廣西西大明山地區(qū)重力三維反演及深部找礦意義

盧勝輝，覃良廳，莫亞軍，符平禮

(廣西壯族自治區(qū)地球物理勘察院，廣西 柳州 545005)

1 引 言

西大明山隆起帶位于桂西大新-隆安一線、由一系列寒武-奧陶系褶皺隆起和蓋層泥盆系組成[1]。區(qū)內(nèi)沉積建造復(fù)雜多變，巖漿活動(dòng)較弱，褶皺斷裂發(fā)育，形成了該區(qū)復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造格局，給后續(xù)成礦提供了良好的通道和賦礦空間，因此內(nèi)生礦產(chǎn)較豐富。大明山地區(qū)礦產(chǎn)資源較豐富，以內(nèi)生礦產(chǎn)為主，目前已發(fā)現(xiàn)有銀、鉛鋅、金、鎢、鉍等礦種，其中探明大型銀礦床一處(鳳凰山銀礦)、中型鉛鋅礦床一處(長(zhǎng)屯鉛鋅礦)，小型礦床多處(淥井鉛鋅礦、姆馱山銀礦、平何銀礦、那佰鉛鋅礦、小明山鉛鋅礦、喬建砂金礦等)。從目前發(fā)現(xiàn)的礦床(點(diǎn))的情況看，礦床(點(diǎn))的分布具有明顯的分帶性，并與推測(cè)的隱伏巖體密切相關(guān)[2,3]。雖然前人在西大明山地區(qū)取得了較好的研究成果，但以往的定量解釋主要以二維反演為主，沒有利用中大比例尺物探資料開展三維定量反演。因此利用最新的中大比例尺(1∶5萬(wàn)重磁)重磁電資料進(jìn)行西大明山巖體三維空間形態(tài)的研究，確定巖體頂界面的起伏形態(tài)及具有磁性的礦化蝕變帶的位置，圈定深部找礦靶區(qū)，為該區(qū)深部找礦提供地球物理依據(jù)，具有重要意義。

2 地質(zhì)地球物理特征

2.1 地質(zhì)概況

測(cè)區(qū)所處區(qū)域構(gòu)造單元為華南板塊南華活動(dòng)帶右江褶皺系之西大明山凸起中部。主體構(gòu)造為西大明山背斜，加里東構(gòu)造層，為復(fù)式背斜；華力西—印支構(gòu)造層為寬緩的背斜。區(qū)內(nèi)沉積建造復(fù)雜多變，加上巖漿活動(dòng)，褶皺斷裂發(fā)育，形成了該區(qū)復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造格局。

2.1.1 地層

本區(qū)大地構(gòu)造位置位于右江再生地槽西大明山隆起帶，測(cè)區(qū)內(nèi)出露有寒武系、泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系、白堊系、古近系及第四系地層，沉積巖以寒武系、泥盆系為主，其次為石炭系、第四系。地層分區(qū)屬于右江地層分區(qū)(圖1)。

圖1 廣西西大明山區(qū)域地質(zhì)及礦產(chǎn)分布(柴明春，2015)Fig.1 Regional geological map and distribution of mineral resources in western Daming mountain area of Guangxi

2.1.2 巖漿巖

測(cè)區(qū)巖漿巖出露很少，僅見少量的基性巖脈及酸性巖脈，分布零星。據(jù)航磁、物化探異常、熱液蝕變及礦床分帶性等資料推測(cè)有隱伏花崗巖體存在。2013年，羅維礦區(qū)鉆孔揭露到花崗閃長(zhǎng)巖，巖體距地表為580～900 m。

