衡阳盆地西北缘物化探特征及其找矿意义

doi:10.11720/wtyht.2021.1332

衡阳盆地西北缘物化探特征及其找矿意义

程云涛^,¹, 刘俊峰¹, 曹创华², 王荡¹

1.湖南省核工业地质调查院,湖南长沙 410011

2.湖南省地质调查院,湖南长沙 410016

Ore prospecting on northwestern margin of Hengyang Basin using geophysical and geochemical information

CHEN Yun-Tao^,¹, LIU Jun-Feng¹, CAO Chuang-Hua², WANG Dang¹

1. Hunan Nuclear Industry Geological Survey Institute,Changsha 410011,China

2. Hunan Institute of Geological Survey, Changsha 410116,China

责任编辑: 王萌

收稿日期: 2020-07-1 修回日期: 2021-06-12

基金资助:

湖南省重点领域研发计划项目.  2019SK2261
国家重点研发计划“深地资源勘查开采重点专项”.  2017YFC0602402
湖南省核工业地质局科技开发项目.  KY2019-DDY-01

Received: 2020-07-1 Revised: 2021-06-12

作者简介 About authors

程云涛(1982-),男,陕西西安人,高级工程师,长期从事地球物理勘查和技术管理工作。Email: 674395052@qq.com

摘要

衡阳盆地是华南扬子板块和华夏板块的拼接带,因其复杂的地质构造运动历史造就了其具有丰富的矿产资源潜力。为深入解剖衡阳盆地西北缘地层构架,探讨矿床就位机制,首先利用跨越紫云山岩体和南岳岩体的多方法长剖面进行综合探测,分析了衡阳盆地西北缘盆地结构;其次选择剖面经过重点区段的精测剖面采用激电测深进行大比例尺精细探测,分析了长寿—衡阳—观音阁断裂的激电响应特征,探讨了其成因与成矿远景;最后结合区域地质、重力异常等综合信息研究了此区内的成矿物质运移规律,证实了衡阳盆地属于典型的“亚幔柱—幔枝体系”。

关键词： 衡阳盆地西北缘 ; 可控源音频大地电磁法 ; 广域电磁测深 ; 综合物化探方法 ; 亚幔柱—幔枝体系

Abstract

The Hengyang Basin is a junction zone between the Yangtze Plate in South China and the Cathaysian Plate. It is expected to have great potential for rich mineral resources given its complex geological tectonic movement history. This paper aims to deeply analyze and explore the stratigraphic framework and deposit occurrence mechanisms on the northwestern margin of the Hengyang Basin. To this end, a series of geophysical surveys in this area were carried out. Firstly, a multi-method survey of a long section spanning the Ziyunshan and Nanyue rock masses was conducted and the structure of the northwestern margin of the Hengyang Basin was accordingly analyzed. Secondary, large-scale fine detections of subsections in the key sections/blocks were carried out using induced polarization (IP) sounding. Meanwhile, the characteristics of the IP response of the Changshou-Hengyang-Guanyin’ge fault were analyzed especially, and the genesis and metallogenic prospect of the fault were explored. Finally, the migration rules of ore-forming materials on the margin were investigated based on comprehensive information such as regional geological and gravity anomalies. The combined results confirmed that the Hengyang Basin is a typical sub-mantle plume-mantle branch system.

Keywords： northwestern margin of the Hengyang Basin ; controlled source audio-frequency magnetotellurics method ; wide-field electromagnetic method ; comprehensive geophysical and geochemical surveys ; sub-mantle plume-mantle branch system

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本文引用格式

程云涛, 刘俊峰, 曹创华, 王荡. 衡阳盆地西北缘物化探特征及其找矿意义. 物探与化探[J], 2021, 45(5): 1189-1195 doi:10.11720/wtyht.2021.1332

CHEN Yun-Tao, LIU Jun-Feng, CAO Chuang-Hua, WANG Dang. Ore prospecting on northwestern margin of Hengyang Basin using geophysical and geochemical information. Geophysical and Geochemical Exploration[J], 2021, 45(5): 1189-1195 doi:10.11720/wtyht.2021.1332

0 引言

衡阳盆地位于扬子板块与华夏板块结合部位——钦杭成矿构造带中段与南岭成矿带北缘交汇部位,该区矿产资源种类齐全,储量丰富,其中已发现矿产66种,矿床(点)有876处^[1]。

