引用本文
郭友钊, 张振海, 张杰, 李磊. 北山成矿带黑山铜镍硫化物矿区物性特征及其找矿意义[J]. 物探与化探, 2017,41(4): 662-666.
GUO You-Zhao, ZHANG Zhen-Hai, ZHANG Jie, LI Lei. The petrophysical characteristics of the Heishan copper-nickel sulfide ore district in the Beishan metallogenic belt and their prospecting significance[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2017,41(4): 662-666.
Doi:10.11720/wtyht.2017.4.11  
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北山成矿带黑山铜镍硫化物矿区物性特征及其找矿意义
郭友钊1,2, 张振海1,2, 张杰1,2, 李磊1,2
1.中国地质科学院 地球物理与地球化学研究所,河北 廊坊 065000
2.国家现代地质勘查工程技术研究中心,河北 廊坊 065000

作者简介: 郭友钊(1965-) ,男,获中国地质大学(北京)应用地球物理专业博士学位,研究员,主要从事地质—应用地球物理复合专业研究

收稿日期: 2016-06-10
基金: 中国地质调查局地质矿产调查评价专项“甘肃柳园地区典型矿床物化探新技术集成与应用”项目(12120113100500)
摘要

161件采自地面、1 134件采自钻孔岩芯的主要岩石、矿石标本物理性质参数测量结果表明,北山成矿带黑山铜镍矿区的矿化岩体、岩体、围岩地层具有显著的密度、磁化率、剩磁强度、极化率差异,具备良好的地球物理勘查前提;按矿化岩体、岩体、围岩间物性差异大小及形成异常的能力,对于北山地区寻找岩浆熔离型铜镍硫化物矿床具有如下意义:大比例尺、高精度重磁扫面圈定的块状高磁异常、高重力异常,可能是基性—超基性岩体存在的标志;在此可能指示基性—超基性岩体赋存的块状重磁异常区开展大比例尺的激发极化法、电阻率、磁力测量,若获得块状或筒状极化率高于10%的异常和高阻中的低阻异常、较高或者更高的磁异常、重力异常,它们可作为岩体可能已矿化的标志。

关键词: 北山成矿带; 基性—; 超基性岩体; 铜镍硫化物矿床; 物探; 找矿标志
中图分类号:P631 文献标志码:A 文章编号:1000-8918(2017)04-0662-05
The petrophysical characteristics of the Heishan copper-nickel sulfide ore district in the Beishan metallogenic belt and their prospecting significance
GUO You-Zhao1,2, ZHANG Zhen-Hai1,2, ZHANG Jie1,2, LI Lei1,2
1.Institute of Geophysical and Geochemical Exploration,Chinese Academy of Geological Sciences,Langfang 065000,China
2.State Research Center of Modern Geological Exploration Engineering Technology,Langfang 065000,China
Abstract

Based on physical property parameter measurements of main rock and ore specimens from 161 surface samples and 1 134 drilling core samples in the Heishan copper-nickel ore district, the authors found that the mineralized rock body, rock body and wall rock strata all exhibit obvious differences in density, magnetic susceptibility, residual magnetization and polarizability, thus possessing favorable prerequisite for geophysical exploration. The study based on physical property difference degrees of mineralized rock body, rock body and wall rock strata and capability for forming anomalies has the following meaning: Massive high magnetic anomaly and high gravity anomaly delineated by large-scale high-precision gravity-magnetic regional sweeping survey might indicate the existence of mafic-ultramafic rock body; If large-scale IP, resistivity and magnetic survey is carried out in such a massive gravity and magnetic area and massive or pipe-like anomaly whose polarizability is higher than 10%, low resistivity anomaly in the high resistivity anomaly, relatively high or higher magnetic anomaly and gravity anomaly, the rock body in this area might have been mineralized.

Keyword: Beishan metallogenic belt; ultrabasic rock; Cu-Ni sulfide deposit; geophysical exploration; prospecting criteria
0 引言

天山— 北山成矿带已发现的基性— 超基性岩体上百个, 已发现了大型的黄山、中型的黑山等铜镍矿床, 整个成矿带具有找矿潜力[1]。黑山铜镍矿与金川铜镍矿在形成地质环境与成因方面具有相似性, 都是岩浆熔离型矿床, 都可能形成贯入型富矿体, 具有工业价值[2, 3]。近年随着青海夏日哈木岩浆型熔离铜镍硫化物超大型矿床找矿的突破, 李文渊等人认为汤中立先生建立的“ 小岩体成大矿” 的理论[4]在西北地区寻找铜镍矿具有普遍意义[5]。但由于基性— 超基性岩岩体小、具有一定的埋深, 并且并非每个基性— 超基性小岩体都能形成具有工业意义的矿床, 这样给物探工作在寻找小岩体、评价小岩体带来了方法技术上的困难。如何有效地应用物探方法技术实现

