地震方法在胶东地区西林断裂带深部金矿找矿预测中的应用与指示

doi:10.11720/wtyht.2024.1408

地震方法在胶东地区西林断裂带深部金矿找矿预测中的应用与指示

孔晓敏^,¹^,³^,⁴, 孙超², 周宜康¹^,³^,⁴, 田思清², 苏海岗¹^,³^,⁴, 周明磊^,²

1.山东省地质矿产勘查开发局第六地质大队(山东省第六地质矿产勘查院),山东威海 264200

2.山东省煤田地质规划勘察研究院,山东济南 250104

3.自然资源部深部金矿勘查开采技术创新中心,山东威海 264200

4.山东省深部金矿探测大数据应用开发工程实验室,山东威海 264200

Application and indication of seismic methods in deep gold prospecting in the Xilin fault zone in the Jiaodong area

KONG Xiao-Min^,¹^,³^,⁴, SUN Chao², ZHOU Yi-Kang¹^,³^,⁴, TIAN Si-Qing², SU Hai-Gang¹^,³^,⁴, ZHOU Ming-Lei^,²

1. No. 6 Geological Team of Shandong Provincial Bureau of Geology and Mineral Resources(No.6 Institute of Geology and Mineral Resources Exploration of Shandong Province),Weihai 264200,China

2. Shandong Coalfield Geological Planning and Survey Research Institute,Jinan 250104,China

3. Ministry of Natural Resources Deep Gold Exploration and Mining Technology Innovation Center,Weihai 264200,China

4. Shandong Provincial Engineering Laboratory of Application and Development of Big Data for Deep Gold Exploration,Weihai 264200,China

通讯作者: 周明磊(1962-),男,山东青岛人,二级研究员,毕业于中国矿业大学地球物理勘查专业,从事地球物理勘查新技术、新方法的应用与研究工作。Email:zml426@163.com

第一作者: 孔晓敏(1982-),女,山东东明人,硕士,高级工程师,毕业于中国科学院南京地质古生物研究所,从事地质调查与矿产资源勘查工作。Email:haidaoasd@163.com

责任编辑: 沈效群, 叶佩

收稿日期: 2023-09-28 修回日期: 2024-05-10

基金资助:

山东省地矿局科技创新项目“胶东深部金矿找矿反射地震方法试验研究”(KY201916)
山东省地矿局地质勘查与科技创新项目“胶西北重要控矿断裂三维地震探测”(202010)

Received: 2023-09-28 Revised: 2024-05-10

摘要

西林断裂带与金及多金属矿化关系密切,具有较好的金矿资源潜力,查明其控矿断裂深部结构特征,是金矿勘查工作能否取得突破的关键与重点。本文在分析金矿成矿规律的基础上,通过开展反射地震方法研究,明确了胶东地区主要控矿断裂带产状变化的地震响应特征,指出:地震时间剖面上同相轴能量发生强弱变化、连续性变差部位,较大可能为断裂产状变化的指示,有良好的成矿可能。据此预测了成矿靶区并进行了验证。

关键词： 地震勘探; 西林断裂带; 金矿深部找矿; 靶区预测

Abstract

The Xilin fault zone,intimately associated with gold and polymetallic mineralization,exhibits high potential for gold resources.In deep exploration,identifying the deep structural characteristics of ore-controlling faults plays a critical role in achieving breakthroughs in gold exploration.Through the analysis of gold metallization regularity and the reflection seismic methods,this study clarified the seismic response to the changes in the attitude of the dominant ore-controlling fault zone in the Jiaodong area.It posited that the changes in energy intensity of the seismic event on the seismic time profile,as well as large continuity deterioration zones,can indicate the changes in the fault attitude,demonstrating high mineralization potential.Moreover,this study predicted and verified the metallization targets in the area.

