河南新蔡縣練村一帶地球物理特征及找礦遠(yuǎn)景

柴重陽，李珂瑩，申開洪，姬寅東，李萬忠，宋立強(qiáng)

(1.河南省地質(zhì)科學(xué)研究所，河南 鄭州 450001；2.河南省金屬礦產(chǎn)成礦地質(zhì)過程與資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州 450001；3.河南省資源環(huán)境調(diào)查五院，河南 鄭州 450001)

0 引言

練村磁異常區(qū)位于河南省新蔡縣南東方向練村一帶，為豫東平原覆蓋區(qū)，地表無基巖出露。20世紀(jì)七八十年代，原河南省地質(zhì)局測(cè)繪隊(duì)在新蔡一帶圈定6個(gè)1∶5萬航磁異常(本文以C01～C06進(jìn)行編號(hào))，其中C04航磁異常涉及練村工作區(qū)，后期原河南省地質(zhì)十隊(duì)對(duì)練村地區(qū)航磁異常進(jìn)行了查證，由于當(dāng)時(shí)鉆探的施工技術(shù)水平有限，未達(dá)到地質(zhì)目的?；诮暝诤幽鲜￠_展的鐵礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)工作，本次在練村一帶開展1∶5萬地面高精度磁法測(cè)量等物探工作，進(jìn)一步確定磁異常地質(zhì)體，并反演埋藏深度，采用鉆探工程對(duì)獲取的磁異常進(jìn)行驗(yàn)證，并探求資源量，對(duì)該區(qū)鐵礦資源潛力進(jìn)行評(píng)價(jià)，達(dá)到基礎(chǔ)地質(zhì)先行的目的。本次工作成果探明練村工作區(qū)磁異常由埋深較淺的含鐵礦化體引起，鐵礦化體賦存于太古宇太華巖群鐵山廟組內(nèi)，具有埋深淺、緩傾斜的特征。綜合探礦成果表明練村工作區(qū)深部具有尋找大型沉積變質(zhì)型鐵礦床的潛力。

1 地質(zhì)概況

1.1 區(qū)域地質(zhì)背景

工作區(qū)大地構(gòu)造位置位于華北陸塊南部、三門峽—魯山—固始深大斷裂帶北東盤的西平—平輿凸起。地層分區(qū)屬華北地層區(qū)豫東南分區(qū)，具典型的雙層結(jié)構(gòu)，基底巖系主要為太古宇太華巖群含鐵巖系，蓋層巖系主要為古生界寒武—奧陶系、中生界侏羅—白堊系及新生界古近系—第四系。區(qū)域上構(gòu)造格架表現(xiàn)為NW向片麻巖穹隆和NW與NE—NNE向斷裂交織的斷塊(中新生代盆嶺構(gòu)造)，NW向片麻巖穹隆在空間上控制著該區(qū)域內(nèi)太古宇沉積變質(zhì)鐵礦床的分布，區(qū)內(nèi)巖漿巖不發(fā)育(圖1)。成礦區(qū)帶上位于河南魯山—舞陽—新蔡—安徽霍丘沉積變質(zhì)鐵礦成礦帶的中東部地段，成礦條件較為有利[1-2]。

圖1 研究區(qū)區(qū)域地質(zhì)略圖(據(jù)文獻(xiàn)[3]修編)

