自1991年大水金矿发现以来,通过三十多年的持续勘查开发,在甘肃南部西倾山地区已形成以大水金矿为主的超大型金矿集区^[1],包括大水金矿(格尔柯矿段和贡北矿段,金资源量103 t)、辛曲金矿(金资源量36.6 t)、格尔托金矿(金资源量10 t)、忠曲金矿(金资源量2.3 t)、恰若金矿点(金资源量0.7 t)等5处^[1,2,3]。大水金矿矿集区以往曾开展过中小比例尺基础地质^[4]及地球物理普查工作^[5],发现并探明了地表浅层矿产,但是经过多年持续开采,矿集区资源量日趋减少,在外围及深部地质条件和成矿背景有利地段寻找隐伏矿体已迫在眉睫。2015年,根据矿集区资源潜力评价的需要,在大水金矿矿集区开展了1∶5万高精度地面磁法测量工作,结合同期完成的1∶5万水系沉积物测量、地质填图等数据^[6],笔者总结了区内磁异常特征及其成因,归纳地球物理找矿信息,分析找矿潜力,以期为后续资源勘查提供地球物理依据。

大水金矿矿集区内由老到新出露泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系及第四系^[7,8] (图1),二叠系大关山组灰岩、下三叠系马热松多组灰岩、下三叠系扎里山组灰岩、中三叠系郭家山组灰岩、下侏罗系龙家沟组砾岩是矿集区主要赋矿地层^[2,7-8]。

矿集区内岩浆岩发育,出露格尔括合、忠曲、忠格扎拉3个较大燕山早期中酸性岩体,并沿北西向区域断裂构造带近等间距侵入位于石炭—三叠系灰岩地层中^[9,10,11]。格尔括合岩体位于大水金矿格尔珂矿段北缘,其边缘相为黑云母闪长玢岩,中心相为花岗闪长岩,全岩同位素年龄为174.3(Rb-Sr)~190.5 Ma(K-Ar )[1,1215];忠曲岩体位于忠曲金矿东南部,其岩性及结构构造与大水格尔括合岩体边缘相带基本相同;忠格扎拉岩体为矿集区规模最大的岩体,近椭圆状分布于忠格扎拉以北,岩体中心相为石英闪长岩和二长花岗岩,边缘相为辉石闪长岩,全岩Rb-Sr同位素等时线年龄为204.08 M a[1,1215]。此外,围绕岩体周围分布大量中酸性岩脉,其产出受北西西、近南北和东西向断裂构造及其交叉复合部位控制,岩石类型有闪长玢岩、花岗闪长岩和细晶闪长岩等^[12]。

矿集区内金矿床均分布于玛沁—略阳断裂(F₁)以北。该断裂是长期活动的区域性基底断裂,为导矿构造。一方面在容矿建造形成中的热卤水通过F₁将金等成矿物质由深部带入沉积盆地,形成地化富集层;另一方面,在后期活动中由于F₁处于强应变部位,从而形成密集的次级断裂和众多的小断裂、裂隙,组成地壳上部的高渗透带,成为大气降水下渗的良好通道带。F₁上盘的F₂~F₅断裂为配矿构造,其下联导矿构造,上通容矿构造,成矿过程中从导矿构造上移的含矿热液通过这些断裂不断输进容矿构造,起“运矿”的作用。而更次一级的NE向、SN向断裂和岩溶构造带是容矿构造,对矿体起到了定位作用,控制着矿区内矿体的分布^{[10,11,12,13]}。

通过对大水金矿矿集区内地层、岩体磁化率分析可知(表1),本区灰岩无磁,磁化率值近于0,格尔括合岩体磁性为弱磁性岩体,花岗闪长岩磁化率略弱于(黑云母)闪长玢岩,磁化率常见值分别为18×10^-5SI、75×10^-5SI,可引起较弱的磁异常。忠格扎拉岩体中的二长花岗岩具有中等磁化率值300×10^-5SI,可引起一定强度的磁异常,而辉石闪长岩的磁化率常见值达到1 662×10^-5SI,为本区磁性最强,可引起较强磁异常。分布于C2磁异常区的正长斑岩磁化率常见值为669×10^-5SI,可引起中等磁异常。

