綜合電磁法在礦區(qū)深部成礦機制中的應(yīng)用研究
——以皖南烏溪多金屬礦區(qū)為例

林方麗,王光杰,楊曉勇

1 中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所，北京 1000292 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 1000493 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)地球和空間科學(xué)學(xué)院，合肥 230026

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綜合電磁法在礦區(qū)深部成礦機制中的應(yīng)用研究
——以皖南烏溪多金屬礦區(qū)為例

林方麗1,2,王光杰1,楊曉勇3

1 中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所，北京 1000292 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 1000493 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)地球和空間科學(xué)學(xué)院，合肥 230026

烏溪礦區(qū)介于長江中下游多金屬成礦帶與華南成礦帶之間，是江南造山帶上的一個找礦新區(qū).本文在這一找礦新區(qū)開展了有效的電磁方法綜合勘探，試圖對該區(qū)深部成礦機制進行研究.我們收集了該區(qū)的地質(zhì)地球化學(xué)資料，從地質(zhì)地球化學(xué)資料中分析了區(qū)域成礦背景；我們還采集了區(qū)域出露的主要巖石類型，在實驗室開展物性測定，在此基礎(chǔ)上選擇了三種電磁方法開展研究區(qū)的野外測量.通過地面高精度磁測、激發(fā)極化法和可控源音頻大地電磁法(CSAMT)三種地球物理方法，開展了研究區(qū)的磁化率、極化率和電阻率的分布特征研究.深入分析了地質(zhì)、地球化學(xué)和地球物理三種資料與成礦的關(guān)系，相互約束，探討成礦模型、成礦機制和成礦的可能性，推測可能的礦體賦存位置和深度范圍.在地球物理研究結(jié)果基礎(chǔ)上，結(jié)合地質(zhì)和地球化學(xué)背景資料，構(gòu)建了研究區(qū)的成礦動力學(xué)模型，推測了研究區(qū)成礦機制，揭示了礦區(qū)的成礦潛力.綜合所得結(jié)果布設(shè)了鉆孔，鉆探結(jié)果揭示了研究區(qū)深部存在強烈礦化蝕變和強蝕變斑巖，初步確認為斑巖型礦床，與CSAMT剖面的解釋結(jié)果基本一致，也與推測的測區(qū)內(nèi)深部成礦機制相吻合.鉆孔結(jié)果和地球物理結(jié)果的一致性以及對已構(gòu)建的成礦動力學(xué)模型的支持，充分證明了綜合電磁方法在斑巖型多金屬礦床的發(fā)現(xiàn)和預(yù)測中的重要作用，同時斑巖型礦床的確認進一步印證了華南成礦帶與俯沖作用形成的成礦帶的相似性，從而推動整個華南地區(qū)的成礦地質(zhì)研究.

成礦機制；綜合電磁法；烏溪多金屬礦；斑巖

1 引言

斑巖型礦床以其巨大的經(jīng)濟價值和重要的學(xué)術(shù)意義一向受到人們的重視.近年研究表明很多大型、超大型斑巖型銅、金礦都與洋脊俯沖作用所產(chǎn)生的中酸性巖漿巖(多為斑巖)密切相關(guān)(Cooker et al.,2005)，因此斑巖型礦床的成礦機制與板塊俯沖的關(guān)系得到廣泛的研究，并且取得了豐富的研究成果(Sun et al.，2003，2007，2013；Liu et al.，2010；Wang et al.,2013).孫衛(wèi)東等認為在中國東部地區(qū)尋找洋脊俯沖的跡象，將有助于國內(nèi)大型、超大型斑巖礦床以及其他相關(guān)礦床的發(fā)現(xiàn)(Ling et al.，2009；Sun et al.，2010).本次工作就將目標區(qū)域選在介于長江中下游多金屬成礦帶與華南成礦帶之間的烏溪礦區(qū)，這里是江南造山帶上尋找斑巖型礦床的理想場所.烏溪礦區(qū)位于安徽省涇縣榔橋鎮(zhèn)，基于目前勘探開發(fā)的地質(zhì)資料，應(yīng)該屬于熱液脈型成礦類型.根據(jù)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作，發(fā)現(xiàn)了地表存在多個金礦化點，并圈定了成礦有利區(qū)域.前人在此基礎(chǔ)上對該區(qū)金礦成礦條件和成礦后期構(gòu)造進行了分析(劉惠華，2003;劉惠華和朱寧，2004)，總結(jié)了該區(qū)的地質(zhì)特征及控礦因素(趙永利等，2013).

雖然斑巖型礦床研究已經(jīng)在許多領(lǐng)域取得了較大的進展，但許多關(guān)鍵性的問題現(xiàn)在仍沒有得到妥善解決.最使人感到棘手的問題就是在同一區(qū)域內(nèi)幾乎是同年齡同源同成份的許多巖體，含礦性往往差異極大.如何區(qū)分在成礦有利區(qū)域的圍巖和礦體成為斑巖型礦床研究中亟待解決的地質(zhì)問題.而巖石的蝕變和礦化蝕變，會引起巖石的電性、磁性等物理性質(zhì)的改變，因此在金屬礦的成礦有利區(qū)域開展有效的綜合電磁法工作，能夠從巖石的電磁性質(zhì)的差異中分辨出深部可能的含礦構(gòu)造(鄧居智等，2015；張昆等，2015).