1.2 礦區(qū)地質(zhì)特征

1.2.1 礦區(qū)地質(zhì)概況

由于新生代的沉陷作用，練村工作區(qū)為第四系黃土覆蓋，無基巖出露。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料及本次工作鉆孔揭露情況進(jìn)行綜合判斷，推測(cè)工作區(qū)地層主要由新生界蓋層巖系和太古宇基底巖系組成，與鐵礦床關(guān)系密切的為太古宇鐵山廟組。工作區(qū)鉆孔已揭露的鐵山廟組巖石組合自下而上分別為①含石榴子石斜長(zhǎng)角閃片麻(石英)巖、黑云更長(zhǎng)變粒巖、黑云斜長(zhǎng)角閃片麻巖；②含陽起磁鐵石英巖夾黑云二長(zhǎng)變粒巖、磁鐵角閃石巖；③斜長(zhǎng)角閃石巖、角閃斜長(zhǎng)片麻巖、黑云斜長(zhǎng)變粒巖；④含磁鐵礦(角閃)石英片巖、條帶狀(角閃)磁鐵石英巖。新生代松散沉積物，厚700～800 m，不整合覆蓋于基底地層之上[4]。NW向區(qū)域構(gòu)造在練村工作區(qū)漸變?yōu)镹WW向，其與NNE向區(qū)域構(gòu)造構(gòu)筑了區(qū)內(nèi)構(gòu)造格架，并控制基底的凸起凹陷和太古宇沉積變質(zhì)型鐵礦床的分布及埋深。區(qū)內(nèi)已施工鉆孔未發(fā)現(xiàn)巖漿巖體。

1.2.2 礦體特征

練村鐵礦體主要分布于太古宇太華巖群鐵山廟組中，礦體呈層狀、似層狀產(chǎn)出，涂恩照等[5]對(duì)練村鐵礦成因進(jìn)行研究，認(rèn)為練村鐵礦床屬沉積變質(zhì)型鐵礦。本次工作通過稀疏鉆孔工程控制，揭露多層鐵礦體，根據(jù)巖性組合自下而上分為C1、D1兩個(gè)礦段。其中DC04-1地磁異常區(qū)揭露C1、D1兩個(gè)礦段，其中C1礦段由5層鐵礦體組成，D1礦段由1層鐵礦體組成；DC04-2地磁異常區(qū)揭露C1一個(gè)礦段，由2層鐵礦體組成。表1為鉆孔揭露DC04-1異常區(qū)C1、D1礦體具體特征。

表1 DC04-1異常區(qū)鉆孔特征

根據(jù)綜合地質(zhì)成果推測(cè)D1礦體在ZK0101以北呈近水平狀態(tài)，ZK0101以南礦體產(chǎn)狀整體向南傾斜，傾角約30°；C1礦體產(chǎn)狀整體向南傾斜，傾角30°～40°，在ZK0102以北受斷層作用，礦體傾角變緩，傾角10°～20°，兩個(gè)礦段間距40～200 m(圖2)。

圖2 DC04-1異常區(qū)01線剖面示意圖

DC04-2異常區(qū)亦揭露了C1礦段，其由單孔控制、2層鐵礦體組成。礦體埋深900～937 m，真厚度22.84 m，鐵平均品位為w(TFe)=23.67%～26.12%、w(mFe)=18.10%～22.40%。根據(jù)鉆探揭露成果、地磁測(cè)量成果，推測(cè)鐵礦體向北傾斜，傾角30°～40°。

1.2.3 礦石特征

礦石礦物主要為磁鐵礦、假象赤鐵礦，少量黃鐵礦；脈石礦物為石英、黑云母(綠泥石)、角閃石、斜長(zhǎng)石、陽起石等；微量礦物有磷灰石。礦石結(jié)構(gòu)以細(xì)粒柱粒變晶結(jié)構(gòu)、細(xì)粒粒柱變晶結(jié)構(gòu)為主；礦石構(gòu)造以條帶狀構(gòu)造為主，主要由淺色礦物如石英、斜長(zhǎng)石和暗色礦物如陽起石、磁鐵礦等組成條帶相間的條帶狀構(gòu)造，條帶寬1～50 mm，磁鐵礦條帶最寬為10 cm。按礦物成分劃分練村鐵礦床礦石類型，其中(角閃)磁鐵石英巖型鐵礦石主要分布于D礦組，含陽起磁鐵石英巖型鐵礦石主要分布于C礦組。

