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物探与化探, 2025, 49(5): 1018-1029 doi: 10.11720/wtyht.2025.1507

地质调查资源勘查

庐枞盆地正长岩的地球物理识别基础

李磊,1,2, 段壮,1,2

1.中国地质科学院 地球物理地球化学勘查研究所,天津 300309

2.中国地质科学院 地球物理地球化学勘查研究所 深地探测与矿产勘查全国重点实验室,天津 300309

Basis for geophysical identification of syenites in the Luzong Basin

LI Lei,1,2, DUAN Zhuang,1,2

1. Institute of Geophysical and Geochemical Exploration, Chinese Academy of Geological Sciences (CAGS), Tianjin 300309, China

2. State Key Laboratory of Deep Earth and Mineral Exploration, Institute of Geophysical and Geochemical Exploration, Chinese Academy of Geological Sciences, Tianjin 300309, China

通讯作者: 段壮(1990-),男,博士,高级工程师,主要从事矿床学和矿产勘查研究工作。Email:zduan_geology@163.com

第一作者: 李磊(1971-),男,硕士,高级工程师,长期从事物探工作。Email:843525705@qq.com

责任编辑: 王萌

收稿日期: 2024-12-31   修回日期: 2025-03-29  

基金资助: 科技基础资源调查专项项目(2022FY101800)
中国地质调查局项目(DD20230245)

Received: 2024-12-31   Revised: 2025-03-29  

摘要

安徽庐枞地区的Fe-Cu-U矿化主要发育在正长岩岩体内部及其围岩的接触带上,地球物理勘查方法能否有效地圈定正长岩体,是该地区找矿突破急需解答的科学问题之一。根据取自庐枞深度达2 012 m的科学深钻ZK01孔的358个岩石物性样品,测得其密度、磁性(磁化率与剩磁强度)、电性(电阻率与极化率)、弹性波速度等综合岩石物性数据,通过研究分析得出,正长岩具有低密度、弱磁性特征,具备在该孔或类似的地质条件下,开展区分正长岩的重力勘探及磁法勘探的前提条件;钻孔中地层与正长—二长岩岩体电阻率均呈中—高阻特征,由于差异不显著,电法勘探难度较大;正长—二长岩岩体纵、横波速度均低于砖桥组火山岩地层,具备开展地震勘探区分地层与岩体的基础条件。

关键词： 庐枞盆地; 正长岩; 密度; 磁性; 电性; 波速; 特征

Abstract

The Fe-Cu-U mineralization in the Luzong area in Anhui Province occurs primarily within the syenite mass and along its contact zone with surrounding rocks. Effectively delineating the syenite mass using geophysical exploration methods is a scientific issue that needs to be addressed urgently for mineral exploration breakthroughs in the Luzong area. Therefore, based on 358 rock samples from scientific drilling borehole ZK01 at a burial depth of 2 012 m in the Luzong area, this study measured their petrophysical properties, including density, magnetism (magnetic susceptibility and remanent magnetization intensity), electrical properties (resistivity and polarizability), and elastic wave velocity. The results indicate that syenites manifested low density and weak magnetic characteristics, providing prerequisites for syenite identification through gravity and magnetic explorations in borehole ZK01 or similar geological conditions. The strata and syenite-monzonite masses in the borehole exhibited medium-to-high resistivity characteristics with nonsignificant differences, increasing the difficulties in electrical prospecting. The syenite-monzonite masses displayed lower compressional and shear wave velocities compared to the volcanic layer in the Zhuanqiao Formation, laying a foundation for distinguishing strata from rock masses through seismic exploration.

Keywords： Luzong Basin; syenite; density; magnetism; electrical property; wave velocity; characteristic

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李磊, 段壮. 庐枞盆地正长岩的地球物理识别基础[J]. 物探与化探, 2025, 49(5): 1018-1029 doi:10.11720/wtyht.2025.1507

LI Lei, DUAN Zhuang. Basis for geophysical identification of syenites in the Luzong Basin[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2025, 49(5): 1018-1029 doi:10.11720/wtyht.2025.1507

