羅布泊坡北基性—超基性侵入巖體航磁特征及其成礦規(guī)律

李 焱,鄒為雷

(中國自然資源航空物探遙感中心，北京 100083)

1 引 言

羅布泊坡北巖體是一個(gè)以輝長巖、輝橄巖為主構(gòu)成的基性-超基性侵入巖體，具有良好的鎳礦找礦前景[1-3]。該巖體在航空磁場上呈明顯的負(fù)磁異常特征，受地質(zhì)調(diào)查工作項(xiàng)目“東天山東南緣1∶5萬航磁調(diào)查”的資助，筆者深入實(shí)地，以航磁所反映的地質(zhì)信息為主要依據(jù)，結(jié)合地質(zhì)、遙感資料，對該巖體的航磁特征及地質(zhì)解釋、負(fù)異常成因及成礦規(guī)律、找礦方向進(jìn)行了探討，拋磚引玉，以供與地質(zhì)同仁商榷。

2 地質(zhì)背景

坡北基性-超基性侵入巖體位于新疆羅布泊東部坡北地區(qū)，塔里木陸殼板塊內(nèi)的次一級構(gòu)造單元—北山裂谷帶西段，區(qū)域性白地洼深大斷裂南側(cè)。

區(qū)內(nèi)出露地層主要有下元古界北山群，中元古界長城系白湖群和古生界石炭系下統(tǒng)紅柳園組、中統(tǒng)石板山組及第四系。

北山群為一套角閃片巖、斜長片麻巖、變粒巖、石英片巖和石英巖，夾磁鐵石英巖的角閃巖相變質(zhì)巖系。白湖群下組主要為灰綠色綠泥黑云石英片巖，夾似層狀透鏡狀白(絹)云母石英片巖組成；上組主要為灰色紫灰色細(xì)粒黑云片巖，夾大理巖、石榴子石矽卡巖等組成。下石炭統(tǒng)紅柳園組下部為礫巖、砂礫巖、雜砂巖，上部為灰?guī)r與鈣質(zhì)砂巖、頁巖的不均勻互層。石板山組為一套陸源碎屑巖組合，主要巖性為千枚巖、變粉-細(xì)砂巖夾變長石巖屑粗砂巖、變泥質(zhì)細(xì)砂巖及少量變玄武巖。

區(qū)內(nèi)經(jīng)歷了多次的構(gòu)造變動(dòng)，褶皺和斷裂極為發(fā)育。褶皺以區(qū)域性緊密線狀褶皺為主，主要構(gòu)造為區(qū)域性白地洼深大斷裂，控制著區(qū)內(nèi)地層、構(gòu)造、巖漿巖的分布。

區(qū)內(nèi)侵入巖以華力西晚期基性-超基性侵入巖出露最廣，酸性巖次之。

3 坡北巖體及其礦化特征

坡北巖體呈北東向長頸瓶狀，北東長約30 km，寬2～10 km，面積170 km2左右。巖體周邊主要出露北東走向條帶狀下石炭統(tǒng)紅柳園組、石炭紀(jì)閃長巖及少量花崗巖。

巖體局部發(fā)育巖漿巖型硫化物銅鎳礦化，目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)坡一、坡十等多個(gè)鎳礦地段，其中以坡一鎳礦為典型。

賦存坡一鎳礦的基性-超基性侵入雜巖體呈北東東走向，長2.8 km，寬2.4 km，面積約6.72 km2。巖體分異較好，主要有橄欖輝長蘇長巖、橄欖輝長巖、輝長巖、輝橄巖、橄欖巖、純橄欖巖、橄輝巖等巖相，橄欖巖、純橄欖巖等超基性巖體長2.2 km，平均寬0.6 km，面積約1.32 km2，平面形態(tài)為東大西小的滴水狀，剖面上呈南緩北陡的向北傾的單斜狀[4]。

