鲁西北潘店重磁异常带矽卡岩型铁矿精细找矿方向——来自广域电磁法深部找矿的启示

doi:10.11720/wtyht.2024.1157

鲁西北潘店重磁异常带矽卡岩型铁矿精细找矿方向——来自广域电磁法深部找矿的启示

郭国强^,¹^,²^,³, 李亚东⁴, 王阳¹^,²^,³, 于嘉宾¹^,²^,³, 王润生¹^,²^,³, 高晓丰¹^,²^,³, 张大明⁵, 胡东宁¹^,²^,³, 方磊¹^,²^,³, 国玮芳¹^,²^,³

1.山东省物化探勘查院,山东济南 250013

2.山东省地质勘查工程技术研究中心,山东济南 250013

3.地下资源环境高精度探测山东省工程研究中心,山东济南 250013

4.山东省第一地质矿产勘查院,山东济南 250109

5.河北省煤田地质局物测地质队,河北邢台 054000

Fine-scale prospecting targets of skarn iron deposits in the Pandian gravity-magnetic anomaly zone of northwestern Shandong Province: Insights from deep prospecting using the wide-field electromagnetic method

GUO Guo-Qiang^,¹^,²^,³, LI Ya-Dong⁴, WANG Yang¹^,²^,³, YU Jia-Bin¹^,²^,³, WANG Run-Sheng¹^,²^,³, GAO Xiao-Feng¹^,²^,³, ZHANG Da-Ming⁵, HU Dong-Ning¹^,²^,³, FANG Lei¹^,²^,³, GUO Wei-Fang¹^,²^,³

1. Shandong Institute of Geophysical and Geochemical Exploration, Jinan 250013, China

2. Shandong Provincial Engineering Research Center for Geological Prospecting, Jinan 250013, China

3. Shandong Engineering Research Center of Underground Resources and Environment High Precision Detection,Jinan 250013,China

4. No1. Geological Team of Shandong Provincial Bureau of Geology and Mineral Resources,Jinan 250109,China

5. Geophysical Survey Team of Hebei Province Coal Geological Bureau,Xingtai 054000,China

责任编辑: 王萌

收稿日期: 2023-04-10 修回日期: 2023-05-31

基金资助:

全国重要矿集区找矿预测项目“山东省齐河—禹城矿集区找矿预测”(DD2016005223)
山东省自然资源厅2022年部省协议地质勘查项目(鲁勘字(2022)24号)
山东省地质矿产勘查开发局2022年度局地质勘查引领示范与科技攻关项目(鲁地字[2022]15号)
山东省重大科技创新工程项目(2018CXGC1601)

Received: 2023-04-10 Revised: 2023-05-31

作者简介 About authors

郭国强(1980-),男,高级工程师,主要从事深部地球物理新技术新方法的应用与研究工作。Email:gsr211@163.com

摘要

山东省鲁西北潘店地区超深覆盖区航磁和重力异常明显,通过系统的重磁异常查证工作,在研究区重磁异常带开展的多个钻孔均取得了深部矽卡岩型铁矿床找矿突破,但由于重磁异常带范围较大且其特征不能直接指示找矿方向,造成部分钻孔不见矿或见矿情况差。因此,为了更好地在重磁异常带精细圈定成矿位置,实现新的更大的找矿大突破,本文旨在已查证的潘店重磁异常带开展广域电磁测深(WFEM)工作,结合钻探验证情况,圈定深覆盖区矽卡岩型铁矿深部成矿区间及成矿有利结构面,提出深部精细找矿方向。

关键词： 潘店地区; 矽卡岩型铁矿; 重磁异常带; 广域电磁测深; 精细找矿方向

Abstract

Significant aeromagnetic and gravity anomalies were found in the ultra-deep coverage zone of the Pandian area in the northwestern Shandong Province. Through systematic verification of gravity and magnetic anomalies, a breakthrough in prospecting for deep skarn iron deposits has been achieved through several boreholes around the Pandian gravity-magnetic anomaly zone. However, the gravity-magnetic anomaly zone spreads extensively and its characteristics cannot directly indicate the prospecting target, thus some boreholes failed to find ores or revealed poor ore-finding conditions. Hence, to accurately delineate the ore-forming location in the gravity-magnetic anomaly zone and achieve a further breakthrough in ore prospecting, this study conducted the wide-field electromagnetic (WFEM) sounding in the verified Pandian gravity-magnetic anomaly zone. Combining the drilling verification, this study delineated the deep ore-forming interval of skarn iron deposits in the deep coverage zone and the favorable structural plane for ore-forming, suggesting the deep fine-scale prospecting targets.

