繁昌—馬鞍山地區(qū)重磁異常特征及找礦遠(yuǎn)景分析

郭信，蘭學(xué)毅，嚴(yán)加永，郭冬

（1.安徽省勘查技術(shù)院， 安徽合肥 230031； 2.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院， 北京 100037）

0 引言

繁昌—馬鞍山地區(qū)以鐵礦化規(guī)模大、品位高、鐵礦床密集聞名，也是我國(guó)研究較早，集中研究程度高的地區(qū)[1]。區(qū)內(nèi)大小礦床達(dá)30多處，礦化點(diǎn)十多個(gè)，且礦床和礦化點(diǎn)基本圍繞火山噴發(fā)—侵入中心出現(xiàn)[2]。推斷繁昌-馬鞍山地區(qū)主要構(gòu)造、隱伏巖體形態(tài)、控礦地層的空間展布是未來(lái)實(shí)現(xiàn)區(qū)內(nèi)深部找礦突破的方向。本文基于1∶5萬(wàn)重力調(diào)查成果，結(jié)合地質(zhì)、1∶5萬(wàn)航磁、化探等資料，從綜合物探角度建立了本區(qū)構(gòu)造格架，推斷了5km以淺深度的構(gòu)造、巖體、地層、斷裂的空間形態(tài)，圈定了找礦遠(yuǎn)景區(qū)。

1 地質(zhì)特征

研究區(qū)為大面積第四系覆蓋，北部年陡—向山鎮(zhèn)可見(jiàn)白堊系、侏羅系、三疊系呈北北東向展布，南部荻港鎮(zhèn)—火龍崗處可見(jiàn)三疊系、二疊系、志留系呈北東東走向，火龍崗地區(qū)彎轉(zhuǎn)為北東走向。研究區(qū)北部寧蕪盆地內(nèi)褶皺主要包括北北東走向的寧蕪向斜、鐘姑背斜和盆地東緣脊?fàn)畋承?；南部繁昌火山巖盆地內(nèi)褶皺主要包括北東東走向的濱江復(fù)向斜、寨山背斜、桃沖向斜、紅花尖背斜。寧蕪火山巖盆地區(qū)域巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，以中基性巖漿活動(dòng)為特點(diǎn)，繁昌火山巖盆地則主要發(fā)育酸—中酸性侵入巖體。

圖1 繁昌—馬鞍山地區(qū)地質(zhì)略圖Figure 1.Geological map of the Fanchang-Ma’anshan area

2 巖石物性特征

本次工作在充分研究區(qū)內(nèi)地表、鉆孔物性資料的基礎(chǔ)上，參考鄰區(qū)的物性資料，經(jīng)過(guò)認(rèn)真地分析、對(duì)比、歸納，總結(jié)出本區(qū)物性參數(shù)值的基本特征：

（1）沉積巖類巖(礦)石密度的一般特征是：新生界沉積巖具較低密度值，其中表層浮土最低，平均密度值為1.83g/cm3；次為海陸相碎屑巖及火山巖，平均密度值約為2.47g/cm3；灰?guī)r密度較大，平均密度大于2.70g/cm3。巖漿巖密度一般在2.65g/cm3左右變化。酸性花崗巖類密度較小，中基性巖體密度值相應(yīng)偏大，噴發(fā)巖的密度值明顯小于同類侵入巖。

（2）巖石隨深度增加其密度也會(huì)相應(yīng)增加。閃長(zhǎng)玢巖密度在0～400m變化明顯，平均值在2.6g/cm3上下，密度隨深度穩(wěn)定上升；700～900m閃長(zhǎng)玢巖密度基本穩(wěn)定在2.66g/cm3。200～300m細(xì)砂巖密度隨深度逐漸增大，300m之后密度基本穩(wěn)定在2.66g/cm3。說(shuō)明本區(qū)地質(zhì)體密度隨深度基本呈對(duì)數(shù)形態(tài)變化，深度大于400m之后基本穩(wěn)定。

