魯西地區(qū)金伯利巖的磁異常特征及物探方法有效性淺析

劉效才，宋世杰，嚴(yán)根苗，張勇

(山東省第七地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 臨沂 276000)

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魯西地區(qū)金伯利巖的磁異常特征及物探方法有效性淺析

劉效才，宋世杰，嚴(yán)根苗，張勇

(山東省第七地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 臨沂 276000)

金伯利巖是金剛石的成礦母巖之一。魯西地區(qū)目前已發(fā)現(xiàn)3條金伯利巖帶，探明金剛石儲量1060萬ct。搜集以往針對魯西地區(qū)金伯利巖所做的大量磁測工作資料，對魯西地區(qū)金伯利巖的磁異常特征進(jìn)行總結(jié)，并對物探尋找金伯利巖有效性進(jìn)行簡要分析，認(rèn)為在魯西尋找金伯利巖，尤其是尋找隱伏的金伯利巖，需在了解地質(zhì)背景的基礎(chǔ)上，采用磁法、電法相結(jié)合，并結(jié)合已知金伯利巖的地球物理特征，綜合分析驗(yàn)證。

金伯利巖；磁異常；物探方法；魯西地區(qū)

0 引言

山東省在20世紀(jì)60年代就已開始部署金剛石找礦及金伯利巖的研究工作。1965年8月，山東地礦局第七地質(zhì)隊(duì)在蒙陰常馬莊地區(qū)首先發(fā)現(xiàn)富含金剛石的金伯利巖脈(紅旗1號)。此后，在蒙陰地區(qū)陸續(xù)查明并圈定了勝利1號等10個金伯利巖管、47條金伯利巖脈 (組)、1個金伯利巖床，取得了顯著的找礦效果。

其中，地球物理方法在金伯利巖的尋找工作中起到了舉足輕重的作用。1968年，山東勝利1號金伯利巖管的發(fā)現(xiàn)，就是對常馬莊磁異常的驗(yàn)證。在其之后幾十年的時間里，以山東省地礦局第七地質(zhì)隊(duì)為主的地勘單位，在魯西地區(qū)開展了大面積的航空磁測、地面磁測、電法測量等工作，為總結(jié)物探方法在尋找金伯利巖工作中的有效性提供了第一手資料。

該文利用以往針對魯西地區(qū)金伯利巖所做的磁測資料，進(jìn)行簡單歸納，探討魯西地區(qū)金伯利巖的地球物理特征，并對利用地球物理勘查方法在魯西地區(qū)尋找金伯利巖的有效性進(jìn)行簡析，為尋找魯西地區(qū)金剛石找礦方法創(chuàng)新提供依據(jù)。

1 魯西金伯利巖的地質(zhì)特征

1.1 地域分布及含礦性

目前發(fā)現(xiàn)的3個金伯利巖帶位于魯西蒙陰地區(qū)，由南向北依次是常馬莊巖帶、西峪巖帶、坡里巖帶(圖1)。其產(chǎn)出形態(tài)有3種，分別為巖脈、巖管、巖床，其中以巖脈居多。含礦性具有南富北貧、中間富兩端貧的變化規(guī)律。

1.2 地質(zhì)背景

已發(fā)現(xiàn)的魯西金伯利巖產(chǎn)于華北地臺南緣的魯西隆起區(qū)中部?；字饕稍缜昂浼o(jì)變質(zhì)變形花崗質(zhì)巖，其次由中—新太古代變質(zhì)地層組成，屬A型克拉通；蓋層由新元古代地層組成。蒙陰金伯利巖田位于切割深度達(dá)上地幔的沂沭斷裂帶西側(cè)40～70km，沂沭斷裂帶是金伯利巖上升的通道，NW向及NE向隱伏斷裂和構(gòu)造薄弱帶是控礦構(gòu)造。

1.3 成礦時代

就魯西地區(qū)金伯利巖的形成時代而言，至今仍有諸多爭論。從地質(zhì)環(huán)境來看，發(fā)現(xiàn)有金伯利巖巖脈切穿了早白堊世的輝綠巖(紅旗1號，圖2)、金伯利巖巖管內(nèi)有白堊紀(jì)青山組火山巖和輝綠巖的碎塊(紅旗28號)等現(xiàn)象，顯示魯西地區(qū)金伯利巖形成于晚白堊世；從以往選送的大量年齡測試結(jié)果來看，魯西金伯利巖則形成于早古生代中晚奧陶世(加里東期)。

圖1 魯西金伯利巖分布及構(gòu)造簡圖 (據(jù)山東地礦七院，2008)

圖2 金伯利巖巖脈切穿輝綠巖素描圖 (據(jù)山東地礦七院，1970)