磁法勘探是利用岩(矿)石之间的磁性差异所引起的磁异常来寻找有用矿产,查明地下地质构造的一种地球物理勘探方法^{[16,17,18,19]}。本次地面高精度磁法测量使用加拿大GSM-19T质子磁力仪,线距500 m,点距100 m,测线方向为南北向,野外实测地磁总场的绝对值T,观测均方误差±2.55 nT,1∶5万高磁测量共完成面积225 km²;化极用测区中心地磁场参数,即磁倾角52.57°、磁偏角-1.88°。

根据大水金矿矿集区地面1∶5万高精度ΔT化极磁异常等值线平面图(图2)可知,本区以平稳负磁异常为主,等值线稀疏,局部分布高磁异常,等值线密集,异常值在-746.61~870.27 nT之间,幅值达1 616.88 nT。最强异常位于测区西北部忠格扎拉岩体一带,其余ΔT异常面积较小且强度不高。按照化极异常平面分布规律,共圈定6个(C1~C6)地面磁异常。C1磁异常位于测区西北部,为测区范围最大、强度最高异常。该异常南缓北陡,范围与忠格扎拉岩体相当,约6 km×5 km,呈北西长、北东短的椭圆状,强度为-700~1 400 nT,北侧伴生较强的块状负磁异常。根据地质资料,忠格扎拉岩体是由石英闪长岩、二长花岗岩、辉石闪长岩组成的多岩性岩体,由实测岩石标本磁化率可知测区灰岩无磁性,忠格扎拉岩体中的二长花岗岩磁化率常见值为300×10^-5SI,可引起较强磁异常,辉石闪长岩磁化率达 1 662×10^-5SI,为区内最强磁性,且C1磁异常在范围上与忠格扎拉岩体相当,可以判定该异常由磁性较强的忠格扎拉侵入岩体引起。为剖析C1异常(忠格扎拉岩体)的细节特征,在异常的北侧和南侧沿60°方向分别布置了P2、P4两条1∶5 000精测剖面(剖面位置见图2)。

由图3所示的C1异常P2剖面1∶5 000 ΔT磁异常2.5D人机交互反演结果可知,该剖面主要由东、西两个异常段组成。东段异常规模和峰值较大,由两个异常峰值组成,依据野外实地异常查勘及反演结果可知该段异常由磁性较强的辉石闪长岩和二长花岗岩综合引起。同位素测年结果可知,二长花岗岩侵入时代晚于辉石闪长岩,由此判断忠格扎拉岩体中心相二长花岗岩为后期贯入并将前期侵入的边缘相辉石闪长岩穿透。因此,该异常两侧峰值由磁性较强的辉石闪长岩引起,中间低缓异常由二长花岗岩引起。二长花岗岩岩体上宽、下窄,地表东西长约1 400 m、下宽约900 m,向下延伸,为倾向西南的高角度厚板状体;西侧辉石闪长岩为向东倾斜向下延伸的薄板状体,地表宽约200 m、下宽约300 m;东侧辉石闪长岩为向下延伸的直立薄板状体,地表宽约60 m、下宽约200 m。 西段为规模和峰值均较小的单峰异常,由较弱磁性的二长花岗岩引起,岩体为近于直立的薄板状体,向下延伸较大约300 m。

图4为C1异常P4剖面1∶5 000精测磁异常 2.5D反演结果,可以看到P4剖面主异常由向西南高角度倾斜的直立板状体引起,其上底宽约230 m,下底宽约650 m,向下延伸约1 300 m,与石英闪长岩分布一致;中间磁性体形似直立的薄板状体,上下底宽度近于一致,宽约150 m,向下延伸约1 200 m,由二长花岗岩所引起;东部低缓异常由较弱磁性的斜长花岗岩引起,磁性体比较宽大,西部为向东陡倾斜、东部较缓,上底宽约1 600 m,下底宽约1 900 m,向下延伸也较大,约1 200 m。

C2磁异异常位于测区中北部达合亚合以西约1 km,异常总体呈北东向稍长的长方形,范围1.6 km×1.4 km,由东西两个局部异常中心组成,为本区第二大异常。该异常位于石炭系灰岩地层之中,由于灰岩不具有磁性,故推测可能存在岩体,后经异常查勘发现了正长斑岩岩体,因此确定该异常由含磁性的正长斑岩杂岩体所引起。 为刻画该异常细节特征,在C2异常中部沿南北方向布置了编号为P6的1∶5 000精测剖面。由剖面的2.5D反演结果(图5)可知,异常由南面主异常、北边次级异常组成。南部磁性体较为宽大且磁性较强,上底约50 m,下底约100 m,向下延伸约380 m,岩性为正长斑岩体;北部磁性体较小且磁性较弱,磁性体略向北陡倾斜,上宽下窄,约50 m,向下延伸约270 m。

