淺析大興安嶺中南段多金屬成礦航磁異常特征

崔志強,孟慶敏,胥值禮,高衛(wèi)東

(中國地質科學院 地球物理地球化學研究所,廊坊 065000)

淺析大興安嶺中南段多金屬成礦航磁異常特征

崔志強,孟慶敏,胥值禮,高衛(wèi)東

(中國地質科學院 地球物理地球化學研究所,廊坊 065000)

大興安嶺作為在古亞洲洋構造～成礦域基礎上發(fā)展起來的北方造山帶,具有多塊體拼合增生造山的典型特征,中生代、新生代又受到多種成礦地質作用的改造和疊加,成礦條件十分優(yōu)越,具備了大規(guī)模成礦的條件和潛力。這里在充分研究大興安嶺中南段地質構造、航磁特征的基礎上,對航磁異常進行綜合解釋,尋找與成礦密切相關的中酸性巖體及其隱伏巖體和隱伏斷裂構造等;利用成熟的地質異常理論與成礦勘探的思想,對大興安嶺中南段與多金屬成礦密切有關的中酸性巖體、熱液構造活動與二疊系等主要成礦地層的關系進行了研究,尋找與多金屬成礦直接相關的地質復雜度高值區(qū),進而圈定了研究區(qū)內的成礦有利地段。旨在為正在大興安嶺中南段的多金屬礦產勘查提供一定的參考。

大興安嶺中南段;地質復雜度;航磁異常;多金屬礦床

0 前言

礦產資源是一個國家經濟社會發(fā)展的重要物質基礎,隨著我國逐漸成為礦產資源消費第一大國,礦產資源儲量保證年限銳減,供應能力急劇下降,缺口巨大,特別是作為國民經濟建設支柱的鋼鐵、銅、鉛鋅等金屬礦產,其供應和儲備日現(xiàn)不足。尤其值得關注的是,中國“東部經濟帶”的礦產資源經過數十年的強力開采,現(xiàn)大多已瀕臨枯竭。因此,急需尋找對“東部經濟帶”具有直接輻射作用的戰(zhàn)略資源接替基地。

大興安嶺作為我國北部重要的北東向重要的造山帶,具備了大規(guī)模成礦的條件和潛力。大興安嶺中南段有色金屬資源十分豐富。二十世紀七十年代以來,在大興安嶺主峰的黃崗～甘珠爾廟成礦帶,相繼發(fā)現(xiàn)了白音諾爾、黃崗梁等多個大型～特大型有色金屬礦床,享有“草原上的小南嶺”之美譽[1]。但前期由于大興安嶺植被茂密,找礦難度大,探礦投入嚴重不足,存在大面積的大比例尺、中比例尺綜合探勘的空白區(qū),導致找礦工作進展不大?？上驳氖?在最近二年,在區(qū)內大規(guī)模地增加了找礦投入,開展了不同方法,多種尺度的新方法新技術。

作者在本文中,根據正在開展的“內蒙古大興安嶺中南段1∶50 000航空物探綜合站勘查”項目基礎上,又充分利用高精度航磁勘探資料,研究大興安嶺中南段多金屬礦床成礦地質特征,尋找與成礦密切相關的中酸性巖體及隱伏體和斷裂構造,運用成礦地質異常理論,對區(qū)內與銅鐵、鉛鋅等多金屬礦成礦密切相關的地層、復合構造體,系以及燕山期多期、次的巖漿熱液活動進行分析,查明出露或隱伏的成礦地質異常高值地段,進而為區(qū)內尋找多金屬礦產提供參考資料。

