哈密某銅鎳礦富集區(qū)重力三維反演解釋推斷成果及功效

于淑莉，龐雨桐，王慶國，任乖雅，李 飛，劉聰娟

（陜西地礦物化探隊有限公司，陜西 西安 710043）

目前對該區(qū)域的研究多以地球化學與地質(zhì)學為主。對于該礦區(qū)的成礦、巖性以及年代鑒定研究比較深入。哈密礦區(qū)是2002年檢查地球化學異常時發(fā)現(xiàn)的一處巖漿銅-鎳礦場床（2003年，三金柱等），梁光河等（2007年）首次進行了大地電磁測深法，根據(jù)結(jié)果反演出該區(qū)域存在數(shù)個異常低值帶。

李奇祥等（2010年）指出該礦區(qū)雜巖體與四頂黑山在形成時間上存在差異，并非同一構(gòu)造環(huán)境的產(chǎn)物。哈密礦區(qū)存在大量的輝長巖外，還含有大量的橄欖巖[1]。三金柱等（2010年）在對東天山該礦區(qū)銅鎳礦區(qū)兩個鎂鐵超鎂鐵巖體的鋯石U-Pb定年及地質(zhì)意義中指出該礦區(qū)存在大型銅鎳硫化物礦床，而鋯石U-Pb年代鑒定的結(jié)果顯示該區(qū)域巖體存在不同巖漿活動時期的產(chǎn)物。劉帥（2012年）的研究中表明東天山地區(qū)分布的銅鎳硫化物礦床可以分為兩大類，熔離型礦床和火山通道型礦床[2]。黃山、黃山東、土墩礦床屬于熔離型礦床。香山、葫蘆、圖拉爾根、白石泉、天宇礦床屬于火山通道型礦床。也指出該礦床還有明顯的巖漿后期熱液疊加改造成礦作用。而東天山地區(qū)分布的銅鎳硫化物礦床礦化都主要發(fā)生于基性-超基性巖類中。

近年來，三維重力反演成為重磁數(shù)據(jù)處理的發(fā)展趨勢，本文根據(jù)所收集到的數(shù)據(jù)對該區(qū)域進行三維解釋推斷、三維空間圖件制作等方面，力爭取得較大成效。

1 地質(zhì)特征

1.1 區(qū)域地質(zhì)特征

哈密某銅鎳礦富集區(qū)位于哈薩克斯坦—準噶爾板塊（Ⅰ級）、準噶爾微板塊（Ⅱ級）東南緣，跨哈爾力克—大南湖古生代島弧帶（Ⅲ級）和覺羅塔格晚古生代溝弧帶（Ⅲ級）。

地層區(qū)劃屬天山興蒙地層大區(qū)（Ⅰ級）-北疆地層區(qū)（Ⅱ級）-南準噶爾北天山地層分區(qū)（Ⅲ級），跨哈爾里克-大南湖地層小區(qū)（Ⅳ級）和覺羅塔格地層小區(qū)（Ⅳ級）。

成礦單元劃分屬準噶爾成礦省，從北至南依次跨大南湖-卡特卡爾(凹陷)煤-U-鹽類-菱鐵-天然堿礦帶、康古爾-土屋-黃山Cu-Ni-Au-Mo-Pb-Zn-RM礦帶、阿齊山-雅滿蘇-沙泉子Fe-Mn-Au-Cu礦帶等三個四級成礦帶[3]。

區(qū)域上斷裂和褶皺發(fā)育，總體構(gòu)造格架呈北東-南西向展布。晚古生代侵入巖漿構(gòu)造活動強烈，以石炭-二疊紀中酸性侵入巖漿為主，巖石類型以（橄欖）輝長巖、石英閃長巖、花崗閃長巖、二長花崗巖、正長花崗巖為主。

主要出露地層由老至新分別為：長城系星星峽群（Chx）、上志留-下泥盆統(tǒng)紅柳溝組（S3D1h）、下泥盆統(tǒng)大南湖組（D1d）、下石炭統(tǒng)干墩組（C1g）和雅滿蘇組（C1y）、侏羅系煤窯溝群（J1-2mg）和洪山組（J3h）、古近-新近系桃樹園組（E3N1t）、第四系（Q）。

區(qū)域上侵入巖比較發(fā)育，面積約占工作區(qū)總面積的1/3，以中酸性巖類為主，其次為基性、超基性巖類，多為華力西期產(chǎn)物，受區(qū)域深大斷裂控制而多呈東西、北西西和北東東向長軸狀產(chǎn)出，見圖1。

它們的展布受板塊構(gòu)造的時空演化所制約，并具明顯分帶性。

圖1 區(qū)域侵入巖分布圖

（1）哈爾里克花崗巖帶。沿康古爾塔格-黃山斷裂帶以北分布，侵入巖多為華力西中期產(chǎn)物，為多期次、多階段的巖基。巖石類型主體為鈣-堿性系列的花崗閃長巖類,屬于活動大陸邊緣洋殼俯沖階段的產(chǎn)物[4]。在東段奧莫爾塔格還見有堿性花崗巖,形成于碰撞后期構(gòu)造應(yīng)力松弛階段，是島弧造山帶演化后期的一個重要特征。