0 引言

“十二五”期间,我国实施了“深部探测技术与实验研究专项”(SinoProbe)[1],并于2012年在庐枞盆地砖桥地区完成了ZK01科学深钻[2],通过地球物理测井,在钻孔1 500~1 900 m正长岩中发现铀钍矿化产生的放射性异常,据此认为深钻内的高温热液铀钍矿化与深部的正长岩有关[3];且庐枞地区与正长岩有关的Fe-Cu-U矿化主要发育在岩体内部及其围岩的接触带上[4]。因此,了解庐枞盆地的正长岩在地表及地下深部的分布范围是地质工作者的迫切任务。近年来,在庐枞盆地及其外围开展了包括重力、磁力、电法/电磁法及地震等大量的地球物理勘探工作,成功揭示了矿集区地壳自浅至深的精细结构,并探测到深部的控矿构造,推断了庐枞盆地的演化过程[5-7]。随后又通过对已有数据的再计算处理,推断了盆地的地层、断裂及其主要的岩性分布[8-9],认为在盆地 1~2 km的深部地区可能存在类似正长岩类侵入的上覆地层[10]。前人的地质—地球物理工作多关注于地层分布、深部构造及盆地演化,很少涉及与矿体相关的正长岩基于地球物理识别方面的研究。为此,在科技基础资源调查专项课题 “科学钻探关键岩心段成分与物性测量”项目的支持下,以“高效利用、最小损耗”为原则,开展了对科学钻探庐枞ZK01孔岩心的物性测量工作。本文主要以庐枞ZK01孔各岩性段的岩石物性数据为基础,探讨该钻孔深部正长岩及其围岩的岩石物性特征,以期为地质—地球物理解释提供基础技术支撑。

1 地质—地球物理概况

安徽庐枞盆地是长江中下游成矿带的重要矿集区,近年来一直受到地质学家的广泛关注,盆地位于庐江县与枞阳县之间,地处扬子板块北缘,接近华北与扬子两大板块的拼合带(图1)。科学深钻ZK01地处庐枞盆地中部,孔深约2 012 m。钻孔自上而下岩性变化复杂,总体上可分为3个岩性段:①0~1 488 m主要为粗安岩(辉石粗安岩),另有玄武质粗安岩、粗面岩、粗面英安岩、英安岩夹晶屑凝灰岩、硅化砂岩、石英砂岩,常伴有岩脉穿插;②1 489~1 848 m主要为正长岩,局部夹粗安岩和薄层砂岩,穿插闪长斑岩脉;③1 849~2 012 m主要为黑云母二长岩。ZK01孔整孔蚀变较强,在垂向上具有一定的分带特征,自上而下依次有高岭石化、绿泥石化—高岭石化、硬石膏化叠加黄铁矿化—硅化、硬石膏化、黄铁矿化—次生石英岩化、黄铁矿化蚀变—电气石化、硅化。

图1

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图1   庐枞矿集区地质简图(底图据张舒等[13]修改)

Fig.1   Geological sketch map of the Luzong ore district(modified from Zhang, et al.[13])


据统计,共有34个侵入岩体分布于庐枞盆地内,按照岩性可分为3类:正长岩、二长岩和A型花岗岩,均形成于早白垩世,二长岩成岩略早于正长岩及A型花岗岩[11]。本文涉及的侵入岩为正长岩和二长岩,庐枞钻孔中的正长岩与下伏的二长岩间无明显的侵入接触界线,为过渡、渐变的接触关系。正长—二长质侵入体除在盆地地表有出露外,很多可能隐伏于火山岩盖层之下[12]。

根据庐枞科钻地球物理测井,正长岩的密度常见值为2.66 g/cm3,低于二长岩(2.75 g/cm3)及粗安岩(2.79 g/cm3);正长岩磁化率常见值为945×10-4 SI,与粗安岩(900×10-4 SI)相当,二长岩(1 219×10-4 SI)略高于其他两类岩性;正长岩的电阻率常见值为5 000 Ω·m,与二长岩(6 200 Ω·m)相近,两岩体电阻率远高于粗安岩(170 Ω·m);正长岩极化率常见值为1.47%,粗安岩为1.14%;正长岩及粗安岩纵波速度常见值均为5 800 m/s、二长岩为5 880 m/s,3种岩性纵波速度基本一致[3]。此外,通过前人在庐枞盆地开展的部分综合地球物理调查工作表明,正长岩地球物理响应为低密度、中—强磁性、高阻、高波速特征[8,10,14]。因此,庐枞盆地内正长岩除密度特征较独特外,其他物性参数特征均不突出,不易于识别与区分。