Keywords： Pandian area; skarn iron deposit; gravity-magnetic anomaly zone; wide-field electromagnetic sounding; fine-scale prospecting target

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本文引用格式

郭国强, 李亚东, 王阳, 于嘉宾, 王润生, 高晓丰, 张大明, 胡东宁, 方磊, 国玮芳. 鲁西北潘店重磁异常带矽卡岩型铁矿精细找矿方向——来自广域电磁法深部找矿的启示[J]. 物探与化探, 2024, 48(2): 327-333 doi:10.11720/wtyht.2024.1157

GUO Guo-Qiang, LI Ya-Dong, WANG Yang, YU Jia-Bin, WANG Run-Sheng, GAO Xiao-Feng, ZHANG Da-Ming, HU Dong-Ning, FANG Lei, GUO Wei-Fang. Fine-scale prospecting targets of skarn iron deposits in the Pandian gravity-magnetic anomaly zone of northwestern Shandong Province: Insights from deep prospecting using the wide-field electromagnetic method[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2024, 48(2): 327-333 doi:10.11720/wtyht.2024.1157

0 引言

近年来,依托中央及地方财政资金项目,在鲁西超深覆盖区内的潘店重磁异常带,通过钻探验证,发现了厚大矽卡岩型富铁矿床,取得了找矿突破。但仍存在如下不足之处:首先是前期受物探技术设备的影响,没有能够在厚大低阻覆盖区进行深部勘探同时又不受近场影响的大功率人工场源电磁法设备^[1],深部空间勘探效果较差,仅靠重磁异常查证不能直接圈定一定深度的成矿有利区;其次前人主要围绕具有同源特征的重磁异常带进行钻探验证,手段单一,虽然实现了个别钻孔的找矿突破,但根据重磁异常带仅能定性划分燕山晚期闪长岩成矿地质体顶板埋深,不能准确、精细地确定深部铁矿体的赋存位置和赋存特征,不能定性确定钻孔揭露的矿体相对规模大小,钻探验证存在较大的风险,甚至造成验证失败。基于上述问题,在潘店重磁成矿异常带开展广域电磁测深新技术方法研究工作,可以较好地解决上述两方面的问题,进而可精准地指明该地区深部矽卡岩型铁矿的找矿方向^{[1⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓-12]}。

1 地质概况

研究区潘店铁矿受潘店岩体控制,重磁异常特征明显,处于李屯铁矿和大张铁矿之间,位于齐河潜凸起内,全部被巨厚新生界第四系、新近系覆盖,地层由上而下主要分布第四系、新近系、二叠系、石炭系、奥陶系。断裂构造位于本次研究区外围,控制着区内凹陷及凸起的边界。岩浆岩以中生代燕山晚期中性侵入岩为主,岩性为闪长岩,岩浆可能呈岩墙、岩床状侵入到奥陶系马家沟群碳酸盐岩地层中,与围岩发生接触交代作用,形成矽卡岩,并在退变质过程中发生磁铁矿化,形成接触交代型铁矿床的主矿体;部分岩浆侵入到石炭纪—二叠纪地层中,呈岩枝(或岩席状)产出,与其所接触的碳酸盐岩地层发生接触交代作用形成铁矿体(图1)^{[13⇓⇓-16]}。

图1

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图1 研究区地质构造简图

Fig.1 Geological structure diagram of the study area

2 地球物理特征

根据研究区见矿钻孔实测物性统计结果,将岩(矿)石物性资料进行统计汇总(表1)。区内地层、岩体及铁矿体间有着较为明显的电阻率差异,其中闪长岩和奥陶系灰岩呈现明显的高阻特征,且二者间也存在较为明显的电阻率差异;石炭—二叠系呈中阻特征;新生界电阻率较低;磁铁矿电阻率相对更低,呈现较好的导电性,当其具备一定规模时,可形成广域电磁测深剖面视电阻率低阻下凹异常^[17-18]。