Keywords： seismic exploration; Xilin fault zone; deep gold prospecting; target prediction

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本文引用格式

孔晓敏, 孙超, 周宜康, 田思清, 苏海岗, 周明磊. 地震方法在胶东地区西林断裂带深部金矿找矿预测中的应用与指示[J]. 物探与化探, 2024, 48(4): 979-985 doi:10.11720/wtyht.2024.1408

KONG Xiao-Min, SUN Chao, ZHOU Yi-Kang, TIAN Si-Qing, SU Hai-Gang, ZHOU Ming-Lei. Application and indication of seismic methods in deep gold prospecting in the Xilin fault zone in the Jiaodong area[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2024, 48(4): 979-985 doi:10.11720/wtyht.2024.1408

0 引言

西林—陡崖断裂带是胶东地区4条控矿断裂之一,与金及多金属矿化关系密切。沿该断裂带已进行过不同程度的金及有色金属找矿工作,但与三山岛、焦家、招平控矿断裂带均实现深部突破不同,西林—陡崖断裂带的地质工作主要集中在浅部,对深部的研究和认识不足。随着金矿勘探开发的不断深入,针对深部隐伏矿体的找矿预测方法成为目前重要发展方向。常规金属矿探测方法主要依赖重、磁、电等物探手段,基于以上方法联合的综合地球物理探测技术在胶东金矿集区得到了广泛应用,并取得了一定效果^[1⇓⇓-4],但受到体积效应影响,也存在不足。

地震方法作为探测深部构造最有效手段之一,可获取地下地质结构的精确图像,在精细描述深部地质构造格架方面发挥着较其他方法更显著的作用。该方法在长江中下游成矿带和胶东金成矿带深部结构探测中已进行了试验和研究^[5⇓⇓-8],显示出了较好的勘探效果。因此,近年来,反射波地震方法逐渐应用于金矿深部找矿领域,尤其是在胶东地区,控矿断裂宽度、赋矿部位强烈蚀变等因素造成其与围岩较为显著的波阻抗差异,为反射地震方法探测断裂带产状变化提供了良好的地球物理前提。本文在分析研究区区域地质、地球物理特征、成矿规律与找矿标志的基础上,着重介绍了地震勘探在西林—陡崖断裂带深部金矿找矿的应用效果。

1 研究区地质、地球物理概况

1.1 地质概况

研究区位于烟台市福山区,区内地层广布,主要有古元古界荆山群(HtJ)、新元古界蓬莱群(Nh-ZP)、中生界莱阳群(K₁L)、青山群(K₁Q)、王氏群(K₂-E₁W)及新生界第四系(Q)(图1)。

图1

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图1 研究区地质构造简图

Fig.1 Geological structure diagram of the research area

区域上断裂构造十分发育,多属于压扭性断裂,两侧派生、伴生的次级断裂也较发育。西林断裂为区内规模较大且与金矿关系密切的主要断裂,其走向近E—W,倾向S,倾角25°~60°,对臧家庄中—新生代断陷盆地形成起到了明显的控制作用。

区内岩浆岩分布广泛,成因类型复杂多样,主要为新太古代栖霞序列(Ar₃Q)、中生代郭家岭序列(K₁G)、中生代伟德山序列(K₁W)等。

1.2 地球物理特征

前寒武纪变质岩的密度大而稳定,荆山群和粉子山群变质岩的密度值相差较小,中生代花岗质侵入岩(郭家岭序列、伟德山序列)密度相差不大。但前寒武纪变质岩与郭家岭序列、伟德山序列间存在0.26~0.28 g/cm³的密度差,具备形成地震反射波的条件。中生代以来沉积岩与荆山群和粉子山群存在0.04~0.14 g/cm³的密度差(表1),有可能形成地震反射波。被侵入岩体包围的片麻岩套,由于形成时代、压实程度的不同,有时可以形成较强的连续性反射波。

表1 研究区侵入岩、地层密度参数统计^[9]

Table 1 Density parametric statistics of intrusive rocks and strata in the research area^[9]

序号	岩性	平均密度/(g·cm^-3)
1	栖霞序列片麻状英云闪长岩	2.91
2	粉山子群	2.76
3	荆山群	2.78
4	伟德山序列二长花岗岩	2.65
5	郭家岭序列花岗闪长岩	2.63
6	莱阳群	2.64
7	蓬莱群	2.72
8	黄铁矿化碎裂状花岗岩(断裂带)	2.70

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区内断裂构造往往沿侵入岩与变质岩接触带展布,且断裂破碎蚀变带受构造或蚀变影响,断裂与两侧岩体密度差异往往较大,可形成较为明显的地震反射波,同时较厚的断裂破碎带、矿体的存在也为通过地震勘探方法进行断裂带识别提供了有利条件。