衡阳盆地西北缘铅锌多金属矿整装勘查区属衡阳市衡阳县、衡山县、衡南县、及邵阳市邵东县管辖,面积1 544 km²。近年来,湖南省地勘局417大队、有色地质局217大队、核工业地质局三〇六大队在该区投入了大量地质工作,其中盐田桥铜矿、谭子山铜矿、留书塘铅锌矿均取得了较好的勘探成果,而这些矿区均沿长寿—衡阳—观音阁断裂分布,表明整装勘查区成矿条件优越、找矿前景较好。

衡阳盆地矿产资源丰富,但由于衡阳盆地西北缘地层主要是一套白垩系—上新近系红层建造,该套地层电阻率几十~几百Ω·m,整体阻值较小,形成了一个天然的低阻屏障。根据湖南1∶20万重力资料表明,该区红层最厚深度约5 km^[2,3,4],传统类电法供电电流难以穿透低阻层,给区内的深部研究带来了困难。本文尝试利用综合物化方法结合广域电磁法新技术,对衡阳盆地西北缘深部地质特征、成矿模式和找矿方法技术做了探索并得到了具有找矿指导意义的结论。

1 地质概况

区内主要出露中元古界冷家溪群和白垩系地层(图1),冷家溪群沉积环境为深—半深海盆地平原—浊积扇沉积,主要岩性为灰绿色千枚状板岩、绢云母板岩夹薄层含白云母变质砂岩。白垩系—古近系广布于盆地内部,为一套内陆湖相红色砂、泥岩建造。区域性长寿―衡阳―观音阁断裂带穿越矿区中部,沿此断裂往北,有南岳、白石峰燕山早期花岗岩体,岩体内及接触带有大量富含铌、钽、钇、锆等元素的花岗岩伟晶岩脉,往南有龙秀桥、泉湖、鸡笼街等花岗岩体。区内矿床沿断裂呈线状分布,北部有国庆铜矿床、黑石砣铁矿床、盐田桥铜矿床,南部有白鹤铺铜矿床、龙秀桥铜矿床、谭子山重晶石铜矿床,构成了衡阳盆地西北缘境内重要的NE向成矿带^[5,6,7,8,9]。

图1

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图1 衡阳盆地西北缘地质

1—古近系;2—白垩系上统;3—白垩系下统;4—侏罗系下统;5—三叠系;6—二叠系;7—石炭系;8—泥盆系上统;9—泥盆系中统;10—奥陶系;11—寒武系;12—辉绿岩;13—震旦系;14—南华系;15—青白口系;16—角岩、片岩捕掳体;17—煌斑岩;18—白垩系细粒二云母二长花岗岩;19—细粒二云母二长花岗岩;20—细粒黑云母二长花岗岩;21—中粒斑状黑云母二长花岗岩;22—中粒斑状二云母二长花岗岩;23—粗粒斑状二云母二长花岗岩;24—中粒斑状黑云母二长花岗岩;25—粗粒斑状黑云母花岗岩;26—志留系二云母二长花岗岩;27—断裂构造;28—不整合地质界线;29—物化探剖面

Fig.1 The geological map of the northwestern margin in Hengyang Basin

1—Paleogene;2—upper Cretaceous;3—lower Cretaceous;4—lower Jurassic;5—Triassic system;6—Permian system;7—Carboniferous system;8—upper Devonian;9—middle Devonian;10—Ordovician system;11—Cambrian system;12—diabase;13—Sinian system;14—south China series;15—Qingbaikou system;16—hornstone and schist xenoliths;17—lamprophyres;18—Cretaceous fine-grained micaceous monzonite granites;19—fine-grained micaceous monzonite;20—fine-grained biotite adamellite;21—medium-grained porphyritic biotite monzonite granite;22—medium-grained porphyritic dimica monzonite granite;23—coarse grained porphyritic dimicaceous monzonite granite;24—medium-grained porphyritic biotite monzonite granite;25—coarse grained porphyritic biotite granite;26—Silurian monzonite adamellite;27—fault structure;28—unconformity boundary;29—geophysical and geochemical profile

该区矿床成因大多属于热液型矿床,且成矿顺序随深度具有明显的分带特征,一般由浅到深依次为Fe-Ba-Pb、Zn-Cu、Ag,因此厘定清楚衡阳盆地垂向地层构造格架具有重要的意义^[9]。

2 地球物理及地球化学特征

区内的岩(矿)石物性参数测定结果(表1)表明,该区的岩石电性特征存在明显的物性差异,其中ρ_s为视电阻率,F_s为幅频率。花岗岩为高阻低极化(ρ_s:3 000~5 000 Ω·m,F_s:1.0%~1.2%),冷家溪群板岩为中高阻低极化(ρ_s:1 000~3 000 Ω·m,F_s:0.7%~1.0%),红盆砂岩为低阻低极化(ρ_s:20~180 Ω·m,F_s:0.8%~1.5%),含矿断裂带为低阻高极化(ρ_s:50~200 Ω·m,F_s:2.0%~4.5%),而磁异常表现均不明显。

