内蒙古准苏吉花斑岩型钼矿及外围反射地震探测
徐明才, 周建勇, 柴铭涛, 高景华, 刘建勋, 张保卫
中国地质科学院 地球物理地球化学勘查研究所,河北 廊坊 065000

作者简介: 徐明才(1955-),男,1991年毕业于中国地质大学(北京),获硕士学位,教授级高级工程师,主要从事复杂条件下地震方法技术研究和开发工作。

摘要

内蒙古准苏吉花斑岩型钼矿床是一个中型金属矿床,目前勘查区内还没有较深的钻孔资料。为探测深部隐伏金属矿和控矿构造及深部地质结构,在内蒙古准苏吉花钼矿区及其外围开展了高精度反射地震测量。该反射地震采用2台套大功率可控震源激发,5 m道间距,960道接收,80次覆盖的工作方法,获得了能清晰反映深部地质结构和构造的高精度反射地震剖面。在该剖面上,能够清楚地解释测区导矿和控矿构造及隐伏岩体分布及燕山期与华力西期岩体的交切关系,并据此讨论了地壳深部流体运移的路径和动力过程,为在该区寻找深部隐伏金属矿指明了新的找矿靶区。

关键词: 准苏吉花矿; 地震勘探; 导矿构造; 隐伏岩体; 找矿靶区
中图分类号:P631.4 文献标志码:A 文章编号:1000-8918(2016)04-0639-9 doi: 10.11720/wtyht.2016.4.01
Seismic reflection detection in the Zhunsujihua porphyry molybdenum ore district and its periphery,Inner Mongolia
XU Ming-Cai, ZHOU Jian-Yong, CHAI Ming-Tao, GAO Jing-Hua, LIU Jian-Xun, ZHANG Bao-Wei
Institute of Geophysical and Geochemical Exploration,CAGS,Langfang 065000,China
Abstract

The Zhunsujihua porphyry molybdenum deposit of Inner Mongolia is a medium sized metal deposits.Currently there is no deep drill hole data within the exploration area.In this study,high-precision seismic reflection measurement was conducted for detecting the deep metal deposits,ore-controlling structure and deep geological structure in the molybdenum ore district and its periphery.The reflection seismic method of 2 sets of high power vibrator for stimulation,5 m group interval,960 receiving and 80 folds were used,and high-precision seismic reflection profiles which can reflect clearly deep geological structure was obtained.Ore-passage structure and ore-controlling structure,concealed rock mass distribution as well as cross-cutting relationships of rock masses of Variscan and Yanshan period can be clearly explained on the section.The deep crustal fluid migration paths and dynamic process are discussed.The prospecting target zone is delineated in search for concealed metal ore deposits in the area.

Keyword: Zhunsujihua molybdenum deposit; seismic exploration; ore-passage structure; concealed rock body; prospecting target

传统的金属矿勘查方法主要有重、磁、电等方法, 这些方法勘探深度较浅, 当探测目标深度较大时(如大于500 m ), 由目标体产生的异常强度急剧下降, 且分辨率较低[1, 2, 3], 难于适应深部矿产勘查的需求。随着地表矿越来越难发现, 增加勘探深度、发现深部隐伏金属矿成为未来矿产资源勘查的必然趋势, 具有大深度、高精度、高分辨率的地震勘探技术逐步成为深部矿产资源勘探最有前景的技术。大量勘探事例表明, 利用地震勘探技术能够直接或间接寻找深部隐伏金属矿[4, 5, 6]

大多金属矿床的形成与深部构造和隐伏岩体有关。根据“ 成藏系统” 的成功经验, 认为流体的来源、运移、沉淀是成矿作用的3个最重要环节[7], 构造则是控制流体的主要因素。当测区岩石露头较多, 可以根据地表地质研究测区地质构造, 发现和寻找有关的金属矿床; 在测区岩石露头较少, 覆盖层较厚的情况下, 采用常用的探测技术往往不能有效地了解测区隐伏岩体和控矿构造的深部特征, 特别是不能详细刻画深部导矿和控矿构造的特征, 严重影响了对流体来源、运移、沉淀等因素的分析。利用高精度地震探测技术, 能够对深部导矿和控矿构造进行探测, 对成矿作用的重要环节进行推断解释。