1 區(qū)域地質概況

我國東北部邊疆的大興安嶺地區(qū)東接東三省,南鄰河北,而北和西則與俄、蒙接壤,位于通過我國的三大成礦構造體系中,東西向古生代古亞洲洋構造～成礦域,與北北東向中新生代濱西太平洋構造成礦域強烈疊加、復合、轉換的部位,具有多塊體拼合增生造山的典型特征[2]。本文研究區(qū)位于大興安嶺中南段,系指內蒙東南部烏蘭浩特洮兒河以南,西拉木倫河之北地區(qū),東以嫩江深斷裂為界的局部區(qū)域。在大地構造單元上,本區(qū)屬東西向延伸的天山～興蒙褶皺系的東段。區(qū)內有重大影響的構造運動,主要是華力西期和燕山期二大構造運動,特別是燕山期構造運動,最顯著的特征是發(fā)育了一系列北東向斷裂(嫩江深斷裂、霍林郭勒～索倫斷裂)、東西向斷裂和北西向斷裂。這些斷裂在受早期斷裂控制,在先期斷裂的基礎上復活、發(fā)展。其次,與斷裂活動共生的中酸性火山巖漿侵入活動也非常強烈,并從早期到晚期范圍和強度都逐漸減弱,多期、次的巖漿侵入,為成礦物質的活化、遷移、富集起到了關鍵作用。

研究區(qū)內地層從古生代到新生代出露齊全,主要有:寒武系、奧陶系、志留系、泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系、第三系和第四系。其中,二疊系與侏羅系作為本區(qū)主要地層[3],分布廣泛,與斷裂構造、巖漿活化關系密切,為本區(qū)多金屬礦床主要礦源層。特別是二疊系地層與中酸性巖體接觸帶附近和不同斷裂的交匯部位,是多金屬成礦的有利地段。

2 本區(qū)礦床及磁性特征

研究區(qū)以北東～北北東向的大興安嶺主脊分東坡和西坡:東坡的寬度小、地形較陡;西坡邊界較模糊,在地形上,大興安嶺西坡遠比東坡寬緩。東坡、西坡由于具有不同的地質構造環(huán)境,成礦特征和礦種均存在很大的差異。東坡以銅、鐵、鉛鋅為主的多金屬成礦帶,規(guī)模較大;西坡以富銀、富鉛鋅為特色的塊狀硫化物礦床(富銀成礦帶)[4、5]。作者在本文中所述的測區(qū),大面積屬大興安嶺東坡。

由于不同礦種、不同礦床類型所需要的成礦地質環(huán)境不同,而這些地質環(huán)境無論是規(guī)?；蛐再|,都存在各自的磁性特征。

在研究區(qū)已發(fā)現(xiàn)多金屬礦床多分布于北東向與北西向斷裂構造的交匯部位,加之多期、次的巖漿熱液活動。從重、磁法的角度來看,本區(qū)多金屬礦產分布與磁場異常關系主要表現(xiàn)為:

(1)銅～鐵成礦帶與莫霍面隆起、密度大的地殼關系密切,以重力高和磁力高為標志的基底隆起地塊和隱伏巖漿帶上;多分布于燕山期侵入巖邊緣地帶,多為正磁背景上的局部正異常中或其邊緣接觸帶附近較強的正磁異常帶。

(2)鉛～鋅礦床多分布在莫霍面陡傾處的,礦床大多數表現(xiàn)為在重、磁異常低,或過渡帶中,與凝灰?guī)r關系密切。在磁場上,表現(xiàn)為在低緩平穩(wěn)的負磁場,或正負磁場平穩(wěn)過渡帶背景中的微弱異常帶。

(3)稀有金屬成礦與莫霍面凹陷和巖石圈中低密度帶有關,與重力低和弱磁場區(qū)吻合。

這些特征為利用航磁進行大面積快速的多金屬勘查,提供了理論基礎。

3 航磁地質特征

3.1 區(qū)域航磁特征

磁場是地下各種磁性體的綜合反映,其特征與地質構造、巖體、礦產分布有著必然的聯(lián)系。作者利用該區(qū)2008年～2009年實測航磁數據,通過日變改正、化極等技術處理,得到本區(qū)航磁△T立體陰影圖(見下頁圖1)。縱觀本區(qū)航磁數據可以發(fā)現(xiàn),大致可以霍林郭勒市～吐列毛杜公社一線以來分為南、北二大片不同的磁異常區(qū),從北到南磁場展布方向由北東向逐漸轉為近東西向,反映了區(qū)內構造方向的變化情況。