1.4 金伯利巖帶特征

常馬莊金伯利巖帶位于蒙陰縣城西南約13km的聯(lián)城鄉(xiāng)常馬莊之西，該巖帶由8組巖脈和2個巖管組成?？傮w走向(展布方向)345°，長約14km，寬2.5km。各巖脈之間呈右列式排列，走向150°～350°，與巖帶總體走向構(gòu)成30°～50°的夾角。巖帶中部巖體分布比較集中，在王村有2個巖管產(chǎn)出(勝利1號大、小巖管)；向南、北兩端巖脈分布變稀。常馬莊金伯利巖帶圍巖主要巖性為新太古代片麻狀英云閃長巖。

西峪巖帶位于蒙陰縣城西北約12km的高都鎮(zhèn)西峪村。該巖帶按巖脈展布方向可分NNE向巖帶和NW向巖帶2部分。NNE向巖帶位于新泰-垛莊斷裂與銅冶店-孫祖斷裂之間，巖帶長12km，寬0.5～1km，由10組巖脈和8個巖管組成，總體走向15°左右。巖脈斷續(xù)分布在2條互相平行的NNE向斷裂內(nèi)，其走向基本與巖帶走向一致。巖管則集中分布在巖帶中部的西峪村附近，稱“西峪巖管群”。NW向巖帶位于新泰-垛莊斷裂主斷面的南側(cè)，總體走向300°左右，斷裂長4.5km，寬100m；由1個巖床，4條巖脈組成。巖脈走向與巖帶一致；巖床產(chǎn)狀與圍巖產(chǎn)狀基本一致。西峪巖管群地表由8個巖管組成，向下逐漸合并收攏。西峪巖帶圍巖主要巖性除新太古代花崗閃長巖(紅旗2號巖脈)，奧陶紀(jì)馬家溝群灰?guī)r(勝利Ⅳ、Ⅴ、Ⅶ、Ⅷ號巖脈，紅旗23號巖床)外，其余均為古元古代二長花崗巖。

坡里巖帶位于蒙陰縣城東北約30km岱崮鎮(zhèn)的野店—坡里—金星頭一帶，長約18km，寬0.5km，巖帶總走向35°～40°。由25條巖脈組成，單脈之間呈平行側(cè)列式斷續(xù)分布，單脈與巖帶方向基本一致。坡里巖帶中，K1巖脈圍巖為寒武紀(jì)張夏組灰?guī)r；K2～K16巖脈圍巖為寒武紀(jì)饅頭組砂頁巖；K17～K25巖脈中，除K24巖脈圍巖為輝綠巖外，其余圍巖均為古元古代二長花崗巖。

2 巖石磁性特征

2.1 金伯利巖磁性特征

魯西地區(qū)金伯利巖磁性不均勻，不同種類的金伯利巖磁性差異大，同一種類的金伯利巖差異也大(表1)。從魯西地區(qū)金剛石找礦以往工作所做的890塊礦石標(biāo)本的磁性測定統(tǒng)計(jì)結(jié)果看出，金伯利巖的磁化率K值在26×10-6～14400×10-6CGSM之間變化，剩余磁化強(qiáng)度Jr在3×10-3～5870×10-3A/m之間變化。從圖3a中看出，金伯利巖K，Jr頻率分布曲線都不呈正態(tài)分布，這表明金伯利巖的磁性非常復(fù)雜，Jr/Ji=0.3～0.6，剩余磁化傾角為60°，接近當(dāng)?shù)氐卮艌鰞A角，且無反磁化現(xiàn)象(圖3b)。

按金伯利巖磁化率K值數(shù)量級次分為中等磁性、弱磁性、微磁性3類。

中等磁性(K≥1000×10-6CGSM)金伯利巖包括：含巖球粗晶金云母金伯利巖(Kb4)、細(xì)粒金云母金伯利巖(Kb6)、強(qiáng)碳酸鹽化粗晶金伯利巖(Kb5)、粗晶鎂鋁榴石金云母金伯利巖(Kbmy)等，其磁化率K的加權(quán)平均值為2448×10-6CGSM。

表1 魯西金伯利巖磁參數(shù)統(tǒng)計(jì)

(a)金伯利巖K及Jr頻率曲線；(b)金伯利巖剩余磁化傾角 圖3 金伯利巖磁性特征圖 (據(jù)山東地礦七院，2013年)

弱磁性(K=n×102×10-6CGSM)金伯利巖包括：斑狀金云母金伯利巖(Kb3)、含圍巖碎屑金伯利巖碳酸鹽化角礫巖(Kb5)等，其磁化率K的加權(quán)平均值為420×10-6CGSM。