鏡下觀察磁鐵礦形態(tài)多樣，自形—半自形晶、他形粒柱均有發(fā)育，其長(zhǎng)軸方向沿片理或條帶呈定向排列。其粒度多在0.05～0.5 mm之間，一般隨條帶而變化，在以磁鐵礦為主的暗色條帶中，磁鐵礦粒度多在0.1～0.5 mm之間；石英為主的淺色條帶中，磁鐵礦粒度多在0.1 mm以下，且較自形，多包在石英顆粒中。假象赤鐵礦由磁鐵礦氧化形成，呈其假象，正交偏光下具致密的交織狀構(gòu)造；黃鐵礦呈半自形粒柱，粒徑多在0.02～0.06 mm之間，呈團(tuán)塊狀聚集，不均勻零散分布；石英為礦石中主要的脈石礦物，呈粒狀互相嵌生，粒徑多在0.05～0.36 mm之間，其中常包有較自形的細(xì)小磁鐵礦；陽起石呈變晶柱狀、纖柱狀，長(zhǎng)軸多在0.08～1.35 mm之間，大致定向排列，呈條帶狀聚集。

2 物性特征

2.1 磁性特征

練村工作區(qū)為第四系覆蓋，其巖石標(biāo)本主要來自鉆孔巖心。區(qū)內(nèi)鐵礦化體的正常圍巖為太華巖群鐵山廟組片麻巖系列。由表2可知，磁鐵礦的磁化率相對(duì)圍巖較高，表現(xiàn)為高磁化特征，顯示區(qū)內(nèi)具有較好的磁法找礦前提。

表2 巖(礦)石物性參數(shù)統(tǒng)計(jì)

2.2 電性差異

通過對(duì)舞陽—新蔡鐵成礦帶已知電性資料進(jìn)行收集整理，得到部分巖性電性特征：新生界覆蓋層的電阻率為15～100 Ω·m，極化率為0～2%；太華巖群片麻巖的電阻率為500～5000 Ω·m，極化率為0～2%；磁鐵礦石的電阻率為120～190 Ω·m，極化率為10%～50%[6]。電性差異顯示賦存于太華巖群內(nèi)的鐵礦(化)體與圍巖相比具有低電阻高極化率的特征，為工作區(qū)引用電磁測(cè)深方法研究磁性地質(zhì)體提供了基礎(chǔ)[7]。

3 地球物理異常特征

3.1 磁異常特征

3.1.1 1∶5萬航磁異常特征

區(qū)域上新蔡一帶磁異常為處于豫中開闊平靜負(fù)磁場(chǎng)內(nèi)(汝陽—舞陽—新蔡N(yùn)W向帶狀負(fù)磁場(chǎng))的正異常，呈NW向—NWW向展布。結(jié)合魯山—舞陽—新蔡—安徽霍丘沉積變質(zhì)鐵礦成礦帶上已知礦床研究和鉆探驗(yàn)證成果，推測(cè)豫中開闊平靜負(fù)磁場(chǎng)區(qū)反映了華北陸塊南緣埋深較淺的古生界和太古界無磁性—弱磁性沉積地層的特征；區(qū)內(nèi)范圍不一、場(chǎng)值不等的近等軸狀磁異常，多由太古宇太華巖群含鐵變質(zhì)巖系或中生界侏羅系、白堊系引起[8-9]。

圖3為新蔡一帶1∶5萬ΔΤ航磁異常平面圖，其中C04航磁異常涉及練村工作區(qū)，走向NWW向，由兩個(gè)異常中心組成，長(zhǎng)軸長(zhǎng)9.0 km，短軸寬約2.5 km，異常極大值為150 nT，北側(cè)伴有低值負(fù)磁異常，極小值為-475 nT，磁異常等值線展布密集[10]。結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料，推測(cè)練村一帶C04航磁異常深部具有較好的找礦前景。