（2）沿康古爾塔格-黃山板塊碰撞帶形成的鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)侵入巖帶。呈北東東-南西西向帶狀分布，屬華力西早期產(chǎn)物，分布于主斷裂的低序次斷裂旁側(cè)，具多階段侵入特點。

（3）覺羅塔格島弧花崗巖帶。分布于康古爾塔格斷裂帶以的覺羅塔格地區(qū)，以華力西中期花崗巖為主。較大的巖體多為復式巖體，以富含Na質(zhì)為特征，屬鈣-堿性火山-深成巖系列，具陸殼改造成因特點，形成于島弧深成巖漿作用。

該區(qū)域火山巖分布較廣，志留系、泥盆系、石炭系皆有出露。其中上志留統(tǒng)紅柳溝組、下泥盆統(tǒng)大南湖組、下石炭干墩組和下石炭雅滿蘇組中均有分布,其中上志留統(tǒng)紅柳河組、下石炭干墩組和下石炭雅滿蘇組火山巖出露較少,主要成凝灰質(zhì)火山碎屑巖夾層產(chǎn)出，局部見少量的細碧巖、火山熔巖夾層。泥盆系火山巖發(fā)育，尤以下南湖組火山活動最強，巖性變化復雜。

受板塊構(gòu)造作用影響，工作區(qū)變質(zhì)作用以區(qū)域動力、熱力變質(zhì)作用為主，糜棱巖化、混合巖化廣泛發(fā)育。變質(zhì)作用具明顯分區(qū)（帶）性。以康古爾塔格-黃山深大斷裂為界可明顯的分為兩個區(qū)（帶），這兩個變質(zhì)區(qū)（帶）在空間上呈近東西向延伸，與區(qū)域構(gòu)造線的方向一致[5]。北部區(qū)域變質(zhì)相屬葡萄石-綠纖石相，并廣泛發(fā)育接觸變質(zhì)作用及交代變質(zhì)作用；南部區(qū)域變質(zhì)相屬綠片巖相；沿深大斷裂，特別是康古爾塔格-黃山深大斷裂，動力變質(zhì)作用極其強烈，形成規(guī)模巨大的韌性剪切帶，帶內(nèi)出現(xiàn)角閃石、綠簾石、鐵鋁榴石、十字石、藍晶石及硅線石等特征礦物組合及混合巖類和混合花崗巖，變質(zhì)程度為低角閃巖相和角閃巖相。

1.2 區(qū)域礦產(chǎn)特征

區(qū)域地層發(fā)育齊全，構(gòu)造復雜多樣，巖漿活動強烈頻繁，巖漿巖廣為分布，成礦條件良好，礦產(chǎn)類型多，尤其是銅、鎳、鉬、金、鋰輝石、鐵、鉛鋅已成為工作區(qū)重要的礦產(chǎn)類型。區(qū)域礦產(chǎn)的空間分布形式具有“南鐵北銅東鎳中間金”的特點，即阿齊山-雅滿蘇鐵（銅）、銀多金屬成礦帶，中天山地塊鐵（鉛鋅銀）成礦帶，吐哈盆地南緣銅成礦帶，康古爾剪切帶金成礦帶和銅鎳成礦帶，見圖2。

圖2 區(qū)域礦產(chǎn)類型及分布簡圖

1.3 區(qū)域物性特征

巖石密度特征：新疆東天山地區(qū)巖礦石密度特征如下。

沉積巖的密度變化范圍為2.44×103kg/m3～2.72×103kg/m3，為中等密度值；火山巖的密度變化范圍為2.61×103kg/m3～2.82×103kg/m3，為中等密度值，其中安山巖密度值較高，最高達2.82×103kg/m3；侵入巖的密度從酸性→中性→基性→超基性表現(xiàn)出逐漸增大的特點：花崗巖密度最低，均值為2.62×103kg/m3，花崗閃長巖密度平均為2.68×103kg/m3，閃長巖密度為2.78×103kg/m3，輝長巖密度平均為2.86×103kg/m3，超基性巖密度最高，均值達2.93×103kg/m3。中基性～基性巖為區(qū)內(nèi)的高密度巖層。變質(zhì)巖類密度一般與變質(zhì)程度、原巖性質(zhì)有關(guān)。隨著變質(zhì)程度的提高，密度相應(yīng)增大，原巖密度較大者，其變質(zhì)巖密度相應(yīng)較大。表中變質(zhì)巖的密度變化范圍為2.63×103kg/m3～2.9×103kg/m3，屬中高密度。

綜合分析可見，區(qū)內(nèi)正常的沉積巖和變質(zhì)巖一般形成重力背景場；火山碎屑巖的密度與火山膠結(jié)物的基性程度密切相關(guān)，一般隨著基性程度的增高，巖石密度也會隨之增大。區(qū)內(nèi)安山巖的平均密度為2.76×103kg/m3，屬中偏高密度，因此可以推測，區(qū)內(nèi)中酸性火山巖一般形成重力背景場，中基性-基性火山巖可引起局部重力高；區(qū)內(nèi)侵入巖中，酸性～中酸性巖類一般形成重力背景場，而中基性侵入巖-超基性侵入巖可引起局部重力高值區(qū)。