表1 测区岩(矿)石标本物性参数测量结果

Table 1 Measurement results of physical parameters of rock (ore) samples in survey area

岩(矿)石	ρ_s/(Ω·m)	F_s/%	κ/(10^-54πSI)	J_r/(10^-3 A·m^-1)
花岗岩	3000~5000	1.0~1.2	8~20	2~25
硅质岩	1000~3000	0.7~1.0	1~3	1~4
板岩	500~2000	1.0~1.5	1~3	1~4
粉砂岩	20~180	0.8~1.5	0~2	1~5
断裂带	50~200	2.0~4.5	-2~-8	1~23

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通过对区内土壤样15种元素分析(表2),按照聚类分析原理,采用最近邻分类准则,测量间距采用皮尔森相关系数,取距离系数21为相似性分类指标,可将测区元素大致分为Ⅲ类(图2),其中与Cu相关的元素组合为Au-Ba-Ag-Sb-Hg-Mo,硫铜矿是Ag、Au的重要载体矿物,Ba、Hg与区内断裂构造有关,也可作为寻找铜矿的前缘指示元素,同时,也反映出Cu多金属的成矿与含矿热液沿构造充填作用有关。尤其是Ag、Sb、Hg组合与Cu相关程度较高,该组异常的出现是矿区寻找铜矿床的重要地球化学找矿标志。

表2 土壤分析结果

Table 2 The results of soil analysis

参数	Mn	Co	Cu	Zn	Mo	Ag	Sn	Ba	W	Pb	Sb	Bi	As	Hg	Au
均值/ 10^-6	693.78	18.34	42.30	77.74	1.35	0.07	4.97	558.76	5.10	30.93	2.45	0.77	17.04	0.04	1.77
均方差/ 10^-6	25.43	0.74	3.21	1.43	0.04	0.00	0.09	156.75	0.25	0.98	0.17	0.07	1.83	0.00	0.1
峰度/ 10^-6	2.71	49.44	53.66	0.46	19.87	9.88	5.70	261.96	9.08	36.23	114.16	236.48	135.93	23.62	31.18

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图2

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图2 R型聚类树状图

Fig.2 R—clustered tree map

3 技术方法及工作参数

本次工作布设一条20 km物化探综合剖面(图2),该剖面西起盆地边缘,穿过渣江—茅洞桥凹陷和长寿―衡阳―观音阁断裂,东至冷家溪群板岩。该剖面共开展了CSAMT测深、高精度磁法测量、激电测深、土壤地球化学测量和广域电磁法等5种勘查方法,其中CSAMT测深点距100 m,探测采用TM模式,采集数据频率范围为1~8 192 Hz,收发距7 km,发射最大电流为20 A;广域电磁法发射端功率采用220 kw,发射最大电流为130 A,发射频率范围3/256~8 192 Hz,偶极电源的长度1.23 km,收发距13 km,测量点距100 m;激电测深主要针对电磁法勘探工作所圈异常部位,采用对称四极装置,供电极距AB/2最大750 m,点距20 m;磁法测量和土壤地球化学测量点距均为100 m。

4 物化探异常分析

4.1 可控源音频大地电磁测深(CSAMT)

由CSAMT测深剖面可见各地质体电性界面明显(图3a),呈现中部低阻、两侧高阻的形态。红盆以阻值小于180 Ω·m为界,由两缘到中部逐渐变深,中部深度大于2 000 m;红盆两侧均为冷家溪群板岩,电阻均值约为1 500 Ω·m,形态清晰,分布明确;在点0~600 m段和点14 400~17 200 m段深部存在一个阻值为4 000 Ω·m的高阻体,推测为隐伏岩体引起。在点14 300 m存在一明显电性分界线,该界面倾向NW,倾角上陡下缓,延伸深度大于2 000 m,推测为长寿—衡阳—观音阁断裂(F),根据钻孔ZK7206资料表明,在该点在深度276 m处见到破碎带,该破碎带厚度约80 m,与物探成果基本相符。

图3

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图3 衡阳盆地西北缘综合物化探剖面

Fig.3 Composite geophysical and geochemical profile of the northwestern margin in Hengyang Basin