由于不同的地球物理方法只能反映巖礦石一個物理參數(shù)的差異，因此在實際應(yīng)用中通常同時使用多種不同的方法(郝天珧和江為為，1998；孫興國等，2007；陳偉軍等，2008；崔敏利等，2010；呂慶田等，2015；邵陸森等，2015；萬漢平等，2015；徐興倩等，2015)，共同約束地下礦物的性質(zhì)，盡可能的減少多解性.近年來，地球物理綜合找礦方法已在金屬礦勘探中發(fā)揮了主要作用(Bastani et al.，2009；張壯等，2013；萬芬等，2014；丁高明等，2015；張光之等，2015；王顯瑩等，2015).磁法勘探根據(jù)不同巖礦石的磁性差異，一般用于控制不同巖性的邊界及深大斷裂(婁德波等，2008)，圈定在金屬礦成礦過程中形成的伴生礦物的磁異常，如磁鐵礦和磁黃鐵礦.在金屬礦的形成過程中，成礦物質(zhì)的匯聚也需要相應(yīng)的成礦通道和成礦空間，因此金屬礦勘查的關(guān)鍵就是尋找相應(yīng)的成礦通道和成礦空間，所以磁法勘探也被廣泛地應(yīng)用于金屬礦的勘查(吳國學(xué)，2007；盧焱等，2008).激發(fā)極化法是借助多金屬硫化物礦物普遍存在著激發(fā)極化特性(何繼善，2006)，大量的實際工作已經(jīng)證明了激電法的找礦效果(武煒等，2009；楊振威等，2013；Smith，2014；柳建新等，2004)，激電測量也將有利于成礦機制的判斷.可控源音頻大地電磁法(CSAMT)則是根據(jù)電磁場的趨膚效應(yīng)，通過不同的頻率的電磁信號的差異，計算和反演不同深度的電阻率分布差異(王若等，2014；孫博等，2015；湯井田等，2015；周聰?shù)龋?015).已在各種地質(zhì)勘查(陳玉玲等，2015)和深部探測(于昌明，1998；李帝銓等，2008；時彬，2012；譚章坤，2013)中成功應(yīng)用.綜上所述可知，在多金屬礦床的勘查中，地面高精度磁測、激發(fā)極化法和CSAMT電阻測深三種方法的綜合使用，對于成礦動力學(xué)模型的建立，可以得到多參數(shù)多研究角度的立體模型.

雖然烏溪礦區(qū)研究程度較低，作為研究中國斑巖型礦床與板塊俯沖關(guān)系的最有利區(qū)域，前人也進行了大量的地球化學(xué)的研究(李雙等，2012，2014，2015).地球化學(xué)結(jié)果表明，烏溪礦區(qū)不論從成礦年齡還是成礦元素分析，都與德興斑巖型礦床有較好的一致性，進一步支持了斑巖型礦床的推測，但具體工作中一直沒有找到深部斑巖證據(jù).為了更深入的分析烏溪礦區(qū)的礦床類型和深部成礦，我們在地質(zhì)和地球化學(xué)工作的基礎(chǔ)上，采集了區(qū)內(nèi)的巖石標本進行了巖石物性結(jié)構(gòu)特征分析，據(jù)此選取了上述三種方法，進行了一系列綜合電磁法勘探.本文依據(jù)當?shù)氐膸r石物性結(jié)構(gòu)特征，根據(jù)這三種不同的電磁方法的結(jié)果，結(jié)合已有的地質(zhì)地球化學(xué)資料構(gòu)建了地質(zhì)地球物理成礦動力學(xué)模型，并在已有研究基礎(chǔ)上初步給出了探測區(qū)的深部成礦機制.成礦機制的研究精確定位了礦區(qū)可能的成礦位置，同時進行了多個深鉆驗證，鉆井巖芯結(jié)果表明，礦區(qū)深部出現(xiàn)多個蝕變斑巖脈和普遍的金屬礦化，可以確定深部存在較大的斑巖礦體，具有很好的成礦前景.該結(jié)論也支持了我國東南部可能存在的與板塊俯沖有關(guān)的斑巖型礦床，在相同的成礦有利區(qū)域內(nèi)可以進一步尋找可能的斑巖型礦床.

2 研究區(qū)地質(zhì)地球物理背景

2.1 區(qū)域地質(zhì)概況

烏溪礦區(qū)位于揚子地臺江南古陸北側(cè)，江南大斷裂與東西向周王斷裂交匯部位的南側(cè)，北北東向湯口斷裂束分支在區(qū)內(nèi)通過(圖1).區(qū)域上,從震旦系至三疊系的地層均有出露.研究區(qū)內(nèi)出露地層主要為志留系和泥盆系.研究區(qū)東南部出露的榔橋巖體，是皖南地區(qū)燕山期一個重要的花崗閃長巖基，成巖時代被限定為137～139 Ma之間(李雙等，2014).