2 地球物理特征

區(qū)域重力特征：區(qū)地殼性質(zhì)相對活潑，厚度較薄，幔源斷裂發(fā)育，利于巖漿上涌和火山噴發(fā)；低值區(qū)地殼結(jié)構(gòu)相對簡單，性質(zhì)和厚度穩(wěn)定，對應(yīng)中新生代弧間盆地。兩者之間的梯級帶則對應(yīng)了區(qū)內(nèi)斷裂活動帶。工作區(qū)一帶布格重力北高西低，等值線整體呈近東西向展布，由北至南依次為哈爾克里-大南湖島弧高重力帶、覺羅塔格低重力帶，二者之間為康古爾塔格深大斷裂梯級帶，貫穿工作區(qū)中部。

哈爾克里-大南湖島弧高重力帶：整體呈北東走向，異常幅值較高，異常中心附近等值線稀疏、梯度較緩，異常北翼和南翼均為密集的重力梯級帶，場的急劇變化通常揭示著分布區(qū)地質(zhì)體的變化，南翼重力梯級帶對應(yīng)在康古爾塔格深大斷裂上。結(jié)合區(qū)域地質(zhì)條件分析，該重力高表明帶內(nèi)巖漿活動強烈，與帶內(nèi)大面積火山巖分布吻合，根據(jù)地層特征、巖性密度參數(shù)特征可知，該帶火山巖以中基性為主，帶內(nèi)的局部低重力圈閉可能為酸性侵入體，是尋找火山巖型銅礦的重要區(qū)帶。

康古爾塔格深大斷裂重力梯級帶：布格重力異常梯級帶北疏南密，北緩南陡，表明斷裂北傾，已發(fā)現(xiàn)的數(shù)個銅、鎳、金礦點皆分布于康古爾塔格深大斷裂帶內(nèi)或兩側(cè)，是尋找隱伏基性-超基性巖型銅鎳礦、韌性剪切帶型金礦等礦種的重要區(qū)帶。

覺羅塔格低重力帶：走向近東西向，異常幅值較低，異常中心附近等值線稀疏、梯度較緩，異常翼部均為密集的重力梯級帶，場的急劇變化通常揭示著分布區(qū)地質(zhì)體的變化。帶內(nèi)大面積的低重力圈閉可能與紅柳溝以東以北的大規(guī)模酸性侵入巖有關(guān)，局部的高重力圈閉可能為干墩組的中基性火山巖，是尋找熱液型礦床的重要區(qū)帶。

3 反演處理

在2.5D反演的基礎(chǔ)上合成的一種三維反演模型。特點是每條剖面都有其相關(guān)性，反演出的形體會根據(jù)反演剖面的增多而更加趨近真實。三維定量反演是對地下空間異常體的參數(shù)進行定量計算。計算參數(shù)為地質(zhì)體的幾何參數(shù)和物性參數(shù)，據(jù)此把三維反演方法歸納為兩類：物性反演和形體反演。

物性反演是將地下空間與觀測異常對應(yīng)的地質(zhì)場源區(qū)域剖分成長方體單元，通過反演方法確定各長方體離散單元的物性，由物性的分布確定場源的實際分布情況；而形體反演是在給定物性的基礎(chǔ)上，確定多邊形或者是多面體角點的坐標，通過多邊形或多面體來模擬場源的幾何形態(tài)。

3.1 2.5D反演

2.5D反演解釋推斷以實測布格重力異常和實測地形為基本反演依據(jù)，以剩余異常作為反演參考，旨在反演解釋推斷區(qū)內(nèi)主要斷裂、侵入巖體、地層、礦體賦存位置及幾何形態(tài)等。根據(jù)反演剖面取得的地質(zhì)塊體的基本幾何模型，在融合地質(zhì)構(gòu)造的基礎(chǔ)上進行解釋推斷。

3.2 三維反演解釋

是在2.5D反演的基礎(chǔ)上合成的一種三維反演模型。特點是每條剖面都有其相關(guān)性，反演出的形體會根據(jù)反演剖面的增多而更加趨近真實。

2.5D反演成果考慮了旁側(cè)效應(yīng),可以預設(shè)旁側(cè)距離，且相鄰測線聯(lián)系較為密切；由2.5D剖面構(gòu)成的三維地質(zhì)體更趨向于真實。

ModelVision實例（預5區(qū)）。

圖3 2.5D反演效果

圖4 3D反演效果

4 結(jié)論

圖5 剖面反演成果

1號和2號巖體，為基性-超基性巖體帶，預測有進一步成礦的可能；3號巖體，為基性-超基性巖帶，兩個新發(fā)現(xiàn)的銅礦化點都在該區(qū)域，其中新發(fā)現(xiàn)1號銅礦化點經(jīng)鉆孔證實，已發(fā)現(xiàn)7m厚的銅鎳礦；4號和5號巖體，為相對低密度中酸性巖體，已知的鉬礦和銅礦點均在4號巖體北部邊緣。