岩石物性的差异为通过地震勘探方法进行断裂带预测提供了基础。

2 成矿规律与找矿标志

2.1 成矿条件与成矿规律

胶东地区以其复杂的地球动力学演化、成矿地质背景、独特的成岩成矿作用,以及其在矿产储量的重要性等,吸引了众多地质学家的关注并进行了大量深入的研究^{[10⇓⇓-13]},取得了显著成果。区内金矿床的控矿条件十分复杂,矿床的形成具有明显的多期性、多因素控矿性。区内大型—超大型金矿的成矿,主要受前寒武纪变质基底岩系、中生代燕山期构造—岩浆活动、NE—NNE韧—脆性构造3大因素复合控制。太古宙含较多幔源物质的变质基底岩系、侏罗纪玲珑花岗岩和白垩纪郭家岭花岗岩构成了金矿的矿源岩系——金矿成矿的物质基础;中生代大规模的岩浆活动是含金流体活化、运移的热源;广泛发育的断裂构造为矿液运移、富集和沉淀提供了良好通道和赋矿空间。

构造对金矿床控制作用非常明显。金矿床赋存于断裂构造内,且多数位于断裂带的下盘,构造表面形态变化与矿体富集关系极密切,其拐弯位置是适宜于成矿物质富集的引张扩容空间。

2.2 找矿标志

通过对赋矿构造、深浅部主矿体对比、矿体产出特点、围岩条件等的深入分析发现,胶东西北部的金矿控矿断裂沿倾向出现若干个倾角由陡变缓的变化台阶,金矿体主要沿台阶的平缓部位和陡、缓转折部位富集,构成“阶梯式”分布型式(图2)。因此,断裂倾角由陡变缓台阶位置、走向变化的拐弯位置、构造表面变化率较大位置、破碎带宽大位置、构造交汇部位及下盘次级断裂发育位置均可能是成矿有利部位。通过地震勘探方法精确的刻画断裂的产状特征,将指导金矿深部找矿预测,提高找矿成功率。

图2

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图2 阶梯式成矿模式示意(据文献[14])

Fig.2 Schematic of stepped mineralization model(according to reference [14])

3 数值模拟与分析

为充分了解断裂带地震响应特征,做出更合理可靠的地质解释,结合区内岩石物性特征,经简化建立了西林断裂带地质模型(图3),模型长度为10 000 m,深度为5 000 m,断裂带宽度约150 m。

图3

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图3 西林断裂地质模型

Fig.3 Geological model of the Xilin fault

正演采用全排列激发接收观测系统,道间距为20 m,炮间距为40 m,雷克子波主频为35 Hz,采样率2 ms,并获得了断裂带地震响应特征(图4)。可以发现,断裂带形成了较为明显的由多个相位组成的地震反射波,在地质模型中断裂带产状变化位置,同相轴出现绕射、横向连续性变差表现特征。

图4

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图4 正演偏移时间剖面

Fig.4 Seismic forward migration time section

4 地震工作方法

本次垂直于西邻断裂带走向方向布置1条二维地震测线,长度为11 km(见图1)。野外采集为中点放炮观测系统,800道接收,道距为10 m,炮距40 m,覆盖次数100次,采样间隔1.0 ms,记录长度15 s。单炮记录呈现以下几方面特点:典型的低信噪比特征;低频面波、环境噪声、50 Hz工业用电干扰以及浅层或初至折射波能量强、衰减慢,干扰严重;排列大、表层地质条件复杂,静校正问题突出(图5)。

图5

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图5 单炮记录

Fig.5 Single shot recording

本次处理的重点是在不影响有效反射信号的前提下尽可能去除干扰波,提高深部资料信噪比,同时做好复杂构造的偏移成像。在做好波场分析的基础上,针对记录中存在的各种干扰波的特点,有针对性的采用多种方法组合去噪,采取多域、分区、分类别迭代的去噪技术,使地震记录上的噪声得到了很好压制,信噪比得到了有效提高(图6)。

