山東齊河—禹城地區(qū)重磁場特征及找礦預測

周明磊，汝亮，朱裕振，于長春，吳成平，高志軍，張文艷，邵玉寶

(1.山東省煤田地質(zhì)規(guī)劃勘察研究院，山東 濟南 250104； 2.中國地球物理學會 煤田地球物理重點實驗，山東 濟南 250104； 3.山東省煤炭資源數(shù)字化工程技術(shù)研究中心，山東 濟南 250104； 4.中國自然資源航空物探遙感中心，北京 100083)

0 引言

通過以往航空磁測和地面物探測量工作，在山東省齊河—禹城地區(qū)發(fā)現(xiàn)明顯的重磁異常。山東省煤田地質(zhì)規(guī)劃勘察研究院于2013年開始實施山東省地質(zhì)勘查項目，并于2015年在李屯地區(qū)發(fā)現(xiàn)了平均品位56.75%、單鉆孔見礦厚度119.67 m的矽卡巖型富鐵礦[1-4]。同期，中化地質(zhì)礦山總局山東地質(zhì)勘查院在齊河縣大張地區(qū)實施兩個鉆孔，全部見礦。2019年，山東省地質(zhì)調(diào)查院在潘店地區(qū)實施一個鉆孔，在1 444 m處揭露磁鐵礦體，揭示本區(qū)找礦潛力巨大?；谝延械牡刭|(zhì)及物探資料、前人也做了大量研究，如沈立軍等對該地區(qū)的成礦地質(zhì)情況進行了初步研究[5]；2016年在該地區(qū)開展了1∶1萬高精度地面磁測，郭延明等對潘店—李屯地區(qū)的地磁異常進行了研究，圈定了成礦靶區(qū)[6]；朱裕振等對該地區(qū)進行了磁化率三維反演工作[7]；2017年在該地區(qū)開展了1∶5萬航空重磁測量，吳成平、于長春等通過空、地磁場殘差計算與巖礦石的物性特征分析，總結(jié)了航空重、磁異常特征，進行了巖性填圖及找礦預測工作等[8-9]。

該區(qū)上覆新生界厚度大于500 m，礦體埋藏較深，鐵礦體引起的物探異常信息較弱[8],找礦難度較大。本文在前期找礦勘探工作的基礎上[10-18]，依據(jù)區(qū)域地質(zhì)背景分析和最新鐵礦區(qū)巖(礦)石的物性特征測量結(jié)果[9]，結(jié)合航空重磁、地面高精度磁測與其他勘探資料，重新進行精細化處理。分析了該區(qū)礦致異常的重、磁異常場平面及剖面特征，建立富鐵礦直接找礦標志，確定了重點勘查區(qū)，為該地區(qū)尋找深部磁鐵礦體提供參考依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景及巖石物性特征

1.1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)位于魯西隆起區(qū)的西北邊緣，處于華北坳陷區(qū)與魯西隆起區(qū)的連接部位[19]。地層由老至新為寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系、新近系及第四系。構(gòu)造以斷裂構(gòu)造為主，斷層的性質(zhì)與產(chǎn)狀主要受齊廣斷裂、聊考斷裂等區(qū)域性斷裂構(gòu)造的控制。研究區(qū)為第四系全覆蓋、構(gòu)造基底為新太古界泰山巖群，燕山運動在本區(qū)活動強烈，并形成以斷陷、斷隆為主要特征的構(gòu)造格局(圖1)。

區(qū)內(nèi)巖漿巖為隱伏產(chǎn)出，根據(jù)鉆探揭露，侵入巖以中基性巖為主，主要為閃長巖類和輝長巖類。磁鐵礦體賦存于中基性巖漿巖與奧陶紀灰?guī)r的接觸帶上，為矽卡巖型礦床。奧陶系灰?guī)r在濟南出露較多，巖性主要為中—厚層狀灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖等，覆蓋區(qū)經(jīng)鉆探見到的灰?guī)r巖性與此基本一致。

據(jù)以往研究成果[20-21]，濟南周邊地區(qū)與磁鐵礦成礦條件密切相關的層段有北庵莊組、五陽山組、八陡組等，該層段多發(fā)育含鈣質(zhì)較高、厚層狀、塊狀、性脆的純灰?guī)r，東風鐵礦、王舍人莊鐵礦等濟南周邊鐵礦大多產(chǎn)出于該層段。另外，角礫巖的發(fā)育有利于層狀巖體與多層巖體的發(fā)育，含GaO高、含MgO略高的灰?guī)r對成礦有利。奧陶系灰?guī)r應為研究區(qū)必要的成礦因素，為控礦圍巖。

