地质通报  2020, Vol. 39 Issue (8): 1258-1266  
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马一行, 吕志成, 颜廷杰, 张世晖, 赵金忠, 何鹏, 刘祖鉴, 秦熠. 内蒙古昌图锡力地区重磁场特征与深部找矿指示[J]. 地质通报, 2020, 39(8): 1258-1266.
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Ma Y X, Lü Z C, Yan T J, Zhang S H, Zhao J Z, He P, Liu Z J, Qin Y. Characteristics of gravity and magnetic fields and deep prospecting implications in Changtuxili area, Inner Mongolia[J]. Geological Bulletin of China, 2020, 39(8): 1258-1266.
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基金项目

国家重点研发计划项目课题《深部矿产资源三维找矿预测评价示范》(编号:2017YFC0601506)

作者简介

马一行(1989-), 男, 硕士, 工程师, 从事地球物理勘查工作。E-mail:361653715@qq.com

文章历史

收稿日期: 2019-04-20
修订日期: 2020-03-10
内蒙古昌图锡力地区重磁场特征与深部找矿指示
马一行1,2, 吕志成1,2, 颜廷杰1,2, 张世晖3, 赵金忠4, 何鹏5, 刘祖鉴6, 秦熠3    
1. 中国地质调查局发展研究中心, 北京 100037;
2. 自然资源部矿产勘查技术指导中心, 北京 100083;
3. 中国地质大学(武汉), 湖北 武汉 430074;
4. 内蒙古自治区地质调查院, 内蒙古 呼和浩特 010020;
5. 中国地质调查局天津地质调查中心, 天津 300170;
6. 中国自然资源航空物探遥感中心, 北京 100083
摘要: 内蒙古昌图锡力地区位于大兴安岭成矿带南段西坡,成矿条件优越。前期研究发现,区内的银铅锌多金属矿产与中生代火山机构和中酸性岩浆的侵入有关,由于覆盖较厚,勘查程度不高,只依靠地表地质工作难以确定火山机构分布和侵入岩体的空间位置,不利于区内实现深部找矿突破。通过对磁测数据进行构造分析,揭示其可能为火山机构的放射状构造特征,推测构造18条,通过开展1:20000重力测量,并对重力场进行剩余异常提取、功率谱分析等处理,发现1处可能为隐伏侵入岩体引起的局部低重力异常,经计算其场源近似深度约1002.5 m。研究结果指示了区内可能的隐伏火山机构分布和侵入岩体空间位置,为该地区下一步开展深部找矿和钻探验证工作提供了重要参考。
关键词: 昌图锡力    重磁场特征    火山机构    侵入岩体    深部找矿    
Characteristics of gravity and magnetic fields and deep prospecting implications in Changtuxili area, Inner Mongolia
MA Yixing1,2, Lü Zhicheng1,2, YAN Tingjie1,2, ZHANG Shihui3, ZHAO Jinzhong4, HE Peng5, LIU Zujian6, QIN Yi3    
1. Development and Research Center of China Geological Survey, Beijing 100037, China;
2. Technical Guidance Center for Mineral Resources, Ministry of Natural Resources, Beijing 100083, China;
3. China University of Geosciences, Wuhan 430074, Hubei, China;
4. Inner Mongolia Institute of Geological Survey, Hohhot 010020, Inner Mongolia, China;
5. Tianjin Center, China Geological Survey, Tianjin 300170, China;
6. China Aero Geophysical Survey and Remote Sensing Center for Natural and Resources, Beijing 100083, China
Abstract: The Changtuxili area in Inner Mongolia is located on the west slope of the southern section of the Da Hinggan Mountains metallogenic belt.Its metallogenic conditions are superior.It is found that the Ag-Pb-Zn polymetallic deposits in this area are related to the invasion of Mesozoic volcanic apparatus and intermediate acid magma.However, due to the thick coverage and low exploration level, it is difficult to determine the distribution of volcanic apparatus and the spatial location of intrusive rock mass only relying on the surface geological work, which is not conducive to the deep exploration breakthrough in the area.Through the fracture analysis of the magnetic survey data, the authors revealed the radial structure characteristics that may be volcanic apparatus, and inferred 18 structures.Through the 1:20000 gravity survey, residual anomaly extraction and power spectrum analysis of the gravity field, a low gravity anomaly that may be caused by the concealed intrusive rock mass was found, and the approximate depth of the field source was calculated to be about 1002.5 m.The results indicate the distribution of the potential hidden volcanic apparatus and the spatial location of the intrusive rock mass, which provides an important reference for the further exploration and drilling verification work in this area.
Key words: Changtuxili    characteristics of gravity and magnetic fields    volcanic apparatus    intrusive rock mass    deep prospecting    