C3磁异常位于测区东北部,异常强度和范围均较小,根据地质资料及地面查证结果可知,异常区地表覆盖泥盆系下吾那组灰岩,未见岩体出露,推测由隐伏中酸性岩枝引起。C4磁异常位于中部忠曲岩体南部边缘,呈近东西向分布,为本区最小的磁异常,范围约0.6 km×0.3 km,异常强度约20 nT,其南北两侧有负异常分布。根据地质资料及实地查勘可知,异常区出露闪长玢岩等中酸性岩体、岩脉,本区闪长玢岩磁化率为75×10^-5SI,可引起弱磁异常,故判定C4异常由弱磁性的忠曲岩体引起。 C5磁异常位于测区东南部,整体围绕格尔括合岩体边缘杂乱分布,异常幅值不高,且北部异常幅值强于南部,最高可达69 nT。根据地质资料及实地查勘结果可知围绕格尔括合岩体分布众多花岗闪长岩等小岩脉,而本区实测花岗闪长岩、闪长玢岩磁化率分别为18×10^-5SI、75×10^-5SI,属弱磁性,推断C5异常主要由格尔括合岩体及周缘中酸性岩脉引起。C6异常位于测区东南部格尔柯金矿选矿厂以南的公路两侧,异常呈北西西向,强度为131 nT,负异常中心位于异常西北角,范围约2.5 km×1 km。C6异常区被大面积的第四系覆盖,北部边缘出露中酸性岩脉,推测该异常由隐伏花岗岩类引起。

大水金矿矿集区内中酸性岩浆岩是引起磁异常的主要地质体,当此类含磁性岩浆岩侵入三叠系、侏罗系等无磁性灰岩地层时,可在地表引起一定程度的磁异常,因而圈定的磁异常基本反映了中酸性侵入体分布范围。区内金矿床(点)普遍与中酸性侵入岩体在空间和成因上关系密切,闪长岩岩枝和杂岩墙普遍热液蚀变与矿化,局部构成金矿体,闪长岩岩墙密集发育的地段,即为金矿体密集分布之处,并且岩石分析可知该区岩浆岩普遍富含Au、As、Sb、Ag等成矿元素,说明岩浆活动与金矿成矿作用之间存在成因联系^[3]。除共性之外,测区内不同岩体的磁异常特征也有不同之处:忠格扎拉岩体引起的磁异常处于岩体中心,基本与岩体范围相当,且磁异常较强;格尔括合岩体、忠曲岩体引起的磁异常处于岩体边缘,且异常较弱。笔者根据前人地化分析成果以及岩(矿)石磁性参数测定结果,对大水金矿矿集区磁异常特征的成因做以下几点分析:

1) 岩体组成、结构不同。岩体组成、结构的不同是形成格尔括合、忠曲以及忠格扎拉岩体磁场特征不同的主要原因。忠格扎拉岩体中心相为石英闪长岩和二长花岗岩,边缘相为辉石闪长岩,主要造岩矿物是黑云母、单斜辉石、斜长石、钾长石、石英以及磁铁矿等^[13,9-11]。格尔括合岩体边缘相为黑云母闪长玢岩,中心相为花岗闪长岩,忠曲岩体岩性及结构构造与格尔括合岩体边缘相带基本相同^[1,9],造岩矿物中含铁成分少于忠格扎拉岩体,并且普遍发育气孔(杏仁)构造,其形成与火山作用密切相关,可能属于次火山岩^[1,14]。忠格扎拉岩体主要是含铁角闪石,而忠曲和格尔括合岩体为含镁普通角闪石,二者的最明显差别是前者富含K₂O和Na₂O,同时相对富Al₂O₃、FeO而贫MgO^[1,9,12]。因此,忠格扎拉岩体中磁铁矿及含铁矿物相对格尔括合、忠曲岩体较多,是造成磁异常特征不同的主要原因。

2) 岩体磁化率不同。根据实测磁化率可知,辉石闪长岩磁化率常见值达到1 662×10^-5SI,为测区磁性最强;二长花岗岩、正长斑岩具有中等磁化率值,磁化率常见值分别为300×10^-5SI、669×10^-5SI;花岗闪长岩、闪长玢岩磁化率常见值分别为18×10^-5SI、75×10^-5SI,为弱磁。因此以辉石闪长岩为边缘相的忠格扎拉岩体磁异常较强。