北部復雜磁場區(qū)是以復雜正磁異常為主的復雜磁場區(qū)伴生或相互穿插的復雜磁場區(qū)。該區(qū)梯度大,異常總體走向北東,局部呈南北向、東西向等,反映出該區(qū)復雜的地質構造特征和火山熱液活動。

南部平穩(wěn)磁場區(qū)主要為低緩正磁場和負磁場交替區(qū),異常走向為北東、北東東、東西向,主要反映中生代沉積凹陷區(qū),以及一些隱伏中酸性巖體的磁場特征。正負磁場復雜區(qū)則反映地層、巖體出露、火山巖等磁性巖體特征。

根據以往航磁和地磁測量的物性資料[6],在研究區(qū)中,侵入巖具有一定磁性,并有從酸性～中性～基性、超基性磁性增強的規(guī)律?；◢弾r類為弱磁性,磁化率一般為n×1024π·10-6SI。但也有磁性較強的,如燕山期有的花崗巖,其磁化率可以達到1034π·10-6SI;花崗閃長巖、閃長巖一般為中等磁性,磁化率多在n×1024π·10-6SI;基性 ～超基巖具有較強磁性,磁化率一般為n×1034π·10-6SI[7]。在磁場上,反映為較高的區(qū)域背景場或強度不等的局部異常反映。

圖1 航磁ΔT立體陰影圖Fig.1 The aerom agneticΔT shadow m ap

其次,對本區(qū)干擾較大的大面積,分布的侏羅紀中酸性火山巖具有較強磁性,如安山巖、安山玄武巖、玄武巖等,磁化率多在n×1034π·10-6SI。這些火山巖引起復雜多樣的航磁異常,大大提高了解譯難度。但在一般情況下,火山巖呈面型分布,磁性變化較大,在磁場上多形成雜亂磁異常區(qū),容易排除。

3.2 斷裂、隱伏巖體典型航磁特征

構造運動控制了巖漿活動,而巖漿活動亦是構造運動的一種表現(xiàn)形式。這二者表現(xiàn)出親緣性,在解譯過程中相輔相承。巖漿往往沿古構造、裂隙侵入形成帶狀的巖體、巖脈,在對中酸性隱伏、半隱伏巖體的解譯中,起到了很好的作用;反之,成帶狀分布的侵入巖巖脈,也為古斷裂的解譯提供了指示信息[8]。

作者在本文中,主要根據本區(qū)中酸性巖體具有弱磁或中等磁性的特征,在負磁場區(qū)或低緩背景上,中酸性侵入巖體具有明顯的圓形、橢圓形,或升高的環(huán)形異常帶內的低緩正磁場或負磁場區(qū)。斷裂構造則主要根據有無磁性巖體侵入,分為高磁異常帶和低磁異常帶,以及區(qū)域性正負磁場劇烈變化的梯度帶和一些串珠狀異常帶。此外,本區(qū)環(huán)形磁異常也相當明顯,往往是由火山機構、圍巖蝕變、構造活動或不同期次侵入巖體所引起(見下頁圖2(a)、圖2(e))。根據諸如此類的特征,來尋找隱伏中酸性巖體和斷裂構造。

圖2 典型航磁剖析圖Fig.2 The typ icalp rofile of the aerom agnetic anom aly

研究區(qū)的深大斷裂大興安嶺主脊～林西、二連～賀根山、索倫敖色～阿魯科爾沁旗,均為北東向,控制了整個大興安嶺中南段形態(tài),巖漿活動和成礦規(guī)律[9]。

(1)大興安嶺主脊～林西:從航磁圖上看,該斷裂大致可從45°40′分為南北二段。

南段主要為負磁場中,通過區(qū)域性正磁場、負磁場邊緣,局部特征表現(xiàn)為正磁場邊緣磁異常帶的規(guī)律性措動或沿斷裂二側出現(xiàn)的帶狀正磁場、負磁異常帶。