由于金属矿地震波场的复杂性, 金属矿地震面临很多难题[8]。为深入研究金属矿区不同地质体的地震波场特征, 进行反射地震技术探测金属矿体和控矿构造的有效性试验, 最近, 在内蒙古苏尼特左旗以北的准苏吉花斑岩型钼矿区及其外围地区开展了高精度反射地震调查。文中论述了在内蒙古准苏吉花铜钼矿区及其外围的地震探测结果, 并对其找矿远景区进行了分析。

1 测区概况及地质背景

测区区域范围地处二连浩特— 苏尼特左旗以北的达来庙— 乌日尼图地区, 构造位置属西伯利亚板块东南大陆边缘早古生代陆缘增生带, 位于二连— 贺根山断裂带的北侧(图1)。

测区位于南戈壁— 东乌旗铜多金属成矿带上, 该成矿带位于中蒙边境东段, 呈北东东— 北东向展布, 其大地构造位置属古生代蒙古弧形构造带的东段[10], 即西伯利亚板块东南缘古生代陆缘增生带及二连— 贺根山断裂带北缘, 南部即为华北板块北部大陆边缘(图1)。在该成矿带西段蒙古国南戈壁地区, 曾探明了察干苏布尔加大型斑岩型铜钼矿床[11], 近年来又发现了欧玉陶勒盖大型斑岩型铜金矿床[12]。但在成矿带东段中国境内的二连— 东乌旗一带, 虽发现了一些中小型金属矿床[13], 但至今尚未发现具有重大经济价值的大型金属矿床。分析原因可能与地表岩石露头较少、大多地表被草原覆盖、基础地质工作及矿产勘查程度较低等因素有关。

图1 南戈壁— 东乌旗成矿带区域构造略图(据邵济安, 1991及李述清等, 1998编制)

测区内构造比较发育, 褶皱和断裂均以北东向构造为主, 大致呈NE60° 方向展布, 并分布有北西向的断裂构造, 这些褶皱和断裂构成了区内地质构造的基本格局(图2), 其中NE向构造控制着地层和岩体的展布方向, NW向构造为区内主要控矿构造。

F1断层属于区域性断裂, 断层展布方向为245° ~65° , 初步判断该断层面倾向NW, NW盘为上升盘。

F2断层展布方向为300° ~120° , 区内长度约4 km, 断层面产状不清。通过对构造点的调查, 判断该断层属于张扭性, 断层产状不详。

测区内, 自古生界奥陶系、泥盆系、石炭— 二叠系, 中生界侏罗系、白垩系至新生界第三系、第四系地层均有分布, 其中以第三系、第四系的地层出露最为广泛[9]

测区内岩浆岩种类繁多, 且大部分岩浆岩体呈NE60° 方向分布, 显示出岩浆的侵入与构造活动有关, 构造对岩浆活动具控制作用, 为岩浆活动提供了有利的空间, 根据形成时代不同, 分属华力西期和燕山期。岩石类型主要为酸性花岗岩和花岗闪长岩, 各侵入体形成NE向和近EW向岩浆带, 其中以华力西期岩浆活动最为强烈, 燕山期主要为火山喷发。

内生矿产与岩浆活动有着密切的关系。根据资料分析, 区域内呈60° 方向分布的岩浆岩体、断裂, 以及NW向、近NS向的断裂和次一级的裂隙是主要的导矿、储矿构造。准苏吉花铜钼矿区铜钼矿体主要赋存于石英脉群中。

测区内侵入岩比较发育, 总体呈NE向展布, 时代上主要以二叠纪和侏罗纪为主。测区内火山岩出露面积达900 km2

2 数据采集及处理

为研究测区深部地质构造和有利的控矿因素, 开展了高精度反射地震方法技术试验研究, 所实施的地震剖面如图2所示。

为选取剖面采集参数, 在数据采集前, 进行了一系列试验, 内容包括:干扰波调查、可控震源激发因素试验、接收因素试验、仪器录制因素试验等。根据试验结果和深部高精度地震勘探的要求, 选用以下地震数据采集方法:道间距5 m, 偏移距2.5 m, 炮间距30 m, 960道采集, 非对称排列中间激发观测系统(1997.5-2.5-5-2.5-2997.5), 覆盖次数80, 两台套AVI-IV型可控震源组合激发, 扫描频率10~130 Hz, 扫描长度12 s, 垂直叠加4次; 每道6个10 Hz纵波检波器点组合接收, Sercel 428XL有线遥测数字地震仪器采集, 记录长度4 s, 采样间隔0.5 ms。采用该工作方法得到的共炮集记录如图3a所示。可以看出, 在金属矿区, 获得的地震记录信噪比较低, 地震记录上干扰波较强, 有效反射波被淹没在噪声中。