表1 研究区电物性特征统计

Table 1 Statistical of electrical and physical characteristics in the study area

岩层	样品块数	岩性	电阻率ρ/(Ω·m)
岩层	样品块数	岩性	一般值	平均值
第四系	63	砂质黏土	10~30	18
新近系	50	黏土	6~22	12
石炭—二叠系	36	砂岩、粉砂岩	55~1568	769
奥陶系	32	灰岩	198~3197	2031
侵入岩闪长岩	30	闪长岩	947~5842	2985
铁矿石	30	磁铁矿	5.5~27.2	14.7

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3 综合解释研究

3.1 潘店重磁异常特征

研究区位于潘店岩体凸起区,重磁异常特征显著,如图2所示,潘店局部重力高值区(G1)以2.6×10^-5 m/s²等值线圈定,异常沿南北走向跨度约9.7 km,最宽处约4 km,面积约28.5 km²,局部异常中心位于西于科村以北约1 km。磁异常C1以130 nT等值线圈定,异常沿走向跨度约10 km,最宽处约4.8 km,面积约37.3 km²,磁异常中心位于西于科村东南约1.5 km。

图2

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图2 潘店重磁异常

a—剩余重力异常;b—航磁化极异常

Fig.2 Pandian gravity and magnetic anomaly

a—residual gravity anomaly; b—aeromagnetic pole anomaly

潘店重磁异常重合区域推断主要由中生代燕山晚期闪长岩成矿地质体所致,同时包含控矿地层奥陶系灰岩的叠加局部重力高值区以及矽卡岩型富铁矿体的叠加磁异常区,即为矽卡岩型铁矿的成矿有利区^[19⇓-21]。

3.2 广域电磁测深成矿电性特征

3.2.1 研究区剖面及钻探布设情况

在潘店重磁异常重合区平行布设了7条广域电磁测深剖面(图2中L1~L7),L1~L6剖面间距为200 m, 收发距R为11.13~12.13 km,发射极距AB为1 485 m,采用1~11共11个频组,最高频率8 192 Hz,最低频率至3/256 Hz,共计75个频点,最大发射电流160 A,接收极距MN为100 m。共施工了ZK1、ZK2、ZK41、ZK42、ZK43共5个验证钻孔,其中钻孔ZK1位于广域电磁测深L1剖面900点,ZK41和ZK42分别位于广域电磁测深L2剖面的870点和920点,ZK2、ZK43分别位于广域电磁测深L3剖面950点和870点。各钻孔揭露了区内主要地层、岩体及铁矿体的分布情况,各钻孔见矿情况差别明显,是否见矿及见矿钻孔揭露矿体规模不一。

3.2.2 成矿电性特征解释

为研究下一步在潘店重磁异常区的精细找矿方向,现对潘店异常带钻孔见矿情况与所在广域电磁测深剖面电性特征之间的位场关联性进行分析研究,具体解释如下:

由L1、L2、L3广域电磁测深反演剖面(图3~图5)来看,经反演计算后,各剖面岩体及各类地层的电场特征较为清晰,由浅及深其电性特征明显分为3个部分,其浅部低阻层对应新生界第四系、新近系厚覆盖区,以低阻的黏土、砂质黏土等为主,电阻率在几~几十欧姆·米;中部中高阻层为古生界石炭—二叠系,以砂岩、粉砂岩及泥岩等为主,电阻率在几十~上千欧姆·米;深部高阻层为古生代奥陶系及中生代燕山晚期侵入岩,为矽卡岩型铁矿的成矿地质体,岩性分别以灰岩、闪长岩为主,均为高阻岩类,电阻率平均值在2 000 Ω·m以上,奥陶系灰岩的电阻率整体小于闪长岩的电阻率,铁矿体位于中闪长岩体与奥陶系灰岩的接触部位。

图3

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图3 广域电磁测深L1剖面综合推断

Fig.3 Comprehensive inference map of wide-area electromagnetic sounding profile L1

图4

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图4 广域电磁测深L2剖面综合推断

Fig.4 Comprehensive inference map of wide-area electromagnetic sounding profile L2

图5

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图5 广域电磁测深L3剖面综合推断

Fig.5 Comprehensive inference map of wide-area electromagnetic sounding profile L3