圖1 齊河—禹城及周邊地區(qū)區(qū)域構(gòu)造[1]Fig.1 Regional structure sketch of Qihe-Yucheng and surrounding areas[1]

1.2 物性特征

通過鉆孔巖心物性測試可知[9]，研究區(qū)磁鐵礦密度最大、磁性最強、電阻率最低，磁化率均值為 96 200×10-5SI，密度平均值為 4.18×103kg/m3，電阻率平均值為63 Ω·m。沉積巖磁性普遍較弱，個別泥巖、粉砂巖和砂巖由于含有磁性礦物而具有弱磁性；新近系沉積巖為低密度巖層，密度平均值為1.93×103kg/m3；寒武、奧陶系地層中灰?guī)r密度平均值為2.71×103kg/m3。變質(zhì)巖的磁性變化較大，大理巖、角閃片巖、黑云片巖類磁性弱，泰山巖群磁性較強；變質(zhì)巖的密度較大，常見值為(2.94～2.97)×103kg/m3。侵入巖中閃長巖和花崗閃長巖等磁化率平均值為4 267×10-5SI，閃長巖類密度為(2.52～2.83)×103kg/m3；花崗巖類磁化率均值約為400×10-5SI，密度為(2.61～2.62)×103kg/m3。

2 重磁異常特征

2.1 礦致異常的航空重磁異常特征

研究區(qū)航磁異常走向近NNE20°，由多個磁異常組合而成(圖2a、圖2b)，異常帶寬而緩，最大長度約33 km，寬度約5～8 km。航磁異常自北向南可分為3個主要的封閉異常，分別為李屯磁異常、潘店磁異常及大張磁異常。由多處鉆孔鉆探結(jié)果可知，磁異常區(qū)下方深部均見閃長巖、輝石閃長巖、輝長巖等中基性巖體和磁鐵礦體。巖心物性測量結(jié)果表明中基性巖體和磁鐵礦體磁性較強，推斷這3個區(qū)域磁異常主要由中基性巖體引起，局部疊加的磁異常多數(shù)由磁鐵礦引起，為礦致異常。

李屯地區(qū)布設鉆孔6處，其中見礦鉆孔ZK1見富鐵礦119.67 m、ZK6見富鐵礦95 m、ZK5見富鐵礦58 m、ZK0701見富鐵礦化。這4個見富鐵礦鉆孔與李屯異常疊加的局部磁異常密切相關，該局部異常在航磁ΔT化極剩余磁異常圖和航磁ΔT化極垂向一階導數(shù)圖上清晰顯示為次級正異常。經(jīng)綜合分析，認為3個鉆孔對應的異常為典型的礦致異常。

a—航磁ΔT等值線；b—航磁ΔT化極等值線；c—航磁ΔT化極剩余磁異常等值線；d—剩余重力異常；e—航磁ΔT化極垂向一階導數(shù)；f—剩余重力異常垂向一階導數(shù)a—airborne magnetic total field; b—contour map of airborne magnetic reduce to pole field;c—residual magnetic anomaly of airborne magnetic reduce to pole field; d—residual gravity anomaly map;e—vertical first derivative of airborne magnetic reduce to pole field; f—vertical first derivative of residual gravity anomaly圖2 航空重磁異常平面特征Fig.2 Plane distribution map of airborne gravity anomaliy and aeromagnetic anomaly characteristics

潘店地區(qū)布設鉆孔1處，PZK1見礦57 m。潘店航磁異常長約11 km、寬8～9 km，異常極大值較小、約180 nT；化極及延拓后磁異常軸線偏移距相對較大，反映含鐵強磁性體埋藏較深。潘店地區(qū)見礦鉆孔位于航磁ΔT異常北側(cè)梯度帶的中間部位，在航磁ΔT化極剩余磁異常和航磁ΔT化極垂向一階導數(shù)磁異常的正異常中心附近位置，和李屯地區(qū)鐵礦見礦位置所處磁異常部位的情況較類似，認為PZK1對應的局部磁異常為典型的礦致異常。

大張地區(qū)布設鉆孔10處，其中主要見礦鉆孔ZK001見礦26 m。大張航磁異常長約9 km、寬6～7 km，異常峰值較大、達540 nT，化極后磁異常軸線偏移距離相對較小，反映了含鐵強磁性體埋藏較淺。大張地區(qū)見礦鉆孔位于航磁ΔT化極垂向一階導數(shù)和航磁ΔT化極剩余磁異常的正異常中間偏南的梯度陡變部位，鐵礦見礦位置所處磁異常的部位和李屯、潘店地區(qū)的情況略有不同。