2.2 礦區(qū)地質(zhì)背景

礦區(qū)內(nèi)主要發(fā)育近北北東向區(qū)域斷裂構(gòu)造-即湯口斷裂(圖1)，為構(gòu)造熱液型成礦的主要的控礦、含礦構(gòu)造.區(qū)內(nèi)局部可見花崗斑巖脈出露，走向以北東向為主，寬15～25 m，長100～300 m.研究區(qū)內(nèi)地表普遍發(fā)育黃鐵礦化等強烈蝕變，并局部具有低品位的金礦化.靠近巖脈或斷裂，巖石較破碎，硅化、絹云母化、黃鐵礦化、黃鐵絹英巖化等蝕變發(fā)育.其它方向的構(gòu)造，含礦性較差，大多為成礦后期破壞性構(gòu)造，對早期形成的礦化有一定程度的破壞作用.礦區(qū)內(nèi)出露地層主要為志留系粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖和泥盆系石英細砂巖.地層產(chǎn)狀較平緩，傾角10°～25°，節(jié)理較發(fā)育.

2.3 區(qū)域地球物理背景

航磁異常結(jié)果顯示研究區(qū)屬于皖南強磁場區(qū)，區(qū)域以一系列較緊密排列的NE向、NNE向條帶狀磁異常帶分布為主(王建偉等，2009).研究區(qū)處于正負磁異常的交界位置，推測與區(qū)內(nèi)斷裂分布相關(guān).巖體出露區(qū)域顯示團塊狀正磁異常，說明區(qū)域巖體磁化率相對較高.

安徽省布格重力異常結(jié)果與大地構(gòu)造分區(qū)的地質(zhì)礦產(chǎn)要素對應(yīng)分析，可以將三個重力異常級別對應(yīng)于不同的構(gòu)造分區(qū)(蘭學(xué)毅等，2012).研究區(qū)位于揚子陸塊—江南地塊—皖南褶皺帶中，區(qū)域重力異常低值中心指向皖南花崗巖集中區(qū).烏溪礦區(qū)位于布格重力異常高低交變區(qū)域，因此在此區(qū)域內(nèi)重力處于不均衡狀態(tài)，易產(chǎn)生地殼的均衡運動，而地殼的均衡運動會進一步帶動區(qū)內(nèi)構(gòu)造薄弱地帶的巖石破碎，從而有利于深部物質(zhì)的帶入.

2.4 測區(qū)巖石地球物理特征

根據(jù)區(qū)內(nèi)巖石的出露和鉆探得到的巖芯情況，我們分別選取了泥巖、砂巖、花崗巖及含硫化物的巖石進行磁化率、極化率及電阻率的測量.從測量結(jié)果來看，蝕變泥巖由于含水較多，電阻率普遍較小.綜合來看存在礦化蝕變的各類巖石電阻率相對沒有蝕變的巖石電阻率低，極化率相對偏高，花崗巖類是礦區(qū)中唯一磁化率較高的巖石類型，而圍巖如砂巖、泥巖等，不論是極化率還是磁化率都很小，說明區(qū)域圍巖不具有磁性也不具有激電特性.

圖1 研究區(qū)區(qū)域構(gòu)造簡圖(安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)局，1987)1.元古-古生代地層;2.晚古生代-中生代;3.中生代-第三紀;4.花崗巖;5.花崗閃長巖;6.二長花崗巖;7.斷裂;8.測區(qū).Fig.1 Regional tectonic map (Anhui Bureau of Geology and Mineral Resources,1987)1.Proterozoic-Paleozoic strata;2.Late Paleozoic-Mesozoic;3.Mesozoic-Tertiary;4.Granite;5.Granodiorite;6.Adamellite;7.Fault;8.Study area.

圖2 烏溪測區(qū)地質(zhì)與電磁測點分布圖1.第四紀；2.石炭系；3.泥盆系；4.志留系；5.花崗閃長巖；6.花崗斑巖；7.見礦鉆孔；8.金礦化點；9.CSAMT測點；10.磁法測點；11.IP測點.Fig.2 Geology map with electrical and magnetic prospecting site distribution in Wuxi survey area1.Quaternary;2.Carboniferous;3.Devonian;4.Silurian;5.Granodiorite;6.Porphyry;7.Borehole;8.Gold ore locality;9.CSAMT Site;10.Magnetic Site;11.IP Site.

圖3 烏溪測區(qū)磁異常分布平面圖1.道路；2.磁場不均勻區(qū)域.Fig.3 Magnetic anomaly distribution of Wuxi survey area1.Road；2.Nonuniform magnetic field area.

圖4 烏溪測區(qū)極化率異常平面圖1.道路；2.金礦化點；3.見礦鉆孔；4.磁測區(qū)域Fig.4 Polarization anomaly distribution of Wuxi survey area1.Road;2.Gold mineralization locality;3.Borehole;4.Magnetic survey area.

圖5 雙頻激電剖面極化率和電阻率與CSAMT反演電阻率斷面對比(5000線)Fig.5 Comparisoll of resistivity from dual frequency IP method and CSAMT(line 5000)

圖6 電阻率水平切片圖(海拔高度-600 m～+200 m)Fig.6 Horizontal resistance slices at elevation from +200 m to -600 m

圖7 烏溪電阻率立體圖Fig.7 A perspective view of resistivity in Wuxi

表1 烏溪測區(qū)巖石物理特征(萬芬，2014)

3 電磁綜合勘探工作

根據(jù)地質(zhì)資料，礦區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造比較發(fā)育，并且在斷裂附近形成巖脈，成礦較為有利，因此將本次工作的重點圍繞淺表已知的斷裂和巖脈展開.為了了解斷裂在地下的走向及傾角，選擇垂直主斷裂的北西45°方向作為測線方向(圖2)，為了有效的控制異常，將測網(wǎng)布設(shè)為200×25 m.在工作重點區(qū)域，同時進行地面高精度磁法、雙頻激電法和CSAMT三種電磁方法，這樣不僅能夠控制區(qū)內(nèi)磁性物質(zhì)分布，還可以進一步了解不同電阻率的巖石在地下的分布情況，從而尋找成礦有利區(qū)域.實際工作中為了進一步控制磁性異常和激電異常的邊界范圍，將激電和磁法測線都進行了外延和加密.在地面高精度磁測過程中，針對測區(qū)中磁場變化劇烈的區(qū)域進行了測點加密，進一步確認異常的真實可靠性.