（3）沉積巖類具無(wú)磁、弱磁性。火山巖類總體磁性中強(qiáng)，但變化范圍大，剩磁也強(qiáng)，往往引起跳躍突變的異常。酸性-中性侵入巖類具中強(qiáng)磁性，一般而言，中性巖類強(qiáng)于酸性巖類，如閃長(zhǎng)巖類強(qiáng)于花崗巖類。基性-超基性巖類具強(qiáng)磁性，如輝石巖類。含鐵金屬類礦石，磁性非常強(qiáng)，如磁鐵礦、磁黃鐵礦等。相對(duì)于巖體，礦體一般體積小，往往形成突出的局部異常。

3 研究區(qū)重磁場(chǎng)特征

布格重力異常整體表現(xiàn)出四周低中間高的特征，等值線走向以北東走向?yàn)橹?，北北東向次之，研究區(qū)存在數(shù)條明顯的重力異常梯級(jí)帶。這些重力梯級(jí)帶梯度高、延伸大，為研究區(qū)內(nèi)深大斷裂的反映。重力布格異常具有明顯的分區(qū)特征，按重力布格異常空間展布特征及其相關(guān)性，可將研究區(qū)重力場(chǎng)劃分為五大區(qū)塊：研究區(qū)西北側(cè)北東走向重力低值帶，西南角重力低值區(qū)，中間北東走向重力高值帶，東南角重力低值區(qū)，東北部重力低值區(qū)，構(gòu)成了研究區(qū)內(nèi)兩低夾一高的總體重力場(chǎng)面貌特征。

在重力剩余異常圖上，重力局部異常四周低中間高的整體格局不變，異常形態(tài)多樣，封閉的正、負(fù)異常發(fā)育。研究區(qū)北部重力高值帶為寧蕪盆地總體反映，兩側(cè)為兩條北北東走向條帶狀重力高，分別對(duì)應(yīng)新橋-翠螺山背斜和關(guān)馬隆起；中間高低相間條帶狀重力異常則為寧蕪向斜、鐘姑背斜等褶皺的反映；中部北北東向高低相間條帶狀重力異常分別為蕪湖-峨橋背斜、竹山向斜、小淮山背斜的總體反映；南部重力異常整體為繁昌火山巖盆地反映，濱江復(fù)向斜、寨山背斜、桃沖向斜及紅花山背斜分別對(duì)應(yīng)區(qū)內(nèi)不連續(xù)條帶狀重力異常，軸向自西向東由北東東彎轉(zhuǎn)為北北東走向。

表1 繁昌—馬鞍山地區(qū)物性層劃分表Table 1.Division of physical-property strata in the Fanchang—Ma’anshan area

圖2 繁昌—馬鞍山地區(qū)重磁異常圖Figure 2.Gravitational and magnetic anomalies in the Fanchang-Ma’anshan area

圖3 繁昌—馬鞍山地區(qū)剩余重力異常圖Figure 3.Residual gravity anomaly map of the Fanchang-Ma’anshan area

本區(qū)化極后的航磁異常具有明顯的分區(qū)特征?？傮w表現(xiàn)為西高東低的異常特征。磁異常的最大值在研究區(qū)北部大黃山，最大值為2500nT。最小值在研究區(qū)中部查灣處，最小值為-600nT。航磁異常變化較大，差值達(dá)3100nT。按航磁異?？臻g展布特征及其相關(guān)性，可將研究區(qū)航磁場(chǎng)劃分為三大區(qū)塊：研究區(qū)西北側(cè)北東走向磁力高值區(qū)，東南側(cè)磁力低值區(qū)，西南側(cè)磁力高值區(qū)。重力高和重力低界線清晰，差異懸殊，構(gòu)成了研究區(qū)內(nèi)東低西高的總體磁場(chǎng)面貌特征（圖2—圖4）。

圖4 重磁推斷綜合成果圖Figure 4.Map of comprehensive results inferred by gravitational and magnetic anomalies