内蒙古昌图锡力地区位于大兴安岭成矿带南段西坡的东乌旗草原覆盖区,中生代火山活动使该地区具备优越的成矿地质条件[1]。由于工作程度较低,2013年之前该地区多以煤炭等非金属资源的发现为主。近年来,中国地质调查局天津地质调查中心通过部署的地质调查项目,利用1:5万土壤测量等方法发现了昌图锡力银铅锌矿点,在此基础上,中国地质调查局发展研究中心、内蒙古地质调查院等单位利用激电、高精度磁测等物探方法圈定了一系列具有找矿潜力的物探异常,并结合地质和化探资料指导钻探工程,实现了昌图锡力地区浅部金属矿找矿突破,初步估算300 m以浅银铅锌矿石资源量可达中大型矿床规模[2-3]。目前的研究认为,昌图锡力银铅锌多金属矿是与火山机构和构造有关的岩浆热液型矿床,通过对矿床浅部地质特征、成矿构造和与矿体直接相关的物化探异常等的研究,已经阐明了浅部银铅锌矿体的赋存规律,但对矿床的成矿中心和深部找矿方向认识不足。该类矿床的成矿中心与隐伏火山机构和侵入岩体的空间位置密切相关,对区内下一步深部找矿工作意义重大。本次通过对高精度磁测数据开展构造分析,推测了多条构造,揭示了可能为火山机构的放射状构造特征,利用重磁对比研究方法,初步判断了隐伏火山机构和侵入岩体的可能位置。研究成果为下一步区内深部找矿提供了重要的参考。

1 研究区地质背景

按全国资源潜力评价对区域构造划分,研究区大地构造位于滨太平洋构造域大兴安岭中生代火山-岩浆岩带的中南部,属于扎兰屯-多宝山岛弧,主要位于二连-贺根山蛇绿混杂岩带以北[4]。区域上中生代火山活动强烈,分布有大面积的火山岩及其浅成脉岩,火山构造及火山机构发育,具有良好的成矿地质背景。周围主要有铁铜铅锌多金属矿、珍珠岩、松脂岩、沸石、硅藻土、煤等矿种[5-6]。火山活动后发育稳定的沉积,形成乌拉盖盆地、贺斯格乌拉盆地等。

研究区出露地层(图 1)主要为第四系全新统湖冲洪积层,上新统宝格达乌拉组泥岩、含砾砂岩等,下白垩统白音高老组流纹岩、流纹质熔结凝灰岩等,以及上侏罗统玛尼吐组安山岩、玄武安山岩、安山质火山角砾岩等[1-2, 7-10],已知的含矿层位是下白垩统白音高老组。

图 1 昌图锡力地区地质图[2-3] Fig.1 Geological map of the Changtuxili area 1—全新统冲积层;2—全新统冲洪积层;3—全新统湖积层;4—上新统宝格达乌拉组;5—下白垩统白音高老组;6—上侏罗统玛尼吐组;7—流纹岩脉;8—安山玢岩脉;9—地质界线;10—断层;11—火山口;12—火山断层;13—矿化带及编号

构造对区内浅部矿体有明显的控制作用,本区主要构造线方向有NE向、NW向和近SN向,其中NE向构造为区域性构造,NW向和SN向构造为次级构造。从如花敖包特银铅锌矿等矿床的特点看,次级构造含矿性较好,区域构造也有含矿可能性。目前已知的断裂除少数露头可见外,其余多依据地球物理特征推测而得。