北段主要以正磁場為主,斷裂通過處多表現(xiàn)為正常場中沿斷裂斷續(xù)分布的負磁異常帶,或不同景觀的磁場分界處。

(2)二連～賀根山:該斷裂主要通過正磁場區(qū),斷裂沿線磁場上主要表現(xiàn)為正磁場中不同磁場區(qū)的分界處和斷續(xù)出現(xiàn)的帶狀負磁異常帶為特征。

(3)索倫敖色～阿魯科爾沁旗:該斷裂位于大興安嶺東坡嫩江斷裂以西的凹陷區(qū)邊緣,第四系覆蓋,在航磁上,主要表現(xiàn)為西段的正磁場中出現(xiàn)的正負跳動的帶狀磁場特征,向東主要為負磁場區(qū),以正磁異常帶的規(guī)律扭動或斷續(xù)出現(xiàn)為特征。

此外,該區(qū)不同類型的中酸性巖體也相當多,尤以測區(qū)南部最為明顯,往往在地層或第四系覆蓋區(qū),有很多具有一定強度的磁異常分布。但這些地層通常為正常沉積的無磁性地層或砂礫覆蓋層,不具備引起磁異常的條件。

由于研究區(qū)中酸性巖體具有弱磁或中等磁性特征,并結合地質、構造等進行綜合分析,可以推斷,部份異常是由隱伏中酸性巖體引起的。

(1)半隱伏巖體(見圖2(b)、圖2(f)):半隱伏巖體系指部份出露地表,其它部份被地層或第四系掩蓋的中酸性巖體。該巖體北端出露地表的燕山晚期花崗巖巖體,橢圓狀。上覆地層為二疊系晚期林西組砂巖、板巖;在磁場圖上為北端出露花崗巖為一橢圓狀稍高的正磁場區(qū),向西為一帶狀低緩正磁異常帶,林西組為正常沉積巖,為無磁性地層,可以推斷地層下部為隱伏侏羅系花崗巖。

(2)隱伏巖體(見圖2(c)、圖2(g)):團塊狀正磁異常區(qū),磁場寬緩,強度不大,磁場曲線平穩(wěn),西北側由于受斷裂構造的影響,出現(xiàn)了北東向尖峰狀帶狀磁異常。地表為二疊系大石寨組的凝灰?guī)r和大磨拐河組的砂礫巖、砂巖,均為弱磁性或無磁性,推測地層之下為侏羅系弱磁性的花崗巖隱伏巖體。

(3)典型有利成礦局部磁異常特征(接觸帶型(見圖2(d)、圖2(h))):橢圓形團塊狀低緩磁異常,北側正負磁場交界處的正負伴生的強磁異常帶,強度可達1 740 nT,北部負峰強度-600 nT。南側橢圓狀平緩正磁異常區(qū)為具弱磁性的華力西晚期花崗巖的反映,巖體部份被第四系掩蓋。北側平緩負磁區(qū)為二疊系下統(tǒng)板巖、砂巖,及不同期次的具有無磁或弱磁性的花崗巖的反映,中間強磁異常帶為沿接觸帶分布的強磁性地質體所引起,是尋找矽卡巖型鐵銅多金屬礦化有利地段。

綜合以上構造、巖體的基本特征,以及相互解譯之間的相互相承性,本區(qū)新解譯隱伏或半隱伏中酸性巖體(52)處,斷裂(75)條(見圖3)?？v觀本區(qū)斷裂構造特征,屬沿太平洋新華夏體系的一部份(主要是在早期構造活動的基礎上活化、增生,形成于燕山早期)。在宏觀上呈現(xiàn)出一系列多字形構造體系,主要由規(guī)模不等的北東向、北北東向左型壓扭斷裂構成(泰山式構造),如大興安嶺主脊～林西、二連～賀根山、索倫敖色～阿魯科爾沁旗深大斷裂,伴生北西向和近東西向的拉張性斷裂(大義山式構造)。這些深大斷裂為同期及后期的中酸性侵入體的侵位提供了通道和位置,同時也為導礦、容礦、成礦提供了有利條件。

圖3 解譯構造和中酸性侵入巖體分布圖Fig.3 The interp reted fau ltand interm ediate-acid intrusive rocks