基性巖脈主要分布於測(cè)區(qū)北部隆安縣屏山鄉(xiāng)的隴別、萬(wàn)賓、屏山街及巴梨村一帶，在西部的大新縣上姜、谷旦一帶也見零星分布。這些基性巖脈在空間分布上主要與北東向的斷裂(或其傍側(cè)的節(jié)理、裂隙)密切相關(guān)，部分與北西向斷裂有關(guān)，僅個(gè)別呈東西、南北走向。巖脈與圍巖呈侵入接觸關(guān)系，圍巖蝕變不明顯，其圍巖具角巖化現(xiàn)象，主要為角巖化石英雜砂巖及斑點(diǎn)狀泥巖。

2.1.3 構(gòu)造

測(cè)區(qū)構(gòu)造復(fù)雜，地層強(qiáng)烈褶皺，斷裂錯(cuò)綜分布。加里東褶皺基底地層強(qiáng)烈褶皺，形成復(fù)式背斜，軸向東西。蓋層(華力西—印支構(gòu)造層)褶皺衰緩，基本繼承褶皺基底的構(gòu)造線走向；北部發(fā)育東西向，南翼發(fā)育北東東—北東向的次級(jí)褶皺。區(qū)內(nèi)發(fā)育北東向、北西向及東西向的斷裂，它們控制著礦產(chǎn)的分布，礦化蝕變較明顯的褶皺構(gòu)造還有平何復(fù)式背斜和琴厚向斜等。

2.2 地球物理特征

2.2.1 巖礦石密度特征

全面收集廣西全區(qū)區(qū)域巖石物性調(diào)查工作的成果資料以及《廣西西大明山地區(qū)1∶5萬(wàn)重力調(diào)查報(bào)告》[4]采集的物性資料，經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)后研究區(qū)巖石密度如表1所示。

表1 廣西西大明山地區(qū)物性采樣統(tǒng)計(jì)

從統(tǒng)計(jì)的結(jié)果來(lái)看，測(cè)區(qū)巖石密度有如下變化特征：

1)巖漿巖密度值由大到小的變化依次是：輝石巖→輝綠巖→輝長(zhǎng)巖→橄欖巖→石英→閃長(zhǎng)巖→混合巖→花崗巖→花崗閃長(zhǎng)巖→正長(zhǎng)巖。

2)花崗巖的平均密度為2.59 g/cm3，當(dāng)面積大，延深大的花崗巖體侵入灰?guī)r地層時(shí)，因其有-0.14 g/cm3的密度差，在花崗巖體上將產(chǎn)生局部重力低值異常。當(dāng)基—超基性巖體侵入灰?guī)r地層時(shí)，也因具有0.06～0.15 g/cm3的密度差，巖體上將產(chǎn)生局部重力高值異常。由于地下壓力增大，碎屑巖密度隨之加大，故規(guī)模較大的花崗巖侵入碎屑巖地層時(shí)，也會(huì)有布格重力低異常，如大明山、鎮(zhèn)龍山、昆侖關(guān)、西大明山等地。

3)研究區(qū)內(nèi)存在明顯的密度差異，酸性巖漿巖與高密度圍巖之間也存在明顯的密度差。另外，各類巖層間由于巖性的差異、巖層間的相互作用以及所處的不同深度環(huán)境也會(huì)形成局部的密度差異。根據(jù)收集到的物性資料，碎屑巖類密度隨深度增大，而碳酸鹽巖類和花崗巖類隨深度變化不明顯，其中統(tǒng)計(jì)的泥巖、砂巖、頁(yè)巖、細(xì)砂巖、粉砂巖鉆孔的巖石密度均在2.67～2.78 g/cm3之間。

2.2.2 西大明山地區(qū)重力場(chǎng)特征

根據(jù)廣西全區(qū)1∶20萬(wàn)區(qū)域重力的成果資料，測(cè)區(qū)宏觀上處于廣西區(qū)域重力場(chǎng)之桂中平緩重力異常帶的西南端。區(qū)內(nèi)布格重力異常、線性梯度帶主要表現(xiàn)為北東走向、近東西走向以及北西向的重力異常，構(gòu)成了相互聯(lián)系、制約的區(qū)域重力場(chǎng)。