1:5万土壤测量结果显示昌图锡力地区存在明显的Mn、Ag、Pb、Zn多金属组合异常。近年来根据化探异常的范围,中国地质调查局发展研究中心布置了大比例尺激电中梯测量和激电测深工作,发现了6处激电异常(图 2),有效缩小了化探异常找矿范围,对300 m以浅激电异常进行钻探验证见矿,其中部分钻孔见矿厚度超过50 m。目前见矿孔主要集中在2条NW向含矿构造带内,据中国地质调查局天津地质调查中心初步估算,昌图锡力银铅锌矿浅部资源量:银矿资源量达到准大型矿床规模,铅、锌矿资源量达中大型矿床规模[1-2]

图 2 昌图锡力地区视极化率平面图[3] Fig.2 Apparent polarizability of the Changtuxili area 1—视极化率等值线;2—激电异常及编号;3—已验证的含矿构造

尽管昌图锡力银铅锌矿床目前已具有一定规模,但笔者认为其深部找矿潜力应该更大,只是目前区内已施工钻孔最大深度为500 m,且仅1孔,其余钻孔深度均小于350 m,地质上难以取得对区内隐伏侵入岩体和深部矿体赋存位置的认识。因此,需要通过对区内的重磁场特征进行分析,初步预测侵入岩体的位置,为下一步研究提供参考。

2 岩(矿)石物性特征

昌图锡力地区覆盖严重,地表可采集的样品有限。2016年黑龙江省地质调查研究总院齐齐哈尔院测量了部分槽探样品和钻孔岩心样品的磁性、电性和密度参数,2018年中国地质调查局发展研究中心选取了部分钻孔岩心测量了极化率、密度参数,累计样品200余块[2-3]。本次工作对收集到的物性测试成果进行了系统整理。从物性统计看(表 1),极化率方面,富锰氧化矿、原生银铅锌矿石、矿化硅化岩石极化率明显高于其他围岩,根据这一特征,区内完成了激电扫面及测深工作,经钻探证实,激电异常可以有效识别浅部矿体[3];电阻率方面,原生银铅锌矿体电阻率最小,矿化硅化岩石、角砾凝灰岩次之,氧化矿石、流纹质及安山质火山岩表现为中阻特征,区别不大,构造角砾岩、蚀变英安岩表现为中高阻特征,菱锰矿电阻率远远高于其他岩石,达5586.9(Ω·m);密度方面,各岩石的密度均不高,除矿石外,火山岩的密度稍高于火山碎屑岩的密度;磁性方面,主要收集了各岩石的磁化率数据、剩磁数据较少,玛尼吐组的火山角砾岩和安山岩类磁性较强,白音高老组流纹斑岩等具有中等磁性,其他岩石磁性较弱,整体而言,区内岩石磁性特征较明显,强磁性主要是中性火山岩和部分火山角砾岩。

表 1 岩(矿)石物性参数 Table 1 Statistical results of rocks(ores)physical parameters
3 工作方法与数据来源

如前所述,昌图锡力银铅锌矿床的浅部矿体已通过化探异常叠加激电异常的方法经钻探发现。本次工作主要寻找隐伏火山机构和侵入岩体的空间位置,为后续研究与成矿地质体关系更密切的深部矿体的赋存位置提供依据。因此,首先对区内的地磁数据进行处理,1:1万地磁数据收集自内蒙古地质调查院;随后以地磁异常特征为依据,针对隐伏火山机构和侵入岩体可能的位置布设1:2万重力测量,重力工作由中国地质调查局发展研究中心和中国地质大学(武汉)共同完成。

4 高磁异常特征及解译

在火山岩区,对火山构造的调查研究尤为重要。浅部矿体和深部成矿地质体与火山构造密切相关,已查明的与火山作用有关的矿床常分布于火山环形断裂与放射状断裂的交会部位,该位置有利于矿液的运移及沉淀富集,而火山机构中心位置往往存在隐伏火山口,对寻找深部侵入岩体有直接指示作用。本次利用高精度磁测判断火山构造的分布,该方法是地球物理勘探中最常用的方法之一[10-15]

