矿区位于芦草滩背斜的北翼, 该背斜核部地层为中泥盆统三个井组下段, 两翼由中泥盆统三个井组上段组成。矿区出露地层为中泥盆统三个井组上段, 总体走向100° ~120° , 倾角在60° ~65° 左右, 为一个向北倾斜的单斜构造, 沿走向略具波状弯曲; 另外在沟谷中尚有少量的第四系全新统冲洪积物分布。

中泥盆统三个井组上段(Dsg²)在测区内大面积出露, 被华力西中期花岗岩吞蚀和破坏, 未见顶底。测区内岩性为灰绿色板状绢云千枚岩、斑点板岩、灰色砂质泥硅质板岩、灰色千枚状板岩夹变中细粒长石石英砂岩、砾岩和不稳定的英安岩及硅质岩、白色大理岩透镜体。

第四系冲洪积砂砾石层(Qh^apl)在区内分布广泛, 主要由洪积、冲积作用等形成的砂砾石层、砂土、黏土和半胶结砂砾岩等组成(图1)。

图1

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	图1 芦草滩一带地质概况 1— 全新世洪积砂砾岩层; 2— 砾岩/砂岩; 3— 泥盆纪三个井组; 4— 粉砂岩/千枚岩; 5— 华力西中期二长花岗岩; 6— 华力西中期石英闪长岩; 7— 石英脉/细晶岩脉; 8— 闪长玢岩脉; 9— 地质界线; 10— 地层产状; 11— 探矿权范围; 12— 钻孔及编号

矿区断层较发育, 按走向的不同大致可分为两组:一组为NWW— SEE向的走向断层; 一组为NE— SW向的横断层, 横断层常破坏先期形成的矿体, 为成矿后期形成。矿区铁矿化主要受NW— SE向断裂控制, 铁矿(化)体主要产于断裂带内的板岩、千枚岩、硅质岩中。

1.2.1 NWW— SEE向断裂

NWW— SEE向断裂为矿区主要含矿控矿构造, 特别是矿区中部NWW— SEE断裂, 大多数铁矿体均产于中部断裂带及与其平行的从属断裂带内, 断层破碎带长785~2 000 m, 宽10~50 m, 倾角地表较陡, 多在55° ~70° 之间, 深部断裂倾角变缓, 多在40° ~55° 间。这类断裂具有多期活动特征, 早期沿滑动面及张性裂隙带充填有闪长玢岩、辉绿玢岩、石英脉, 并发生热液蚀变和矿化, 发育褐铁矿化、硅化、方解石化、绿帘石化、绿泥石化、黄铁矿化、磁铁矿化等蚀变, 是主要的含矿断裂。晚期活动加剧, 使充填在断裂带内的岩石发生碎裂岩化、糜棱岩化, 形成碎裂岩、花岗质初糜棱岩。

1.2.2 NE— SW向断裂

NE— SW向断裂分布于矿区西侧, 断层破碎带长约570 m, 宽2~8 m, 走向230° , 倾向NW, 倾角约75~80° , 水平断距2~8 m, 主要表现为对前期构造、地层、矿体、岩体(脉)的切割破坏作用; 错断NW— SE向断裂对先期形成的矿体起破坏作用, 后期亦有少量的含矿热液沉淀在该断裂带内, 形成少量、小的磁铁矿(化)体。

矿区内岩浆活动强烈而频繁, 主要表现为华力西中期的海相火山喷发和中酸性岩浆侵入。

喷出岩见于中泥盆世三个井组中, 为海相火山喷发形成的灰绿色英安岩, 呈不稳定的透镜状夹于灰色砂质绢云母千枚岩中。

矿区内岩浆侵入活动强烈, 侵入岩约占全区面积的1/3, 呈岩枝、岩株状产出, 岩性以中、酸性为主, 脉岩亦发育, 时代为华力西中期。岩体除边部结构有些变细外, 无明显的岩相变化。

矿区磁铁矿的生成和华力西中期中酸性岩浆的高温热液活动有关, 磁铁矿体主要位于华力西中期石英闪长岩体与中泥盆世三个井组上段的接触带内, 矿体多赋存于NWW— SEE向断裂破碎带及其次级裂隙内, 另外个别矿化体位于石英闪长岩体内, 因此矿(化)体对层位没有明显的选择性, 主要受NWW— SEE向断裂破碎带及其次级裂隙内和华力西中期石英闪长岩体与地层的接触带双重因素控制。