2 样品采测

根据自然资源部2021年颁布实施的《岩矿石标本物性测量技术规程》(DZ/T 0368—2021)相关要求,结合钻孔柱状图开展岩石物性标本采集工作,首先将所采取的岩心标本两端切齐,随即进行波速测量,然后在岩心上钻取直径为25 mm的柱塞样,并切割为长度22 mm的圆柱体样品。样品测定工作均由中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所(简称“物化探所”,下同)岩石物性实验室完成[15]。

本次共采集、测定岩矿石样品358件,其中,密度测定采用DE-120M高精度多功能密度计,磁化率测定采用MFK1磁化率仪,剩磁强度测定采用JR-6A自动旋转磁力仪,电阻率与极化率测定采用物化探所自主研制的RP-1型岩矿石电性测量仪[16],波速采用Pundit Lab+岩石波速测试仪完成,在进行密度与电性测定前,样品均经24 h以上清水饱和。各参数抽检率都达10%以上,其中密度均方误差为0.000 7 g/cm3;磁化率、剩磁强度、电阻率、极化率、纵波速度及横波速度的平均相对误差分别为:0.1%、1.3%、3.8%、2.5%、0.7%、0.9%,测定结果均满足规程相关要求。

3 岩石物性数据特征

3.1 密度

密度是指单位体积物质的质量,是表征岩石物性的主要特性之一,单位为g/cm3或103 kg/m3,各类岩石具有不同的密度特征,一般金属矿物的密度大于造岩矿物的密度,地质体间存在的密度差异是开展重力勘探的前提条件,也是地震勘探和地质解释的基础条件。

岩石密度数据频率分布直方图见图2,其中,砖桥组火山岩密度频率基本服从单峰正态分布,范围为2.508~3.145 g/cm3,平均值为2.751 g/cm3(图2a);正长岩、二长岩密度频率均为单峰右偏分布(图2b、c),其中正长岩密度分布范围为2.583~2.924 g/cm3,平均值为2.671 g/cm3,二长岩密度分布范围为2.603~2.991 g/cm3,平均值为2.723 g/cm3;正长岩、二长岩。岩体密度均低于砖桥组火山岩地层,且正长岩密度最低(图2d)。值得注意的是,在上白垩系砖桥组火山岩中,受高岭石化蚀变的粗安岩密度略低,为2.661 g/cm3,低于整个砖桥组地层的统计值0.09 g/cm3,而黄铁矿化粗安岩密度可达2.8 g/cm3以上(表1)。总体来看,地层与岩体间密度差异不显著,但正长岩与高岭石化粗安岩具有相对低的密度值,若形成规模,则可能引起重力低值异常。正长岩的低密度特征与测井结果一致。

图2

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图2   庐枞科钻岩石密度统计

Fig.2   Statistical of rock density from Luzong scientific drilling


表1   庐枞科钻岩石密度统计

Table 1  Statistical of rock density from Luzong scientific drilling g/cm3

地质单元单元统计(数量、范围、取值)岩石名称数量最小值最大值均值
上白垩统砖桥组N=247
2.508~3.145
2.751		粗安岩912.6082.8912.732
辉石粗安岩202.7072.7942.752
晶屑凝灰岩192.6632.9412.826
含砾晶屑凝灰岩112.6312.8692.734
硬石膏化粗安岩372.6842.8692.765
黄铁矿化粗安岩342.6943.0482.790
杏仁状粗安岩132.6613.1452.797
高岭石化粗安岩222.5082.7782.661
上白垩统正长岩N=61
2.583~2.924
2.671		硅化正长岩82.6342.6912.661
辉石正长岩52.6312.7402.684
石英正长岩392.5832.9242.675
正长岩92.6212.7262.654
上白垩统二长岩N=50
2.603~2.991
2.723		黑云母石英二长岩322.6252.7732.710
石英二长(斑)岩122.6572.9912.765
石英二长岩62.6032.7692.705

