi.org/10.11720/wtyht.2023.0068凤太矿集区航空地球物理异常特征及找矿方向杨海1,2,徐学义1,3,熊盛青1,杨雪1,高卫宏4,范正国1,贾志业1(1.中国自然资源航空物探遥感中心,北京 100083;2.中国科学院 地质与地球物理研究所,北京100029;3.中国地质调查局,北京100037;4.宝鸡西北有色七一七总队有限公司,陕西 宝鸡721015)摘
3、 要:凤太矿集区是秦岭造山带中部重要的铅锌矿和金矿产地,发育有铅硐山东塘子、八方山二里河、八卦庙、双王等多个大型超大型矿床,随着矿床开发,储量大幅度下降,地表找矿也转入深部找矿,但矿床赋存的地球物理场背景不清楚,严重制约了矿床成矿规律研究及外围的找矿勘查工作。本文运用最新完成的 1 5万航空物探(磁、放)数据,结合重力数据,开展区域、矿集区、矿床 3 个尺度的多源地球物理场特征研究,旨在总结不同尺度地球物理异常分布规律,为成矿规律研究和找矿预测提供依据。结果表明,凤太矿集区与西成矿集区具有相似的磁性结构,二者被徽成盆地结晶基底产生的强磁异常带所分隔。重力垂向一阶导数显示凤太、西成矿集区与徽成盆
4、地具有相似的密度结构,推断浅部为一个统一的盆地,2 个矿集区之间有较大的找矿空间。凤太矿集区发育大量NW 向线性磁异常带,与断裂构造的位置十分吻合,受后期改造明显,被 NE 向构造错断,重力垂向二阶导数推断深部发育大量中酸性侵入岩株或岩脉。通过航磁垂向一阶导数、0方向水平导数、小波变换等方法可以有效识别构造边界,矿体大都沿构造带呈 NW 向分布,对找矿勘探有重要指导作用。关键词:凤太矿集区;航磁异常;航放异常;多源地球物理;找矿方向中图分类号:P631 文献标识码:A 文章编号:1000-8918(2023)05-1157-12收稿日期:2023-02-15;修回日期:2023-04-16基金
5、项目:国家自然科学基金地质联合基金“青藏高原东北缘多地球物理耦合场深部特征与浅部响应”(U2244220);中国地质调查局项目“秦岭大别造山带航空物探遥感调查”(DD20190351)、“重点地区铜多金属矿航空物探遥感调查”(DD20230351)第一作者:杨海(1987-),男,博士研究生,高级工程师,从事航空物探数据处理及综合解释工作。Email:yanghai 0 引言凤太矿集区西起凤县,北至平木靖口,东到黄柏塬二郎坝,南至江口,是一个东西长约 90 km、南北宽约 23 km;面积约 2 000 km2的菱形区域,矿产地相对集中分布于西部。凤太矿集区位于秦岭成矿带中部,地处秦岭多金属贵
6、金属成矿带中部,成矿地质条件优越,以往 500 m 以浅已累计查明铅锌资源量 550104 t,金资源量 200 t,属中国重要的铅锌金矿产基地之一1-2。很多研究学者从成矿地质环境、控矿特征、地球化学特征、矿床成因等方面入手,对铅锌矿成因进行了深入研究,主要争论的矿床成因类型有 3 种:喷流沉积型(SEDEX)矿床3-6、喷流沉积(SEDEX)改造(再造)型矿床7-20,以及构造岩浆作用控制的后生热液充填矿床21-28。成因认识的根本分歧主要在于铅锌矿床是同生的还是后生的。金矿的成因同样存在较大的争议,如喷流沉积改造型29-33、卡林类卡林型34-35还是造山型金矿36-43。矿床成因认识不
7、清楚,将会极大的阻碍找矿勘探工作。为了拓展凤太矿集区的找矿空间,聚焦于覆盖区和深部找矿,开展了一系列物探工作。王备战等44运用航磁、广域电磁法、瞬变电磁法、短偏移距瞬变电磁法等对矿床的深部进行了找矿预测,指出矿床深部以及边部的次级背斜找矿潜力较大。范剑等45对凤太矿集区西部的地面磁测数据进行了解释,圈定了 17 个局部异常。随着近 20 年的铅锌矿业开发及矿山产能的不断增加,铅锌资源消耗迅猛,物 探 与 化 探47 卷 区内大中型矿山保有储量加速下滑,即将面临资源枯竭的困境。然而,该地区地质构造复杂,植被覆盖厚,地面工作开展难度极大,区域性地球物理资料缺乏,制约了成矿规律研究和深部找矿。201