區(qū)內(nèi)剩余布格重力異常整體呈SN向展布(圖2d)，在區(qū)內(nèi)形成3個重力高值區(qū)，分別對應大張巖體、潘店巖體和李屯巖體。李屯、潘店、大張地區(qū)見礦位置均位于剩余重力異常和剩余重力異常垂向一階導數(shù)等值線密集區(qū)或重力梯級帶部位。

2.2 礦致異常的地面磁測異常特征

根據(jù)1∶1萬高精度地磁結(jié)果(圖3)，李屯地磁異常和潘店地磁異常在形態(tài)上和航磁異常大致相同，地磁異常反映了更多的細節(jié)。李屯地磁異常范圍較大、異常中心峰值高達400 nT，潘店磁異常幅值相對較小、最大值為180 nT。

a—ΔT化極等值線；b—ΔT化極剩余磁異常等值線；c—ΔT化極垂向一階導數(shù)a—ground magnetic reduce to pole field contour map; b—residuamagnetic anomaly map of reduce to pole field; c—vertical first derivative map of magnetic reduce to pole field圖3 高精度地磁異常等值線Fig.3 Contour map of high precision ground geomagnetic anomaly

李屯地區(qū)見礦鉆孔均位于李屯地磁ΔT異常和地磁ΔT化極異常的中間部位，在地磁ΔT化極垂向一階導數(shù)的中心附近位置，結(jié)合前面的航空重磁異常特征，認為該區(qū)見礦鉆孔對應的異常為典型的礦致異常。

潘店地區(qū)見礦鉆孔位于潘店地磁ΔT異常和地磁ΔT化極異常的正異常中心偏邊部位置，在地磁ΔT化極垂向一階導數(shù)的中心附近位置，與航磁異常見礦位置基本一致，認為該區(qū)見礦鉆孔對應的異常為典型的礦致異常。

2.3 礦致異常的重磁剖面異常特征

圖4為HP5線(具體位置見圖2)反演推斷綜合剖面，剖面長40.0 km，方位角為12.3°，點號為100～40 100點，該剖面所在位置全部為第四系覆蓋，第四系與新近系總厚度在600～1 000 m，ΔT剖面線上存在3處明顯的高磁異常，由南往北依次對應大張磁異常、潘店磁異常和李屯磁異常。

區(qū)內(nèi)鉆孔見到鐵礦體埋藏較深，引起異常較小，通過正演計算李屯鐵礦體引起的磁異常值為146 nT，重力異常值為0.6 mGal，潘店鐵礦體引起的磁異常值為120 nT，重力異常值0.3 mGal，大張鐵礦體引起的磁異常值為139 nT，重力異常值為0.4 mGal，而區(qū)內(nèi)磁場值為-301～420 nT，相對重力值為-29.2～-4.5 mGal。

大張巖體重磁異常整體偏高，其峰值為剖面內(nèi)最高值，化極后大張磁異常峰值減小，李屯磁異常峰值增大。鉆孔資料顯示大張異常區(qū)內(nèi)新生界比李屯異常區(qū)薄150 m、巖體埋深相對較淺，其中李屯地區(qū)新生界厚度在750 m以上，巖體頂面埋深約900 m，巖體最厚處約3.5 km，導致重力異常不明顯；潘店異常區(qū)新生界厚約820 m，古生界底板埋深約1 480 m，巖體頂板埋深約1 500 m。 見礦鉆孔ZK1、 ZK001均位于磁ΔT化極異常曲線的峰值處，擬合結(jié)果顯示ZK1鉆孔所見磁鐵礦體可向西北延伸到3 km處。

圖4 HP5線重磁反演剖面Fig.4 Gravity magnetic inversion profile of line HP5

3 找礦預測

3.1 鐵礦重磁異常找礦標志

通過對本區(qū)礦致異常的航空重磁和地面磁測異常特征分析，得出區(qū)內(nèi)鐵礦重磁異常找礦標志為：① 剩余重力異常和剩余重力垂向一階導數(shù)等值線密集區(qū)或梯級帶位置；② 航磁ΔT異?？空惓Ｖ胁康牡戎稻€密集區(qū)或梯級帶部位；③ 航磁ΔT化極垂向一階導數(shù)靠正磁異常中部的等值線密集區(qū)或梯級帶部位；④ 航磁ΔT化極剩余磁異常和航磁ΔT化極垂向一階導數(shù)的中心位置；⑤ 地磁ΔT異常和地磁ΔT化極異常的中間部位或正異常中心偏邊部位置；⑥ 地磁ΔT化極垂向一階導數(shù)的中心附近位置。