图2 测区地质构造简图

图3 去噪前(左)后(右)的炮集记录

在数据采集完成后, 对采集到的地震数据在SUN BLADE2500工作站上进行了处理, 使用Focus 5.4和Geodepth地震数据处理系统。由于在岩浆岩和变质岩地区获得的地震记录信噪比较低, 本次地震数据处理在借鉴以往处理金属矿地震资料经验的基础上, 主要进行了去噪、静校正、精细速度分析和偏移等处理。图3b给出了对图3a所示的地震记录去噪处理后的结果, 由此看出经去噪处理后, 地震记录的信噪比得到了显著提高。

在该区获得的金属矿地震记录上, 初至折射波一直稳定存在, 采用折射波静校正取得了较好的处理效果。折射波静校正采用了循环迭代求取静校正量的方法, 即首先采用逐炮手动拾取初至的方法, 计算出静校正量后, 把静校正量应用到单炮记录上; 在此基础上, 重新拾取初至, 提高初至拾取精度。多次循环后, 静校正问题得到解决。图4为折射波静校正(图4a)与高程静校正(图4b)后的叠加结果对比, 可以看出, 折射波静校正剖面上波的连续性优于高程静校正剖面。

图4 折射波静校正(a)与高程静校正剖面(b)

图5 叠加剖面(a)和叠后偏移(b)及叠前时间偏移剖面(c)

在金属矿区, 地质构造十分复杂, 为使这些复杂的构造进行归位, 偏移处理必不可少。偏移可在叠后做, 也可在叠前做, 通常情况下, 在速度模型较接近于真实地层速度的前提下, 叠前偏移往往能取得好的偏移效果。由叠加剖面(图5a)、叠后偏移(图5b)和叠前时间偏移剖面(图5c)简单对比后可知:叠前时间偏移剖面对陡倾角地层反映更敏感。

图6 数据处理流程

图6列出了处理该地震资料的流程。由此看出, 在对该金属矿地震资料处理中, 重点进行了去噪、静校正、反褶积、精细速度分析和偏移等处理。

3 地震剖面分析解释
3.1 矿区岩矿石物性

为更好地开展金属矿地震方法技术研究, 在矿区分别采集了花岗闪长岩(岩体)、变质粉砂岩(围岩)、闪长岩(脉)、矿化花岗闪长岩和铜钼矿石等主要岩矿石的岩样, 开展了密度和速度参数测试。在矿区外围由于没有钻井岩心且地表大多为第四系覆盖, 因此未采集到岩心标本。表1列出了对上述这几种岩矿石的密度和速度测试结果。由此看出, 变质粉砂岩等岩心标本的速度随着密度的增加而增加, 而铜钼矿石的速度不随密度的增加而增加。

表1 测区岩矿石弹性参数

根据岩矿石密度、速度测试结果, 计算出地震波垂直入射条件下的反射系数列于表2, 计算公式:

R=Z2-Z1Z2+Z1,  Z=ρ·v

表2 纵波反射系数

M. H. Salisbury[14]等人对来自加拿大Sudbury等6个矿区岩矿石标本, 在实验室对其速度和密度进行了测量, 结合反射地震试验结果, 认为0.06的反射系数足以引起具有一定强度的反射波。从表2所示的纵波反射系数能够看出:铜钼矿石与表中所列其他岩石之间的界面反射系数均大于等于 0.06, 因此, 铜钼矿(矿化花岗闪长岩岩)体(脉)能够产生一定强度的反射波; 除此之外, 花岗闪长岩与闪长岩(脉)之间的反射系数为0.06, 也具有产生一定强度反射信号的前提。但花岗闪长岩岩体与变质粉砂岩围岩之间的反射系数只有0.04, 该界面产生的反射信号较弱, 这种弱反射信号的幅度往往低于背景噪声, 难以被提取出来。

铜钼矿体(脉)虽能够产生一定强度的反射信号, 若该矿脉厚度较薄, 为满足中深层要求的中低频反射地震勘探难以分辨单层矿体的存在, 但有可能探测到相距较近的多个薄层矿体产生的复合反射波。