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3.2 磁性

地壳中的岩石及矿物在地磁场环境的影响下,具有不同的磁性特征,其磁性差异可在地表产生不同类型的磁异常。对磁异常进行解释推断,不仅可以帮助地质工作者解释基础地质问题,还可以直接或间接寻找矿物[16],这就需要对岩石磁性进行详细了解,本文涉及的岩石磁性包括磁化率及剩磁强度。

岩石磁化率反映了岩石受磁化的程度,不同的岩石含有不同的矿物成分,因此具有不同的磁化率特征。笔者对样品磁化率数据进行了统计(表2),并绘制了频率分布直方图(图3)。砖桥组岩石磁化率频率显示为左偏分布(图3a、g),分布较离散,范围为(8.2~137 817.2)×10-6 SI,中值为14 514.9×10-6 SI;正长岩磁化率频率显示为右偏分布(图3b、g),范围为(89.5~84 702.9)×10-6 SI,中值为1 726.3×10-6 SI;二长岩磁化率频率近似正态公布,且数据分布较集中(图3c、g),范围为(156.0~162 378.6)×10-6 SI,中值为76 973.6×10-6 SI。庐枞科钻钻孔岩石均为火成岩,具有较强磁化特征,其中二长岩磁化率最高,砖桥组火山岩地层磁化率值介于两个岩体之间,正长岩磁化率最低(图3b、g)。

表2   庐枞科钻岩石磁性统计

Table 2  Statistical of rock magnetism from Luzong scientific drilling

地质单元岩石名称数
量		磁化率/10-6 SI剩磁强度/(10-3 A·m-1)Q
中值
地质单元统计(数
量、范围、均值)		最小值最大值中值地质单元统计(数
量、范围、均值)		最小值最大值中值
上白垩统
砖桥组		粗安岩91N=247
8.2~137817.2
14514.9		489.5137817.237449.5N=247
0.155~32974.306

169.786		1.26732974.306238.4410.2
辉石粗安岩201243.0105023.421342.35.1771766.602366.3390.2
晶屑凝灰岩1911.3120069.029433.90.1918195.713197.0420.2
含砾晶屑凝灰岩1132.4103706.61416.90.468754.75624.6550.2
硬石膏化粗安岩378.265346.52148.70.1555109.17445.0330.4
黄铁矿化粗安岩3459.964283.0895.51.0872812.60011.9390.3
杏仁状粗安岩13793.6118070.964350.57.3392777.487447.4890.2
高岭石化粗安岩2250.855671.5841.90.756426.685125.0040.3
上白垩统
正长岩		硅化正长岩8N=61
89.5~84702.9
1726.3		89.582501.12189.1N=61
1.192~449.262
24.596		1.433415.25119.7400.3
辉石正长岩5733.842162.13024.19.386331.88345.1720.3
石英正长岩39357.484702.93574.63.632449.26230.3870.2
正长岩9131.01186.6426.21.1929.0565.7110.3
上白垩统
二长岩		黑云母石英二长岩32N=50
156.0~162378.6
76973.6		156.0118285.966861.0N=50
8.944~1509.819
202.632		8.944648.466154.5770.1
石英二长(斑)岩122758.0162378.648221.323.7131509.819227.4980.1
石英二长岩615852.386000.353631.6195.238377.871260.2250.1