微磁性(K≤100×10-6CGSM)金伯利巖包括：金伯利角礫巖(Kb1)、金伯利巖碳酸鹽巖角礫巖(Kb2)、褐鐵礦染金伯利巖(Kb5)、凝灰狀金伯利巖(Kbmh)等，其磁化率K的加權(quán)平均值為21×10-6CGSM。

金伯利巖磁性強(qiáng)弱與其含磁性礦物多寡有關(guān)，而且含礦富的金伯利巖磁性較強(qiáng)，反之磁性較弱。據(jù)常馬、西峪2金伯利巖帶13個巖管的巖石標(biāo)本物性統(tǒng)計(jì)資料，中弱磁性的金伯利巖占巖管的73%，其余為無磁性金伯利巖。統(tǒng)計(jì)顯示，凡具有工業(yè)價值的金伯利巖管(脈)多數(shù)具磁性。

2.2 圍巖磁性特征

魯西金伯利巖的圍巖，主要是新太古代泰山序列斜長角閃片麻巖、黑云斜長片麻巖、角閃黑云斜長片麻巖、混合花崗巖、花崗片麻巖。其次為寒武、奧陶系的頁巖和石灰?guī)r。泰山序列侵入巖磁性不穩(wěn)定，寒武、奧陶系的地層磁性穩(wěn)定。其中混合花崗巖、花崗片麻巖屬弱磁性類，磁化率加權(quán)平均值K=515×10-6CGSM；石灰?guī)r、頁巖、斜長角閃和混合巖化條帶狀黑云母片麻巖等屬無磁性類，磁化率加權(quán)平均值K=21×10-6CGSM。

中等磁性的金伯利巖比混合花崗巖和花崗片麻巖磁性大5倍左右。因此，盡管在混合花崗巖和花崗片麻巖地區(qū)磁場復(fù)雜，利用磁法尋找金伯利巖還是具備地球物理前提的。

3 金伯利巖磁異常特征

3.1 航空磁測異常特征

魯西金伯利巖區(qū)在過去曾經(jīng)進(jìn)行過1∶5萬航磁測量，由于比例尺小(飛行線距500m)，因此除了常馬礦帶中的勝利1號金伯利巖大巖管上1條航磁測量剖面上有異常顯示外，其余小的巖管、巖脈基本上在1∶5萬航磁異常圖中沒有顯示。2006年，為了圈定斷裂構(gòu)造、巖體、進(jìn)行巖性構(gòu)造填圖，為工作區(qū)礦產(chǎn)勘查規(guī)劃和工作部署提供地球物理基礎(chǔ)依據(jù)，臨沂魯澳金剛石開發(fā)有限公司對蒙陰3個礦帶進(jìn)行了1∶10000航磁測量(完成630km2)。從該次工作的ΔT等值線平面圖和ΔT剩余異常圖看出，諸多小的金伯利巖巖管、巖脈上均有異常顯示，現(xiàn)列舉幾處不同形體(巖管、巖脈)予以圖示(圖4,圖5)。紅旗6號(西峪巖帶)金伯利巖管上對應(yīng)的航磁異常特征：異常呈橢圓狀，長軸走向NW向，異常長約150m，寬約100m。異常場值380nT，相對正常場異常高100余nT。異常的走向與金伯利巖管在地表上的投影走向基本一致。

△T剖面平面異常圖(a)、△T等值線平面圖(b) 圖4 紅旗6,8,18,28,31,32號金伯利巖所在位置航磁測量 (據(jù)山東地礦七院，2006)

西峪巖帶紅旗18號金伯利巖管上對應(yīng)的航磁異常特征：在ΔT等值線平面圖上巖管上方僅是一磁場波動，在剩余異常圖上，異常呈NEEW向橢圓狀，異常強(qiáng)度20余nT。異常走向與巖管在地表上的投影走向大致吻合。紅旗28號巖管和31號巖脈上對應(yīng)的航磁異常特征：28號巖管和31號巖脈處在ΔT等值線平面圖上230～300nT的磁場相對較低位置，在剩余異常圖上顯示為負(fù)異常，幅值為-60～-10nT。異常走向與礦體走向基本一致。

西峪巖帶紅旗8號和32號金伯利巖管上對應(yīng)的航磁異常特征：由于8號、32號金伯利巖管相距較近，2巖管上反映為同一異常。在ΔT等值線平面圖上巖管上方僅是在280～330nT的磁場波動，在剩余異常圖上，異常呈NNE向橢圓狀，異常強(qiáng)度50余nT。異常走向與2巖管在地表上的合并投影走向大致吻合。