從1∶5萬(wàn)布格重力異?？?，測(cè)區(qū)的南面為北東走向的區(qū)域重力異常帶，北面為北西走向的區(qū)域重力異常帶，中心為一大型的近東西向的短軸狀圈閉重力低異常，中心重力低異常區(qū)呈亞鈴狀，東西兩端各形成了一個(gè)圈閉的重力低異常，這些重力特征共同構(gòu)成了測(cè)區(qū)布格重力異常的特征(圖2)。

利用滑動(dòng)平均16 km×16 km窗口分離的異常作為剩余重力異常。研究區(qū)內(nèi)的局部異常多呈等軸狀、短軸狀、條帶狀及不規(guī)則狀，走向以北東、北西和南北向?yàn)橹?，少?shù)呈東西走向。其展布特點(diǎn)反映了測(cè)區(qū)北東向、北西向地質(zhì)構(gòu)造框架。

圖2 西大明山地區(qū)布格重力異常平面Fig.2 Bouguer anomaly gravity map of western Daming mountain area

圖3 西大明山地區(qū)剩余重力異常平面Fig.3 Residual gravity anomaly map of western Daming mountain area

3 三維重力反演研究

3.1 三維反演巖體建模

本次巖體三維反演采用三維重磁異常自動(dòng)反演技術(shù)，通過(guò)反演算法確定空間三維物性模型各單元的物性及分析、顯示物性單元的變化，了解掌握地質(zhì)模型的三維空間分布狀態(tài)[4-6]。

三維重磁異常自動(dòng)反演技術(shù)基于RGIS2016軟件平臺(tái)，該系統(tǒng)的三維自動(dòng)反演模塊采用的反演方法為隨機(jī)子域加權(quán)物性反演，該方法根據(jù)三維物性反演中高維空間引起的超大計(jì)算量，提出子域反演方法；針對(duì)子域固定劃分的弊端，提出隨機(jī)子域方式；針對(duì)全權(quán)異常反演的缺點(diǎn)，提出格架權(quán)分離異常反演措施；通過(guò)理論模型誤差分析對(duì)比，發(fā)現(xiàn)子域生成需要具有深部?jī)?yōu)先傾向性，提出子域隨機(jī)生成深度概率，以提高反演的準(zhǔn)確性[7-11]。

三維重力數(shù)據(jù)反演的步驟一般為：數(shù)據(jù)輸入→三維自動(dòng)反演→提取輪廓線重構(gòu)模型→三維重磁異常人機(jī)交互正反演→三維可視化顯示。具體步驟見圖4。對(duì)于面積性重磁數(shù)據(jù)，首先要確定反演三維場(chǎng)源的范圍，根據(jù)子域幾何格架(權(quán))在整個(gè)反演模型區(qū)格架中所占的比重，提取相應(yīng)的異常份額，作為反演目標(biāo)異常，對(duì)選出的子域進(jìn)行物性反演。通過(guò)反演確定的三維物性模型各單元的物性，進(jìn)行分析，顯示物性單元的變化，解釋推斷地質(zhì)模型的三維空間分布狀態(tài)。

圖4 三維重力反演技術(shù)流程Fig.4 3D gravity inversion flow chart

本次三維模型反演編輯過(guò)程如圖5～圖9所示。

圖5 地形數(shù)據(jù)等值線平面Fig.5 Contour plan of topographic data

圖6 三維自動(dòng)反演模型數(shù)據(jù)等值面顯示Fig.6 Isosurface diagram of 3D automatic inversion model data

圖7 三維自動(dòng)反演模型數(shù)據(jù)切片和等值面顯示Fig.7 Data slice and isosurface diagram of 3D automatic inversion model