工作中, 系统采集了矿区出露的各类岩(矿)石标本, 进行磁化率测量、统计和分析, 以研究矿区不同岩(矿)石的磁性特征, 为磁异常的解释推断提供依据。

表1显示, 矿区除磁铁石矿外, 大部分岩石磁化率均较低, 表现为弱磁或无磁特征。磁铁矿石磁化率最高, 磁化率平均值为63 765× 10^-5SI, 是该矿区磁性最强的岩性; 闪长岩具有一定的磁性, 可引起相对较高的磁异常; 板状千枚岩、花岗岩、大理岩具弱磁性, 引起的磁异常较低; 砾岩、变砂岩、板岩磁性极低, 在本次磁测工作中视为无磁性。矿区围岩和赋矿岩(矿)体具有明显的磁性差异, 为磁测工作的开展提供了有利的地球物理条件。

表1

表1

表1 岩石标本磁化率统计 岩性 磁化率κ /10-5SI 变化范围 常见值 砾岩 1~38 7 板岩 0~2 1 板状千枚岩 6~156 43 大理岩 2~157 26 变砂岩 1~12 5 二长花岗岩 1~922 17 钾长花岗岩 1~251 34 闪长岩 45~335 128 磁铁矿石 10750~209873 63765

表1 岩石标本磁化率统计

在勘查初期, 首先进行了1:1万地面高精度磁测。本次磁测工作依据测线基本垂直于矿区主要构造、地层的原则布设测网, 测线方位角为20° , 网度为100 m(线距)× 40 m(点距)。

根据磁异常Δ T化极等值线平面图(图2), 该矿区磁异常以高值正异常为主, 局部出现低值负异常。工作区存在两个明显磁异常带, 即矿区东北部NWW— SEE走向的磁异常带M3和矿区中部沿NWW— SEE走向的磁异常带M2, 磁异常带的走向与矿区地质构造和地层走向一致。异常带M3主要由两个独立异常M3-1和M3-2组成, 呈串珠状。异常带M2由M2-1、M2-2和M2-3三独立异常组成, 异常强度均较高, 并且有一定的展布, 初步推断为矿致异常。根据磁异常展布特征, 单独圈定了磁异常M1。通过对磁测成果的综合研究, 结合矿区地质特征, 推断划分了矿区地质构造(图2)。磁异常Δ T经化极处理后, 再作不同深度的向上延拓处理(图3), 发现磁异常M2和M3在深部仍有较高强度和较大展布, 结合地质资料认为, 磁异常带M2成矿条件较好, 具有进一步的找矿和研究价值。

图2

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	图2 磁异常Δ T化极等值线平面

图3

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	图3 磁异常Δ T化极向上延拓200 m等值线平面

在综合研究地质、物探资料后, 对磁异常M2-1利用槽探进行了初步查证。在该异常地下2 m处见到品位较高的向北倾斜的磁铁矿体。在磁异常M2-1处布设点距为10 m、方向为20° 的磁测剖面P3, 并利用剖面2.5D人机交互拟合法对已控制矿体进行正演。拟合所用正常场参数为:地磁场强度T₀=55 590 nT, 地磁倾角I=61.06° , 地磁偏角D=0.34° 。根据正演拟合结果(图4a), 发现浅部已控制矿体在地表引起磁异常较低, 与该处的强磁异常不符, 剩余异常较高; 利用2.5D人机交互拟合进行反演, 推断在该异常深部存在隐伏磁性体(图4b)。随后, 利用钻探进行了进一步的查证, 在深度30 m处见到厚度为3.2 m的磁铁矿; 61~89 m处见有厚度达30 m的磁铁矿体, 且品位较高, 与反演推断基本一致。

图4

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	图4 磁测剖面P3 2.5D拟合结果 a— 已控制矿体正演拟合结果; b— 反演拟合隐伏磁性体结果

磁异常M2-1的查证充分说明地面磁测在磁铁矿勘查中的快捷和高效。同时, 磁异常M2-1成功的查证, 为该矿区地质勘查工作找到了突破。根据磁异常M2-1查证经验, 在磁异常M2-2处布设磁测剖面P119-1(点距为5 m, 剖面方向为20° ), 进行剖面2.5D人机交互拟合, 拟合选用参数同P3。根据2.5D拟合结果(图5), 推断磁异常M2-2为多个隐伏磁性体引起的叠加异常。