4.2 广域电磁测深

广域电磁法突破远区测量的限制,提出适用于全域的公式计算视电阻率,大大括展了观测范围,提高勘探深度和精度^{[10,11,12,13,14,15,16,17]}。从测量成果来看(图3b),该剖面整体红盆平均厚度约800 m,下伏冷家溪群板岩厚度大于4 km;点6 800 m~10 000 m段的低阻异常体与CSAMT测量成果相似,为红盆引起推测该处为渣江—茅洞桥凹陷,延伸深度大于5 km;点14 300 m处的长寿—衡阳—观音阁断裂(F)形态明显,在浅部表现为红盆和冷家溪群的不整合接触,深部切割冷家溪群,倾向NW,倾角上陡下缓,延伸深度大于5 km;两侧的隐伏岩体从深部涌入,离地表约1 km,为该部位成矿提供流体和热源。

广域电磁测深和CSAMT测深剖面整体形态相似,但广域电磁测深在对层状介质的划分、盆地形态的控制、勘探深度及分辨率上存在明显优势。图4是13200号点广域电磁测深与CSAMT测深视电阻率对比图,由图可见,在频率f≥16 Hz时, 广域电磁测深与CSAMT测深非常吻合,两条曲线基本重合;在f<16 Hz时,两条曲线出现了显著的分离,其中CSAMT法的曲线基本成45°角急剧上升,表明已进入近区,相反广域电磁测深曲线呈平缓上升,反映了高阻的基底。

图4

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图4 13200号点广域电磁测深与CSAMT测深视电阻率对比

Fig.4 The contrast chart of WFEM and CSAMT sounding apparent resistivity in 13200 point

4.3 磁法剖面测量

从磁法剖面可见整体磁异常不明显(图3c),局部异常为高压线引起,各断裂带位置附近存在局部弱负磁异常。

4.4 土壤地球化学测量

从该剖面土壤样分析来看(见图3d),Cu 与Au、Ba、Ag、Sb、Hg、Mo都存在明显的相关性,尤其是Ba 、Ag、Sb、Hg组合与Cu相关程度较高,可作为该区寻找铜矿床的重要地球化学找矿标志,异常大多位于地表断裂位置。

4.5 激电测深

本次激电测深是在CSAMT成果的基础上开展工作,针对异常区布设600 m的对称四级测深剖面,数据处理采用吉林大学GeoElectro电法系统的激电测深二维反演软件VESIP^{[15,16,17,18,19]}。

由图5可见:电阻率剖面电性界线明显,在点14 300 m存在一明显分界线,该界面倾向NW,倾角约35°,界面西侧电阻率值约100 Ω·m,界面东侧电阻率值约1 500 Ω·m。从幅频率剖面来看,对应点14 300 m处存在一高极化异常体,幅频率值约为3.5,与电阻率曲线形态相对应,推测该异常为长寿—衡阳—观音阁断裂(F)引起,该断裂西面为白垩系红盆,东面为冷家溪群地层。

图5

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图5 衡阳盆地西北缘激电测深综合剖面

Fig.5 The integrated profile of IP sounding of the northwestern margin in Hengyang Basin

5 结论与讨论

衡阳盆地是一对称的白垩系凹陷盆地,于燕山运动形成雏形,结束于喜马拉雅山运动末期,本次测量对区内发育的NW向长寿—衡阳—观音阁控矿断裂,及渣江—茅洞桥凹陷得以控制,对衡阳盆地基底形态和地层分布进行划分和论证,总结该区热液型铜矿低阻高极化弱磁高化探异常特征,优选找矿方法为CSAMT+激电+化探的方法组合。

根据衡阳盆地范围内的高重力异常推测此处地壳较薄,而其周边的低重力异常地壳较厚,借鉴前人成果,衡阳盆地深部很可能是一个小型的地幔亚柱^[3,20-22],与盆地周缘低密度的侵入体一起,构成了典型的“地幔亚热柱—幔枝”体系。而本次广域电磁探测深部低阻异常未封闭,且存在较大延伸空间,由此推测渣江—茅洞桥凹陷为地幔亚柱上升通道位置,含矿物质从地幔沿亚热柱上移,至岩石圈底部向外扩散,再沿断裂及幔枝构造的各个部位沉淀、富集成矿(见图6)。

图6

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图6 衡阳盆地西缘长寿—双牌深大断裂带控、成矿模式示意

Fig.6 The metallogenetic model of changshou-shuangpai deep and large fault zone

参考文献

原文顺序

文献年度倒序

文中引用次数倒序

被引期刊影响因子

[1]

湖南省地质调查院. 湖南省区域地质志[M]. 北京: 地质出版社, 2017.