北山地区铜镍矿的找矿突破, 成为该区地质工作者关注的一个问题。

对于物探方法寻找岩浆熔离型铜镍矿, 总体上基于基性— 超基性岩体“ 三高一低” (密度高、磁性高、极化率高、电阻率低)的物性特征[6]。北山地区中等磁异常(伴有负磁异常)和深部较强的激电异常也是有效寻找铜镍矿的找矿标志[7]。在黑山铜镍矿普查工作中发现, 重磁方法可以较准确地圈定岩体, 而岩体内部的高极化体为矿致异常[8]。

黑山岩体第四系覆盖严重, 出露少, 普查阶段的物性调查未能较系统地开展。2008年黑山矿区完成详查, 获得了大量的岩芯资料, 为较系统地测定综合物性参数、进一步分析物探找矿标志[7]提供了可能。笔者基于夏日哈木铜镍硫化物矿区综合物性研究工作的经验与成果 911开展黑山矿区的物性调查及物探找矿标志的研究工作。

1 地质矿产概况

黑山地区位于古生代形成的库米什— 红柳河— 洗肠井蛇绿岩带中, 黑山基性— 超基性岩体U-Pb 年龄为374.6 Ma± 5.2 Ma, 是在晚泥盆世形成的小岩体[12]。该岩体呈“ 鸭梨” 状, 总体走向北西、倾向南西, 倾伏角65° ~ 85° , 长约790 m, 宽约180~520 m, 垂深超过562 m, 出露面积仅0.257 km2。发育有斑杂状角闪辉长岩相, 橄榄角闪辉长岩相, 角闪橄榄岩相等3个相带, 其中角闪橄榄岩相构成黑山基性— 超基性岩体的主体, 约占岩体总面积的94%。3个岩相间多为渐变关系, 且无热蚀变及岩石破碎现象。岩体侵位于青白口系大豁落山群, 直接围岩是大理岩和泥质板岩, 围岩蚀变明显, 岩体上部接触面见有蛇蚊石化大理岩, 底部围岩有明显的角岩化现象。上覆于大豁落山群的地层为寒武系, 其岩性为页岩、板岩, 夹少量的大理岩、重晶石岩。

黑山铜镍硫化物矿体赋存在基性— 超基性岩体中。矿石金属矿物主要有红砷镍矿、砷镍矿、黄铜矿、针镍矿、镍黄铁矿、磁黄铁矿、辉铜矿, 其次有黄铁矿、紫硫镍矿和自然铜。矿石结构主要有半自形— 他形粒状结构、交代残余结构、交代假象结构、浸蚀结构。矿石构造主要有浸染状构造、胶状构造、蜂窝状构造。矿石类型主要为含铜镍浸染状斜长方辉橄榄岩矿石, 其次为铜镍矿化角闪橄榄岩矿石、铜镍矿化橄榄岩矿石、铜镍矿化蛇纹石化橄榄岩矿石、稀疏浸染状橄榄角闪辉长岩铜镍矿石等。

黑山岩体中的矿体与非矿体的界线不是很明显。铜镍矿体主要产在橄榄岩中, 其次产在角闪辉长岩中。矿体大致有两个产出部位, 一是产于超基性岩体中的悬浮矿体; 二是产在超基性岩体底部接触带上的矿体, 矿体走向与超基性岩体基本一致, 上陡下缓。矿化主要分布在岩体中— 下边部, 即角闪橄榄岩相中, 矿化带总体呈带状, 北西向展布, 与岩体走向一致。圈定矿体105个, 其中主矿体6个, 矿石量约1 582万t, 占总矿石量的92.41%; 镍金属量约9.11万t, 占总金属量的92.17%; 铜金属量约4.59万t, 占总金属量的92.34%。主矿体呈不规则的似层状、脉状、枝叉状、透镜状, 均产于角闪橄榄岩中, 其规模大小不一, 长数十米到数百米, 宽一米至数米[13]。

2 物性调查方法

在金昌矿业公司的协助下, 物化探所物性试验室[14]开展了物性标本的采集、样品的加工与物性参数的测定工作。

物性标本采集自地表和钻孔岩芯。地表采集点根据岩体及围岩露头情况随机分布, 一般每个露头采集3~6件, 每件标本大小约为4× 6× 8 cm3。共采集地面标本162件。钻孔岩芯标本采集时, 根据可利用的岩芯确定12个钻孔(分布见于图1), 每孔一般层位按5~10 m取1个标本, 含矿段加密采集, 每件标本采集5 cm长的岩芯柱。计采集岩芯标本 1 134件。