圖9 三維人機(jī)交互反演及成果顯示Fig.9 3D human-computer interaction inversion diagram

3.2 巖體三維分布特征

利用三維反演結(jié)果，異常東部圈閉為西大明山巖體，異常西部圈閉為小明山巖體，認(rèn)為整個(gè)西大明山隱伏巖體為一個(gè)底部相連,頂部呈 “馬鞍”狀的隱伏巖體，頂界面存在多個(gè)不同走向的凸起區(qū)帶。在兩者巖體中間部位的上表面及兩者巖體的正南向與正北向均存在密度差在0.01～0.02 g/cm3的重力高的異常，推斷其主要由西大明山及小明山的邊緣的蝕變帶產(chǎn)生。西大明山巖體走向近北東向，凸起頂界面埋深約為1 200 m(地表標(biāo)高取650 m)，西側(cè)的西大明山帶狀凸起呈南北走向展布，凸起頂界面埋深約為1 650 m(取地表標(biāo)高1 000 m)。從北東到南西，巖體長(zhǎng)度約18～20 km，從東到西巖體寬度約7～9 km，推斷巖體面積約150 km2。小明山巖體走向近北北東向。平何凸起頂界面埋深約為500 m，小明山凸起頂界面埋深約為850 m(取平何一帶地表標(biāo)高550 m，平何凸起的標(biāo)高為50 m，取小明山一帶標(biāo)高700 m，小明山凸起的標(biāo)高為-150 m)，巖體長(zhǎng)度約13 km，寬度約9 km，巖體面積為100 km2。在該研究區(qū)施工的鉆孔ZK31901及ZK40004分別在580 m(標(biāo)高-207.6 m)、989.65 m(標(biāo)高-579.45 m)揭露到隱伏巖體，證實(shí)了隱伏巖體的存在。

對(duì)反演的西大明山隱伏巖體不同深度的分布特征剖析(圖10)，在海拔-1 000 m深度以內(nèi)反演的低密度體(圖10a)，此圖由西向東反映了以下巖體信息：西大明山地區(qū)隱伏花崗巖出現(xiàn)了4個(gè)不連續(xù)的巖體，呈單獨(dú)的巖株?duì)?，分別為平何、小明山、大明山、鳳凰山巖株，出露的范圍以小明山最小，展布方向均無(wú)明顯規(guī)律性。在海拔-2 000 m深度(圖10b)，小明山巖體出露更加明顯，范圍也更加大，展布方向?yàn)楸睎|向，大明山與鳳凰山巖體隨著深度的增加出露的范圍更大，且相連接的趨勢(shì)更加明顯。在海拔-3 000 m深度(圖10c)，此時(shí)在該地區(qū)就只有小明山與大明山兩個(gè)巖體，小明山巖體為北東向走向，二大明山巖體則為一個(gè)近南北向的倒鉤狀巖體。在海拔-5 000 m深度(圖10d)，清晰明了地展現(xiàn)了以小明山巖體和大明山巖體為主的結(jié)構(gòu)。

圖10是對(duì)反演的西大明山隱伏巖體不同深度的分布特征剖析。

圖10 西大明山隱伏巖體不同深度三維分布特征Fig.10 3D distribution model of hidden rock mass at different depths in western Daming mountain area 注：色階條為密度差，單位：g/cm3；底圖為垂直于z方向的不同深度切片