鎳礦體與超基性侵入巖主巖相-橄欖巖、輝橄巖關(guān)系密切，為主要含礦巖相。平面上，礦體主要產(chǎn)于靠近超基性巖與輝長巖接觸帶部位，剖面上則賦存于橄欖巖、輝橄巖底部或靠近其底部呈懸浮狀態(tài)產(chǎn)出。在橄欖輝長巖、橄欖輝長蘇長巖中雖有鎳礦體存在，但礦體規(guī)模均很小，品位也較低。

在發(fā)現(xiàn)的20個(gè)鎳礦體中，以4號(hào)礦體規(guī)模最大，1號(hào)及3號(hào)礦體次之。礦體形態(tài)呈似層狀或透鏡狀產(chǎn)出，長度一般大于300 m，最大為1 612 m；厚度一般大于20 m，最大101.13 m；延深一般大于300 m，最深達(dá)975 m；礦體傾向北，傾角一般為50°～80°，靠近巖體底部礦體傾角一般較小。礦石鎳品位一般為0.20 %～0.50 %，局部達(dá)0.78 %,并見底部熔離型礦體[5]。礦石中銅、鈷含量較低，一般達(dá)不到邊界品位。

礦石中金屬氧化物有鉻尖晶石和磁鐵礦，金屬硫化物為黃銅礦、磁黃鐵礦、鎳黃鐵礦，黃鐵礦、紫硫鎳礦、紅砷鎳礦、方黃銅礦，針鎳礦、輝銅礦、斑銅礦、黝銅礦、輝砷鎳礦等，脈石礦物為橄欖石、輝石、角閃石、斜長石、云母等。

目前認(rèn)為坡北地區(qū)鎳礦屬巖漿熔離-貫入型硫化銅鎳礦床。

4 航磁原始數(shù)據(jù)的獲取及校正

航測選用安裝硬架式航磁測量系統(tǒng)的運(yùn)-12型飛機(jī)為飛行平臺(tái)，以沿地形緩起伏飛行方式開展數(shù)據(jù)采集。航磁測量系統(tǒng)主設(shè)備HC-2000型航空氦光泵磁力儀靈敏度為0.001 nT，采樣率為10次/秒，探頭轉(zhuǎn)向差小于1.0 nT。HD01全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位儀速度精度達(dá)到0.007 m/s。地面磁日變觀測采用HC-07型高精度氦光泵磁力儀，靈敏度為0.002 5～0.010 nT，采樣率為1～5次/秒，探頭轉(zhuǎn)向差小于2.5 nT。

全區(qū)采用測量比例尺1∶50 000，即測線間距0.5 km，控制線間距為10 km，構(gòu)成測網(wǎng)密度0.5 km×10 km。測線方向0°180°，基本垂直于測區(qū)主要地質(zhì)構(gòu)造走向，控制線方向90°270°。從實(shí)際測量結(jié)果看，磁場信息豐富，細(xì)節(jié)反映完整清晰，磁場空間分布規(guī)律性強(qiáng)，表明測網(wǎng)布置合理。

原始數(shù)據(jù)先后經(jīng)相應(yīng)同步校正、正常場校正(使用13階13級球諧系數(shù))、磁日變校正及磁場調(diào)平后，獲得最終航磁數(shù)據(jù)。計(jì)算平均飛行高度為146 m，航磁總精度±0.92 nT。

5 巖體磁性特征

使用中國自然資源航空物探遙感中心自行研制的ZH-1型磁化率儀，本文對坡北地區(qū)主要類型巖石進(jìn)行了測定(表1)。ZH-1型磁化率儀分辨率為1×10-5SI，可由微處理器根據(jù)樣品磁性的強(qiáng)弱進(jìn)行自動(dòng)增益控制，自動(dòng)防干擾。

巖石磁化率實(shí)地測定表明，坡北巖體超基性侵入巖(含蛇紋巖類)磁化率相對較高，具有較強(qiáng)的磁性，在磁場上能夠形成明顯的局部磁異常；基性侵入巖類磁化率差異較大，一類磁化率較高，平均值最高可達(dá)到1 416×10-5SI，具有很強(qiáng)的磁性，另一類則磁化率則較小，平均磁化率一般在(11～80)×10-5SI之間，表現(xiàn)出弱磁性，應(yīng)屬于不同期次侵入的結(jié)果。玄武巖磁化率較小，平均值為23×10-5SI，表現(xiàn)為弱磁性。