圖3 航磁異常ΔΤ等值線綜合平面圖

3.1.2 1∶5萬地磁異常特征

此次物探工作首先采用1∶5萬地面高精度磁法掃面圈定具進(jìn)一步工作價(jià)值的地磁異常，獲取細(xì)節(jié)更加豐富、定位更加準(zhǔn)確的磁異常，并在一定層面上起到促使航磁落地的作用[11]。此次高精度磁測(cè)工作測(cè)網(wǎng)為500 m×100 m，測(cè)線方向?yàn)?°，SN向展布。按照規(guī)范要求，在開工前和收工后對(duì)投入生產(chǎn)的4臺(tái)(套)HC-95a型高精度磁力儀進(jìn)行儀器噪聲水平測(cè)定、一致性試驗(yàn)、觀測(cè)精度、穩(wěn)定性試驗(yàn)等工作。本次高精度磁測(cè)工作日變站根據(jù)航磁異常圖選擇在平穩(wěn)異常區(qū)，確保在2 m范圍內(nèi)磁測(cè)變化小于2.5 nT，基點(diǎn)值采用采集數(shù)據(jù)的平均值，選定該區(qū)域T0值為50 490 nT。

圖4為練村一帶地磁異常等值線圖，以零等值線圈閉DC04地磁異常，形似蝌蚪，具有兩個(gè)明顯的異常中心，異常極大值為390 nT，北側(cè)伴生有-250 nT～-340 nT的負(fù)異常，磁異常等值線北側(cè)、西側(cè)展布密集，向南、向東方向凸出、等值線相對(duì)變稀。

圖4 練村一帶地磁異常ΔΤ等值線綜合平面圖

圖5為練村一帶磁測(cè)化極異常等值線圖，化極后，異常幅值增大，等值線排列密集，異常中心向NNE向平移約1.7 km，異常整體形態(tài)較化極前后基本一致。根據(jù)化極處理后的異常形態(tài)將DC04磁異常進(jìn)一步劃分為3個(gè)局部異常(DC04-1、DC04-2、DC04-3)。并通過切線法和特征點(diǎn)法分別求得異常區(qū)磁性體頂板埋深，DC04磁異常具體特征見表3。

圖5 練村一帶地磁異常ΔΤ化極等值線綜合平面圖

表3 練村一帶局部異常編號(hào)及異常特征

結(jié)合圖3、圖4可知，1∶5萬航磁、地磁異常形態(tài)基本一致，但地磁異常細(xì)節(jié)更加豐富，異常定位、異常賦值更加精準(zhǔn)[12]，異常形態(tài)更加明確。1∶5萬航磁顯示了區(qū)域的異常信息，尤其為舞陽—新蔡覆蓋區(qū)尋找隱伏鐵礦體起到重要指示作用；1∶5萬地磁掃面工作，間接驗(yàn)證了航磁異常成果，一定層面上促使航磁落地。通過對(duì)地磁異常數(shù)據(jù)的處理、細(xì)化，對(duì)異常進(jìn)行初步分析，為進(jìn)一步的異常驗(yàn)證及地質(zhì)探礦工作提供基礎(chǔ)。

3.2 綜合物探剖面異常

在地磁異常的基礎(chǔ)上采用1∶1萬高精度磁法剖面測(cè)量對(duì)1∶5萬地面高精度磁異常進(jìn)行檢查與解釋，并結(jié)合1∶1萬可控源電磁測(cè)深反演磁性地質(zhì)體埋深并推測(cè)其規(guī)模、產(chǎn)狀，剖面布設(shè)垂直于磁異常整體走向。

對(duì)練村工作區(qū)完成的8條高磁剖面采用 GeoExpl 軟件中的二維反演程序進(jìn)行半定量計(jì)算。采用參數(shù)：磁化強(qiáng)度J=20 000×10-3A/m，磁化傾角52°，磁偏角-4.9°，二度體外側(cè)外延1～2 km。8條高磁剖面定量解釋結(jié)果顯示，重要等效磁性體南傾，傾角10°～30°，厚度20～120 m，由北向南逐漸變??；在北部存在一個(gè)疊加礦體，可能向北傾，延伸較小，推測(cè)其與南部礦體位于隆起的兩側(cè)。以綜合剖面01線為例，反演推測(cè)一個(gè)磁性體(磁異常也可解釋為由多個(gè)延伸較小的磁性體組成)，頂部埋深730～1210 m，磁性體主要傾向南，傾角約10°，北段埋深較淺，厚度較大，推測(cè)最厚處約100 m，向南埋深增大，厚度減小，推測(cè)磁性體頂部出露范圍應(yīng)與化極后的零值線范圍一致。

