辽宁南部瓦房店地区是我国最大的金刚石原生矿重要产地,目前已发现4个金刚石成矿带和120个与金刚石成矿有关的岩体(金伯利岩管24个、岩脉89个、可疑岩体7个)[12],矿床类型属于金伯利岩型金刚石原生矿。前人对该区矿床地质特征、成矿规律、找矿前景、成矿模式研究等方面取得了一定的成果[17]。金刚石勘查没有直接的地球物理勘查手段,而是通过寻找其母岩(金伯利岩)达到金刚石找矿的目的。金伯利岩中含有磁铁矿等磁性矿物而具有一定的磁性[811],磁法作为金刚石矿产勘查主要的地球物理方法,已取得了显著的找矿效果[1214]。本区前人利用1∶2.5万航磁资料开展过典型岩管航磁异常特征研究,仅30号、42号、50号等3个较大的岩管有异常反映,对其他岩管则反映不明显[1516],对本区金伯利岩引起的航磁异常特征未形成较为系统的认识。2016年,中国地质调查局航空物探遥感中心在辽宁瓦房店地区利用自主研制的AGS-863航磁全轴梯度勘查系统开展了1∶1万大比例尺、高精度航磁测量工作(涵盖了Ⅰ、Ⅱ金刚石矿带,面积918 km²),获取了丰富的航磁场特征,本文探讨了金伯利岩体与航磁异常的关系,为今后寻找金伯利岩体提供了参考性意见。

瓦房店金刚石矿田位于郯庐断裂以东、金州断裂以西的中间地带^[2],大地构造位置隶属于华北地台次一级构造单元辽吉地块的西南部复州—大连新元古代—古生代断陷内^[7]。瓦房店以东地区主要出露新太古界片麻岩,以西地区属于凹陷区,出露有古元古界大石桥岩组、盖组岩组,新元古界青白口系、南华系、震旦系,古生界寒武系、奥陶系、石炭系,中生界侏罗系及新生界第四系(图1)。其中新元古界分布范围最大,由砾岩、砂岩、页岩及石灰岩所组成,金伯利岩体主要侵入于新元古界地层之中,仅个别岩体(1、2、3、6、56、57、66号)围岩为寒武系。断裂构造较为发育,主要为EW向、NNE-NE向和NW向等多个方向断裂。矿田内除金伯利岩外,还出露有闪长玢岩、辉绿岩等脉岩,出露面积度不大。

目前发现的金伯利岩体可以划分为4个成矿带,包括4个大型原生矿(30号、42号、50号、51-68-74号),其中Ⅳ矿带为2016年新发现的矿带,成矿带整体呈NEE向展布。金伯利岩体形态分为岩管和岩脉,以脉状为主,岩管较少,岩管与岩脉呈群、呈带分布,岩脉严格受NEE走向密集节理带控制,一般走向呈近EW向或NNE向,岩管多产在二组构造的交汇处^[2]。

研究区内岩石磁性差异大(表1),磁化率数据为野外原位实测,使用仪器为ZH-1磁化率仪,剩磁数据引用自文献[17]。

沉积岩基本上属弱磁性或无磁性,其磁化率均值一般都在50×10^-5 SI以下。

变质岩磁化率与原岩的关系较大,原岩为酸性岩的一般磁性较弱,基性岩的磁性较强。黑云斜长片麻岩磁性较弱,磁化率一般在n×100×10^-5 SI左右,黑云角闪片麻岩磁性较强,磁化率均值为2 171×10^-5 SI。