3) 岩体侵入时代及侵位深度不同。格尔括合岩体全岩同位素年龄174.3(Rb-Sr)~190.5(K-Ar)Ma,属于早燕山期^[1,9,12];忠格扎拉岩体二长斑岩全岩Rb-Sr同位素等时线年龄为204.08 Ma,属晚印支期^[1,9,12]。忠格扎拉岩体侵位深度约20~22 km,忠曲岩体侵位深度16 km,格尔括合岩体侵位深度约8~11 km,即岩体的侵位深度由西向东逐渐变浅,忠格扎拉岩体为深成侵入体,而忠曲和格尔括合岩体为次火山岩性质的浅成岩^[14]。

4) 岩体范围大小不同。忠格扎拉岩体呈近圆形岩株,面积4.8 km²,岩体侵入于石炭—二叠纪灰岩中^[3,9];忠曲岩体由两个凸镜状岩枝构成,面积较小;格尔括合岩体呈椭圆形岩株,面积1.24 km²,侵入于二叠纪—下三叠世灰岩中^[3,9]。

根据上述原因,虽然忠格扎拉、忠曲和格尔括合岩体及脉岩是同源岩浆演化的产物^[3,14,20],但其仍存在组成结构、磁化率、侵入时代及侵位深度、范围等因素的不同,造成本区磁异常特征的不同。这也说明,不同特征的磁异常与金矿赋存关系不同,格尔括合、忠曲岩体附近能发现金矿,而忠格扎拉岩体附近至今没发现,主要原因是本区浅成岩浆对金矿的形成最为有利^[2,13-14]。

根据前人研究成果,大水、忠曲地区含金有利地段或者金矿体一般与高阻体和自电正异常相对应^[21];高精度磁测在本区圈定构造有效,激电法对岩脉的反映比较敏感,结合高精度磁测可以圈定构造和岩脉的分布范围^[22]。此外,高密度电法勘查可以反映化探金异常普遍与隐伏侵入岩密切相关,岩性间存在明显电性差异。本次地面高精度磁测结果表明,与金矿密切相关的二长花岗岩、辉石闪长岩、花岗闪长岩等中酸性侵入体具有磁性,可引起一定幅度的磁异常。因此,大水金矿矿集区物探找矿模型为高磁、高阻、自电正异常、强激电异常。

大水金矿矿集区内岩浆岩相对较发育,主要为燕山早期陆内造山阶段侵入的中酸性岩类,呈小岩株侵位于石炭—三叠系的灰岩地层中,如大水的格尔括合岩体、忠曲岩体、忠格扎拉岩体。岩体的空间产出多沿北西向的区域性断裂构造带或其附近分布,岩石类型主要为花岗闪长岩、闪长玢岩、二长花岗岩等^[9]。另外,在研究区分布规模不一的脉岩,特别是中酸性脉岩与金矿化在空间上有密切的联系^[23,24]:① 脉岩的侵位与金矿化的就位沿用了相同的断裂构造。一方面,断裂构造直接控制了脉岩的侵入;另一方面,脉岩与灰岩地层的接触带既是物理化学性质截然不同的界面,又是力学性质最为脆弱的部位,因而也是构造多次活动的有利部位和矿液活动的最佳场所。② 脉岩与金矿化是同一构造—岩浆活动旋回内区域地壳演化、壳—幔相互作用的系列产物。由此造成两者不仅在时空上密切伴生,而且在物质成分上具有相同来源和继承演化,活动范围逐渐缩小、活动逐渐减弱的成因关系^[8,25-26]。

通过查找中酸性岩体以及岩脉就可以间接的推测金矿赋存部位。本区的主要地质特征是在灰岩、砂岩等弱磁或者无磁性地层中侵入中酸性岩体,实测磁化率可知此类岩体具有磁性,因此可以利用磁法测量识别与矿化有密切关系的中酸性岩体。