3.2 找礦靶區(qū)

找礦靶區(qū)以不漏礦為原則，依據(jù)鐵礦重磁異常找礦標志，主要按磁ΔT化極、磁ΔT化極垂向一階導數(shù)和磁ΔT化極總梯度模的高值異常(圖5)、結(jié)合鉆探和其他地質(zhì)研究成果(如隱伏中基性巖體空間分布特征)進行圈定，最終圈定了找礦靶區(qū)6個(圖6)，其中A1區(qū)位于大張磁異常的南部，面積約14.5 km2；A2區(qū)位于潘店磁異常的西部，面積約8.7 km2；A3、A4區(qū)為李屯磁異常的局部異常區(qū)，面積分別約為17.1 km2、2.4 km2；A5區(qū)位于研究區(qū)的中東部，面積約5.6 km2；A6區(qū)位于研究區(qū)的東北部，面積約7.3 km2。截至2019年底，大張找礦靶區(qū)(A1)、潘店找礦靶區(qū)(A2)、李屯找礦靶區(qū)(A3)均見礦，為一級找礦靶區(qū)，其他靶區(qū)為二級找礦靶區(qū)。3個一級找礦靶區(qū)富鐵礦儲量嚴格按照鉆孔投影面積、厚度、密度和產(chǎn)狀計算估算推斷的資源量為4 297萬t，目前鉆探工作仍在繼續(xù)，齊河—禹城地區(qū)有望成為大型富鐵礦產(chǎn)地。

3.3 重點勘查區(qū)

為了縮小找礦靶區(qū)，提高鉆探見礦成功率，根據(jù)鐵礦重磁異常找礦標志和見礦鉆孔與局部磁異常的位置關系，主要按磁ΔT化極垂向一階導數(shù)、磁ΔT化極剩余異常和磁ΔT化極總梯度模的中心部位以及重磁剖面反演結(jié)果及其他地質(zhì)勘探資料，參考剩余重力異常和剩余重力垂向一階導數(shù)的特征，在圈定找礦靶區(qū)基礎上，進一步確定重點勘查區(qū)7處(圖6)。重點勘查區(qū)是優(yōu)先布設鉆探孔位的區(qū)域。

目前，已在3處重點勘查區(qū)進行了鉆孔驗證并見礦，在1處重點勘查區(qū)的邊緣進行了鉆孔(ZK3、ZK4)但未見礦，另外3處靶區(qū)尚未開展鉆孔驗證。

圖5 航磁ΔT化極總梯度模等值線Fig.5 Total gradient amplitude contour map of airborne magnetic reduce to pole field

圖6 找礦靶區(qū)及重點勘查區(qū)Fig.6 Map of prospecting the target areas and key exploration areas

4 結(jié)論

本區(qū)礦床成因類型屬接觸交代(矽卡巖)型磁鐵礦床，磁鐵礦埋藏深，圍巖磁性較強，礦體引起的地球物理信息弱緩，找礦難度較大。本文通過對見礦鉆孔周邊的航空重磁異常平面特征、地面磁測異常特征和重磁剖面異常特征的綜合分析，得出本區(qū)的礦致異常特征，并以此為依據(jù)，總結(jié)找礦標志，確定了找礦靶區(qū)和重點勘查區(qū)，為下一步找礦鉆探工作部署提供依據(jù)。

1) 本文依據(jù)1∶1萬地面高精度磁測、1∶5萬航空物探(磁、重)測量等工作，綜合分析航磁和地磁數(shù)據(jù)化極、垂向一階導數(shù)、求剩余、總梯度模以及航重剩余、垂向一階導數(shù)等方法處理結(jié)果，結(jié)合鉆探資料，總結(jié)出該地區(qū)富鐵礦找礦標志為局部疊加的磁重同高異?；蚋叽女惓?。

2) 以大比例尺高精度磁重資料為主，結(jié)合地質(zhì)、鉆探資料進行綜合分析，圈定了重點勘查區(qū)7處，為該區(qū)今后的找礦勘探工作部署提供依據(jù)。

3) 齊河—禹城地區(qū)有望建成山東省大型富鐵礦基地，對緩解我國富鐵礦資源所面臨的嚴峻形勢，提高我國鐵礦資源保障程度具有重要的戰(zhàn)略意義。