2017年内蒙古地质调查院在昌图锡力地区96 km2范围内开展了1:1万高精度磁测工作,为消除斜磁化影响,本次对高精度磁测数据进行了化极处理。通过高精度磁测△T化极异常图可知(图 3),全区磁异常为-900~2100 nT,其中研究区西北部和南部主要表现为高磁异常特征,东部表现为低磁异常特征。从物性看,研究区火山岩和火山碎屑岩具有较强的磁性,可能是引起高磁异常的原因。区内磁场分布的差异,指示火山岩分布的不均一性和玛尼吐组中性火山岩与白音高老组酸性火山岩不同的磁性强度。全区条带状低磁异常与高磁异常之间的梯度带可能是隐伏构造的反映,通过对磁测数据进行求导、梯度模、倾斜角等边界识别处理,结合区域地质和地球物理资料,共推测构造18条,其中NNE向构造6条,NE向构造5条,NNW向构造2条,NW向构造5条,构造呈放射状分布于研究区中部的环状负磁异常周围,具有典型的火山机构放射状构造特征。由此进一步推测,环形负磁异常可能是隐伏火山机构,局部中等磁异常是火山口喷出的磁性物质堆积所致。之前完成的激电工作,也较好地识别出了部分NW向构造。西部的NW向激电异常,经钻探验证为含矿构造(图 2),从另一个角度说明了磁异常推测构造的可靠性。

图 3 昌图锡力地区△T化极磁异常平面图 Fig.3 Magnetic anomaly of the Changtuxili area 1—推测断裂;2—推测隐伏火山口位置;3—重力测量范围
5 重力异常特征及解译

1:20万重力资料显示昌图锡力地区位于北东向条带状高重力异常内,与大兴安岭地区的NE向构造有密切关系,也说明研究区的重力场特征整体受到区域NE向构造的影响[11-12]。本次1:2万重力工作以磁异常推断的隐伏火山机构为中心向周围开展测量(图 3黑框),点距80 m,中心区域加密至点距40 m,累计完成面积16.4 km2

从布格重力异常图看(图 4),研究区从西到东整体表现为由低重力异常向高重力异常变化,布格重力异常值为-4.5~4 mGal,明显不同的重力异常特征指示区内东、西两侧的不同地质结构,结合物性特征,玛尼吐组安山质岩石密度高于白音高老组流纹质岩石,说明东部玛尼吐组可能比西部更厚或埋深更浅,可能与基底的隆起、火山口的倾斜方向或地层产状变化有关。工作区中部存在明显的局部低重力异常(蓝色虚线),对应磁异常推测隐伏火山机构的中心位置(黑色虚线)。从物性特征看,地层密度的变化难以形成局部低重力异常。

图 4 昌图锡力地区布格重力异常 Fig.4 Bouguer gravity anomaly of the Changtuxili area 1—布格重力异常等值线(mGal);2—推测隐伏火山口位置;3—局部低重力异常范围

为更好地分析重力异常特征,利用滤波等方法对布格重力异常进行位场分离,去掉区域场的影响,突出局部场特征。从研究区1:2万剩余重力异常图(图 5)看,区内西部明显的NW向条带状低重力异常,与高精度磁测异常推断的NW向构造一致,东、西两侧局部高重力异常的分布与布格重力异常略有差别,两侧均具有高重力异常的特征,可见布格重力异常的EW向差异主要受区域场影响,可能与基底隆起有关,与高密度地层厚度的关系不大。布格重力异常上的局部低重力异常,在剩余重力异常上反映更明显,局部低重力异常更加突出,同时发现该异常亦是NE向重力低值带的局部低重力异常中心,结合1:20万重力场特征,说明研究区的确受到区域性NE向构造的影响。因此,对于引起该局部低重力异常的原因,结合岩浆热液型矿床特点和区域地质特征,初步做出以下推测。

图 5 昌图锡力地区剩余重力异常 Fig.5 Residual gravity anomaly of the Changtuxili area 1—剩余重力异常等值线(mGal);2—推测隐伏火山口位置;3—局部低重力异常范围

