山東齊河地區(qū)航磁磁場特征與深覆蓋區(qū)鐵礦靶區(qū)預測

王衛(wèi)平， 吳成平， 馬勛表

(中國自然資源航空物探遙感中心，北京 100083)

0 引言

齊河地區(qū)位于山東省西部，地表為巨厚的大面積新生代沉積覆蓋區(qū)，僅在東南部地區(qū)分布少量中酸性巖體。以往僅對齊河局部地區(qū)開展過大比例尺的地面物探工作，區(qū)域物探研究程度相對較低，對深覆蓋區(qū)之下的隱伏巖體分布情況了解不夠全面，對深覆蓋區(qū)鐵礦預測和評價依據不足。2017年開展的1∶5萬直升機航磁測量，具有飛行高度低、測量精度及分辨率高等優(yōu)勢，可獲得豐富的磁場信息，展現(xiàn)多個不同磁場背景及磁異常特征，為研究該區(qū)構造、巖漿巖分布及深覆蓋區(qū)鐵礦靶區(qū)預測提供了重要依據[1-2]。本文通過總結該次高精度航磁測量成果，結合地質、鉆孔、物探等資料，采用定性和定量相結合的綜合解釋方法，研究齊河地區(qū)巖漿巖分布特征、航磁異常與深覆蓋區(qū)鐵礦分布的關系并預測成礦有利部位，圈定了26個具有較大鐵礦潛力的航磁異常。在此基礎上，圈定了7個鐵礦找礦遠景區(qū)，其中一級找礦遠景區(qū)3個，二級找礦遠景區(qū)2個，三級找礦遠景區(qū)2個； 圈定了8個鐵礦找礦靶區(qū)，并對鐵礦資源量進行了預測。該成果對山東齊河地區(qū)基礎地質研究和深覆蓋區(qū)鐵礦靶區(qū)預測具有重要參考意義。

1 區(qū)域地質概況

研究區(qū)位于華北陸塊，以齊廣斷裂為界，北西部為華北拗陷區(qū)，南東部為魯西隆起區(qū)。以NE向斷裂為主，NW向斷裂次之，其中主要斷裂包括NE向齊廣斷裂和NNE向聊考斷裂，控制該區(qū)二級構造單元邊界[3-4]。研究區(qū)中北部被大面積第四系黃土覆蓋，僅在東南部分布奧陶系—寒武系，局部可見新太古代變質巖，并有中酸性巖體出露(圖1)。寒武系—奧陶系為一套厚度達1 800余m的海相碳酸鹽巖沉積建造，整體呈NWW向或NEE向展布，與下伏新太古代變質巖呈角度不整合接觸，被上覆石炭系—二疊系或第四系覆蓋。燕山早期發(fā)育輝石角閃巖、閃長巖、二長斑巖、正長斑巖系列，燕山晚期發(fā)育花崗閃長巖、二長花崗巖系列。燕山早期輝石角閃巖和閃長巖系列對鐵礦的形成具有重要作用，閃長巖系列構成了接觸交代型鐵礦床的成礦母巖。

研究區(qū)中北部深覆蓋區(qū)大張ZK001鉆孔資料[2]顯示：該區(qū)0～570 m為古近系砂土、粉砂土和黏土，570～598 m為二疊系粉砂巖； 604～650 m上部為石炭系泥巖、砂巖，中下部為灰?guī)r； 672～770 m為奧陶系灰?guī)r； 770～796 m為矽卡巖磁鐵礦； 796～800 m為矽卡巖； 800～999 m為閃長巖。其他鉆孔第四系之下多分布新近系、古近系、二疊系、石炭系和奧陶系，以及以閃長巖為主的中基性雜巖體。其中ZK1鉆孔在1 166～1 296 m見累計厚度76 m的矽卡巖型磁鐵礦，單樣品品位TFe為9.46%～68.85%，圍巖是以閃長巖為主的中基性雜巖體, 侵入時代為燕山期，侵入地層巖性為寒武系—奧陶系灰?guī)r[2]。

本次實測磁性資料表明，該區(qū)沉積巖類一般無磁性或具極弱磁性，以閃長巖為主的中基性侵入巖磁性變化較大，磁化率為(19～9 940)×10-5SI，平均值為4 267×10-5SI，可形成規(guī)模不等的磁異常。鐵礦石磁性最強，磁化率平均值為96 200×10-5SI，部分磁鐵變粒巖及磁鐵礦礦石磁化率最大可達200 000×10-5SI，剩余磁化強度為(92 037～182 294)×10-5SI，在一定埋深下，若具備一定規(guī)模，通?？梢鹨欢ǚ鹊拇女惓?。