图1 物性采样钻孔位置示意

地面物性标本加工成直径25 mm、高22 mm的标准化圆柱状物性样品。采用英制Molspin及Minispin测试系统进行磁化率及剩磁强度的测试。样品清水饱和24 h后使用MH-600A密度计进行密度测定, 使用RP-1型岩矿电性测量仪进行电阻率、极化率的测定[15]。经10%以上的抽检, 密度测定的均方误差为0.004 4× 103 kg/m3, 磁化率和剩磁强度的平均相对误差分别为1.7%和2.1%, 电阻率和极化率的平均相对误差分别为 3.2%和1.4%。

岩芯标本在岩芯库直接测试。采用MH-600A密度计测定标本的密度, 使用M-30磁化率仪以插值法测定标本的磁化率[16]。抽检率为11.1%, 密度测定均方误差为0.01× 103 kg/m3, 磁化率的测定平均相对误差为3.1%。

3 物性统计特征

根据矿床成因, 寻找基性— 超基性岩体是勘查岩浆熔离型铜镍矿床的基础。随之, 评价该基性— 超基性岩体是否含矿, 是否具有成为工业矿床的潜力, 则是钻探前应该开展的工作。因此, 笔者首先研究岩体与围岩之间是否具有明显的物性差异, 其次研究岩体与岩体内的矿(化)体之间是否存在显著的物性差异, 以期通过查明岩体与围岩、矿体与岩体间有明显差异的物性参数和可识别程度, 探讨寻找岩体、评价岩体含矿性的有效物探方法。

统计时, 采用最小值、算术平均值、最大值以观单元物性参数的变化范围; 采用第一四分位值、中间值、第三四分位值来观察单元物性参数的主要分布范围。

根据12个钻孔岩芯1 134件样品测定获得密度、磁化率的统计结果见表1、分布示于图2。地表标本测定的物性数据统计结果见表2并示于图3、图4。仅从中间值分析, 具有如下特征:

1) 密度:围岩地层与岩体的密度差约为(0.06~0.22)× 103 kg/m3, 差异并十分显著。矿化岩体与岩体的密度差约为(0.00~0.07)× 103 kg/m3, 差异小。

图2 黑山铜镍矿区钻孔岩矿石密度— 磁化率散点

表1 黑山铜镍矿区钻孔岩矿石密度和磁化率参数特征统计

图3 黑山铜镍矿区地表岩矿石密度— 磁化率散点

图4 黑山铜镍矿区地表岩矿石极化率— 电阻率散点

2) 磁化率:矿化岩体的磁化率比岩体的磁化率

高2~4倍, 岩体的磁化率又比围岩地层的磁化率高出50~500倍, 差异均十分显著。

3) 剩磁强度:从表2所示的中间值观察, 矿化岩体的剩磁强度比岩体的剩磁强度高约12倍, 岩体的剩磁强度又比围岩地层的剩磁强度高出近300倍, 差异均十分显著。

表2 地表标本测定地质单元综合物性统计

4) 电阻率:矿化岩体的电阻率要低于岩体的电阻率约17倍。岩体的电阻率总体上高于围岩地层的电阻率, 当围岩地层的岩性为碎屑岩时, 岩体电阻率明显高于碎屑岩地层电阻率, 当围岩地层的岩性为碳酸盐岩时, 岩体电阻率略低于碳酸盐地层电阻率或者相差无几(表3)。

5) 极化率:矿化岩体的极化率显著高于岩体的极化率, 约24倍。地层中, 矿化变质砂岩、黑色碳质板岩的极化率也很高(表3), 具有仅次于矿化岩体的极化率。

表3 黑山铜镍矿区地表沉积岩电阻率参数特征统计
4 物探找矿标志

黑山铜镍矿区的岩体与围岩地层具有显著的高密度、高磁化率、高剩磁强度、高极化率差异; 矿化岩体比岩体具有明显的高磁化率、高剩磁强度、高极化率、低电阻率差异。以往黑山的物探工作中, 已发现大比例尺的磁法、重力的块状异常与黑山岩体对应, 岩体内部的极化率异常与矿体对应[2, 8]。因此, 黑山铜镍矿区具有利用重力、磁法、激发极化法寻找岩体, 利用磁法、激发极化率法、电阻率法评价岩体含矿性的物性基础、物探经验。

基于“ 小岩体成大矿” 理论, 结合物性统计特征的特点, 笔者认为在北山成矿带寻找岩浆熔离型铜镍硫化物矿床的物探标志为:大比例尺、高精度重磁扫面所发现的块状磁力高异常、重力高异常, 可能是基性— 超基性岩体存在的标志; 若对此类块状异常开展大比例尺的激发极化法、电阻率、磁力测量, 若获得块状或筒状极化率高于10%的异常和高阻中的低阻异常、较高的或者更高的磁异常、重力异常, 它们可作为岩体可能已矿化的标志。

The authors have declared that no competing interests exist.

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