图5

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	图5 磁测剖面P119-1 2.5D拟合结果

后来综合研究地质、磁测资料, 通过井中磁测的指导, 沿119号勘探线先后实施5个钻孔, 除ZK119-5未见磁铁矿外, 其余钻孔均见到多层高品位的厚矿体。

地球物理测井对钻探工作具有独特的优势和作用。本次勘查工作中, 针对磁铁矿主要选择磁化率和磁三分量等4个磁参量进行测量和分析研究。磁化率的大小直接反映了岩(矿)石的磁性强弱, 通过对磁化率的测定, 分析和研究其值的大小和变化, 可对磁铁矿的品位进行大致的判断。分析研究地磁场北向分量x和东向分量y曲线的变化及其正负开口方向, 对井旁是否存在盲矿体及其赋存状态作初步的推断; 地磁场垂直分量z对于井下盲矿体有“ 超前预报” 的作用。

根据前期的地面磁测成果, 结合地质条件研究决定, 将磁异常M2-2作为下一步查证对象, 沿勘探线119开展钻探工作。通过钻探工作, ZK119-1在孔深72.97 m处见到厚0.28 m的品位较高的磁铁矿, 其后分别在75.12、79.47, 82.50、89.12、164.90、185.24 m等位置见到磁铁矿, 尤其是164.90 m处矿体厚约3.57 m, 找矿效果喜人。在186.22~200 m之间, 仅在190.29 m处见有0.25 m厚的褐铁矿化, 其他位置均为围岩。根据钻孔岩芯, 围岩主要为千枚状板岩和硅质千枚状板岩, 局部夹有闪长岩。在ZK119-1达到设计孔深200 m后, 又钻进了3 m, 但未见矿或矿化现象, 认为钻探工作达到设计目的, 向下再无矿体。

在ZK119-1准备终孔时, 从物探角度建议针对磁铁矿进行井中磁测工作。通过分析磁测井曲线(图6), 磁化率曲线有如下特征:①围岩和磁铁矿(化)的磁化率差别极为明显; ②磁化率大于10× 10^-4SI(κ )时, 均有矿化现象, 并且多为褐铁矿化石英岩; ③磁化率达到10 000× 10^-4SI(κ )时, 均有磁铁矿存在。

图6

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	图6 ZK119-1井中磁测曲线及解释成果 局部(153~205 m)

磁三分量曲线有如下特征(图6):①在围岩段, 3条曲线均为稳定的正常场, 曲线无摆动(从成果图直观来看就是3条曲线均垂直向下, 沿左右无波动, 下同); ②在磁铁矿(化)出现之前, 3条曲线提前偏离正常值, 即曲线向左右不同程度的摆动; ③垂直分量z曲线基本是在磁铁矿体出现前约10~15 m时向右正开口摆动, 对下部矿体具有明显的预报作用; ④磁铁矿(化)处, 曲线呈剧烈的、不规则的波动; ⑤ 当通过矿(化)体后, 3条曲线均逐渐归位到正常场位置。

通过分析和研究磁测曲线得出的上述结论, 发现在钻孔深约190~205 m间(图6), 磁三分量曲线均未归位到正常场的位置, 向左右均有不同程度的偏离, 特别是垂直分量z, 偏离程度极大。因此, 推断在井旁和井下存在盲矿体, 建议进行钻探查证。

在钻孔深度为214.17、217.65 m处分别穿过 0.65、0.50 m的磁铁矿体; 后来在224.69~233.70 m间见到厚达9.21 m的磁铁矿, 239.65 m处见矿3.72 m、249.70 m处见矿2.20 m(图7)。

图7

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	图7 ZK119-1井中磁测曲线及解释成果 局部(213~254 m)

在孔深到270 m时, 因20多米内未见矿(化)体, 孔深已经远远超过设计深度, 加之勘查成本较高, 考虑是否该终孔, 于是进行井中磁测工作。通过磁测曲线发现, 磁三分量还有较大程度的偏离, 其特征与190~205 m间特征极为相似。结合前期工作总结的结论和经验, 推断井下仍有盲矿体存在, 建议继续实施钻探。

后在孔深271.62、273.70、299.24、300.32 m处分别穿过了0.33、0.27、0.28、0.48 m的磁铁矿。在孔深约339 m时, 再次进行了井中磁测, 通过分析和研究磁测曲线(图8), 发现磁三分量曲线均已归位到正常场位置; 从成果图直观来看, 就是磁三分量曲线均呈垂直向下且沿左右无摆动, 建议终孔。

图8

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	图8 ZK119-1终孔井中磁测曲线及解释成果局部(297~339 m)

ZK119-1由设计孔深200 m到终孔时的339 m, 共进行了3次井中磁测工作, 其效果和作用是极为明显的。另外, 在孔深180~200 m间, 磁水平分量x和y均有极大的偏离和摆动, 但是ZK119-1在该段矿层厚度不足1 m, 据此推断在井旁存在盲矿体。这一推断在后排孔ZK119-2得到验证。