表1 坡北地區(qū)主要巖石磁化率

6 坡北巖體航磁特征及地質(zhì)解釋

航磁解譯表明，坡北基性-超基性侵入巖體的產(chǎn)出及形態(tài)受一條大斷裂旗窩嶺斷裂(F14)及次級斷裂(F54)的嚴(yán)格控制。巖體呈北東走向，似傾斜長頸瓶狀沿北東走向旗窩嶺斷裂展布，形態(tài)與地質(zhì)出露基本一致。旗窩嶺斷裂貫穿該巖體，并控制了該巖體的侵入和形成。北東東走向F54斷裂貫穿該巖體西部，并與旗窩嶺斷裂(F14)在巖體中部交匯。

1-正等值線；2-零等值線；3-負(fù)等值線；4-下石炭統(tǒng)紅組；5-石炭紀(jì)花崗巖；6-石炭紀(jì)斜長花崗巖；7-石炭紀(jì)花崗閃長巖；8-石炭紀(jì)閃長巖；9-石炭紀(jì)輝長巖；10-早石炭世橄欖輝長巖；11-早石炭世橄欖巖；12-地質(zhì)斷裂圖1 坡北橄欖輝長巖-輝長巖航磁與地質(zhì)圖Fig.1 Olivine gabbro-gabbro aeromagnetic and geological map of Pobei area

參考1∶20萬及1∶25萬地質(zhì)資料(圖1f)，該異常區(qū)與坡北巖體完全吻合，應(yīng)為石炭紀(jì)橄欖輝長巖-輝長巖體在磁場上的反映。其負(fù)磁場區(qū)與石炭紀(jì)輝長巖體范圍吻合，內(nèi)部疊加正異常區(qū)則與輝長巖體內(nèi)產(chǎn)出的石炭紀(jì)橄欖巖-橄欖輝長巖基本吻合。

在遙感影像上，坡北巖體反映比較明顯，其整體形態(tài)與航磁推斷結(jié)果完全一致(圖2)。

圖2 坡北巖體衛(wèi)星遙感影像Fig.2 Satellite remote sensing image of Pobei rock mass注：藍(lán)色虛線為輝長巖巖體邊界及巖體編號(hào)，黑色虛線為橄欖巖-橄欖輝長巖與輝長巖推斷邊界及編號(hào)，紅色虛線為航磁推斷斷裂及編號(hào)

7 坡北巖體負(fù)磁異常成因

7.1 引起負(fù)磁異常的因素

一般情況下,兩種因素可引起負(fù)磁異常：一是由磁場調(diào)平編圖引起；二是由于剩磁強(qiáng)度大，且剩磁方向與感磁方向不一樣而引起。

在航空磁測中，由于儀器觀測、導(dǎo)航定位的點(diǎn)位、飛行高度以及日變觀測等諸方面都存在誤差，尤其在地形崎嶇地區(qū)，不同測線與切割線之間飛行高度相差甚大，在交叉點(diǎn)形成很大的差別。在飛行后需利用測線與切割線交叉點(diǎn)測量觀測的結(jié)果，經(jīng)高度、日變等改正后，按誤差分配原理進(jìn)行分配調(diào)整，使各測線統(tǒng)一到同一水平上。這種調(diào)平及編圖時(shí)零值線的調(diào)整可以產(chǎn)生低緩變化的正常負(fù)磁場區(qū)，與坡北地區(qū)強(qiáng)烈尖峰狀負(fù)異常差異巨大，因此可以排除因磁場調(diào)平引起的負(fù)異常因素[6,7]。

剩磁是巖石在形成時(shí)，受當(dāng)時(shí)地磁場磁化所保留下來的磁性，巖石的剩余磁性通常與感磁方向有一定的差異，甚至相反，即所謂的反磁化。造成這種磁性方向差異的原因較多，如過去地質(zhì)年代中地磁極的周期性改變、巖石所在的板塊漂離原來位置，地層翻轉(zhuǎn)等[8]。