4 深部找礦意義研究

巖漿巖的控礦作用具有一定的專屬性，在時(shí)間、空間上具有明顯的相關(guān)特征。巖體的定位將為地質(zhì)找礦提供有力的依據(jù)。巖漿巖的形體對(duì)礦床有一定的控制作用，特別是隱伏巖體花崗巖侵位上拱高點(diǎn)形成的花崗巖巖凸、巖凹部位圍巖中形成非常發(fā)育的張性裂隙，提供了良好的賦礦空間。巖體的內(nèi)外接觸帶也是成礦的有利部位。從本次三維重力反演中切取的一條與CSAMT、高精度磁測(cè)剖面重合的剖面，利用CSAMT、密度、磁化率獨(dú)立反演結(jié)果，結(jié)合物性資料，建立相互約束的統(tǒng)計(jì)方案，進(jìn)行重磁電聯(lián)合反演[12-17]。推斷出隱伏巖體的起伏界面。從反映鳳凰山巖體凸起帶的4號(hào)剖面的反演和解釋看(圖11)，電法在4 900～5 900點(diǎn)號(hào)之間深部存在一高阻體，埋深約在高程-600 m，距離地表約有900 m，兩側(cè)存在明顯的磁異常，推斷此高阻體為侵入的巖體。重力擬合反演結(jié)果表明，重力低異常為一個(gè)大型隱伏巖體引起，其中部頂界面存在一個(gè)局部凸起區(qū)，最高處埋深約為950 m，和電法推斷基本吻合。

利用本次重力三維反演成果及1∶5萬(wàn)重磁電聯(lián)合反演推斷的隱伏巖體凸起帶的展布特征，參考測(cè)區(qū)以往的研究成果，構(gòu)建了測(cè)區(qū)的成礦模式(圖11)及西大明山地區(qū)地質(zhì)-地球物理-地球化學(xué)綜合找礦模型要素表(表2～表4)。認(rèn)為沿巖體凸起帶及兩側(cè)區(qū)域、構(gòu)造-蝕變區(qū)、化探組合元素異常區(qū)、高磁異常區(qū)等，是成礦的有利地段。其中，斷裂、次級(jí)斷裂、斷裂復(fù)合部等斷裂破碎帶型Pb、Zn、Ag礦床；背斜軸部和兩翼的張裂、層間裂隙的石英脈型Pb、Zn、Ag礦床以及巖體凸起區(qū)內(nèi)外接觸帶的蝕變巖型W、Sn、Cu礦床，是區(qū)內(nèi)主要的成礦類型，具有銀、金、鎢、鉍、鉛鋅等礦種很好的找礦前景。

圖11 西大明山地區(qū)剖面綜合推斷及成礦模式Fig.11 Comprehensive section inference and metallogenic model map of western Daming mountain area

表2 西大明山地區(qū)地質(zhì)-地球物理-地球化學(xué)綜合找礦模型地質(zhì)情況

表3 西大明山地區(qū)地質(zhì)-地球物理-地球化學(xué)綜合找礦模型地球物理情況

表4 西大明山地區(qū)地質(zhì)-地球物理-地球化學(xué)綜合找礦模型地球化學(xué)情況

5 結(jié) 論

1)利用地球物理資料、鉆孔信息加上地質(zhì)概念模型，結(jié)合區(qū)域密度測(cè)量和統(tǒng)計(jì)規(guī)律確定各地層和巖體參考值和上下邊界值，加入到RGIS軟件的三維重磁模型編輯程序，采用二維多輪廓線重構(gòu)三維形體，將三維自動(dòng)反演的體數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為三維人機(jī)交互正反演的模型數(shù)據(jù)，使用三維人機(jī)交互正反演程序完成了后期的反演。結(jié)果表明，該三維反演策略具有高分辨率、與巖體和地層分布吻合良好的特征。

2)利用重磁反演三維模型并結(jié)合前人研究成果建立了地質(zhì)-地球物理-地球化學(xué)綜合找礦模型，認(rèn)為沿巖體凸起帶及兩側(cè)區(qū)域、構(gòu)造-蝕變區(qū)、化探組合元素異常區(qū)、高磁異常區(qū)等，是成礦的有利地段。其中，斷裂、次級(jí)斷裂、斷裂復(fù)合部等斷裂破碎帶型Pb、Zn、Ag礦床；并提出了多處深部找礦靶區(qū)。

3)通過(guò)本次研究為廣西其他隱伏巖體的空間形態(tài)研究及深部找礦預(yù)測(cè)工作提供了范例。