4 斷裂推斷

斷裂構(gòu)造分級(jí)主要是根據(jù)斷裂規(guī)模和切割深度再結(jié)合地質(zhì)進(jìn)行劃分。按走向主要分為北東、北北東向和北西、北北西向斷裂，其中北東向6條，北北東向7條，多為縱向逆斷層；北西向17條，北北西向3條，多為橫向正斷層。晚侏羅世早期，寧蕪地區(qū)構(gòu)造變動(dòng)以北北東向斷裂為主，組成寧蕪斷陷盆地，該組斷裂是區(qū)內(nèi)的主要斷裂系統(tǒng)。

5 隱伏巖體推斷

根據(jù)區(qū)內(nèi)與巖體有關(guān)的剩余重力異常特征，結(jié)合已知出露的巖體，共推斷了9處隱伏巖體，8處半隱伏巖體。主要應(yīng)用了航磁化級(jí)垂向一階導(dǎo)數(shù)的零值線來(lái)大致確定巖體的分布范圍。確定隱伏、半隱伏巖體邊界及性質(zhì)為圈定潛火山巖體打下基礎(chǔ)。安山質(zhì)-堿性潛火山巖主要侵入火山巖系中，鐘姑南段部分侵入基底地層，其分布主要受深部隱伏斷裂控制，侵入較淺，其巖石組合及礦物成分與火山巖系類似，因此其密度一般較圍巖差值較大，而其磁性則可能因?yàn)槲g變、礦化升高或降低，無(wú)論在航磁異常還是重力剩余異常圖中都容易產(chǎn)生局部異常，因此在侵入巖的邊界及斷裂處是潛火山巖發(fā)育地區(qū)。

6 三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)的建立

本次建模區(qū)域?yàn)榉辈R鞍山地區(qū)，面積約3434km2，共設(shè)計(jì)17條剖面進(jìn)行重磁二維半反演。剖面大致平行分布，間距5km，建模深度5km，基本上垂直本區(qū)構(gòu)造線方向。采用基于先驗(yàn)信息約束的重磁三維交互反演建模技術(shù)[8]進(jìn)行本區(qū)三維地質(zhì)建模。

6.1 界面反演

圖5是利用重力資料反演的寧蕪地區(qū)三疊系頂板埋深圖，總體上看，充分反映了本區(qū)盆地基底，即燕山運(yùn)動(dòng)早期形成的由前火山巖系地層組成的褶皺構(gòu)造特征。馬蕪地區(qū)燕山運(yùn)動(dòng)早期褶皺構(gòu)造為北東走向，其東西兩側(cè)為斷陷區(qū)，西為沿江斷陷，東為南陵斷陷。在寧蕪隆起區(qū)，隆起和凹陷北東走向，相間排列，有4個(gè)主要褶皺，自北而南依次為寧蕪向斜、鐘姑背斜、關(guān)馬隆起和馬橋凹陷。區(qū)內(nèi)三疊系頂面起伏變化較大。

圖5 推斷三疊系頂面埋深圖Figure 5.Map of Inferred buried depths of the top surfaces of the Triassic system

6.2 3D模型建立

建立3D模型首先進(jìn)行2.5D反演，采用ModelVision軟件，以地質(zhì)剖面為初始模型，在物性約束的基礎(chǔ)上，修改地質(zhì)單元的形態(tài)，對(duì)17條剖面逐條進(jìn)行交互反演；其次將獲得的地球物理模型，按照物性與巖性的對(duì)應(yīng)關(guān)系，再轉(zhuǎn)化為具有巖性含義的地質(zhì)模型；最后使用三維可視化軟件進(jìn)行顯示，可以有針對(duì)性的選取與成礦有關(guān)的主要層位或巖體等單獨(dú)顯示（圖6）。