在研究區(qū)內,侵入巖主要為晚華力西、燕山早期。受斷裂構造控制,主要分布與大興安嶺主脊～林西斷裂以南,從甘珠爾廟～哈德營子～突泉～興安盟～索倫～神山一帶,二連～賀根山以北僅在額仁科比和阿爾山出現(xiàn),以北東呈帶、兼東西成行的特征。

4 航磁局部異常特征

由于地質特征本身的特性:宏觀現(xiàn)象與微觀現(xiàn)象之間相互相承的特性。作者在對全區(qū)航磁特征有了很好把握的前提下,對全區(qū)初選包括礦、非礦航磁局部異常2 600個,為了加深對區(qū)域地質的認識和更有效地指導該區(qū)地質找礦,分別對單個航磁局部異常,測量了異常軸向方位角和異常長度,并以長(5 km)＊寬(5 km)為單元進行統(tǒng)計。

為了便于統(tǒng)計計算,擬單個航磁異常走向以正北方向順時針旋轉0°～180°計算,全區(qū)大概分為以下四類。

(1)近南北走向異常:異常走向為0°～20°或160°～180°。

(2)北東走向異常:異常走向為20°～70°。

(3)近東西走向異常:異常走向為70°～110°。

(4)南東走向異常:異常走向為110°～160°。

對每個5 km×5 km為單元的范圍,分別進行統(tǒng)計(如下頁圖4所示)。從宏觀上看,全區(qū)航磁局部異常走向以北東向和近東西向為主,僅局部范圍內為近南北走向和南東走向,所反映的構造形跡也為北東向與近東西向為主,并且具有北東成帶、東西成行的特征,近東西走向局部異常受北東向構造控制,分布在其周圍。根據所收集的區(qū)內310個已知礦、礦點分布來看,有80%礦點均位于局部異常走向近東西向的范圍內,或其與北東走向異常分布區(qū)過渡區(qū)內。

由于研究區(qū)內多金屬成礦主要受構造,巖漿活動和地層的綜合控制,而局部異常長度(局部異常規(guī)模)能夠反映構造簡易復雜度,對每個單位面積內(5 km×5 km)局部異常長度,用反距離加權法進行統(tǒng)計,并做成等值線圖(見下頁圖5)。分析已知礦、礦點的分布情況,發(fā)現(xiàn)已知礦(礦點)多位于局部異常長度(局部異常規(guī)模)低值區(qū),礦點密集區(qū)局部異常長度多在0 km～4 km范圍內,極少數在局部異常長度超過7 km的范圍內。經總結發(fā)現(xiàn),局部異常長度高值區(qū)所反映的構造規(guī)模相對較大的簡單區(qū)反而不利于成礦,而局部異常長度低值區(qū)反映小構造、裂隙發(fā)育區(qū),是有利的儲礦場所。

綜上所述,在掌握全區(qū)航磁特征的基礎上,解譯構造、隱伏巖體,并對航磁局部異常方位和規(guī)模進行統(tǒng)計分析,發(fā)現(xiàn)該區(qū)尋找中、低溫內生銅、鉛鋅多金屬礦床,需要重視異常軸向近東西、異常軸線短、強度小的弱小局部異常。

圖4 航磁局部異常方位等值線圖Fig.4 The azim uth contourm ap of the aerom agnetic local anom aly

5 地質異常

根據趙鵬大[10]早在1995年提出,地質異常系指在成份結構、構造或成因次序上與周圍環(huán)境有著明顯差異的地質體或地質體的組合。我國十一個區(qū)域性地質異常帶,以及三十二個主要的局部性地質異常區(qū),由于受歐亞板塊、太平洋板塊和印度洋板塊的影響,均分布在塊狀對稱弧大地構造體系之間的邊界上,或其內的東、西翼外褶皺帶,以及東、西翼內褶皺帶之中,具有在空間上成帶分布,時間上集中出現(xiàn)的特點,從而控制了各種礦產的產出。實踐證明,尋找地質異常對尋找大型、特大型礦床、成礦帶具有重要的指導意義[11]。