結(jié)合01線CSAMT異常解釋斷面圖(圖6)可知，練村工作區(qū)上部低阻層厚度大、成層性相對(duì)較差，下部高阻層位不明顯，底部局部有高阻團(tuán)塊。結(jié)合舞陽—新蔡成礦帶上已知地質(zhì)成果及本次鉆孔資料，將本次揭露的基底地層歸屬為太華巖群鐵山廟組中部，新生界不整合覆蓋于基底地層之上。ZK0101、ZK0102控制的覆蓋層孔深分布在0～740 m、0～720 m，其巖性多為泥巖、砂礫石層和黏土，且黏土層和砂礫石層反復(fù)出現(xiàn)，通過異常的對(duì)比，基本確定以25～30 Ω·m之間作為太古界與上覆新生界的推測(cè)界線。ZK0101、ZK0102控制的練村磁性體(鐵礦體)孔深分別在740～1032 m、723～880 m之間，賦存于太古界頂部、上覆低阻地層到下部高阻基底的過渡帶上。從電性特征上看，其與上覆新生界的電阻率差別不大，直接用電阻率區(qū)分磁性體較為困難。對(duì)比分析綜合物探剖面發(fā)現(xiàn)，當(dāng)太古宇頂部存在推測(cè)的磁性體時(shí)，視電阻率等值線斷面圖上表現(xiàn)為在30～35 Ω·m之間過渡帶加厚，垂向梯度較小，可將其作為推斷區(qū)內(nèi)磁性體的存在的依據(jù)。

圖6 練村一帶 01線綜合物探剖面圖

綜合異常成果顯示，磁性體中心高值區(qū)域?qū)?yīng)CSAMT斷面圖3000～4400 m之間，在高磁異常區(qū)附近，30～35 Ω·m之間電阻率垂向梯度較小，可作為推斷區(qū)內(nèi)磁性體存在的依據(jù)。在3000～4400 m之間、埋深700～1200 m之間推測(cè)一處含鐵巖系(可能為多層礦化體組成)，主要傾向南傾。傾角約為30°；在2900～3000、4700 m附近存在極低阻顯示，極低阻形態(tài)較陡立，推測(cè)可能為斷裂構(gòu)造，斷層性質(zhì)為正斷層。

4 找礦遠(yuǎn)景

練村工作區(qū)為覆蓋區(qū)、無基巖出露。本次依托大調(diào)查項(xiàng)目在練村工作區(qū)開展了1∶5萬地面高精度磁法測(cè)量、1∶1萬高磁剖面測(cè)量、CSAMT剖面測(cè)量，進(jìn)一步確定磁性地質(zhì)體，并反演埋藏深度；通過稀疏鉆孔工程控制，探求資源量，并對(duì)該區(qū)鐵礦資源潛力進(jìn)行評(píng)價(jià)。通過對(duì)已揭露礦體的分析研究，表明練村一帶具有較大的資源潛力，基于以上成果，本次在練村一帶細(xì)化3處找礦靶區(qū)，并將其編號(hào)為靶區(qū)A、靶區(qū)B、靶區(qū)C(圖7)。