(1) 与构造有关

构造一般会改变地层的水平分布,造成同一深度界面上密度的变化,引起重力场的变化。基于构造对重力场的影响,推测该局部低重力异常与构造的关系表现在两方面:一是区域性NE向构造局部薄弱区的反映,从剩余重力异常图看(图 5),研究区东、西两侧的高重力异常被条带状NE向重力低值带分割,重力低值带可能是规模较大的区域性NE向构造引起,与1:20万重力资料显示的区域内NE向重力场特征相似,NE向构造深部可能存在局部薄弱区,其破碎程度较大,破碎带内物质密度较低,故引起了该局部低重力异常;二是区内NE向和NW向构造交汇部位的反映,磁异常推测的构造结果表明(图 3),区内存在NE向和NW向2组构造,若2组构造交汇,在交汇部位破碎程度大,物质质量亏损,会引起局部低重力异常。从地质的角度看,构造交汇部位往往是深部热液富集成矿的有利区域,说明该区域有较好的找矿潜力。

(2) 与隐伏火山口有关

上文中利用磁异常判断了隐伏火山机构的位置,该局部低重力异常在隐伏火山机构的中心位置,由此推测,局部低重力异常可能是隐伏火山口顶部堆积密度较轻的火山沉积物质量亏损引起的,这与该范围内局部中等磁异常的特征有一定对应关系,但含磁性火山沉积物是否一定会引起局部低重力异常,需视其规模而定。由于覆盖区内地质资料较少,且尚未在该范围内发现与火山口直接相关的火山集块岩,所以该原因目前只是基于地球物理方法的推测。

(3) 与侵入岩体有关

目前区内的钻探工程尚未发现侵入岩体,从附近花敖包特银铅锌矿床已发现的侵入岩体[16]看,昌图锡力地区的侵入岩体可能为中酸性岩体。通常情况下,中酸性岩体的磁性不强,因侵入作用造成质量亏损会在地表形成低布格重力异常。从区内布格重力异常特征看(图 4),局部低重力异常两侧均为中高重力异常,说明引起局部低重力异常的地质体与周围地层岩性可能有一定的物性差异,该范围内磁异常强度不大,可见与强磁性的火山岩和火山碎屑岩无关,因此对比重磁特征推测,该局部低重力异常可能由侵入岩体引起。此外区内钻孔样品金属元素组合的变化也为预测侵入岩体的位置提供了依据。从昌图锡力地区施工钻孔主要金属元素组合分布特征看(图 6),300 m以浅的30余个钻孔所含金属元素具有一定的分带性,即从西向东依次呈现Ag-Pb、Mn-Ag-Pb-Zn、Mn-Zn,接近局部低重力异常的钻孔出现了Mo-Pb-Zn和Cu-Pb-Zn的元素组合。这一低温元素到高温元素的演化趋势,指示了成矿热液的大概位置和迁移规律,说明与成矿有关的岩体可能存在于矿区中东部,这与局部低重力异常所在的位置相近,也从侧面支持了局部低重力异常可能为侵入岩体引起的推测。

图 6 昌图锡力地区施工钻孔主要金属元素组合分布图 Fig.6 Combined distribution of main metal elements in construction drilling of the Changtuxili area 1—视极化率等值线;2—钻孔及编号;3—推测隐伏火山口位置

对比引起局部低重力异常的3个原因,结合磁异常推测的构造分布及前期对NW向含矿构造取得的认识[1-3],笔者认为,该局部低重力异常是中酸性侵入岩体引起的可能性较大。

此外,本次利用小波多尺度分解和功率谱分析的方法[17],计算出引起该局部低重力异常的场源近似深度约为1002.5 m。在地质资料严重不足的情况下,该成果为判断区内成矿地质体空间位置及深部找矿有利部位提供了一定参考,为下一步施工深部钻探工程提供了地球物理依据。

6 结论

(1) 通过对磁测数据数据处理和构造分析,在区内推测构造18条,构造呈放射状分布于测区环状负磁异常周围,具有典型的火山机构放射状构造特征,推测出隐伏火山机构的位置,为后续工作提供了一定的依据。

(2) 利用1:2万重力测量,在磁异常推测的隐伏火山机构范围内发现了1处局部低重力异常,给出了3种可能引起局部低重力异常的原因,初步判断其为侵入岩体引起的可能性较大,并计算出其场源近似深度约1002.5 m,为下一步区内开展深部找矿工作和钻探工程提供了重要的参考。

致谢: 本次工作得到自然资源部矿产勘查技术指导中心刘士毅、程志中、庞振山教授级高工的悉心指导和帮助,在此表示感谢。

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