8、5 2016年,地质调查工作部署在该区开展了大面积 1 5万航空磁、放调查,基本覆盖了西成和凤太矿集区。本文基于最新完成的航空磁、放调查数据,结合地面重力数据,开展了区域、矿集区、矿床 3 个尺度的地球物理场信息提取,对凤太矿集区的控矿构造及深部结构进行了分析,旨在梳理区域地球物理场背景,为凤太矿集区矿床成矿规律研究和找矿预测提供新的依据。1 区域地质概况凤太矿集区位于秦岭造山带中部,与西成矿集区共同构成秦岭造山带铅锌金成矿带的重要组成部分26,40-41,46,二者中间被徽成盆地所分隔(图 1a)。凤太矿集区北以商丹缝合带与北秦岭叠瓦逆冲推覆构造带接壤,南为南秦岭南部晚古生代隆升带。矿集区北
9、部以湘子河黄柏塬断裂为界,是商丹缝合带的组成部分,南部以酒奠梁江口断裂为界,西以凤县太白石峡断裂与西成矿集区相隔。矿集区内断裂多呈 NWW 向展布,局部亦有近 EW 向及NEE 向构造,部分断裂具有同生断裂性质,直接控制了区内矿产的分布47。矿集区内主要出露中上泥盆统地层(图 1b),为一套低绿片岩相浅变质滨浅海相碎屑岩碳酸盐岩建造。中泥盆统古道岭组为深灰色中厚层块状结晶灰岩、生物碎屑灰岩;上泥盆统星红铺组为炭质千枚岩、钙质千枚岩、铁白云质千枚岩、绿泥石千枚岩、粉砂质千枚岩夹粉砂岩、薄层灰岩;中泥盆统古道岭组灰岩与上泥盆统星红铺千枚岩的过渡层、含碳部位是矿集区铅锌矿床的主要赋矿层位。矿集区内普
10、遍发育印支期岩浆岩,主要有 NW 向呈岩基产出的西坝岩体,其岩性为花岗闪长岩、石英闪长a秦岭造山带构造;b凤太矿集区地质26,44atectonic framework of Qinling orogenic belt;bgeological map of Fengtai ore concentration area 26,44图 1 研究区地质概况Fig.1 The geological background of the study area8511 5 期杨海等:凤太矿集区航空地球物理异常特征及找矿方向岩、二长花岗岩,以及 NW 向呈小岩株产出的花红树坪花岗闪长岩体,这 2 个岩体展布于
11、矿集区的中部,与区内主构造线方向基本一致。在秦岭造山带演化的碰撞晚期至后碰撞阶段,凤太矿集区形成了由一系列 NWW 向复式褶皱、脆韧性剪切带、断裂和节理,以及 NNE 向和 NE 向断裂和节理组成的一个大型压扭性走滑双重构造变形系统21,23。褶皱构造与 NWNWW 向断裂组成一系列褶断带,直接控制了区内矿产的分布,形成了南北 2 条矿带,即北部的八方山八卦庙银母寺铜铅锌金矿带和南部的铅硐山水柏沟铅锌(铜)矿带47,如铅硐山次级背斜控制着东塘子铅硐山铅锌矿床,八方山二里河大型铅锌矿床、尖端山小型铅锌矿床产于尖端山八方山次级背斜鞍部及北倒转翼,白杨沟、柳树沟铅锌矿产于白杨沟柳树沟次级背斜倾伏部位
12、,八卦庙金矿受控于长沟八卦庙向斜,丝毛岭金矿产于丝毛岭松树湾向斜北翼47-48。2 数据处理方法本次研究采用 15万实测航空磁、放数据,综合150 万汇编重力数据,对凤太矿集区地球物理场特征进行研究。航磁数据主要用于研究构造岩浆活动引起的磁性差异与成矿的关系。航放数据主要显示地层放射性变化,对控矿地层分布有显示作用。重力数据主要进行了垂向一阶导数和二阶导数处理,压制了区域重力场的影响,突出了浅部地质体的密度变化,由于中酸性岩体的密度相比于地层偏低,通常可以反映中酸性岩体的分布范围。由于凤太矿集区以弱缓磁异常为主,尤其是控矿构造呈 NW 向线性弱磁异常带,为了获得深浅不同层次的构造信息,主要开展
13、了区域、矿集区、矿床 3 个尺度的数据处理,区域磁场数据为了衔接不同比例尺的数据,采用 500 m500 m 网格间距,矿集区采用 100 m100 m 网格间距。矿床尺度仍然采用 100 m100 m 网格间距,但由于数据尺度为 1 5万,研究范围越小受测线效应影响越大,故采用去条带滤波和精细调平等方法对数据进行处理,大大提高了构造细节的显示。同时,为了提取控矿构造细节,对磁异常信息进行了垂向一阶导数、0方向水平导数、小波变换等处理。小波变换采用频率域德比契斯(Daubechies)小波变换算法实现剖面测线位场数据的带通滤波计算,主要提取高频信息,反映浅部构造特征。以上数据处理均采用中国自然