3.1 地面高精度磁測結(jié)果及解釋

圖3是烏溪測區(qū)地面磁測異常圖.磁異常結(jié)果顯示，在測區(qū)的北側(cè)主要分布團塊狀正異常，異常范圍寬度500～1000 m，從北向南磁異常逐漸減弱，在測區(qū)東南側(cè)顯示有北東向分布的負磁異常.引起磁異常減弱可能的原因有兩種，磁性物質(zhì)減少或者磁性物質(zhì)分布深度增加.而在測區(qū)東南部相對負磁異常處，相應(yīng)地質(zhì)圖上顯示為第四紀覆蓋區(qū)，由于第四紀地層不具有磁性，由此推測引起區(qū)內(nèi)磁異常減弱的原因可能是磁性物質(zhì)的埋深相對增加，同時不排除是在磁場變化區(qū)域存在斷裂，使得兩側(cè)巖石磁性差異.而區(qū)內(nèi)標本測量結(jié)果顯示(表1)，花崗巖類是唯一磁化率較高的巖石類型，從而初步推測區(qū)內(nèi)花崗巖巖體在礦區(qū)的分布范圍.測區(qū)中間分布大范圍的磁場不均勻區(qū)域，根據(jù)巖石標本測量結(jié)果，蝕變和礦化都可以引起磁化率的減弱，因此推測該區(qū)域的不均勻磁場可能與巖石的蝕變相關(guān).

3.2 激電觀測結(jié)果及解釋

圖4是烏溪測區(qū)極化率異常平面圖.極化率結(jié)果顯示，高極化異常集中分布在測區(qū)中間部位，區(qū)內(nèi)存在一條和測線正交的高極化帶貫穿整個測區(qū)，寬度500 m以上.根據(jù)前期地質(zhì)勘探和鉆探結(jié)果，區(qū)內(nèi)已圈定成礦帶2個和多條礦脈，與地表出露的花崗斑巖脈伴生.根據(jù)鉆探結(jié)果(劉琛琛和楊錢江，2012)，花崗斑巖脈傾向南東，在巖脈之下為志留系唐家塢組粉砂巖，在唐家塢組內(nèi)陸續(xù)分布多處礦化破碎蝕變，初步判斷為地表礦脈在深部的延伸.已查明異常均位于高極化帶內(nèi)，因此可以推測區(qū)內(nèi)高極化帶區(qū)域都存在很好的成礦條件.另外測區(qū)內(nèi)已查明多個金礦化點，都位于高極化區(qū)域及邊界位置，推測是含礦熱液被圍巖阻擋，在斑巖-圍巖接觸帶產(chǎn)出一系列礦脈和金礦化點.因此根據(jù)地表出露的斑巖脈、礦化蝕變帶、金礦化點和地表高極化異常帶，可以推測在高極化率異常之下，隱伏有一個含礦斑巖體，預(yù)測礦區(qū)具有很好的成礦遠景.

3.3 CSAMT觀測結(jié)果及解釋

將可控源音頻大地電磁法的結(jié)果經(jīng)過近場校正、靜態(tài)校正和曲線平滑處理之后，再進行一維電阻率深度反演計算，即可得到每條測線的電阻率隨深度變化的剖面圖.對比電阻率測深結(jié)果和激電測量的地表電阻率，兩者基本保持一致，進一步驗證兩種方法的可靠性(圖5).從電阻率測深結(jié)果來看，電阻率分層的傾向與測線方向相同，傾角30～40°，進一步印證了前期的地質(zhì)工作得到的地層傾向南東的結(jié)果.從測深剖面結(jié)果來看，在測線800～1000 m之間存在縱向延伸較深的低阻異常帶，可推測為斷裂破碎帶，同時在破碎帶的邊界，對應(yīng)了兩個高極化率異常，電阻率低值與高極化率對應(yīng)，較好的對應(yīng)了含礦巖石的低阻高極化特性，因此可以推測區(qū)內(nèi)蝕變礦化與斷裂的相關(guān)關(guān)系.

根據(jù)測區(qū)的CSAMT電阻率測深結(jié)果進行切片處理(圖6)，電阻率相對較高的點在地表分布較分散，而隨著深度的增加逐漸向小號測線和測線小號點匯聚，整體電阻率呈條帶狀分布.從地表的電阻率水平切片圖上(H=200 m)看，高阻體的延伸方向由南北向逐漸轉(zhuǎn)為北東向，與測線方向垂直.整體切片圖的結(jié)果表明隨著深度的增加，測區(qū)深部整體電阻率較地表電阻率偏低，且又呈帶狀分布，推測是在構(gòu)造作用下圍巖受到強烈蝕變改造而形成，是可能的成礦通道和成礦空間.測區(qū)北半部分的高阻礦脈逐漸向測區(qū)邊界匯聚，測區(qū)南半部分高阻脈也向西南方向匯聚.而在測區(qū)中間位置形成大規(guī)模的低阻異常帶，深部如此大規(guī)模的低阻異常可以推測深部存在較大的斷裂構(gòu)造.這也與區(qū)內(nèi)測量得到的大規(guī)模極化率異常相對應(yīng)，從而推測區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造為深部巖漿活動提供了大范圍的活動空間.

