卡拉塔格地區(qū)高分辨率航磁測(cè)量應(yīng)用探討

馬凱，周可法，王金林，馮乾文，安少樂(lè)

(1.中國(guó)科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所，新疆礦產(chǎn)資源研究中心，新疆 烏魯木齊 830011；2.新疆礦產(chǎn)資源與數(shù)字地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 烏魯木齊 830011；3.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049)

新疆東天山是我國(guó)重要的Cu-Ni-Au-Fe成礦帶[1-3]。隨著2000年吐哈盆地南部卡拉塔格銅金礦化區(qū)的發(fā)現(xiàn)[4]，經(jīng)國(guó)土資源大調(diào)查，獲得了銅金多金屬找礦新突破[5]，發(fā)現(xiàn)一系列Cu、Au和Zn等金屬礦床[6]，進(jìn)一步拓展了該島弧帶銅金礦產(chǎn)的找礦范圍，對(duì)東天山地區(qū)進(jìn)行更深入的礦產(chǎn)勘查具重要意義[7]。

卡拉塔格地區(qū)氣候干燥，環(huán)境惡劣，主要為戈壁覆蓋區(qū)，運(yùn)用傳統(tǒng)地質(zhì)方法進(jìn)行構(gòu)造研究和礦產(chǎn)勘查較困難。地球物理方法在深部找礦具獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，其中磁法具經(jīng)濟(jì)、高效、測(cè)網(wǎng)規(guī)則、信息量大及受地形干擾小等特點(diǎn)，在地質(zhì)、構(gòu)造及礦產(chǎn)研究中受到廣泛運(yùn)用[8-11]。前人多用無(wú)人機(jī)或直升機(jī)作為航磁載具，本次研究則運(yùn)用動(dòng)力三角翼測(cè)量系統(tǒng)，在新疆東天山卡拉塔格地區(qū)進(jìn)行1∶5萬(wàn)高精度航磁測(cè)量，對(duì)比和分析該測(cè)量系統(tǒng)的實(shí)用性。綜合區(qū)域地質(zhì)資料，在覆蓋區(qū)進(jìn)行構(gòu)造解譯工作，同時(shí)能為進(jìn)一步找礦工作提供依據(jù)。

1 航磁測(cè)量系統(tǒng)

本次采用的載具為澳大利亞生產(chǎn)的Airborn-912型動(dòng)力三角翼，該航磁測(cè)量系統(tǒng)主要分為以幾下部分：光泵磁力儀，探頭，GPS，電源，航磁儀AARC51，與傳統(tǒng)無(wú)人機(jī)或直升機(jī)作為載具的航磁手段相比，該系統(tǒng)具有靈活、測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)、載重大、精度高等優(yōu)勢(shì)(表1)。

表1 航磁系統(tǒng)參數(shù)Table 1 Parameters of aeromagnetic system

光泵磁力儀，為加拿大SCINTREX生產(chǎn)的CSVL銫光泵磁力儀，主要分為兩部分：雙探頭和控制電路。該磁力儀精度較高，靈敏度可達(dá)0.001 nT，測(cè)量磁場(chǎng)區(qū)間為15 000～100 000 nT，穩(wěn)定性好,方向誤差不超過(guò)0.2 nT。

本次測(cè)量飛行總計(jì)14條航線，藍(lán)色部分為工區(qū)實(shí)際飛行航線。東西分為11條，間隔為500 m，南北分3條，間隔2 500 m，測(cè)線總長(zhǎng)約80 km，完成有效測(cè)點(diǎn)數(shù)約30 200。由于研究區(qū)氣候惡劣，高空飛行受氣流影響，航向控制難度大，最大偏離航距約150m，滿足航磁測(cè)量技術(shù)規(guī)范研究。

本次航空磁測(cè)主要對(duì)研究區(qū)進(jìn)行初步應(yīng)用，要得到區(qū)內(nèi)的磁異常圖，故除巖石地層引起的磁異常外，其余異常均算作干擾(表2)。

表2 主要干擾源Table 2 The main source of interference

目前航空磁法補(bǔ)償分為硬件補(bǔ)償和軟件補(bǔ)償，一般多采用軟件實(shí)時(shí)自動(dòng)補(bǔ)償。本次研究中，運(yùn)用美國(guó)RMS公司高精度AARC510航磁儀器，進(jìn)行軟件補(bǔ)償。而硬件補(bǔ)償，通常是在地磁場(chǎng)較平靜的地區(qū)，據(jù)不同飛行姿態(tài)對(duì)磁場(chǎng)的影響，進(jìn)行軟件的自動(dòng)補(bǔ)償計(jì)算，為后續(xù)數(shù)據(jù)處理校正提供依據(jù)。