巖漿巖保留的天然剩磁，一般主要為熱剩磁。熱剩磁是磁性礦物在磁場中從居里溫度以上開始冷卻，當(dāng)通過居里溫度時(shí)，磁矩被“凍結(jié)”固定下來所獲得穩(wěn)定的磁化強(qiáng)度，之后繼續(xù)變化的外界磁場對它不再有影響。熱剩磁相當(dāng)穩(wěn)定，具有很高的抗干擾能力。外磁場的變化、溫度在200～300 ℃內(nèi)的熱作用，很難引起熱剩磁的變化。因此熱剩磁在地質(zhì)時(shí)間里很少發(fā)生變化。熱剩磁強(qiáng)度大，在弱磁場中，熱剩磁比常溫下用外磁場磁化后的等溫剩磁，強(qiáng)幾十至幾百倍[9-11]。

巖石的剩磁強(qiáng)度較大時(shí)，磁場面貌特征體現(xiàn)的主要為剩磁特征，當(dāng)巖石的剩磁方向與感磁方向差異較大，或者接近反磁化時(shí)，則感磁的特征可能完全淹沒于剩磁特征中[12-17]。

7.2 坡北巖體負(fù)磁異常探討

為了更有效地查明引起巖體呈現(xiàn)負(fù)磁異常的原因，本文在坡北巖體不同部位尤其是呈負(fù)磁場區(qū)部位采集了多個(gè)巖石樣品(圖3)。

圖3 坡北橄欖輝長巖-輝長巖體磁化率測量及采樣位置Fig.3 Olivine gabbro-gabbro body magnetic susceptibility measurement and sampling location map of Pobei注：圖中黑色三角點(diǎn)及編號(hào)分別為采樣位置及樣品編號(hào)，底圖為坡北巖體航磁T等值線平面圖，南北向黑色虛線為1 980線局部正演剖面線位置

地質(zhì)及磁化率實(shí)地測量工作表明，對應(yīng)負(fù)異常區(qū)內(nèi)疊加北東走向正異常條帶的橄欖巖-橄欖輝長巖等巖石磁化率最低為448×10-5SI，最高為1 579×10-5SI，平均1 010×10-5SI，磁性較強(qiáng)。輝長巖磁化率比較低，最低為11×10-5SI，最高為790×10-5SI，一般集中在(50～300)×10-5SI范圍內(nèi)，平均則集中在75～216×10-5SI之間，磁性較弱，且越靠近第三期侵入的橄欖巖-橄欖輝長巖，磁化率則具有越高的趨勢，推斷是由于第二期侵入巖影響所致。

應(yīng)當(dāng)特別指出的是，在負(fù)異常中心部位存在較高磁化率點(diǎn)(PB-11，圖3)，該點(diǎn)磁化率最低為736×10-5SI，最高為3 112×10-5SI，平均為1 416×10-5SI，磁性強(qiáng)烈，其巖性為輝長巖，一般富含普通輝石及紫蘇輝石，磁鐵礦含量普遍在2 %～3 %左右。鑒于該點(diǎn)位于強(qiáng)烈負(fù)異常中心部位，因此推斷其剩磁應(yīng)當(dāng)遠(yuǎn)大于感磁，且接近反磁化，方在磁場剖面上可以形成尖峰狀強(qiáng)烈負(fù)異常。

本次研究委托中國地質(zhì)大學(xué)(北京)科學(xué)研究院實(shí)驗(yàn)中心使用JR-6A旋轉(zhuǎn)磁力儀對PB-11等9件樣品開展了天然剩磁定量分析，結(jié)果如表2所示。其中，PB-11-1等5個(gè)樣品為非定向，天然剩磁偏角及傾角不明，PB-1等4個(gè)樣品為定向標(biāo)本。平均磁化率為本文實(shí)地測量結(jié)果，根據(jù)磁化強(qiáng)度計(jì)算公式Ii=κH(κ為磁化率，H為磁場強(qiáng)度，磁場強(qiáng)度取55 591.26 nT，磁傾角為60.7°，磁偏角為1.066°)，計(jì)算感應(yīng)磁化強(qiáng)度。