從地質(zhì)圖上看，測區(qū)內(nèi)出露的花崗斑巖脈的走向基本與CSAMT測量結(jié)果的高阻延伸方向一致.測區(qū)中間出現(xiàn)的北東東向斷層有部分花崗斑巖出露，電阻率切片圖上顯示出高阻特性.而測區(qū)東南側(cè)出露的含礦化的花崗斑巖脈，電阻率測量結(jié)果相對較小，前期鉆探結(jié)果顯示該點的花崗斑巖脈出露地表，厚度只有50 m，并且傾向東南側(cè).根據(jù)測區(qū)電阻率立體圖(圖7)可以看到，電阻率分布情況也傾向南東，與測區(qū)內(nèi)地層的傾向相一致，說明巖體存在順層侵入.

3.4 電磁法綜合解釋與成礦動力來源

通過地面高精度磁測結(jié)果，磁場有從南到北逐漸增大的趨勢，結(jié)合礦區(qū)地質(zhì)資料，我們可以推測得出巖漿來源于礦區(qū)東南側(cè)的深部巖基，沿著區(qū)內(nèi)巖層、斷裂、裂隙逐漸上侵到礦區(qū)西北側(cè)的淺部.而極化率和電阻率的結(jié)果都顯示礦區(qū)存在一條北東向的高極化率和低電阻異常帶，并且兩者在空間上基本可以完全吻合，因此可以基本得出區(qū)內(nèi)存在的低阻高極化區(qū)域為區(qū)內(nèi)最有利的成礦空間.結(jié)合三種電磁方法結(jié)果，依據(jù)巖石樣品的測量結(jié)果，測區(qū)西北角表現(xiàn)為高磁低極化特征，說明該區(qū)域內(nèi)巖石可能為花崗斑巖或者花崗巖巖體，同時電阻率表現(xiàn)為高阻特征，進一步證明了此處可能的巖體存在.考慮到區(qū)域地層傾向，此處巖體可能是南東側(cè)深部巖體的延伸.測區(qū)中間測得的高極化帶與低阻構(gòu)造帶相對應(yīng)，隨著深度的增加電阻率逐漸減小，推測表層巖石沒有受到蝕變作用的影響，隨著深度的增加深部巖石逐漸發(fā)生蝕變作用逐漸強烈.同時低阻條帶在深部范圍更大，說明了高極化帶不僅在淺部有較好的成礦可能性，在深部有更大的礦化蝕變空間.另外高極化帶區(qū)域磁場分布的不均勻性說明成礦過程中可能有磁性物質(zhì)的生成.電阻率測深結(jié)果顯示，高阻體在深部匯聚于測區(qū)西南角，而對應(yīng)的磁場和極化率情況顯示該區(qū)磁場較高極化率很低，因此推斷測區(qū)西南角部分深部可能沒有受到熱液活動的影響，沒有成礦條件.

綜合所得到的地球物理和前期的地質(zhì)、地球化學(xué)結(jié)果，將分別從以下三個不同的尺度分析礦區(qū)的成礦動力來源：

(1) 從烏溪礦區(qū)的綜合電磁法結(jié)果分析，可以初步推斷礦區(qū)的成礦動力模型：磁異常表明巖漿可能來源于礦區(qū)東南部，而礦區(qū)中部的磁場不均勻區(qū)域推測為后期熱液蝕變造成的；極化率結(jié)果顯示礦區(qū)中間存在大面積的高極化率異常帶，推測為巖體和熱液活動形成的礦化蝕變沿斷裂形成的礦化帶；電阻率測深結(jié)果進一步描述了礦區(qū)深部存在的低電阻率異常帶，同時與高極化異常帶位置基本一致.因此推測巖漿熱液來源于深部，以區(qū)內(nèi)存在的大量斷裂裂隙為活動空間上侵進入淺層.單純的巖漿活動不足以解釋磁異常與極化率/電阻率異常的分布特征，因此推測區(qū)內(nèi)存在巖漿期后熱液活動.熱液活動范圍主要在極化率異常范圍附近，并沒有到達之前的巖漿活動的邊界，因此區(qū)內(nèi)可能存在未蝕變巖體，磁異常結(jié)果可以驗證這一推測.同時巖心鉆探結(jié)果表明在高極化區(qū)域深部在巖漿普遍存在隱爆角礫巖和巖石物性測試結(jié)果都能證明區(qū)內(nèi)存在熱液活動.熱液聚集過程中在深部形成壓力和溫度的增大，從而為引爆作用的發(fā)生提供了動力來源，熱液上侵過程中對圍巖進行蝕變改造和礦物富集，在成礦有利空間金屬礦物沉積成礦.