除岩体之外,断裂构造在大水金矿矿集区内对成矿起着主导地位,大水—忠曲断裂带是导矿构造,控制了西倾山成矿带的分布,大水、忠曲、贡北、恰若、辛曲等金矿床都沿着该断裂带分布^[7,10-13]。通过研究区完成的电法剖面可知^[20,21,22],高密度电法视电阻率断面图可以反映白云岩、灰岩、方解石脉不同岩石电性差异的分界面,电阻率低值带反映断裂带及构造破碎带的位置、产状特征,而地面瞬变电磁法视电阻率断面图则可以反映不同岩性分布特征,同时也反映断裂破碎带和岩脉侵入的构造带特征。

根据大水金矿矿集区完成的1∶5万水系沉积物测量结果可知,测区主要成矿元素为Au,其次为As、Sb、Hg、Ag等^[6,27-28]。以主成矿元素(Au)异常外带为基础,参考其他元素异常的叠加部分并结合其所处的地质环境,再按异常所反映的主要矿种和成矿类型,共圈定水系沉积物综合异常10个(图2)。测区综合异常主要分布于北西向断裂(F₁)的北部,异常形态呈椭圆状和不规则状,出露的地层主要有三叠系、石炭系,且多数异常集中在已知矿床附近。异常的形成均与北西向、东西向断裂有关,异常强度高、规模大,是寻找金矿的有利地区^[29,30,31]。

基于本次1∶5万地面高精度磁测、水系沉积物测量、岩性构造蚀变专项填图等多元勘查手段,综合物化探异常分布及其特征、异常解释推断结果以及测区已知矿床的成矿地质条件等,在大水金矿矿集区共圈定找矿远景区5处,如图2所示,其中A类找矿靶区2处,B类找矿靶区3处,靶区特征如表2所示。

A(1)靶区位于研究区东南部大水矿区一带,属A级找矿靶区,包括HS-8、9、10化探综合异常以及C5、C6磁异常。化探综合异常Au、As、Sb、W、Ag、Hg的异常形态套合好,Au、Hg等单元素异常强度高,规模大,其中Au元素最高地化含量达2 760.00×10^-9,说明金的成矿潜力大。靶区出露白垩系、侏罗系、三叠系、二叠系以及中酸性侵入岩体(格尔括合岩体)、岩脉,岩性主要为灰岩、花岗闪长岩、黑云母闪长玢岩。靶区内北西向断裂和近南北向断裂发育,且各断裂相互切割,断裂具有很宽的破碎带,破碎带的破碎强烈。尽管区内已存在格尔珂、贡北、格尔托金矿,但是靶区在深部及矿床外围仍具有很大的找矿潜力。

其中,C6磁异常处于格尔托金矿东南部,是本次磁测工作的新发现,异常区被大面积第四系覆盖,北部边缘出露中酸性岩脉,推断磁异常之下可能分布有隐伏的花岗岩体。由C6磁异常揭示出找矿信息之后,在格尔托金矿外围通过开展土壤测量、岩性构造蚀变专项填图等工作,新发现7条赤铁矿化、硅化构造破碎带,投入少量槽探工程及大量钻探工程进行揭露验证后新增金资源量10 t。

笔者根据大水金矿矿集区1∶5万地面高精度磁测成果,总结归纳了磁异常特征与金矿床的关系,并综合水系沉积物测量、地质等资料得到以下结论:①大水金矿矿集区主要存在6处磁异常,中酸性岩浆岩是引起磁异常的主要地质体,当此类含磁性岩浆岩侵入三叠系、侏罗系等无磁性灰岩地层时,可在地表引起一定程度的磁异常;②受岩体组成、磁化率、侵位深度、面积等因素影响,矿集区内不同岩体的磁异常特征不同,忠格扎拉岩体引起的磁异常处于岩体中心,基本与岩体范围相当,且磁异常较强;格尔括合岩体、忠曲岩体引起的磁异常处于岩体边缘,且异常较弱;③金矿床(点)与中酸性侵入岩体在空间和成因上关系密切,物探工作所圈定的异常区反映了中酸性侵入体分布范围,为寻找金矿成矿地质体的有利地段,是金矿勘查的有利靶区;④由高精度磁测、水系沉积物测量、岩性构造蚀变专项填图以及成矿地质条件等资料综合圈定找矿远景区5处。根据C6磁异常提供的间接找矿信息,在格尔托金矿外围开展土壤测量、岩性构造蚀变专项填图工作新发现7条赤铁矿化、硅化构造破碎带,投入少量槽探工程及大量钻探工程进行揭露验证后新增金资源量10 t,充分说明磁测信息可以获取和金成矿有关、对金矿成矿有控制作用的隐伏岩体信息。