从L1视电阻率反演剖面图来看,剖面内自西向东岩体侵位逐渐变浅,剖面东端通过1020点后向东岩体埋深又逐渐增大,860~1020点附近岩体顶板埋深最浅,此区间位于潘店重磁异常重合区,与磁异常中心对应,且受岩体侵入影响,上覆奥陶系及石炭—二叠系局部明显抬升,导致该区间奥陶系灰岩局部呈薄层状,甚至缺失,钻孔ZK1位于该区间低阻凹陷中心900点,钻孔孔深1 674.42 m,其-811.08 m以浅第四系、新近系呈明显且平缓的视电阻低阻特征;-811.08~-1 473.64 m深度分布的石炭—二叠系对应视电阻率过渡区,表现为电场梯级带特征,视电阻率由浅及深递增;-1 571.36 m以深为高阻闪长岩体分布,局部存在相对低阻区,推断其电性分布不均匀;铁矿体位于-1 444.44~-1 542.19 m区间,见矿5层,最厚矿层16.80 m,见矿情况较好,剖面图中铁矿体呈明显的局部低阻凹陷特征,矿体附近奥陶系灰岩由于接触交代作用变质为大理岩,且伴随低阻矽卡岩化,导致奥陶系灰岩原岩的高阻特征难以体现。从揭露情况来看,矿体位于中生代燕山晚期闪长岩体与奥陶系薄层灰岩的接触部位,说明中生代燕山晚期闪长岩体为该区矽卡岩型铁矿成矿地质体,其与奥陶系灰岩的接触部位是找矿重点地段,“V”字型低阻凹陷中心部位成矿有利。

从L2视电阻率反演剖面来看,剖面内自西向东岩体侵位情况与L1剖面一致,900点的低阻凹陷相对于L1剖面的低阻凹陷更深大。由剖面中ZK41、ZK42验证孔及ZK1投影点揭露情况来看,钻孔孔深分别为1 606.38、1 663.65和1 674.42 m,各地层及岩体分布明显,分布特征和L1线一致,铁矿体整体位于-1 420.32~-1 542.19 m区间,呈明显的局部低阻凹陷特征。ZK41、ZK42、ZK1深部找矿区间均位于剖面“V”字型凹陷影响范围内,且分别位于“V”字型凹陷缓倾翼、陡倾翼和中心部位。从揭露情况来看,ZK41揭露磁铁矿矿层4层,最厚矿层21.71 m;ZK42揭露磁铁矿矿层1层,矿层厚度11.55 m;ZK1揭露矿层5层,最厚矿层16.80 m。以上说明,矿体均位于剖面“V”字型凹陷区,呈较为明显的低阻反映,凹陷中心部位及凹陷缓倾翼为成矿有利结构面,“V”字型凹陷陡倾翼成矿规模变小,效果变差。

从L3视电阻率反演剖面图来看,受岩体侵入影响,920~1020点附近岩体顶板埋深最浅,奥陶系灰岩相对于两侧明显变薄,此区间位于潘店重磁异常重合区。从L3剖面中ZK43、ZK2及ZK1投影点揭露情况来看,各地层及岩体分布明显,铁矿体整体位于-1 408.55~-1 542.19 m。ZK43找矿区间位于“V”字型凹陷的陡倾翼,揭露铁矿矿层1层,矿层厚度10.92 m;ZK2的含矿层位在剖面图中位于岩体隆起电性均匀的平台处,钻孔未见矿;ZK1位于“V”字型凹陷中心相对缓倾翼,揭露矿层5层。以上说明,剖面图中低阻凹陷所在的影响范围为成矿有利区,见矿的规模与钻孔在低阻凹陷的位置有直接且必然的关系,凹陷缓倾翼明显好于凹陷陡倾翼,无低阻凹陷特征不成矿。

4 矿体成矿特征总结

综上所述,通过利用广域电磁测深法在潘店重磁异常带上的综合研究,结合钻孔验证,分析其铁矿体在广域电磁测深剖面上成矿电性特征,提出了矽卡岩型铁矿精细找矿方向,如图6所示。

图6

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图6 矽卡岩型铁矿成矿模型

Fig.6 Metallogenic model of skarn iron ore

钻孔ZK1深部见矿区间位于L1剖面“V” 字型低阻凹陷的中心部位,其在L2、L3剖面垂直投影分别位于相应剖面“V” 字型低阻凹陷的中心部位和凹陷的缓倾翼,该钻孔见矿情况较好;钻孔ZK41深部找矿区间位于L2剖面“V” 字型低阻凹陷的缓倾翼,该钻孔见矿情况亦较好。上述说明,广域电磁测深剖面“V”字型低阻凹陷中心部位及凹陷缓倾翼,为成矿有利结构面,有利于岩浆热液与成矿地层奥陶系灰岩通过接触交代作用富集于此,进而形成矽卡岩铁型矿,该结构面为下一步精细找矿的主要方向。