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图3

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图3   庐枞科钻岩石磁性统计结果

Fig.3   Statistical of rock magnetism from Luzong scientific drilling


岩石的剩余磁化强度简称为剩磁强度,其记录了岩石在初生成时,受当时磁场磁化的影响,成岩后所保留下来的剩余磁化强度[17-20]。

根据表2、图3所示,3组岩性的剩磁强度数据频率均显示为左偏分布,其中砖桥组岩石剩磁强度分布范围为(0.155~32 974.306)×10-3 A/m,中值为169.786×10-3 A/m;正长岩剩磁强度分布范围为(1.192~449.262)×10-3 A/m,中值为24.596×10-3 A/m;二长岩剩磁强度分布范围为(8.944~1 509.819)×10-3 A/m,中值为202.632×10-3 A/m。砖桥组火山岩与二长岩剩磁强度相近,而正长岩剩磁强度最低。因此认为,正长岩相对二长岩及砖桥组火山岩具有较低的磁性特征(图3h),可引起弱磁异常。总体来看,由于钻孔内均为火成岩,造岩矿物的铁磁性矿物含量普遍偏高,具有类似中—强磁性特征,正长岩的磁化率与剩磁强度统计值均低于其他岩石1个数量级,具有相对弱磁特征,可利用磁法勘探进行区分。在砖桥组中,含砾晶屑凝灰岩、硬石膏化粗安岩、黄铁矿化粗安岩及高岭石化粗安岩的磁化率统计中值为(841.9~2 148.7)×10-6 SI,剩磁强度统计中值为(11.939~125.004)×10-3 A/m,这几种岩性与砖桥组其他中—强磁岩石没有相似特征,但和正长岩磁性统计值较接近,可能是利用磁力资料识别正长岩的干扰因素。正长岩的磁性参数特征与测井结果不相符。

岩石磁化率是铁磁性矿含量多少的重要指示,如图4所示,钻孔岩石磁化率值在10-3 SI和10-2~10-1 SI,剩磁强度在0.01 A/m和0.1~1 A/m范围附近存在双峰分布,常被认为是顺磁性趋势岩石分布和铁磁性趋势岩石分布[21-22]。砖桥组火山岩磁性分布较离散,在两个趋势均有集中分布,反映其矿物含量具有一定的分异性。二长岩多分布于铁磁性趋势中,正长岩磁性偏弱,多数位于顺磁性趋势内。

图4

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图4   磁性双变量(磁化率及剩磁强度)与Q值分布散点

Fig.4   Scatter plot of magnetic bivariate distribution (susceptibility and remanent magnetization) versus Q-value distribution


在物性采集的相同层位还进行了部分全岩主量元素含量的测定,该项工作在物化探所实验测试中心完成,包含粗安岩38件、二长岩20件、正长岩18件样品。

据图5所示,粗安岩与二长岩的SiO2含量峰值主要集中在53%~60%之间,正长岩峰值则集中于60%~65%之间;粗安岩—二长岩—正长岩的铁镁氧化物含量呈现由高到低的趋势,其中正长岩的铁氧化物含量多低于3%,镁氧化物含量则多低于1%,粗安岩与二长岩的铁镁氧化物含量均高于正长岩。粗安岩是中性喷出岩的常见类型,而二长岩及正长岩均属于深成侵入岩类,其中二长岩的成分含量与粗安岩相当,是属于向闪长岩或辉长岩类过渡的偏基性岩石,正长岩则是一种向花岗岩类过渡的偏酸性岩石[19]。正长岩在3类岩性中,SiO2含量相对增加,铁镁氧化物含量相对减少,这是决定其物性特征的主要原因。

图5

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图5   部分岩石化学氧化物含量分布箱形图

Fig.5   Box plot of the distribution of chemical oxide contents in some rocks


Q值又称柯尼斯堡比值(koenigsberger ratio),是岩石剩磁强度与地球磁场和感应磁化强度之积的比率:

Q=MNRK×H,

式中:MNR是天然剩磁强度,A/m;K是SI;H是当地地磁场(50 000 nT≈39.68 A/m)。

如图4所示,整个钻孔中有89%岩石样品的Q值小于1,Q值介于1~10的样品占10%,仅个别岩石的Q值大于10。由此可知,钻孔地质单元的磁测解释可不考虑剩磁强度参数的影响,感应磁化占主导地位。

3.3 电性

地下岩矿石的电性特征用电阻率、介电常数、自然极化和激发极化特性及压电效应等参数来描述,本文所用电性参数为电阻率和极化率。矿物的电阻率是在一定范围变化的,即相同的矿物可能有不同的电阻率值,而不同矿物也可以有相同的电阻率值,电法勘探的方法设计和资料解释依据则是根据各岩矿石的电性特征[18]。