图6

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图6 去噪前(a)后(b)单炮记录对比

Fig.6 Comparison of single shot records before(a) and after(b) denoising

5 断裂特征分析与找矿指示

5.1 时间剖面特征

实际得到的地震时间剖面反射信息较为丰富,可以很清晰地识别断裂带的反射波特征,本次表现为“两正夹一负”相位组合特征,断裂带地震反射波同相轴振幅能量强,横向连续较为明显,局部能量变弱,表现为弱连续(图7a);桩号14 000附近,同相轴表现为密集的倾斜反射,连续性一般,频率较高,推断为本区莱阳群、蓬莱群地层反射特征(图7b);断裂带下盘呈现较大面积、较强能量的密集反射,有层状反射特征,整体为楔形,推断为荆山群韧性剪切带(图7c);在1 500 ms及以深,发射波同相轴呈杂乱无章特征,无明显连续性,能量弱,推断为区内大面积的变质岩岩体(图7d)。

图7

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图7 地震偏移时间剖面反射波特征

Fig.7 Characteristics of reflected waves in seismic migration time section

5.2 断裂带产状变化与找矿指示

胶东金矿区为典型的岩浆岩与变质岩区地震地质特征,地层、断裂构造的解释与沉积岩区存在较大的区别,没有明显的地层反射特征,无法通过地震同相轴的错断、分叉合并等特征进行构造的解释。相反,通过对区内岩石物性参数及正演模拟结果的分析,断裂构造可独立形成反射同相轴。但鉴于区内多期构造影响,断裂面反射波连续性相对较差,能量不均匀,而且经常发生相变,断面反射波的连续追踪受到影响,这也是研究区断裂构造的一个显著地震表现特征。

西林断裂为臧家庄断陷盆地的北界,控制了盆地内中生界地层的发育,对蓬莱群、粉子山群发育有明显的制约,这些不同时代的构造层均处于该断层的上盘,自南向北、由老到新有规律地排列。总体走向近EW,倾向南,倾角为25°~40°。其上盘岩性为中生界莱阳群的砾岩,下盘为燕山早期的郭家岭斑状花岗闪长岩,下盘岩石强烈破碎,被挤压及韧性变形。该断裂带地表出露于时间剖面桩号19 800左右,1 s以浅断裂同相轴连续、能量强,由3~4个相位组成;1 s以深断裂同相轴不明显,但小桩号位置仍可见弱反射同相轴。从剖面上来看,断裂倾角较小,平均30°,断面整体呈明显的舒缓波状,局部断面同相轴能量发生强弱及连续性差异变化,推测是与断裂带产状变化或蚀变带宽度、蚀变程度等条件影响有关。结合胶东地区金矿成矿有利部位主要集中在断裂构造由陡变缓台阶位置、破碎带宽大位置等规律认识以及数值模拟结果,地震剖面上同相轴能量发生强弱变化、连续性变差,指示了较大可能的断裂倾角变化,显示了良好的成矿可能。

5.3 靶区预测与验证

根据地震剖面指示特征,本次圈定了桩号16 000~16 400(深度约2 300~2 500 m)、桩号17 800~18 050(深度约1 250~1 350 m)两处靶区位置(图8a)。

图8

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图8 地震偏移时间剖面及地质解释

a—地震时间剖面;b—振幅不透明度显示;c—地质解释

Fig.8 Seismic migration time section and geological interpretation

a—seismic time profile;b—amplitude opacity display;c—geological interpretation

根据西林断裂带钻孔XLZK1揭露显示,在-600~-1 150 m标高(深度约800~1 350 m)处揭露了主断裂面(图8b、c),在-1 000 m标高(深度约1 200 m)处显示矿化,与本次预测靶区1基本吻合,表明反射地震方法在金矿深部找矿方面具有一定的可靠性。

6 结论

通过本次工作,基本查明了主要控矿断裂带深部赋存特征,尤其是其产状变化特征;结合对金矿成矿规律的认识,预测了靶区,指导了钻孔布设并验证,为金矿深部找矿提供了依据。在本次工作中,地震方法更多发挥了重要的间接找矿作用,而地震特征对金矿体有没有直接指示特征,这一问题尚待今后更加深入地研究。

参考文献

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文中引用次数倒序

被引期刊影响因子

[1]

宋明春, 宋英昕, 李杰,

等.

深部矿阶梯找矿方法:以胶东金矿集区深部找矿为例

[J]. 中国地质, 2022, 49(1):1-15.