圖1 卡拉塔格地區(qū)巖漿-構(gòu)造圖Fig.1 Geological and structural sketch of Kalatage area

2 地質(zhì)概況

卡拉塔格位于吐哈盆地南部，為大南湖-頭蘇泉古生代島弧帶北段的一個(gè)次級(jí)構(gòu)造隆起，野外露頭較少，多被第四系戈壁覆蓋。向南60 km為康古爾-黃山-鏡兒泉大斷裂，東與博格達(dá)成礦帶相連，向西延伸至哈爾里克成礦帶，為一個(gè)扇形地質(zhì)體[6]。

區(qū)內(nèi)多見(jiàn)早古生代海相塊狀硫化物礦床[12,13]。構(gòu)造主要為NEE向、NW向和NNW向的斷裂，其中NW向斷裂為大草灘深大斷裂的分支，該斷裂早期為張性斷裂，晚期逐漸演變?yōu)榧粜?。NWW向斷裂規(guī)模小，多被中酸性脈巖充填，與NW向斷裂共同控制著區(qū)內(nèi)的巖漿和熱液活動(dòng)(圖1)[14-18]。區(qū)內(nèi)出露下泥盆統(tǒng)卡拉塔格組與中泥盆統(tǒng)大南湖組，為一套火山-沉積建造。侵入巖以海西早期侵入巖為主，根據(jù)侵入期次從早到晚依次為：石英閃長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)花崗巖和花崗斑巖，屬低鉀鈣系列[4]。

3 地球物理特征

3.1 密度特征

據(jù)前人資料可知[19]，研究區(qū)內(nèi)沉積巖類密度較低，其中，粉砂巖密度最低，平均為2.00×103kg/m3，石英巖和凝灰?guī)r平均密度約為2.67×103kg/m3?；鸪蓭r多為中低或中高密度，基性程度與密度具有正相關(guān)關(guān)系。其中酸性巖平均密度2.62 kg/m3，中基性巖和超基性巖的密度較大，平均范圍為2.81～2.95 kg/m3。變質(zhì)巖密度多與變質(zhì)程度、原巖性質(zhì)有關(guān)，變質(zhì)程度較高，則對(duì)應(yīng)的密度較大，原巖密度較大，則其變質(zhì)巖密度較大，區(qū)內(nèi)變質(zhì)巖密度較高，平均范圍為2.65～2.87 kg/m3。

3.2 磁性特征

根據(jù)卡拉塔格地區(qū)主要出露巖性采集了物性標(biāo)本，物性統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表3。研究區(qū)內(nèi)的碎屑巖和變質(zhì)巖通常表現(xiàn)為弱磁性-無(wú)磁性，砂巖、硅質(zhì)巖或者灰?guī)r等Κ值、Jr值都為0，部分變質(zhì)巖具有較強(qiáng)的磁性。火成巖的的磁性同其基性程度表現(xiàn)為正相關(guān)關(guān)系，火山巖類與同類型的侵入巖相比，表現(xiàn)出較大的磁性變化范圍和較強(qiáng)的不穩(wěn)定性[19]。

據(jù)表3研究區(qū)內(nèi)酸性侵入巖磁性較低，平均磁化率在530×10-64πSI，通常表現(xiàn)出一定的磁異常特征。中基性侵入巖平均磁化率基本在(103～n×103)×10-64πSI的范圍內(nèi)，表現(xiàn)出較強(qiáng)的磁性。超基性巖類的磁性較強(qiáng)，但部分由于地表蝕變作用，巖石發(fā)生破碎和蛇紋石化，從而磁性降低；區(qū)內(nèi)中性-基性火山巖磁性較強(qiáng)。其中，安山巖的磁化率為1 943×10-64πSI，玄武巖的磁化率為2 100×10-64πSI?；鹕剿樾紟r的磁性變化與原碎屑性質(zhì)有關(guān)，主要為中-低磁性，變化區(qū)間較大。

表3 巖石磁性統(tǒng)計(jì)表Table 3 Magnetic statistics of the samples from the surface rocks(據(jù)董承維，2013)

綜上可得，研究區(qū)內(nèi)的基性火成巖和侵入巖具強(qiáng)磁性，同圍巖具明顯的磁性差異，為進(jìn)一步進(jìn)行高精度航磁測(cè)量和磁異常研究提供了基礎(chǔ)。

3.3 航磁異常特征

首先將航磁原始數(shù)據(jù)進(jìn)行日變校正和高度校正，正常場(chǎng)采用IGRF2005模型進(jìn)行計(jì)算，之后通過(guò)Oasis Montaj?(Geosoft?)軟件進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)處理，得到研究區(qū)的航磁ΔT異常等值線圖。