各类侵入岩磁性变化较大,具有明显从超基性—基性—中性—酸性逐渐减弱的趋势。金伯利岩磁性变化范围较大,磁化率均值(3 000~9 000)×10^-5 SI,这与岩石矿物组合和后期蚀变作用有关,如1号岩管磁化率均值为8 842×10^-5 SI,42号岩管磁化率均值为7 402×10^-5 SI,75号岩管磁化率均值为6 933×10^-5 SI,碳酸盐化、硅化等蚀变作用会使金伯利岩的磁性明显减弱,乃至无磁性,如65号岩管强碳酸盐化金伯利岩磁化率均值为161×10^-5 SI;剩余磁化强度不大,变化范围一般在(n×10~n×100)×10^-3 A/m,剩余磁化倾角接近地磁场磁化方向^[17]。中、基性侵入岩具有较强磁性,橄榄玄武岩磁化率均值为2 046×10^-5 SI,辉绿岩磁化率均值为2 383×10^-5 SI,闪长岩磁化率均值为 2 250×10^-5 SI,角闪质安山岩磁化率均值为2 824×10^-5 SI。酸性侵入岩如流纹斑岩,呈现弱磁性,磁化率均值为6×10^-5 SI。

以上金伯利岩等岩石磁性特征,为区域磁场解释和寻找金伯利岩提供了重要依据。一般地,已知金伯利岩体围岩岩性大多为沉积岩地层,可形成明显磁性差异,但安山岩、辉绿岩等岩浆岩也具有一定的磁性,其走向与金伯利岩不同,常呈长条状,在磁异常上可以区分开。

在瓦房店地区1∶1万航磁ΔT化极异常图上(图2),研究区总体呈中间高、南北两侧逐渐降低的趋势,中部为平稳升高磁场区,ΔT值一般在60~110 nT,北侧为波动的降低磁场区,ΔT值一般在-20~-70 nT,表明测区南北两侧基底岩性及构造特征具有一定差别。北侧波动降低磁场区由西向东逐渐降低,磁场变化平稳,其上分布有NE向、NNE向、NW向弱正异常,异常形态多样,以椭圆形为主,幅值变化不大,一般在100 nT以下,梯度变化不大,背景场是分布范围较广、较厚的无或到弱磁性沉积岩的反映,其上叠加的局部异常为中、基性脉岩的反映。中部平缓升高磁场区上叠加多处局部异常,异常形态主要有椭圆状、带状,规模大小不等,幅值变化一般在20~80 nT,局部强者可达235 nT,异常走向以NEE为主,其次还有NNE向、NW向,该区域大面积分布的无或弱磁性的沉积岩系无法引起区域的升高背景场,推测其是基底相对抬升的结果,导致南北两侧相对下降呈降低背景场,其上叠加的NNE向、NW向带状异常,主要为沿断裂上侵的基性或中性岩脉的反映,部分孤立异常为金伯利岩的反映。本区金伯利岩体基本集中分布在中部平缓升高磁场区中,二者展布方向与NEE向航磁异常带基本一致。研究区航磁异常(图2)呈杂乱的团块状或呈孤立的异常,北侧一般伴生负值,具有规模较小、埋藏浅、频率高、衰减快等特征,是城镇、铁路、高压线塔等引起的,在使用该资料时应注意。

瓦房店金伯利岩地区开展过多次航磁测量,30号、42号、50号等岩体均有不同程度的异常显示。从最新完成的1∶1万航磁调查获得的航磁ΔT等值线平面图发现,部分小的金伯利岩体也有异常显示(表2),现列举几处典型的岩体予以说明金伯利岩体引起的航磁异常特征。

瓦房店涝田沟金刚石矿区位于第Ⅰ矿带中段,已发现有30号、34号、38号3个金伯利岩岩管和29号、31号、43号、110号等金伯利岩岩脉,出露地层主要为南芬组页岩、灰岩,受NEE向断裂构造控制明显。30号、41号、44号、72号金伯利岩体相距较近,反映为同一航磁异常,在航磁ΔT等值线平面(图3a)上显示为近EW走向的椭圆状,幅值为40 nT,航磁垂向梯度等值线平面(图3b)中,4个岩体处显示为NEE向椭圆状异常,梯度值在100~140 nT/km,异常走向与岩体在地表上的走向基本一致。38号、80号、84号、85号、110号等岩体在图3a中显示为弱的磁场波动,图3b中位于NEE向椭圆状异常处,梯度值在50~140 nT/km,异常走向与岩体在地表上的走向基本一致,异常较弱主要与岩性有关,如38号岩体岩性主要为强碳酸盐化斑状金云母金伯利岩,部分硅化,磁化率偏低。34号、70号等岩体在航磁图中特征不明显,可能是岩体规模较小、航磁调查测线间距大、飞行高度高等因素引起,如34号岩体长70 m、宽10 m,70号岩体长度不清楚、宽1.5~1.8 m,但其受断裂构造控制特征较明显。