定量分析表明，坡北地區(qū)輝長巖等巖石剩余磁化強(qiáng)度最低為2.108 A/m，最高可達(dá)4.603 A/m，基本集中在2.5～4.5 A/m范圍內(nèi)，且遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其感應(yīng)磁化強(qiáng)度。定向標(biāo)本測試結(jié)果也表明，巖石剩余磁性的傾角為負(fù)，主要集中在-40°左右，最大可達(dá)到-58°，基本與反向磁化的作用相當(dāng)。

根據(jù)坡北巖體上述測試結(jié)果，認(rèn)為該巖體剩磁遠(yuǎn)大于感磁，其宏觀磁場應(yīng)為巖石剩余磁性的反映，感磁特征完全被剩磁所掩蓋。由于剩磁接近反磁化，其磁場面貌則以負(fù)磁場為特征，因此導(dǎo)致坡北巖體在磁場剖面上表征為尖峰狀強(qiáng)烈負(fù)異常面貌。

表2 坡北巖體天然剩余磁化強(qiáng)度及感應(yīng)磁化強(qiáng)度定量測試

根據(jù)上述推斷、實(shí)測磁化率及相關(guān)航磁局部異常強(qiáng)度，設(shè)定合理的磁化強(qiáng)度模擬參數(shù)，建立了相應(yīng)的坡北基性-超基性侵入巖體航磁推斷地質(zhì)模型。對南北向橫切坡北巖體的1 980線(剖面位置見圖3)正演擬合計(jì)算表明，坡北巖體兩側(cè)均以斷裂為界，引起坡北強(qiáng)烈負(fù)磁異常的地質(zhì)體為輝長巖，南北端各存在一個(gè)剩余磁化強(qiáng)度較高的巖體中心，南端剩余磁化強(qiáng)度達(dá)到3.1 A/m，呈不規(guī)則狀侵入狀，外圍為剩余磁化強(qiáng)度較低的輝長巖包圍，再向外則以斷裂為界與其他期次正常磁化輝長巖相鄰。筆者認(rèn)為，該正常磁化輝長巖不論從地質(zhì)，還是航磁角度，均為另一不同時(shí)代輝長巖體；北端引起強(qiáng)烈負(fù)異常的輝長巖呈似柱狀，剩余磁化強(qiáng)度為1.15 A/m。在這些輝長巖之上產(chǎn)出橄輝巖，其感應(yīng)磁化強(qiáng)度為1.15 A/m，呈不規(guī)則狀(圖4)。

圖4中對應(yīng)的感應(yīng)磁化強(qiáng)度和剩余磁化強(qiáng)度見表3和表4。

表3 圖4中對應(yīng)的感應(yīng)磁化強(qiáng)度(單位為×10-3 A/m)

1-石英閃長巖；2-閃長巖；3-剩磁較弱的輝長巖；4-剩磁較強(qiáng)的輝長巖；5-輝長巖；6-橄輝巖；7-中基性火山巖；8-玄武巖等基性火山巖；9-實(shí)測/推斷斷裂圖4 坡北航磁推斷基性-超基性侵入巖異常(1980線)正演擬合計(jì)算剖面Fig.4 Aeromagnetic inference basic-ultrabasic intrusive rock anomaly (line 1980) forward fitting calculation section of Pobei

表4 圖4中對應(yīng)的剩余磁化強(qiáng)度(單位為×10-3 A/m)

8 坡北巖體侵入期次及成礦規(guī)律

航磁地質(zhì)解譯表明(圖5)，坡北基性-超基性侵入巖體內(nèi)部巖性略有差異，強(qiáng)烈的負(fù)磁異常對應(yīng)于輝長巖，疊加相對弱正磁異常則為橄欖巖-橄欖輝長巖的反映。北東走向旗窩嶺斷裂(F14)大斷裂從總體上控制了坡北巖體的侵入和形成，其次級斷裂北東東走向F54斷裂則控制了橄欖巖、橄欖輝長巖的產(chǎn)出。