7 找礦遠(yuǎn)景區(qū)圈定

7.1 典型礦床地質(zhì)地球物理場(chǎng)特征

圖6 三維地質(zhì)模型立體圖Figure 6.3D geological model

研究區(qū)重力高磁力高是尋找大中型礦床(田)最有利的局部異常組合。重力高異常主要由局部隆起引起，部分疊加有中基性巖體的重力效應(yīng)，而磁力高反映的則主要是與成礦關(guān)系密切的酸—中基性巖體，而重、磁力高上多疊加有礦(化)體的物理場(chǎng)效應(yīng)。因此，凡呈重力高磁力高的異常區(qū)塊，均是我們首要的研究區(qū)塊。另外，重力梯級(jí)帶上發(fā)育的磁異常區(qū)塊，地質(zhì)結(jié)構(gòu)與重力高磁力高異常區(qū)大同小異，只是巖體侵入部位多在隆起的翼部，或密度偏低的中酸性巖體的重力效應(yīng)對(duì)重力高進(jìn)行了改造，極易形成熱液交代型礦床（表2）。

7.2 成礦遠(yuǎn)景區(qū)預(yù)測(cè)

研究區(qū)圈定8個(gè)找礦遠(yuǎn)景區(qū)，以護(hù)河鎮(zhèn)遠(yuǎn)景區(qū)為例敘述如下：

護(hù)河鎮(zhèn)鐵礦找礦遠(yuǎn)景區(qū)位于龍山橋東側(cè)12km處，護(hù)河鎮(zhèn)東南，異常面積5.4km2，地形平坦，西南處7km為白象山礦區(qū)。該區(qū)為關(guān)馬隆起西南端，區(qū)內(nèi)大面積為第四系覆蓋，區(qū)內(nèi)巖漿巖無(wú)出露，該區(qū)東側(cè)及西南側(cè)分別有礦點(diǎn)1處。

遠(yuǎn)景區(qū)位于關(guān)馬隆起北東向重力高值帶西南端，北北東走向橢圓形重力高。推測(cè)第四系下為三疊系隆起，位于北北東走向構(gòu)造和北西向斷裂交匯處，成礦地質(zhì)條件有利。

表2 典型礦床地質(zhì)地球物理特征簡(jiǎn)表Table 2.Simple list of geological and geophysical characteristics of typical ore deposits

航磁異常為査灣—護(hù)河鎮(zhèn)北東向強(qiáng)磁異常東南側(cè)等值線扭曲位置，在航磁剩余異常圖上表現(xiàn)為1個(gè)北北東向橢圓形局部磁力高的異常，經(jīng)垂向一導(dǎo)變換后，該異常更加突出。磁異常形態(tài)與姑山鐵礦區(qū)相似，都位于等值線扭曲部位，經(jīng)過(guò)變換形成北北東向局部磁異常，強(qiáng)度比姑山鐵礦區(qū)磁異常強(qiáng)度稍弱。磁異常位于隆起區(qū)東翼重力高值梯度帶，其西側(cè)5km青山處出露閃長(zhǎng)玢巖。該隱伏磁性體屬于中性或中基性巖漿巖體，其與三疊系碳酸鹽圍巖接觸部位，是形成玢巖型鐵礦的有利部位（圖7）。

圖7 護(hù)河鎮(zhèn)地質(zhì)、重磁異常剖析圖Figure 7.Analysis of geological，gravitational and magnetic anomalies in Huhe Town

8 結(jié)論

本文基于1∶5萬(wàn)重力調(diào)查成果，結(jié)合地質(zhì)、1∶5萬(wàn)航磁資料，從綜合物探角度建立了本區(qū)構(gòu)造格架和三維地質(zhì)-地球物理模型；推斷了三疊系頂面埋深；圈定了本區(qū)隱伏巖體；根據(jù)典型礦床綜合物化探異常特征，圈定了區(qū)內(nèi)成礦遠(yuǎn)景區(qū)，為下一步礦產(chǎn)資源預(yù)測(cè)提供了基礎(chǔ)信息支撐。繁昌—馬鞍山地區(qū)鐵礦床與重、磁異常具有密切的對(duì)應(yīng)關(guān)系，鐵礦無(wú)一例外地處于剩余重力高值區(qū)，且有航磁異常與之對(duì)應(yīng)；在北東向重力高值帶、北西向重力梯級(jí)帶交匯部位最為有利。