75号岩管于1978年发现,位于瓦房店市三家村庙下涌泉寺西侧,呈岩筒状,走向NE75°,长100 m,宽20 m,地面呈不规则椭圆状,面积约1 275 m²,岩性主要为富金云母金伯利岩和斑状金伯利岩,实测磁化率变化范围在(3 298~18 789)×10^-5 SI,对应的航磁异常特征(图4)呈椭圆状,长轴走向NEE向,长约240 m,宽约190 m,幅值15 nT,垂向梯度值在60~140 nT/km,异常分布范围大于岩管在地表的出露范围。48号岩脉岩性主要为富金云母金伯利岩,呈NEE向展布,在航磁ΔT等值线平面(图4a)

上仅为向NE向突出的异常波动,场值在0~10 nT,航磁垂向梯度等值线平面(图4b)中异常特征不明显,位于NEE走向的椭圆状异常的延伸方面上。

瓦房店地区金伯利岩体在航磁ΔT异常图中,大致可以分为两类,一类反映为明显可辨的孤立正异常,如30号、75号等岩体,其异常幅值多在10~40 nT,这类异常强度的大小与金伯利岩本身的磁性特征、埋藏深度、规模等有密切关系,岩体与围岩具有明显的磁性差异;另一类则异常特征不明显,分辨率较差,如33号、34号岩体,可能为岩体与围岩磁性差异较小,航磁异常无法从背景场中区分出来。

本区金伯利岩体形成于古生代早—中期,沿EW—近EW向深断裂成带、成群分布^[3],与围岩没有严格的选择性,展布方向和矿体形态主要受NEE向和NE向断裂控制,多位于中部平缓升高航磁异常带(基底相对隆起区)及其边部,其上主要分布NEE向断裂构造,是区域地质背景的客观反映。经过金伯利岩体与航磁异常特征对比、分析发现,航磁异常特征对寻找金伯利岩具有十分重要的指导意义,金伯利岩体多对应NEE向弱小孤立航磁异常,幅值一般不大于50 nT,垂向梯度不大于150 nT/km,形态多表现为椭圆状,分布范围一般大于地表出露面积,预示深部可能有隐伏金伯利岩体的存在,这为优选具有找矿意义的航磁异常提供了重要的参考依据。

研究区南侧是Ⅰ、Ⅱ金刚石矿带分布区,NNE向断裂构造发育,航磁图中表现为低缓正背景场中分布有一些NEE向孤立的椭圆状低缓正异常,部分异常处分布有金伯利岩体,在选择找矿靶区时应多关注该类异常。研究区东北侧目前未发现有金伯利岩,航磁图中表现为区域性波动降低磁场中叠加NE向、NNE向、NW向、NEE向弱磁异常,异常形态多样,以椭圆形为主,幅值变化不大,一般在100 nT以下,异常多为沿断裂侵入的中、基性岩脉引起,多组断裂交汇部位的NEE向航磁异常值得关注。

1) 金伯利岩体一般磁性较强,与围岩的磁性差异较大,在航磁图中表现为明显可辨的孤立正异常,形态多表现为沿构造方向拉长的椭圆状,异常的幅值、范围与航磁测量飞行高度、岩体规模、磁性等关系密切。

2) NEE向孤立航磁弱异常在寻找金伯利岩的方面具有较好的指示意义,应重点关注目前未发现金伯利岩体的该类异常,结合地面磁梯度、电法、重力等其他地球物理方法开展地面综合查证、综合解释工作,提高异常解释的可信度。