圖1 山東齊河地區(qū)地質簡圖[4]

Fig.1GeologicalsketchofQiheareainShandongProvince[4]

2 巖漿巖航磁異常特征

研究區(qū)中部為區(qū)域降低磁場，北西部和南東部為區(qū)域升高磁場(圖2)。中部區(qū)域降低磁場是無磁性的巨厚新生代、中生代和古生代沉積的反映，北西部和南東部區(qū)域升高磁場是太古宙變質巖基底隆起的反映。

在潘店—辛寨一帶分布3個規(guī)模較大的NNE向低緩升高磁異常(圖2中的a,b,c)，異常平面呈規(guī)模不等的團塊狀，磁場強度一般為100～150 nT,最強可達305 nT。根據潘店一帶鉆孔資料[2]，在約1 100 m處見閃長巖等侵入巖體，磁化率為(42～8 760)×10-5SI，平均值為4 632×10-5SI，具有中強磁性，潘店磁力高異常主要是閃長巖等侵入巖體引起的。潘店巖體分布于禹城—琉璃寺斷裂(F2)與東阿—焦廟斷層(F4)之間(圖3)，主要侵位于奧陶系和石炭系下部，最新侵入地層為石盒子組上部，普遍侵入太原組和山西組，在奧陶系灰?guī)r與巖漿巖接觸帶分布矽卡巖型鐵礦。前人研究[2]表明，潘店巖體主體為不整合侵入體，總體為巖基，并有一定規(guī)模的巖漿巖呈層狀侵入于石炭系—二疊系中，形成巖床。根據航磁異常特征，認為潘店—辛寨地區(qū)的寬緩磁場由規(guī)模較大的以閃長巖為主的中基性巖基引起，疊加在寬緩磁場背景上的航磁局部異常由中基性巖基上的局部巖體凸起或矽卡巖型鐵礦引起。與潘店巖體航磁異常類似的還有牛角店、刀山峪地區(qū)的航磁異常[1]，綜合分析認為，牛角店、刀山峪地區(qū)航磁異常是中基性巖體引起的。

圖2 山東齊河地區(qū)航磁ΔT異常等值線平面圖Fig.2 Aeromagnetic ΔT contour map of Qihe area in Shandong Province

1.推斷一級斷裂及編號; 2.推斷二級斷裂及編號; 3.推斷三級斷裂及編號; 4.中酸性侵入巖; 5.中性侵入巖; 6.基性-超基性侵入巖; 7.新太古代變質巖; 8.巖性序號

圖3 山東齊河地區(qū)航空物探推斷巖性構造圖

Fig.3Lithologystructuremapconductedbyaero-geophysicalsurveyinQiheareaofShandongProvince

研究區(qū)中酸性侵入巖航磁異常主要分布在高唐縣、潘店鎮(zhèn)東部及南部地區(qū)，航磁異常一般呈不同規(guī)模的團塊狀或似圓狀，異常曲線形態(tài)低緩，大多沿斷裂分布。主要巖性有花崗巖、二長花崗巖和黑云二長花崗巖，其中花崗巖、二長花崗巖大多具弱磁性，局部具中弱磁性。根據鉆孔巖芯測試結果[1]，二長花崗巖磁化率平均值為494×10-5SI，黑云二長花崗巖磁化率平均值為1 457×10-5SI，具中等磁性，局部具中強磁性。千家村一帶的航磁異常(圖2中的d)呈走向近SN向的低緩升高異常，異常幅值為110 nT。在航磁ΔT異常垂向一階導數圖上呈團塊狀磁力高，根據異常特征和鄰區(qū)地質情況，認為該異常主要為中酸性巖體引起。經人機交互反演，該中酸性巖體頂部埋深570～700 m，寬1.8 km，磁化率2 000×10-5SI。與千家村一帶航磁異常類似的還有施唐—平陰—孝里地區(qū)的航磁異常，均由不同規(guī)模的中酸性巖體引起。

研究區(qū)基性-超基性侵入巖僅零星分布于個別鉆孔中。巖性主要為輝長巖、輝綠巖、斑狀角閃輝長巖、斜長角閃巖等基性-超基性巖，磁性較強，磁化率平均值一般為(1 514～2 306)×10-5SI，具中等磁性和強磁性，如研究區(qū)東南部長清區(qū)以南的似圓狀航磁異常(圖2中的f)。