西峪巖帶紅旗3號金伯利巖脈和13號、33號金伯利巖管上對應(yīng)的航磁異常特征：紅旗3號金伯利巖脈上ΔT等值線僅有較小的磁場波動，在ΔT剩余異常圖上呈NNE向條帶狀，異常強(qiáng)度10～40nT。紅旗13號、33號金伯利巖管上呈現(xiàn)出圓形異常。紅旗13號金伯利巖管上異常強(qiáng)度520nT，相對正常場異常高230nT；紅旗33號金伯利巖管上異常強(qiáng)度370nT，相對正常場異常高110nT。

圖5 紅旗3，13，33號金伯利巖航磁測量ΔT等值線平面圖 (據(jù)山東地礦七院，2006)

3.2 地面磁測異常特征

地面磁測結(jié)果顯示，當(dāng)強(qiáng)磁性的金伯利巖以弱磁性圍巖為背景,或弱磁性金伯利巖以無磁性的磁性圍巖為背景時,磁異常反映明顯。一般異常強(qiáng)度在200～500nT之間,如勝利1號、6號、紅旗8號。若磁性相當(dāng)?shù)慕鸩麕r和其圍巖共存時,磁異常反映不佳,而電法有異常反映，如8號金伯利巖管圍巖為花崗片麻巖,磁法效果不明顯。無磁性的金伯利巖以磁性圍巖為背景時,巖體上部反映為一低磁異常,如7號巖管(圖6),曲線平緩,強(qiáng)度在-50～-100nT左右。

圖6 金伯利巖上物探異常特征示意圖 (據(jù)王聿軍，2005)

4 結(jié)語

20世紀(jì)80年代以來，以高精度物測儀器為基礎(chǔ)的金伯利巖地球物理勘查法逐步成為成熟的找礦手段，并在金剛石礦床勘查中發(fā)揮了重要作用，成為金剛石地球物理勘查的主要方法。但金伯利巖磁性強(qiáng)弱和磁鐵礦含量有關(guān)，隨不同類型金伯利巖、蝕變程度不同而變化。一般當(dāng)圍巖和金伯利巖磁性差別較大時，磁法勘查才有效，同時也需排除諸多干擾因素。目前高精度磁測主要用于重砂異常的查證、航磁異常的查證以及金剛石普查區(qū)的掃面，注重環(huán)狀磁異常及等軸低緩異常。

金伯利巖含揮發(fā)分高，容易風(fēng)化充水，其電阻率通常偏低。電阻率測量也能在金伯利巖上顯示出低電阻率值，但效率低，不適用于大面積使用。該法主要用于尋找容礦斷裂地帶或輔助磁法找礦。目前用于勘查金伯利巖的主要方法有聯(lián)合剖面法、對稱四極剖面法、直流電測深法、高密度電法測量及音頻大地電磁法(AMT)、可控源音頻大地電磁法(CSAMT)，其中以可控源大地音頻電磁測深為最新應(yīng)用的方法，從最近的實(shí)驗(yàn)效果來看，可以作為對已知金伯利巖巖體的深部特征進(jìn)行了解的有效方法。

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Primary Analysis on Magnetic Anomaly Characteristicsof Kimberlite and Availability of Geophysical Prospectingin Western Shandong Province

LIU Xiaocai, SONG Shijie, YAN Genmiao, ZHANG Yong

(No.7 Exploration Institute of Geology and Mineral Resources, Shandong Linyi 276000, China)

Kimberlite is one of the mother rock of diamond. At present, Three kimberlite zones have been found in western Shandong province, and the proven reserves are 10.6 million carats. Based on early magnetic survey work, magnetic anomaly characteristics of kimberlite in western Shandong province have been analyzed, and the availability of geophysical prospecting in detecting kimberlite has been introduced. It is concluded that methods of magnetism and electricity should be used in detecting kimberlite, especially in detecting hidden kimberlite in this area. Meanwhile, regional geological background and known geophysical characteristics of kimberlite also should be considered comprehensively.

Kimberlite; geophysical prospecting; magnetic anomaly; Luxi area

2016-10-09；

2017-05-23；編輯：陶衛(wèi)衛(wèi)

劉效才(1983—)，男，山東臨沂人，高級工程師，主要從事地質(zhì)礦產(chǎn)勘查工作；E-mail：liuxiaocai@163.com

P619.241

A

劉效才，宋世杰，嚴(yán)根苗，等.魯西地區(qū)金伯利巖的磁異常特征及物探方法有效性淺析[J].山東國土資源，2017,33(8)：63-68. LIU Xiaocai, SONG Shijie, YAN Genmiao, etc. Primary Analysis on Magnetic Anomaly Characteristics of Kimberlite and Availability of Geophysical Prospecting in Western Shandong Province[J].Shandong Land and Resources, 2017,33(8)：63-68.