研究區(qū)具有豐富的磁場(chǎng)信息，航磁異常清晰，特征顯著，且磁場(chǎng)復(fù)雜多變，但又呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性(圖2)。從宏觀上，ΔT異?；境示€狀或帶狀連續(xù)分布，局部地區(qū)可見(jiàn)塊狀的高磁或低磁異常。異常整體為NE向展布，部分地區(qū)為近EW向或近NS向延伸，場(chǎng)值為-70～50 nT，少數(shù)異常值表現(xiàn)為特高或特低，中部磁場(chǎng)較穩(wěn)定，西南部及東南部磁場(chǎng)變化較大。

區(qū)內(nèi)地層磁性變化較復(fù)雜，磁異常以負(fù)背景場(chǎng)為主。結(jié)合巖石磁性參數(shù)分析，其中區(qū)域性弱磁異常，多由沉積巖及鈉質(zhì)火山巖建造引起；中酸性火山巖、火山碎屑巖及碳酸鹽巖表現(xiàn)為中磁異常；西北部高強(qiáng)度的磁異常，推測(cè)由基性巖類引起。磁場(chǎng)總體表現(xiàn)為西北高南東低，說(shuō)明該地區(qū)地層具有不同的巖性和地質(zhì)建造特征。

圖2 卡拉塔格地區(qū)航磁ΔT異常圖Fig.2 ΔT anomaly map of aeromagnetic in Kalatage aera

磁異常為寬緩分布的負(fù)異常和正異常，推測(cè)受NE向構(gòu)造作用影響，強(qiáng)磁異常整體呈NE向或近EW向展布。西北部具有大面積高磁異常，其值為5～50 nT，最高值為50 nT，主要與區(qū)內(nèi)中酸性侵入巖和基性巖分布具密切關(guān)系，具較好的找礦潛力。

由于卡拉塔格地區(qū)火山機(jī)構(gòu)及后期侵入巖體的發(fā)育，致使磁異常變化較復(fù)雜，東南部磁異常值最低，為-75～-50 nT，最低值為-75 nT，推測(cè)是由鈉質(zhì)火山巖建造、火山碎屑巖及沉積巖等引起。

斷裂構(gòu)造在磁異常圖上表現(xiàn)形式比較多樣，但常見(jiàn)以下幾種形式：①在區(qū)域內(nèi)，具不同磁場(chǎng)特征的分界線，斷裂兩邊往往具差異很大的磁異常特征，多由基巖性質(zhì)的不同所造成的；②磁場(chǎng)異常的梯度帶，多為不同深度和性質(zhì)的磁性體的反映，水平位移較小或者主要為垂向運(yùn)動(dòng)的斷裂構(gòu)造，往往呈現(xiàn)出這類磁異常特征；③線性、串珠狀的異常分布形態(tài)、磁異常梯度帶的錯(cuò)動(dòng)等，都為斷裂構(gòu)造的表現(xiàn)形式。

研究區(qū)內(nèi)磁異常分布不均勻，磁場(chǎng)值變化較大，表現(xiàn)出明顯構(gòu)造控制磁場(chǎng)分布特點(diǎn)(圖2)，根據(jù)航磁異常特征初步推斷出3條斷裂：F1、F2、F3。推測(cè)F1、F2為卡拉塔格地區(qū)主干斷裂，F(xiàn)3則為規(guī)模較小支斷裂。對(duì)比研究區(qū)地質(zhì)-構(gòu)造圖可見(jiàn)，F(xiàn)1、F2斷裂與區(qū)域大地構(gòu)造圖上的斷裂位置基本對(duì)應(yīng)，說(shuō)明該航磁測(cè)量系統(tǒng)能較準(zhǔn)確的進(jìn)行構(gòu)造解譯(圖1)。

4 結(jié)論

與傳統(tǒng)無(wú)人機(jī)或直升機(jī)作為載具的航磁手段相比，動(dòng)力三角翼航磁測(cè)量系統(tǒng)具有測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)、精度高、靈活、經(jīng)濟(jì)和載重大等優(yōu)勢(shì)，極大地提高了野外工作效率，具更廣闊的發(fā)展應(yīng)用前景。通過(guò)利用該航磁測(cè)量系統(tǒng)，在卡拉塔格戈壁覆蓋區(qū)開(kāi)展高分辨率航磁測(cè)量，得到了較可信的航磁數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)一系列處理之后，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料，利用航磁異常初步解譯出3條構(gòu)造，與實(shí)際地質(zhì)構(gòu)造具很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，表明該航磁系統(tǒng)具較好的實(shí)際應(yīng)用效果，也能為進(jìn)一步地質(zhì)構(gòu)造研究和礦床勘查提供有利依據(jù)。

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