根據研究區(qū)各類侵入巖反映的航磁ΔT異常強度及形態(tài)特征，結合巖石物性及1∶20萬地質資料，共圈定具有一定磁性的中酸性-基性-超基性侵入巖體38個，其中出露巖體3個，半隱伏巖體4個，隱伏巖體31個(圖3、表1)。31個隱伏巖體包括中基性巖體5個，中酸性巖體23個，基性—超基性巖體3個。根據航磁ΔT異常圈定的侵入巖均受斷裂和構造單元控制，具有明顯的分帶性，沿區(qū)域性斷裂形成規(guī)模不等的巖帶群。

表1 山東齊河地區(qū)航空物探推斷侵入巖統(tǒng)計

3 鐵礦航磁異常特征

3.1 深覆蓋區(qū)磁鐵礦衰減特征

為了研究深覆蓋區(qū)鐵礦引起的磁異常變化規(guī)律，根據磁場正演理論，對深覆蓋區(qū)不同規(guī)模及埋深的磁鐵礦石模型引起的磁異常進行計算，分析了不同規(guī)模及埋深的磁鐵礦石航磁異常特征。設計的剖面為SN向，直升機飛行高度為100 m,使用的地磁場參數為：地磁場強度為52 900 nT，地磁傾角為54.5°，地磁偏角為-5.5°。由于磁鐵礦石埋藏較深，模型的形態(tài)對航磁異常曲線特征影響有限，為了計算方便，選用立方體模型。磁鐵礦石模型參數見表2。

表2 正演磁鐵礦石模型參數

計算結果表明: 當磁鐵礦石規(guī)模較小，如磁鐵礦石規(guī)模<100萬t(圖4(a))，礦體頂部埋深>800 m時，引起的航磁異常<3 nT，不易通過磁異常直接發(fā)現(xiàn); 隨著磁鐵礦石規(guī)模增加，地表引起的磁異常逐漸增大，1 000萬t以上的富磁鐵礦石頂部埋深在1 500 m內，均可引起>3 nT的磁異常(圖4(b))，且異常特征明顯，利用航磁異常直接尋找1 000萬t以上的鐵礦是有效的。

(a) 100萬t不同埋深磁鐵礦石模型ΔT異常曲線

(b) 1 000萬t不同埋深磁鐵礦石模型ΔT異常曲線

3.2 航磁異常特征

研究區(qū)共圈定26個具有較大鐵礦找礦潛力的航磁異常，其中C11-2、C17-13、C11-3、C17-18、C11-10、C11-33和C17-22航磁異常對尋找鐵礦最具有意義。

在山東袁營—潘店地區(qū)航磁ΔT異常等值線平面圖 (圖5(a))上，C11-2航磁異常位于袁營磁力高西北邊緣的凸起次級異常上，異常強度為256 nT。在航磁ΔT異常垂向一階導數等值線平面圖(圖5(b))上，C11-2航磁異常呈似圓狀升高異常，最大異常幅度為366 nT/km。該異常西部邊緣有ZK01和ZK0701兩個鉆孔。在ZK01鉆孔1 104.2～1 296 m處見累計厚度72.3 m的矽卡巖鐵礦，位于閃長巖、閃長玢巖與白云巖和灰?guī)r接觸帶上； 在ZK0701鉆孔1 046.5～1 430.2 m處見累計厚度11.3 m的矽卡巖鐵礦。

在山東袁營—潘店地區(qū)航磁ΔT異常等值線平面圖(圖5(a))上，C11-33航磁異常呈似橢圓狀，異常強度為261 nT。在航磁ΔT異常垂向一階導數等值線平面圖(圖5(b))上，C11-33航磁異常呈不規(guī)則團塊狀。根據鉆孔資料[2]， ZK001鉆孔在770～796 m，ZK002鉆孔在748～755 m,ZK003鉆孔在802～817 m處見厚度7～26 m的矽卡巖鐵礦，磁鐵礦位于閃長巖與灰?guī)r接觸帶上。