(2) 對于礦區(qū)內(nèi)巖漿熱液來源及其動力學(xué)背景，可以從區(qū)域地質(zhì)方面進一步討論.對礦區(qū)周圍巖體的成礦專屬性分析、巖石學(xué)分析和地球化學(xué)特征分析表明，榔橋巖體為區(qū)域內(nèi)主要賦礦圍巖.對礦區(qū)內(nèi)出露花崗斑巖以及鉆孔樣品年代學(xué)測定結(jié)果表明，榔橋巖體成巖時代與烏溪礦區(qū)巖體的形成時代基本一致，分別為139.6±1.7 Ma (ZK7301)、137.3±1.6 Ma (ZK7001)、137.3±1.1 Ma (10WX-1)，推測榔橋巖體與礦區(qū)斑巖脈屬于同期巖漿作用(李雙等，2015)，這期巖漿活動為皖南地區(qū)普遍的多金屬礦化期.區(qū)域內(nèi)分布多條深大斷裂，其中北北東向湯口斷裂束切割整個榔橋巖體并從礦區(qū)穿過，為巖漿和成礦流體提供了充分的運移通道和賦存空間，有利于金屬礦的形成(李雙等，2012).

(3) 榔橋巖體為中生代巖漿活動，而華南普遍存在大規(guī)模中生代巖漿作用和成礦作用.國內(nèi)對華南中生代巖漿作用已經(jīng)進行了大量的研究，中生代發(fā)生的大規(guī)模巖漿活動，使得華南從南到北形成了三條形成時代漸新的成礦帶，而從成礦礦物的種類來看，華南成礦帶明顯類似于南美俯沖作用所引起的成礦分帶，因此對于榔橋巖體的動力學(xué)背景可以用洋脊俯沖假說來解釋.

綜上所述烏溪礦區(qū)的成礦動力學(xué)模型基本可以概括為：太平洋板塊在中生代(125～140 Ma)時向南西方向俯沖，而依澤納吉板塊則向北北西方向俯沖，兩個板塊的剪切作用方向與同時期中國東部近南北向盆地拉張的力學(xué)性質(zhì)是耦合的.拉張造成巖石圈減薄,軟流圈卸載上涌,發(fā)生減壓部分熔融.熔體上涌時先將古老巖石圈地幔中易熔的富集組分熔融(Ling et al.，2009；Sun et al.，2010)，從而形成這一時期大規(guī)模巖漿活動和巖漿的富集特征.榔橋巖體是華南中生代巖漿活動中的其中一個巖漿事件.與榔橋巖體相關(guān)的巖漿活動受到區(qū)內(nèi)湯口斷裂的控制，在巖漿上侵過程中到達礦區(qū)范圍，并在區(qū)內(nèi)可能存在的斷裂空間內(nèi)結(jié)晶分異和礦物富集成礦.通過綜合電磁法結(jié)果推測礦區(qū)范圍內(nèi)在巖漿作用下的成礦物質(zhì)的運移方向.磁場分布反映了巖漿的運移方向為從礦區(qū)南側(cè)深部沿著深部斷裂到達北側(cè)的淺部，在深部結(jié)晶分異并固結(jié)成巖.而區(qū)內(nèi)反映礦體賦存空間位置的極化率異常和電阻率異常表明，礦體可能分布的礦區(qū)正中，呈北東向分布.而這一結(jié)果用與磁場分布存在明顯差異，用巖漿活動不能很好的解釋極化率和電阻率異常，因此推測礦區(qū)內(nèi)存在后期的熱液活動.而由于前期的巖漿活動的結(jié)晶分異和固結(jié)成巖，造成深部斷裂裂隙減少，隨著熱液不斷上涌，在深部由于熱液所形成的壓力增大，在區(qū)內(nèi)構(gòu)造應(yīng)力的誘發(fā)下會發(fā)生大量的隱爆作用.而隱爆作用發(fā)生的的同時，深部熱液的溫壓都急劇下降，這種作用對于成礦非常有利.

4 深部成礦機制與鉆孔驗證

根據(jù)礦區(qū)的前期地質(zhì)工作，礦區(qū)內(nèi)主要出露地層為志留系舉坑組、泥盆系五通組、石炭系中下統(tǒng)和第四紀全新統(tǒng)，地層傾角較大.區(qū)內(nèi)發(fā)育一組北東向斷裂構(gòu)造，控制著區(qū)內(nèi)花崗斑巖的分布，同時區(qū)內(nèi)礦化蝕變也受這組斷裂控制.從而推測區(qū)內(nèi)不僅存在熱液活動，前期還存在巖漿侵入.測區(qū)位于榔橋巖體北側(cè)，區(qū)內(nèi)出露的花崗斑巖脈可以認為是榔橋巖體的分支，區(qū)內(nèi)出現(xiàn)的礦化蝕變可以推測為巖漿期后熱液活動對圍巖的改造.

根據(jù)三種電磁方法的綜合結(jié)果分析，測區(qū)深部較低電阻率范圍較表層大，熱液從深部進入，由于溫度壓力較高，可能發(fā)生強烈的隱爆作用，從而使深部發(fā)育較強礦化蝕變.由于蝕變使花崗巖類巖石磁性減弱，同時熱液活動有可能形成磁黃鐵礦，因此出現(xiàn)磁場的不均勻分布.隨著熱液向上運移，溫度壓力降低，使熱液開始沿區(qū)內(nèi)的斷裂構(gòu)造分布，在不同的位置不同的圍巖內(nèi)形成不同的蝕變和礦化，因此淺層電阻率異常分布基本與斷裂走向一致.而在遠離巖體且沒有明顯斷裂活動的位置(小號點)，熱液的作用未能將圍巖蝕變和改造，因此還保持了早期巖性，沒有明顯的電磁異常.綜合結(jié)果表明，磁場從北向南逐漸減小的原因并不是由于巖體埋深增加，而是由于蝕變作用使相應(yīng)的磁性物質(zhì)的磁性減弱.