1-下石炭統(tǒng)紅柳園組；2-中二疊世石炭閃長巖；3-石炭紀(jì)花崗巖；4-石炭紀(jì)鉀長花崗巖；5-石炭紀(jì)花崗閃長巖；6-閃長巖/石炭紀(jì)閃長巖；7-輝長巖/早石炭世輝長巖；8-早石炭世橄欖輝長巖；9-輝綠巖等基性侵入巖；10-中基性火山巖；11-鎳礦；12-航磁推斷坡北巖體邊界； 13-航磁推斷橄欖輝長巖與輝長巖邊界；14-推斷斷裂及編號(hào)圖5 坡北橄欖輝長巖-輝長巖-斷裂構(gòu)造地質(zhì)解譯及礦產(chǎn)分布Fig.5 Geological interpretation of olivine gabbro-gabbro-fault structure and mineral distribution map in Pobei

從斷裂對不同巖性的控制、巖體形態(tài)及巖體之間產(chǎn)出關(guān)系，并結(jié)合巖體正演擬合結(jié)果分析，坡北巖體至少經(jīng)歷了三期巖漿活動(dòng)，第一期為剩磁較弱的輝長巖，首先沿著北東走向旗窩嶺斷裂(F14)大規(guī)模侵入；第二期為剩磁較強(qiáng)的輝長巖，沿著斷裂侵入；第三期為橄欖巖、橄輝巖等基性-超基性侵入巖體。在地質(zhì)上，輝長巖與橄輝巖之間侵入先后關(guān)系非常明顯(圖6)，其先后不同期次巖漿活動(dòng)形成的巖體從輝長巖到橄輝巖、橄欖巖等，也具有從早到晚，巖石基性程度越來越高的特點(diǎn)。

圖6 坡北不同期次巖體侵入關(guān)系Fig.6 The relationship of rock mass intrusion in different periods in Pobei注：圖片左上為綠泥石化輝長巖，右下為蛇紋巖，原巖為橄欖巖

坡北巖體第一期侵入活動(dòng)比較強(qiáng)烈，主要沿著北東走向F14斷裂侵入，形成了坡北巖體的主體即輝長巖，此期次所形成的巖體規(guī)模較大。第三期侵入活動(dòng)主要沿著北東東走向F54斷裂活動(dòng)，此期次侵入形成了坡北巖體的橄欖巖-橄欖輝長巖，在航磁場上表征為正異常。

與成礦作用關(guān)系比較密切的是第三期巖漿活動(dòng)，空間上坡一、坡十鎳礦均分布于橄欖巖-橄欖輝長巖與輝長巖接觸部位，具有圍繞橄欖輝長巖分布的特點(diǎn)，時(shí)間上，成礦作用主要發(fā)生于主體輝長巖侵入之后的第三期橄欖巖-橄欖輝長巖形成時(shí)期，成礦作用空間、時(shí)間規(guī)律比較明確。因此，根據(jù)成礦規(guī)律，根據(jù)航磁推斷的坡北巖體內(nèi)部橄欖輝長巖周邊均具有成礦的可能性，F(xiàn)54斷裂次級構(gòu)造及橄欖輝長巖體周邊是坡北地區(qū)鎳礦找礦的重點(diǎn)成礦部位。

9 結(jié) 論

通過航磁解譯、地質(zhì)研究，坡北巖體在航磁上所表現(xiàn)出來的強(qiáng)烈負(fù)異常特征，是由沿?cái)嗔亚秩氲拇笠?guī)模輝長巖的強(qiáng)烈剩磁引起的，剩磁方向與正常磁化方向基本呈反向關(guān)系。僅從航磁角度分析，坡北巖體具有三次巖漿侵入活動(dòng)發(fā)生，分別形成了磁性差異較大的輝長巖主體及其中呈正常磁化的橄欖巖、橄輝巖等超基性小巖體。在超基性小巖體周邊及切割巖體的次級斷裂構(gòu)造部位具有良好的成礦前景。