3.2 反射地震剖面

经处理和解释的L1、L2线反射地震剖面如图7、图8所示, 两条剖面长度分别为29 km和5.3 km, 在两剖面上, 标出了L1、L2线相交点的位置。在两剖面相交处, 主要反射波组闭合较好。图7和图8所示地震剖面上反映的地震波组特征十分丰富, 反映的深部地质结构和构造十分复杂。由于L1地震剖面垂直于测区地质构造走向布置, 所获得地震剖面上反映的反射波组产状较陡; 而L2地震剖面平行于测区构造走向, 在图8所示剖面上反映的地层产状总体较缓。

图7 L1线反射地震剖面

图8 L2线反射地震剖面

3.2.1 L1地震剖面上的反射特征

在图7所示剖面两侧, 分布有两个弱反射区, 代表了两个较为年轻完整的块状岩体, 初步推断解释为燕山期岩体。在剖面上部中间部分, 也有一块能量弱的区块, 依据地表地质的岩性分布, 解释为花岗闪长岩(岩体)和变质粉砂岩。由于花岗闪长岩与变质粉砂岩之间的反射系数较小, 不足以产生可识别的反射波。在剖面上CDP5 800~4 700之间的浅部, 由于地表为第四系覆盖, 根据其震相特征, 在第四系覆盖层下推断解释为含矿的花岗闪长岩岩体。

在剖面SE一侧0.75 s以上, 分布有多组近平行的反射波组, 因地表覆盖有第四系地层, 这里推断为奥陶系地层。在剖面NW一侧1.0 s以上, 分布有多组近平行、且倾角较陡的反射波组, 由于表层为第四系覆盖, 推断为石炭— 奥陶系地层。

3.2.2 L2地震剖面浅部特征分析

在图8所示的L2线地震剖面上, 除剖面NE一侧1.0~1.5 s之间的一组倾斜反射波以外, 其余反射波组均呈水平产状分布。NE一侧的倾斜反射波可能为剖面外陡倾斜岩体界面产生的侧反射, 在二维地震剖面上, 难以对该侧反射进行归位。根据该地震剖面上反射波组的特征, 解释了一组张性断层, 其中:浅部两条断层倾向NE, 向下错断较深、断距较大的一条断层倾向SW, 倾向NE的两条断层分别在约3 km和5 km处与倾向SW的断层相交。图2地质构造图上的断层F2大概位于L2地震剖面上CDP1 200处, 该断层使位于0.6 s处的一组弱反射波(推断为变质粉砂岩的底界)发生错断。根据L2地震剖面上的断层特征, 能够得出F2断层在浅部倾向NE, 在深部倾向SW, 为正断层, 且在浅部断层断距较小, 在深部断层断距较大。

在该剖面浅部, 还分布有一些振幅较弱, 但相干性较好的倾斜反射波, 如图9a所示。与图9b所示地质剖面对比后发现, 该倾斜反射波为倾斜矿体或石英岩脉产生的复合反射波, 受分辨率的限制, 难以根据地震剖面分辨单一矿体或石英岩脉产生的反射波。根据图9b所示地震剖面上倾斜矿体或石英岩脉产生倾斜反射波的分布特征, 能够推测在地质剖面上ZK22以外(NE一侧), 具有较好的找矿远景。变质粉砂岩与花岗闪长岩之间界面的波阻抗差异较小, 在该地震剖面上该界面产生的反射波振幅较弱, 难以被识别。

图9 图8中蓝框部分地震剖面(a)和对应的地质剖面(b)

3.2.3 深部构造特征分析

图7所示地震剖面上反映的深部岩体和断裂构造特征十分清楚。根据地震剖面上反映的震相特征, 测区深部构造可大体分为两大块, 一块为弱反射震相透明区, 分布在剖面两侧, 推断为燕山期岩体; 另一块为反射震相特征相对比较明显, 且具有一定的方向性, 推断为华力西期岩体。向NW倾斜的反射波被断层和深部岩体错断, 表明向NW方向倾斜反射波组反映的地质体年代早于形成断裂和深部隐伏岩体的年代, 这里把向NW方向倾斜的地质体解释为华力西期岩体, 而切割该岩体的断层和深部隐伏岩体应为燕山期构造运动形成的。

在该地震剖面上, 华力西期岩体内多组近平行、连续性稍差且倾向NW的反射波组特征十分明显, 具有一定的方向性, 分布广泛。形成该倾斜反射波组的一种解释为在燕山造山运动期间, 由于深部热液岩浆影响, 使华力西期岩体变质出现内部不均匀, 形成大量具有一定方向性的变质岩残留体, 这些残留体形成的反射波组具有一定的方向性。