14、资源航空物探遥感中心自主研发的 Geoprobe 3.0 完成。3 区域地球物理场特征从航磁 T 化极磁异常来看(图 2a),凤太矿集区和西成矿集区都呈现出弱磁场的特征,显示盆地的基底和盖层以无磁性或弱磁性为主,局部构造岩浆活动形成了局部高磁异常。经垂向一阶导数对构造信息进行增强(图 2b),凤太矿集区出现了大量NW 向的磁异常带,与区域构造线一致,而西成矿集区在北部呈现近 EW 向的磁异常带,都显示了构造岩浆活动引起的磁异常变化特征,并且凤太矿集区受后期构造活动的改造要强于西成矿集区。二者被徽成盆地 NE 向磁异常带所分隔,该磁异常的形成时代可能早于泥盆纪盆地,推断是扬子陆块西北缘早期的构造
15、岩浆岩带。通过布格重力垂向一阶导数可以看出(图 2c),西成矿集区、凤太矿集区没有出现大规模的重力低异常,与周围出露中酸性岩体呈现的重力低异常明显不同,说明 2 个矿集区没有大规模的花岗岩岩体侵入。并且,西成、凤太矿集区和徽成盆地的重力垂向一阶导数异常特征相似,推断三者在浅部的密度变化不大,可能在浅部是连为一体的盆地。因此,区域地球物理场特征显示西成矿集区和凤太矿集区以弱磁性基底为主,徽成盆地以强磁性基底为主,在基底之上发育了统一的沉积盖层。西成和凤太矿集区都具有构造岩浆活动引起的线性磁异常特征。4 矿集区地球物理场特征为了有效提取凤太矿集区的构造特征,对矿集区的数据进行了重新处理,主要是缩小
16、成图范围和网格化间距,突出了弱磁异常的特征。航磁化极异常显示(图 3a),凤太矿集区的构造格架十分清晰,内部主要以大量 NW 向线性弱磁异常带为主,在南部石炭系、二叠系和三叠系地层也有分布。磁异常走向与背斜轴向一致,且与广泛分布的花岗斑岩脉、石英脉、伟晶岩脉走向一致。航磁垂向一阶导数突出了矿集区内高频磁异常的变化(图 3b),压制了区域性磁异常的影响,磁异常条带很好地反映了断裂构造的走向。可以看出,矿集区构造变形十分强烈,总体构造呈 NW 向,向西逐渐转换为近 EW 向,最终受控于 NE 向凤县太白断裂。区内主要发育 2 组构造,主体为 NW 向构造,是热液活动的主要通道,后期受 NE 向构造
17、破坏,使大量 NW 向线性磁异常带错断为“香肠状”。如此平行规律分布的磁异常9511物 探 与 化 探47 卷 a航磁 T 化极异常;b航磁 T 化极垂向一阶导数异常;c布格重力垂向一阶导数异常aaeromagnetic T reduction to the pole(RTP)anomaly;bfirst vertical derivate of aeromagnetic T RTP anomaly;cfirst vertical derivate of Bou-guer gravity anomaly图 2 西成矿集区和凤太矿集区地球物理场特征(矿集区范围引自王义天等23)Fig.2 Geo
18、physical anomaly feature of Xicheng and Fengtai ore concentration area(ore concentration area referred from Wang et al.23)带,推断是由沿断褶带广泛发育的岩浆热液活动所造成。为了分析凤太矿集区内密度的变化,对重力异常进行了垂向二阶导数(图 4),除西坝岩体显示重力低的特征,在矿集区西北沿凤县太白断裂出露的大量中酸性岩体均显示了重力低的特征,应在深部有较大规模的岩体。在矿集区内部黄草沟、黑湾口、摇篮沟、马家坡等地可能局部存在花岗岩岩枝或岩脉,显示规模较小的重力低。航放异常可以对
19、地层不同岩组进行识别(图 5),可以看出古道岭组呈现出明显的低钾特征。银洞梁铅硐山矿田和八方山二里河矿田均位于钾元素弱异常带的边部,显示了岩性边界的特征。已知的谭家山铅硐山铜牌沟和梯子崖银母寺大黑沟复背斜均位于钾低异常带,可能与背斜核部地层钾元素含量较低有关。因此,钾元素低值异常带可能代表了背斜的核部,异常梯度带代表了岩性边界,应关注低值异常带及其边部,对区域找矿有指导意义。0611 5 期杨海等:凤太矿集区航空地球物理异常特征及找矿方向a凤太矿集区航磁 T 化极异常;b凤太矿集区航磁垂向一阶导数与推断断裂分布aaeromagnetic T RTP anomaly of Fengtai ore