根據(jù)地質(zhì)地球物理資料，選取成礦條件最有利的7000線(625點)和7300線(650點)進行鉆探驗證.7001孔深1250 m，7301孔深1000 m，深部巖層普遍礦化和強烈硅化，部分發(fā)育浸染狀黃鐵礦化，較好的證明了鉆孔高極化率的特征.從電阻率和鉆孔疊加圖上看(圖8)，電阻率分布特征與區(qū)內(nèi)巖性分布基本一致，鉆探結(jié)果進一步證明區(qū)內(nèi)地表礦化不明顯，整體電阻率較高，巖體相對其他巖石表現(xiàn)為高阻特征，礦化能夠明顯的降低巖層電阻率.

從7301鉆孔結(jié)果(圖9)可以看到，花崗斑巖以脈體的形式侵入到上覆志留系地層的砂巖、粉砂巖中，巖脈普遍伴生黃鐵礦化，巖脈附近泥化破碎帶內(nèi)多金屬礦物更加富集.淺部發(fā)育青磐巖化、絹云母化，往深部各類巖石強烈蝕變，同時巖心節(jié)理發(fā)育，節(jié)理面普遍存在礦化，深部斷續(xù)可見隱爆角礫巖和碳酸鹽化，說明在深部存在強烈的熱液活動.從地下400 m深度開始，巖石普遍發(fā)育黃鐵礦化、鉛鋅礦化，隨著深度增加出現(xiàn)黃銅礦化，從900 m位置出現(xiàn)明顯的銅、鉬礦化，950 m開始發(fā)育含輝鉬礦的花崗斑巖(見圖10).

地球化學(xué)分析結(jié)果顯示不管從巖石年代學(xué)還是巖石成因?qū)W分析都顯示烏溪礦區(qū)花崗斑巖和榔橋巖體屬于同一巖漿活動.烏溪成礦花崗斑巖鉆孔樣品以及地表出露巖體的鋯石定年結(jié)果一致，分別為139.6±1.7 Ma(ZK7301)、137.3±1.6 Ma(ZK7001)、137.3±1.1 Ma(10WX-1)，表明該巖體形成時代為早白堊世.同時鉆孔結(jié)果顯示花崗斑巖脈明顯受到后期熱液活動的蝕變，出現(xiàn)強烈的巖石破碎和泥化，泥化帶礦化明顯，因此推測研究區(qū)主要成礦期并不是巖漿活動期，而是巖漿期后熱液活動期.

圖8 電阻率剖面&鉆孔疊加圖Fig.8 Resistivity profile and drilling holes superposition

圖9 烏溪礦區(qū)7301鉆孔地質(zhì)圖(李雙等，2015)Fig.9 7301 Drilling geological colamns in Wuxi(Li et al.，2015)

圖10 烏溪礦區(qū)7301孔蝕變巖及礦化照片(959～966 m)Fig.10 Rock alteration and mineralization of 7301 drilling in Wuxi(959～966 m)

因此綜合各種地質(zhì)地球物理資料結(jié)果，可以推測礦區(qū)深部的成礦機制：

(1) 測區(qū)早期存在巖漿活動，巖漿沿斷裂上侵，在巖體周圍形成較弱的圍巖蝕變，并且有少量成礦物質(zhì)的代入.根據(jù)斷裂的走向，推測除了地表出露的花崗斑巖脈，在測區(qū)北側(cè)磁場值較高區(qū)域有大量巖漿侵入，在淺層形成隱伏巖體.

(2) 區(qū)內(nèi)存在強烈的熱液活動，地表熱液活動主要在斷裂及其附近，并且存在一定的順層侵入，推測深部低阻區(qū)域存在較大范圍的圍巖蝕變和礦化空間.同時隱爆角礫巖的出現(xiàn)表明深部存在強烈的隱爆作用，膠結(jié)物中發(fā)育網(wǎng)脈狀鉛鋅礦，說明隱爆作用有利于礦物沉積.

(3) 烏溪金礦礦區(qū)內(nèi)發(fā)育的大量斷裂構(gòu)造為成礦流體提供了充分的運移通道，巖漿熱液主要沿通道活動，雖然在深部可以通過隱爆作用形成熱液的通道，但是隨著熱液運移，溫壓條件不斷降低，在沒有斷裂活動的位置則保存較為原始的圍巖.推測小號線整體為沉積層，大號線較好的保存了前期巖漿活動形成的巖體.

(4) 鉆孔結(jié)果表明區(qū)內(nèi)淺部發(fā)育青磐巖化和絹云母化，深部發(fā)育強烈蝕變斑巖和Cu-Pb-Zn礦化，結(jié)合地球物理結(jié)果，在礦區(qū)深部應(yīng)大范圍的發(fā)育蝕變斑巖和礦化，因此初步判定烏溪礦區(qū)為斑巖型多金屬礦床.

進一步的野外勘測以及地球化學(xué)工作將對烏溪礦區(qū)及周邊探礦和找礦工作具有重要的指示意義.