钻孔ZK42、ZK43深部见矿区间分别位于L2剖面和L3剖面“V”字型低阻凹陷的陡倾翼,两钻孔均见一层铁矿,相较于低阻凹陷中心部位及缓倾翼见多层铁矿来说,凹陷陡倾翼成矿条件弱于凹陷中心部位及凹陷缓倾翼。上述说明,在广域电磁测深剖面“V”低阻凹陷陡倾翼,岩浆热液与成矿地层奥陶系灰岩不能较好地通过接触交代作用赋集于此结构面,矽卡岩化程度低,该结构面为下一步精细找矿的次选方向。

钻孔ZK2深部找矿区间位于L3剖面闪长岩体顶界面相对平整段,闪长岩体上隆造成该区段奥陶系灰岩呈极薄层状分布或缺失,无法较好地进行接触交代作用变质为大理岩,不能形成低阻矽卡岩化进而形成矽卡岩铁型矿。因此,闪长岩体上隆且无低阻凹陷区段不易作为下一步的找矿方向。

5 结论

1)广域电磁测深法是采用不做简化的电磁场单分量表达式迭代计算“广域视电阻率”,而不是常用的近似简化的卡尼亚电阻率,可以在不局限于远区的区域内进行观测,拓展了观测范围,增大了勘探深度,另外,广域电磁测深法为伪随机信号激发,频点多,抗干扰强,为本次深部矽卡岩型铁矿找矿取得突出成果奠定了基础。

2)从广域电磁测深各反演电阻率剖面来看,不同深度区间地质体电性差异明显,能较好地划分超厚覆盖区地层之间及与岩体的分界面,能够精细圈定成矿有利部位。

3)结合潘店重磁异常与广域电磁测深所反映电性特征的关联性分析,前者可圈定铁矿找矿的大致范围,后者可指明深部铁矿的精细找矿方向。

4)通过对矿体成矿电性特征研究可知,铁矿见矿情况与成矿地层存在相关性,当奥陶系成矿地层具备一定的厚度时才有利于与闪长岩成矿地质体发生接触交代作用,形成矽卡岩化,进而成矿;当奥陶系灰岩成矿地层极薄或缺失时基本不能成矿。

5)通过钻探验证可知,广域电磁测深剖面中“V”字型低阻凹陷所在区间为成矿有利区,见矿的规模与钻孔在剖面低阻凹陷中的位置有直接且必然的关系,钻孔在低阻凹陷缓倾翼及凹陷中心部位见矿明显好于凹陷陡倾翼,非低阻凹陷特征不成矿,这一研究结论为今后在该地区深部铁矿找矿指出了最佳技术方法组合(重磁+WFEM),指明了精细找矿方向。

参考文献

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地球物理勘探技术是深部矿产资源勘查的主要技术手段.长期以来，我国地球物理勘查技术和仪器严重依赖国外进口，国产勘查技术无论仪器设备，还是方法、软件尚不能满足日益增长的深部矿产勘查需求."十二五"国家高技术研究发展计划（863计划）资源环境技术领域设立了"深部矿产资源勘探技术"重大项目，以提高深部矿产资源探测的深度、精度、分辨率和抗干扰能力为目标，研发高精度重磁探测技术、电法及电磁探测技术、地震探测、钻探和井中探测技术和装备.经过4年的攻关研究，突破了高精度微重力传感器、铯光泵磁场传感器、宽带感应式电磁传感器等10余项关键技术；研发、完善和升级了地面高精度数字重力仪、质子磁力仪、大功率伪随机广域电磁探测系统、分布式多参数电磁探测系统等18套勘探地球物理仪器设备；创新和完善了20余项勘探地球物理数据处理、正反演方法，研发和完善了2套适合金属矿数据处理及解释的大型软件系统，和8套其他专用软件系统，大幅度提升了我国地球物理勘探技术水平.本文旨在介绍项目取得的主要成果，首先回顾我国地球物理勘探技术的发展历程，然后再重点介绍"深部矿产资源勘探技术"重大项目取得的主要成果和进展，最后对发展我国地球物理勘探技术提出作者的看法和建议.

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