20、 concentration area;bvertical first order derivative of RTP aeromagnetic T anomaly and inferred fault in Fengtai ore concentration area图 3 凤太矿集区航磁异常特征Fig.3 Aeromagnetic anomaly feature of Fengtai ore concentration area图 4 凤太矿集区重力垂向二阶导数图与推断岩体分布Fig.4 Vertical second order derivative of Bouguer gravity
21、 anomaly and inferred magmatic rock in Fengtai ore concentration area1611物 探 与 化 探47 卷 图 5 凤太矿集区航放钾含量与复背斜分布Fig.5 Airborn radioactive Kalium content and anticlinorium in Fengtai ore concentration area5 矿床地球物理场特征为了获得航磁异常与矿体的分布关系,对东塘子地区的航磁数据进行了精细处理,提取了控矿构造的特征。在航磁 T 化极异常上(图 6a),由于区域磁异常的影响,弱化了控矿构造特征,矿体的分
22、布与磁异常并没有明显的相关性。在垂向一阶导数上a航磁 T 化极异常;b航磁 T 化极垂向一阶导数;c航磁 T 化极 0方向水平导数;d航磁 T 小波变换areduction to pole of aeromagnetic T anomaly map;bvertical first order derivative of RTP aeromagnetic T anomaly map;c0 direction derivative of RTP aeromagnetic T anomaly map;dwavelet transform of aeromagnetic T anomaly map图
23、6 东塘子地区航磁异常特征与矿体分布Fig.6 Aeromagnetic anomaly feature and distribution of orebodies in Dongtangzi area2611 5 期杨海等:凤太矿集区航空地球物理异常特征及找矿方向(图 6b),局部构造得到了增强,东塘子地区主要分布有 3 条 NW 向规模较大的构造带,峰崖、银洞梁手搬崖和铅硐山东塘子矿体大都沿磁异常及其边缘梯度带分布,东塘子铅硐山磁异常带向东被 NE向构造错断。为了消除高频信号提取带来的测线效应的影响,开展了 x 方向导数和小波变换(图 6c、d),结果更清晰地显示了 NW 向控矿构造的特征
24、。从岩石物性特征来看,该区岩石以弱磁性为主(见表 1),矿体上盘主要为含炭粉砂质千枚岩,磁化率为(1821)10-5SI,下盘以含炭生物微晶灰岩等为主,磁化率为 210-5SI。矿石以块状和浸染状铅锌矿石为主,磁化率较围岩偏高,尤其是硅化和黑云母化的矿石较高,为(32106)10-5SI。这也是该区矿体均沿着弱磁异常带分布的主要原因,应重视弱异常信息的提取。沿构造发育强烈的岩浆热液活动,使矿体及其蚀变带具有弱磁性,而围岩是千枚岩和板岩,几乎无磁性。高精度航磁通过对构造带的识别,对指导找矿勘查有重要意义。八方山八卦庙地区的磁异常特征更加复杂,垂向一阶导数上显示主要存在 5 条 NW 向的异常带(
25、图 7a),表现为带状或串珠状磁异常,包括小白崖银母寺异常带、二道峡八方山沈家湾异常带、高家山丝毛岭松树湾异常带、白杨沟银洞山八卦庙异常带、树沟异常带。异常带显示了沿构造带的热液活动引起的磁异常变化,主要分布有 NW 和 NE 两组构造,NW 向构造为主要的容矿构造,矿体大都呈 NW 向展布,NE 向构造为破坏构造,将 NW 向构造错断为串珠状或香肠状,例a航磁 T 化极垂向一阶导数异常;b航磁 T 剖面avertical first order derivative of RTP aeromagnetic T anomaly map;baeromagnetic T profile map图
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