笔者根据所测岩矿石电性数据进行统计(表3),并绘制了各类岩石电阻率数据频率分布直方图(图6a、b、c)。其中,砖桥组岩石电阻率分布较离散,范围为38.8~60 154.6 Ω·m,中值为2 827.7 Ω·m;正长岩电阻率范围为449.6~11 764.5 Ω·m,中值为3 291.7 Ω·m;二长岩电阻率直方图近似正态分布,范围为428.6~15 199.3 Ω·m,中值5 386.2 Ω·m。钻孔中岩石普遍表现为中高阻特征,其中以二长岩电阻率最高,砖桥组地层与正长岩间电阻率无明显差异。与测井电阻率响应数据有差异,粗安岩井中响应为低阻,正长岩与二长岩为高阻。

表3   庐枞科钻岩石电性统计

Table 3  Statistical of electrical properties of rocks from Luzong scientific drilling

地质单元岩石名称数量电阻率/(Ω·m)极化率/%
地质单元统计
(数量、范围、中值)		最小值最大值中值地质单元统计
(数量、范围、中值)		最小值最大值中值
上白垩统
砖桥组		粗安岩78N=218
38.8~60154.6
2827.7		38.860154.68031.6N=218
0.2~77.1
2.1		0.34.61.8
辉石粗安岩17300.613824.11968.80.22.91.6
晶屑凝灰岩1785.015471.04951.30.64.72.4
含砾晶屑凝灰岩791.011983.03767.50.24.43.3
硬石膏化粗安岩34175.514218.21335.50.76.72.2
黄铁矿化粗安岩33100.414320.41872.51.277.15.6
杏仁状粗安岩13197.320118.52227.81.04.42.1
高岭石化粗安岩1940.320991.8216.00.34.80.6
上白垩统
正长岩		硅化正长岩3N=52
449.6~11764.5
3291.7		1601.23845.82521.2N=52
0.5~16.5
2.4		1.11.81.4
辉石正长岩52877.5114764.54279.70.76.31.6
石英正长岩35449.68443.73183.00.516.53.6
正长岩9498.35719.02753.50.54.01.3
上白垩统
二长岩		黑云母石英二长岩32N=47
428.6~15199.3
5386.2		1294.915199.35457.5N=47
1.0~34.4
2.8		1.05.52.6
石英二长(斑)岩11428.610444.03918.51.334.44.9
石英二长岩41720.411444.34425.21.66.43.1

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图6

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图6   庐枞科钻岩石电性统计

Fig.6   Statistical of electrical properties of rocks from Luzong scientific drilling


极化率是激发极化法的一种基本测量参数,激发极化法则是以岩矿石激电效应的差异为基础,来解决寻找矿物或解决水文地质相关问题的勘探方法[17]。根据表3、图6所示,砖桥组岩石极化率值范围为0.2%~77.1%,中值为2.1%;二长岩极化率分布范围为1.0%~34.4%,中值为2.8%;正长岩极化率分布范围为0.5%~16.5%,中值为2.4%。地层与岩体间无明显极化率差异。值得注意的是,黄铁矿化粗安岩、石英二长(斑)岩、石英正长岩等部分岩石具有相对高的极化率特征,但在钻孔中均呈零星分布,不具规模。正长岩与砖桥组火山岩的极化率特征与测井响应值基本一致。

据上,基于钻孔可得,各类岩石间电性差异不明显,基于电法不易区分。

3.4 波速

地震勘探是基于波在地下介质中传播进行的勘探,这种传播依赖于岩石的弹性性质,所以需要对岩石波速包括纵波速度(P)与横波速度(S)进行测定,以了解不同地层(地质体)传播速度的差异。

本次所测波速数据统计结果见表4,绘制的纵、横波频率直方图均近似单峰正态分布,见图7,其中,砖桥组地层岩石纵波速度分布较离散,范围为3 340~6 774m/s,中值为5 347 m/s;二长岩纵波速度直方图近似正态分布,范围为4 187~5 839 m/s,中值为4 911 m/s;正长岩纵波速度范围为4 466~5 619 m/s,中值为5 000 m/s。