圖7 練村一帶鐵礦找礦靶區(qū)分布圖

1)靶區(qū)A：位于練村集北西方向高樓一帶，靶區(qū)內(nèi)發(fā)育以190 nT等值線圈閉的DC04-1磁異常，異常極大值640 nT。通過3條1∶1萬高磁剖面測(cè)量、2條1∶1萬CSAMT剖面測(cè)量、2個(gè)鉆探工程對(duì)該異常進(jìn)行了檢查、解釋與驗(yàn)證，綜合成果顯示該異常為鐵礦化體引起的礦致異常。已揭露的鐵礦化體厚30.33～85.68 m，由D1、C1兩個(gè)礦段組成，D1組礦段位于孔深723.75～766.35m，w(TFe)=22.35%～25.05%，w(mFe)=15.83～20.40%；C1組礦段位于孔深804.45～1031.92m，w(TFe)=22.64%～27.97%，w(mFe)=15.84～21.74%，稀疏的工程驗(yàn)證顯示了該區(qū)較好的找礦成果。鉆探成果揭露了靶區(qū)內(nèi)的“雙層”地層結(jié)構(gòu)，自下而上為太華巖群鐵山廟組、新生界，鐵礦化體賦存于鐵山廟組內(nèi)。

受F1、F2斷裂作用，異常區(qū)內(nèi)基底局部抬升，礦化體具有埋深淺的特征，結(jié)合物探成果推測(cè)異常區(qū)內(nèi)鐵礦化體頂部埋深在720～940 m之間，礦體厚20～100 m。認(rèn)為該異常區(qū)找礦前景巨大，具有進(jìn)一步工作的價(jià)值，且為下一步工作提供了數(shù)據(jù)支撐。

2)靶區(qū)B：位于練村集北側(cè)黃莊一帶，靶區(qū)內(nèi)發(fā)育以310 nT等值線圈閉的DC04-2磁異常，異常極大值為570 nT。通過3條1∶1萬高磁剖面測(cè)量、2條1∶1萬CSAMT剖面測(cè)量、1個(gè)鉆探工程對(duì)該異常進(jìn)行了檢查、解釋與驗(yàn)證，綜合成果顯示該異常為鐵礦化體引起的礦致異常。已揭露的礦段由2層礦化體組成，埋深900～937 m，真厚度為22.84 m，平均品位w(TFe)=23.67%～26.12%、w(mFe)=18.10%～22.40%，根據(jù)鉆探揭露成果、地磁測(cè)量成果推測(cè)鐵礦體向北傾斜，傾角為30°～40°。該異常區(qū)鉆探工程少、礦體的控制程度低，根據(jù)綜合異常推測(cè)深部仍具有盲礦體存在，深部找礦潛力較大。

3)靶區(qū)C：位于練村集北東方向王營一帶，靶區(qū)內(nèi)發(fā)育以310 nT等值線圈閉的DC04-3磁異常，異常極大值為430 nT。通過2條1∶1萬高磁剖面測(cè)量、1條1∶1萬CSAMT剖面測(cè)量對(duì)該異常進(jìn)行了檢查與解釋。根據(jù)綜合物探成果推測(cè)該異常為鐵礦化體引起的磁異常，礦化體頂部埋深約930 m。該異常尚未進(jìn)行鉆探工程驗(yàn)證，但物探成果顯示異常區(qū)內(nèi)仍具較大的找礦空間。

5 結(jié)語

1)練村磁性地質(zhì)體具有高磁、低阻的特征，其與正常圍巖太華巖群片麻巖系的低磁、高阻特征具明顯區(qū)別。在高磁異常區(qū)，當(dāng)太古宇內(nèi)存在推測(cè)的磁性體時(shí)，視電阻率等值線斷面圖上顯示在30～35 Ω·m之間垂向梯度變化較小，可將其作為推斷區(qū)內(nèi)磁性體(鐵礦化體)存在的依據(jù)。

2)鉆探工程證實(shí)DC04異常深部存在多層鐵礦化體，驗(yàn)證了物探異常推測(cè)成果，并揭露了區(qū)內(nèi)地層結(jié)構(gòu)、賦礦層位。結(jié)合地質(zhì)資料、礦化體信息、綜合物探異常特征，分析了找礦遠(yuǎn)景，并細(xì)化3處找礦靶區(qū)，綜合成果顯示練村磁異常區(qū)深部具有尋找大型沉積變質(zhì)巖型鐵礦床的前景。