5 結(jié)論

5.1 在研究區(qū)使用激發(fā)極化法、地面磁測和CSAMT電阻率測深法，能對地表礦化作用的分布、磁性異常地層分布和深部地層的電阻率分布有一個整體的和立體的描述.結(jié)合已知的地表地質(zhì)、地球化學(xué)、地表礦化點和地表斑巖脈的分布等信息，可以推斷地下深部隱伏有含礦的斑巖體.根據(jù)這一思路和地球物理探測結(jié)果布設(shè)的兩個鉆井，揭露了隱伏的斑巖體礦體的存在，驗證了推斷正確性和地球物理方法的有效性.這一套思路和地球物理勘探方法，可以在皖南和長江中下游類似的條件下借鑒使用.

5.2 通過綜合電磁方法的應(yīng)用，揭示了礦區(qū)內(nèi)巖體和蝕變的分布特征及相互關(guān)系，進一步推測成礦物質(zhì)運移方向和深部成礦機制.結(jié)合地球化學(xué)和鉆孔地質(zhì)資料，推測研究區(qū)主要成礦期并不是巖漿活動期，而是巖漿期后熱液活動期.因此遠離榔橋巖體的高磁異常對應(yīng)的高阻體推測為前期巖漿活動的產(chǎn)物.

5.3 鉆井驗證研究區(qū)深部成礦受斑巖控制，礦床類型為斑巖型銅(鉬金)礦床.后期熱液活動將圍巖和前期巖漿活動產(chǎn)物進一步蝕變，使成礦物質(zhì)進一步富集，從而深部形成大面積的低阻異常區(qū)域，同時與地面極化率異常較好對應(yīng).根據(jù)巖體的極化率和低阻體的規(guī)模推斷，烏溪礦區(qū)是一個極其有利的斑巖型銅(鉬金)成礦遠景區(qū)，這也進一步擴大了有俯沖作用形成的華南成礦分帶中斑巖型銅礦的可能范圍，有利于引導(dǎo)華南的區(qū)域成礦地質(zhì)研究.

致謝 中國科技大學(xué)鄧江紅博士和中科院廣州地球化學(xué)研究所孫賽君博士，在論文寫作過程中提供了相關(guān)地質(zhì)和地球化學(xué)資料；中科院地質(zhì)與地球物理研究所王若老師和王妙月老師在文章修改過程中提出了許多寶貴的修改建議；審稿人提出了多處中肯的建議，對文章做出了有益的貢獻，在此一并致以衷心的感謝.

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(本文編輯 劉少華)

Application of comprehensive electromagnetic study in deep mineralization mechanism—A case study of the Wuxi polymetallic ore deposit,south Anhui

LIN Fang-Li1,2,WANG Guang-Jie1,YANG Xiao-Yong3

1 Institute of Geology and Geophysics,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100029,China2 University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China3 School of Earth and Space Sciences,University of Science and Technology of China,Hefei 230036,China

The Wuxi polymetallic ore deposit which lies between the middle and lower reaches of the Yangtze River polymetallic metallogenic belt and South China metallogenic belt,is a new prospecting area in the Jiangnan orogen.This article is trying to study the mineralization mechanism in the deep subsurface of this area with the effective electromagnetic integrated exploration.For a new prospecting area,the collection of regional geological and geophysical background is very important.Geological data in this area is collected,which permits to analyze the regional metallogenic background.The physical property of the main rock types exposed in this area is measured in the laboratory.On the basis of these results three electromagnetic field measurements are carried out.By the measurements of three kinds of geophysical methods:ground precise magnetic survey,induced polarization and controlled source audio magnetotelluric method (CSAMT),the distribution characteristics of magnetic susceptibility,polarization and resistivity are studied,to bound mineralization possibilities and possible ore body position and depth range together.Based on the results of the geophysical studies,combined with geological and geochemical data,the mineralization dynamics model of the study area is built and then the mineralization mechanism is suggested.Drillings are deployed according to all these results.Drilling results prove the presence of strong alteration,mineralization and porphyry alteration at depth in the study area,which is consistent with the judgment of the CSAMT results.The consistency of drilling and geophysical results fully demonstrate the important role of the integrated electromagnetic method in the discovery and prediction of porphyry type polymetallic deposits.Meanwhile,it confirms the similarity between South China metallogenic belt and the mineralization belt formed by the subduction,thus promoting mineralization geological studies throughout South China.

Metallogenic Mechanism;Integrated Approach of Electric Magnetic Method;Wuxi Polymetallic Ore;Porphyry

林方麗,王光杰,楊曉勇.2016.綜合電磁法在礦區(qū)深部成礦機制中的應(yīng)用研究——以皖南烏溪多金屬礦區(qū)為例.地球物理學(xué)報，59(11):4323-4337,

10.6038/cjg20161132.

Lin F L,Wang G J,Yang X Y.2016.Application of comprehensive electromagnetic study in deep mineralization mechanism—A case study of the Wuxi polymetallic ore deposit,south Anhui.Chinese J.Geophys.(in Chinese),59(11):4323-4337,doi:10.6038/cjg20161132.

10.6038/cjg20161132

P631

2015-11-18，2016-05-20收修定稿

林方麗，女，1985年生，中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所在讀博士研究生，主要從事電磁法理論及應(yīng)用研究.

E-mail:lgg1287@163.com

*通訊作者 王光杰，男，1966年生，副研究員，主要從事電磁法勘探研究和應(yīng)用工作.E-mail:gjwang@mail.iggcas.ac.cn