研究區(qū)大興安嶺中南段,屬于中國北部～西伯利亞塊狀對稱體系東翼褶皺帶,具體位于大興安嶺東坡東翼外褶皺帶和大興安嶺西坡東翼內褶皺帶中,據此應是中、低溫熱液內生金屬礦產的重要產地。

圖5 航磁局部異常長度(規(guī)模)等值線Fig.5 The length contourm ap of the aerom agnetic local anom aly

研究區(qū)多金屬成礦地質異常,主要為巖漿作用、構造結構和成礦地層相互作用的綜合異常。銅、鐵、鉛鋅多金屬主要為三種成因類型:斑巖型、矽卡巖型和熱液型[12],這幾種成礦類型均與中酸性巖體密切相關,并受斷裂構造控制。所以,分析成礦有利地層與中酸性侵入體、構造的空間組合關系,對尋找多金屬礦十分有利。

作者在本文試用不同成因地質體的并存、交接、鑲嵌、穿插,以及多期次的構造、巖漿熱源活動之間的相互關系(即成礦地質復雜度)作為衡量指標,尋找與多金屬有利的地質異常。對已知310個礦(礦點)統(tǒng)計,多數與二疊紀地層密切相關,多分布在地層內或與巖體接觸帶附近,少數在侏羅系晚期火山巖地層區(qū)。

據此,用與成礦直接相關地質體的接觸界線密度,作為成礦地質復雜度的計算參量(類似于層次分析法),即二疊系成礦地層、中酸性巖體、斷裂構造線分別做密度等值線,賦予不同的權重,進行疊加、套合求交,計算綜合成礦地質復雜度等值線圖(見下頁圖6)。

圖6 成礦有利地質復雜度圖Fig.6 The geo logical com p lexitym ap of form ation ofm ineral

從圖6可以看出,全區(qū)地質復雜度主要分為南、北二塊。南區(qū)以北東東、東西走向為特征;北區(qū)則主要為北東走向。據區(qū)內已知礦點的分布位置來看,多位于地質復雜度高值區(qū)或其邊緣扭曲部位。綜合多金屬成礦密切相關的地層、巖體、構造之間的互相關性,以及航磁局部異常統(tǒng)計特征(異常方位、軸線長度),作者在區(qū)內共圈定多金屬成礦有利地質異常高值區(qū)十四處。這些成礦有利地質異常高值區(qū),均位于成礦地層、中酸性巖體和構造的復合部位,為該區(qū)尋找多金屬礦床的有利地段。

6 結論

在研究該區(qū)多金屬礦床的區(qū)域成礦環(huán)境、成礦條件、分布規(guī)律的基礎上,作者總結出該區(qū)中～低溫內生銅、鉛鋅等多金屬礦床主要為矽卡巖型和熱液脈巖型,且多與燕山期構造活動和同期中酸性巖體密切相關。物性資料統(tǒng)計顯示,該區(qū)中酸性巖體具有一定磁性,為作者運用航磁提取與成礦密切相關的隱伏、半隱伏中酸性巖體和斷裂構造提供了條件。其次,對全區(qū)航磁選取局部異常并統(tǒng)計,運用先驗地質找礦的思路認為,該區(qū)成礦有利航磁局部異常,主要為北東、北東東向區(qū)域場邊緣,以及近東西走向范圍內的異常規(guī)模較小的弱小異常。綜合新解譯斷裂、巖體,計算與成礦密切相關的地層、巖體、構造之間的地質復雜度,并進行加權、套合計算綜合成礦地質復雜度,圈定成礦有利地質異常區(qū)十四個,對該區(qū)尋找多金屬礦產以及航空物探的地檢工作,具有一定的指導作用。

作者在本文的撰寫過程中,李應桂、歐介浦、王漢威、滿延龍老前輩給予了大力指導和幫助,在此表示衷心感謝!

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P 631.2+22

A

1001—1749(2011)01—0056—07

內蒙古自治區(qū)國土資源廳項目([2007]航空1-01)

2010-07-20 改回日期:2010-11-17

崔志強(1981-),男,四川資中人,碩士,主要從事航空物探解釋方法技術研究。