表4   庐枞科钻岩石波速统计

Table 4  Statistical of rock wave velocities from Luzong scientific drilling

地质单元岩石名称数量纵波速度/(m·s-1)横波速度/(m·s-1)
地质单元统计
(数量、范围、中值)		最小值最大值中值地质单元统计
(数量、范围、中值)		最小值最大值中值
上白垩统
砖桥组		粗安岩56N=153
3340~6774
5347		444160195345N=153
2007~4113
3231		282538513300
辉石粗安岩13482460685523299634723143
晶屑凝灰岩12452167745472267741133267
含砾晶屑凝灰岩3491055675348295033283202
硬石膏化粗安岩22478957215565296034623196
黄铁矿化粗安岩27456760425207269834543118
杏仁状粗安岩6521859825545317635543258
高岭石化粗安岩14334059034518200735892653
上白垩统
正长岩		硅化正长岩4N=41
4466~5619
5000		492051725040N=41
2593~3333
2877		282830712931
辉石正长岩3446649904788262529542826
石英正长岩30447556194923259333332886
正长岩4507952025148298430643023
上白垩统
二长岩		黑云母石英二长岩29N=38
4187~5839
4911		418755524859N=38
2442~3596
2885		244232672849
石英二长(斑)岩9512058395517305335963288

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图7

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图7   庐枞科钻岩石波速统计

Fig.7   Statistical graph of rock wave velocities from Luzong scientific drilling


砖桥组地层岩石横波速度范围为2 007~4 113 m/s,中值为3 231 m/s;二长岩横波速度频率直方图近似正态分布,范围为2 442~3 596 m/s,中值为2 885 m/s;正长岩横波速度范围为2 593~3 333 m/s,中值为2 877 m/s。砖桥组地层纵、横波速度均略高于两组岩体,两岩体间纵、横波数据特征相近。

由于砖桥组火山岩地层普遍受到次生变化,波速分布范围虽然比较离散,但纵波速度值高于5 000 m/s,占75%以上,侵入岩波速分布较集中,纵波速度多数低于5 000 m/s。同样,横波以3 000 m/s为界,火山岩地层均高于侵入岩,地震勘探具有区分砖桥组火山岩地层及侵入岩(正长岩及二长岩)的能力,正长岩与二长岩间不易识别。

4 讨论

作者根据本文及前人获取的岩石物性数据制成表5,表中结合文中涉及的3类岩性(地质单元)的密度、磁化率、电阻率及纵波速度等物性参数进行对比,其中本文及测井[3]所包括的参数最全,文献[8]及文献[20]由于工作方法不同,没有对岩石波速和电阻率等参数进行测定。

表5   本文与前人岩石物性数据对比

Table 5  Comparison of petrophysical data in this paper and previous studies

数据来源物性参数
密度/(g·cm-3)磁化率/(10-6 SI)电阻率/(Ω·m)纵波速度/(m·s-1)
本文砖桥组/粗安岩2.608~2.891
(平均值:2.732)		489.9~137817.2
(平均值:37449.5)		38.8~60154.6
(平均值:8031.6)		4441~6019
(平均值:5345)
二长岩2.603~2.991
(平均值:2.723)		156.0~162378.6
(平均值:76973.6)		428.6~15199.3
(平均值:5386.2)		4187~5839
(平均值:4911)
正长岩2.583~2.924
(平均值:2.671)		89.5~84702.9
(平均值:1726.3)		449.6~11764.5
(平均值:3291.7)		4466~5619
(平均值:5000)
测井砖桥组/粗安岩1.27~3.12
(平均值:2.79)		83700~215800
(平均值:90000)		4~3785
(平均值:170)		1600~6425
(平均值:5800)
二长岩2.32~3.07
(平均值:2.75)		94100~207500
(平均值:121900)		1183~12265
(平均值:6200)		5435~6536
(平均值:5435)
正长岩1.63~3.14
(平均值:2.66)		93700~124900
(平均值:94500)		509~11187
(平均值:5000)		4739~6934
(平均值:5800)
文献[8]下白垩统—上侏罗
统/粗安岩等		地表2.50
钻孔2.70		640~24540n×102~1×103—
二长岩2.60895007×103—
正长岩2.49959807×103—
文献[20]下白垩统—上侏罗
统/粗安岩等		地表2.51
钻孔2.61		15079.6——
二长岩2.6250265.5——
正长岩地表2.48
钻孔2.58		18849.6——