L8040線(A-A′)航磁ΔT人機交互反演結果(圖6)表明，規(guī)模較大的低緩升高磁異常主要由閃長巖等中基性巖引起。C11-2航磁局部異常主要由閃長巖巖基在北西西側向上凸引起，該巖體凸起頂部最小埋深980 m，巖基底部深約1 300 m,磁化率3 500×10-5SI，巖體密度2.76 g/cm3。在巖體凸起邊部與灰?guī)r接觸部位有1個磁鐵礦體(圖6中的①)，長約360 m，頂部埋深1 284 m，厚度約150 m，有效磁化強度28 896×10-3A/m，巖體密度4.43 g/cm3。L8070線(B-B′)航磁ΔT人機交互反演結果顯示，魯C-2011-33航磁異常是由閃長巖為主的中基性巖向上凸起和磁鐵礦引起的。

升高磁異常背景的局部磁力高異常，尤其是邊緣凸起異常，在垂向一階導數等值線平面圖上也表現(xiàn)為局部升高異常，如C11-2、C17-13、C11-3、C17-18、C11-10、C11-33和C17-22航磁異常(圖5)均由以閃長巖為主的中基性巖局部凸起或磁鐵礦綜合引起，在閃長巖與灰?guī)r或白云巖接觸帶，是尋找矽卡巖鐵礦的有利部位。

(a) 山東袁營—潘店地區(qū)航磁ΔT異常等值線平面圖 (b) 山東袁營—潘店地區(qū)航磁ΔT異常垂向一階導數等值線平面圖

A-A′和B-B′為航磁ΔT人機交互反演剖面位置; ZK001為鉆孔編號

圖5 山東袁營—潘店地區(qū)航磁ΔT異常對比圖

Fig.5AeromagneticΔTcomparisoninYuanying-PandianareaofShandongProvince

圖6 L8040線(A-A′)航磁ΔT剖面人機交互反演結果Fig.6 Human-computer interaction inversion result of areo-magnetic ΔT profile of Line 8040 (A-A′)

4 鐵礦靶區(qū)預測

通過分析研究區(qū)及鄰區(qū)已知鐵礦床(點)地質特征，發(fā)現(xiàn)接觸交代型(矽卡巖型)鐵礦床與閃長巖和灰?guī)r接觸關系密切[5-6]。根據本次高精度航磁異常反映的磁場特征，結合區(qū)域地質成礦條件及地球物理特征，確定研究區(qū)接觸交代型鐵礦的綜合找礦標志如下。

(1)寒武系—奧陶系碳酸鹽巖是接觸交代型鐵礦的主要控礦圍巖。

(2)燕山期中基性侵入巖是接觸交代型鐵礦的主要礦源。

(3)不同走向斷裂及與次級斷裂的交匯處，是尋找接觸交代型鐵礦的重點部位。斷裂為成礦物質的活化、遷移、富集提供了條件，對礦體的改造具有重要作用[7-9]。

(4)(隱伏)中基性巖體頂部或局部升高的磁異常，尤其是垂向一階導數局部升高的磁異常，是尋找接觸交代型鐵礦的重點部位。

根據鐵礦找礦遠景區(qū)劃分原則[1]，研究區(qū)共劃分各類找礦遠景區(qū)7個，其中一級找礦遠景區(qū)3個，二級找礦遠景區(qū)2個，三級找礦遠景區(qū)2個(圖7)。在劃分上述找礦遠景區(qū)的基礎上，圈定了8個鐵礦找礦靶區(qū),預測鐵礦資源量1.5億t，具有較大的鐵礦找礦潛力。

1.一級找礦遠景區(qū); 2.二級找礦遠景區(qū); 3.三級找礦遠景區(qū); 4.鐵礦找礦靶區(qū); 5.推斷一級斷裂及編號; 6.推斷二級斷裂及編號; 7.推斷三級斷裂及編號; 8.小型鐵礦; 9.鉆孔及編號

圖7 山東齊河—禹城地區(qū)鐵礦找礦遠景預測圖

Fig.7IronoreprospectingpredictioninQihe-YuchengareaofShandongProvince

5 結論

(1)齊河地區(qū)共圈定31個隱伏巖體，其中潘店巖體、牛角店巖體和刀山峪中基性巖體是矽卡巖鐵礦的成礦母巖。

(2)齊河地區(qū)航磁特征與矽卡巖鐵礦關系密切，巖體局部凸起與灰?guī)r接觸帶是尋找矽卡巖鐵礦的有利部位，共圈定了26個具有較大鐵礦找礦潛力的航磁異常。

(3)齊河地區(qū)共圈定了7個鐵礦遠景區(qū)和8個鐵礦找礦靶區(qū)，預測鐵礦資源量1.5億t，鐵礦找礦潛力較大。