在剖面NW一侧, 分布有一个断层特征十分明显的区域断层F1和F1-1。断层F1倾角较陡, 向下延伸到燕山期岩体内, 该断层为地壳深部流体向上运移的主要通道, 并在流体运移过程中发生交代和耦合作用, 从而使华力西岩体内部具有地震反射性; 该断层错断深度达十余公里, 为深部区域断层。断层F1-1倾角较缓, 两断层均倾向NW, 具有推覆逆冲性质, 至少反映为早于燕山期的构造事件; 在剖面中间, 解释了一条断层F3, 该断层向下延伸到燕山期岩体内, 向上至花岗闪长岩体内, 具有推覆逆冲性质, 推断与断层F1属于同期次深部断层, F1和F3深部断层成为地壳深部热液岩浆向上运移的主要通道。

3.3 成矿背景或找矿方向探讨

从测区地表地质看出, 在晚石炭系沉积之后, 测区至少有两期岩浆侵入事件, 分别为华力西晚期和燕山早期。根据地震波组特征分析, 地震剖面上不同期次的逆冲推覆构造为华力西期和燕山期岩浆侵入提供了热液上升的通道。

通常情况下, 热液金属矿床的形成受深部热液岩浆的来源、运移、沉淀等环节的制约[7]。根据高精度反射地震剖面探测结果, 结合成矿构造理论和测区地质成矿规律推测:地震剖面揭示的逆冲推覆构造为热液成矿的重要导矿构造, 即含有矿物有用组分的深部热液岩浆沿逆冲推覆断裂通道向上运移到断裂裂隙构造破碎带内或岩体边界上, 热液岩浆与围岩相互作用, 促使有用组分富集和沉淀, 在热液岩浆与围岩之间的接触带上形成热液金属矿床。由此推测地震剖面揭示的逆冲推覆构造为最重要的导矿构造和控矿构造带; 在构造应力场的作用下, 深部热液矿化流体沿着这些深部逆冲推覆构造向上运移到上地壳的断裂破碎带或变质粉砂岩裂隙带中, 在NW向的张性构造带与NE向隐伏构造的交汇处聚集成矿, 因此NW向与NE向断裂的交汇处, 应为储矿带或找矿靶区。

4 结论

在内蒙古草原地区, 因地表为草原覆盖, 且各构造单元之间的边界被后期反复的地壳运动改造所复杂化, 使得常规地质调查的有效性受到极大的挑战, 单靠地质调查或非震物探勘查无法满足对深部精细结构和构造勘探的需求, 高精度反射地震方法将成为在这些地区深层空间找矿勘探取得突破的一种重要手段。通过对准苏吉化钼矿区及其外围地区高精度反射地震的研究得到以下几点认识:

1)测区内花岗闪长岩和变质粉砂岩等岩石的速度随着密度的增加而增加, 但热液金属矿体的速度却不随密度的增加而增加。

2)花岗闪长岩岩体与变质粉砂岩围岩之间的反射系数只有0.04, 该界面产生的反射信号弱于背景噪声难以被识别, 而矿体与相邻介质之间的反射系数大于等于0.06, 这些波阻抗界面将产生具有一定强度的反射信号。

3)为获得高质量的金属矿地震剖面, 在数据采集中, 需采用小道间距、长排列、高覆盖次数、强震源能量激发的工作方法; 在数据处理中, 需针对不同的干扰, 采用有效的去噪处理技术, 在大幅提高地震记录信噪比的基础上, 通过反褶积和偏移处理提高地震记录的分辨率。

4)在内蒙古准苏吉化钼矿区及其外围地区, 利用高精度反射地震准确地探测到了深部岩体、控矿构造及深部地质结构的分布, 据此地震探测结果讨论了地壳深部流体运移的路径和过程, 精确地确定了准苏吉花矿区及其外围的控矿构造框架, 为在该区寻找深部隐伏金属矿指出了找矿靶区。

在厚覆盖区或草原覆盖区, 反射地震剖面较好地揭示了金属矿区的深部精细结构和构造, 为利用反射地震方法研究覆盖区深部精细地质结构和控矿构造, 进而为寻找深部找矿靶区提供了有力工具。建议在类似地区推广和使用高分辨率反射地震勘探法方法。

The authors have declared that no competing interests exist.

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