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如表5所示,本文正长岩密度统计值为2.671 g/cm3,与地球物理测井统计值(2.66 g/cm3)基本一致,均低于砖桥组/粗安岩及二长岩,正长岩低密度特征显著。文献[8]的正长岩密度为2.49 g/cm3,远低于二长岩及钻孔粗安岩等密度值,但与地表粗安岩密度(2.50 g/cm3)相差无几。文献[20]中正长岩统计值(地表2.48 g/cm3,钻孔2.58 g/cm3)偏低,但与二长岩(2.62 g/cm3)及下白垩统—上侏罗统/粗安岩(地表2.51 g/cm3,钻孔2.61 g/cm3)等相比无显著差别。文献[8]与文献[20]中岩石物性数据可能存在两方面的问题:其一为统计的地质单元过于笼统,下白垩统—上侏罗统可能存在多套地质单元,且有多种岩性,归一统计势必造成数据比较离散;其二为所采集的地表样品密度较低,反映了其受到的风化程度较高,据其所测得物性参数代表性差,不能真实反映地质体的物性特征。

本文中除密度参数与地球物理测井资料结果接近外,其他物性参数存在较多不相符情况。其中,本文电阻率数据呈中—高阻特征,与测井数据(视电阻率,除粗安岩外)大致相同。在ZK01钻孔中,岩石自上而下发生了较强的蚀变,可能是导致测井时粗安岩具低阻特征的主要原因。另外,本文所测正长岩磁化率呈显著弱磁特征,测井岩石磁性均呈中—强磁特征,基本无差异。测井中粗安岩与正长岩纵波速度一样,略高于二长岩。岩心物性测定与地球物理测井数据之所以产生差异,原因在于测井数据通常是由多方面因素构成的,在地球物理测井过程中,常受到井液、旁侧井壁及测量装置等多种因素影响。而岩石物性工作更侧重于对样品的详细分析,且规格化样品测定时环境稳定,反映的是该样品真实、高精度的物性参数数据。

科钻ZK01孔的砖桥组岩石受到强烈的蚀变,而蚀变岩石在地表的露头经风化后,可能根本无法采集或采测后的物性参数代表性较差,钻孔岩心获取的岩石物性数据更显珍贵。但是,钻孔在平面上仅代表一个点,若是非科钻钻孔,其钻取岩心深度一般较浅,得到的地质信息也相对较少,要想了解更全面的地质情况,就需要对地表露头岩石标本补充采集。岩石物性测定与地球物理测井方法在技术手段、应用场景和数据获取方式上存在差异,但它们都基于岩石的物理性质进行测量,只有相互补充,才能在工作中提取有用的异常信息,为地质找矿提供正确的勘探方法和异常解释依据。

本文根据所测岩石物性数据,结合ZK01科钻钻孔柱状图,建立了物性综合柱状图(图8)。正长岩与砖桥组火山岩间存在密度界面,与二长岩的密度界面不明显,需要在地质解释时结合其他地球物理场特征加以区分;正长岩磁性偏低,二长岩磁性偏高,砖桥组火山岩地层介于二者之间,具备运用磁法勘探识别正长岩的前提条件;钻孔中的正长岩与其他岩石均呈中—高阻值、弱极化率特征,电性差异不明显,利用电法不易区分;砖桥组火山岩地层的波速均高于侵入岩(正长岩与二长岩),地震勘探具备区分火山岩地层与侵入岩的能力,但正长岩与二长岩间波速特征相近,不易识别。

图8

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图8   庐枞ZK01孔岩石综合物性柱状示意

Fig.8   Schematic diagram of integrated petrophysical logging for borehole ZK01 in Luzong


5 结论

结合地质资料,得出如下认识:

1)正长岩具有相对低密度、弱磁特征,具备在该孔或类似的地质条件下区分正长岩的重力及磁法勘探的前提条件;钻孔中火成岩电阻率均呈中—高阻特征,差异不显著,运用电法勘探可能达不到预期效果;钻孔中正长—二长岩体纵、横波速度均低于砖桥组火山岩地层,具备开展地震勘探区分地层与岩体的基础条件。

2)建议在开展地球物理勘探工作时,可先利用重力扫面,结合地震勘探,以区分砖桥组火山岩地层与正长—二长岩体,再运用高精度磁测方法圈定正长岩体,可达到预期效果。

致谢

本文研究工作得到中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所郭友钊教授的指导,以及审稿专家提出了宝贵的修改建议,在此表示感谢!

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