基于地面高精度磁測(cè)資料對(duì)芨嶺礦床東高嶺子井地段斷裂構(gòu)造探究

孟祥寶，李 茂

(1.核工業(yè)航測(cè)遙感中心，河北 石家莊 050002；2.中核集團(tuán)鈾資源地球物理勘查技術(shù)中心(重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)，河北 石家莊 050002)

0 引言

龍首山成礦帶為我國(guó)西部?jī)?nèi)陸一條重要的鈾及多金屬成礦帶，前人發(fā)現(xiàn)了一批堿交代熱液型、硅質(zhì)熱液脈型及晶狀白崗巖型鈾礦床、礦點(diǎn)和礦化點(diǎn)[1-3]。因此，在該地區(qū)開展深部鈾礦找礦工作，具有明顯的區(qū)位優(yōu)勢(shì)。

研究區(qū)位于龍首山成礦帶芨嶺礦床東部，區(qū)內(nèi)發(fā)育控礦構(gòu)造馬路溝斷層以及前人發(fā)現(xiàn)并提交的高嶺子井鈾礦點(diǎn)，成礦條件優(yōu)越，為堿交代型鈾礦化的遠(yuǎn)景區(qū)段[4-5]。

前人在該地段及其外圍開展過較為詳細(xì)的區(qū)域地質(zhì)、礦床地質(zhì)[1-3]以及其他方面[5-9]的科研工作，積累了豐碩的基礎(chǔ)地質(zhì)資料及地質(zhì)找礦成果，為區(qū)內(nèi)地質(zhì)找礦工作提供了豐富的基礎(chǔ)資料。但目前還存在以下亟待解決的地質(zhì)問題：一是前人施工鉆孔較淺，埋深一般在200～350 m之間，而新發(fā)現(xiàn)的鈾工業(yè)孔埋深于661.30～666.10 m[10]，顯示深部找礦潛力較大；二是芨嶺鈾礦床主要受馬路溝斷層控制，礦體多呈雁行斜列于斷層下盤，而研究區(qū)馬路溝斷層產(chǎn)出穩(wěn)定，其次級(jí)斷層沿線發(fā)育有多個(gè)鈾礦點(diǎn)與礦化點(diǎn)，但主控礦構(gòu)造馬路溝斷層附近尚未發(fā)現(xiàn)鈾礦化線索，其走向一帶的深部鈾礦化情況亟待進(jìn)一步查明。

針對(duì)以上問題，為加快區(qū)內(nèi)鈾礦資源勘查與評(píng)價(jià)工作，實(shí)現(xiàn)找礦突破，基于區(qū)內(nèi)地面高精度磁測(cè)資料，首先對(duì)斷裂構(gòu)造進(jìn)行了探究，以期為后續(xù)AMT探測(cè)斷層尤其是馬路溝斷層的深部延伸發(fā)育特征并指導(dǎo)鉆探工程的布置提供依據(jù)，提升鈾礦地質(zhì)勘查效果與效益。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，其中對(duì)成礦起主導(dǎo)作用的構(gòu)造主要為北西走向的馬路溝斷層(F101)及其次級(jí)斷層。該斷層總體走向280°～315°，西岔地段傾向南，向西逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橄虮眱A，長(zhǎng)約20 km，為一高角度逆沖斷層，分枝斷層最多達(dá)5條之多。沿該斷裂帶分布有芨嶺礦床(701)、新水井礦床(706)和240、白芨芨、小白芨芨溝等一系列礦點(diǎn)、礦化點(diǎn)[8-9]。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)圖

2 巖石磁性特征

表1為根據(jù)前人總結(jié)歸納的不同巖石磁性參數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果[11-12]。由表1可見，大理巖、千枚巖、硅質(zhì)角礫巖表現(xiàn)為弱磁性，而角閃巖、角閃片巖、殘留體則表現(xiàn)為中等磁性，中粗粒花崗巖、混染閃長(zhǎng)巖、鈉交代巖屬弱磁性。其次，一個(gè)完整的磁性體，被斷層錯(cuò)斷時(shí)，無論是上下錯(cuò)動(dòng)還是水平錯(cuò)動(dòng)，都會(huì)使其磁異常發(fā)生明顯的變化；另一方面，斷層擠壓、切割巖石，也常使其磁性發(fā)生明顯改變，最典型的情況是沿?cái)鄬用娴膸r石磁性出現(xiàn)明顯的降低[13]。

表1 研究區(qū)巖石磁性參數(shù)統(tǒng)計(jì)

上述分析可見，研究區(qū)內(nèi)角閃巖、角閃片巖、殘留體與其他巖石之間存在明顯的磁性差異，尤其是斷層走向一帶的巖石磁性，其特征為本次研究提供了物性基礎(chǔ)。

3 研究區(qū)磁異常特征

研究區(qū)收集前人完成的地面高精度磁測(cè)剖面16條，剖面長(zhǎng)1.24～1.26 km(圖1)，剖面間距125 m，方向20°，點(diǎn)距20 m，剖面總計(jì)長(zhǎng)20.0 km。數(shù)據(jù)成圖采用相關(guān)軟件完成，處理網(wǎng)格化圖形采用常用軟件繪制。

數(shù)據(jù)網(wǎng)格化參數(shù)：網(wǎng)格間距為線距的1/4，最終確定網(wǎng)格間距為30 m×30 m。

化極處理參數(shù)：當(dāng)?shù)卮呕瘍A角為57.96°，磁化偏角為-1.05°。

3.1 典型剖面地質(zhì)體ΔT磁異常特征

圖2為M09剖面綜合ΔT磁異常與地質(zhì)剖面對(duì)比圖。由圖2a和圖2b可見：

1)平距0～420 m出露的角閃片巖，ΔT幅值反映為20～160 nT的正磁異常；平距420～600 m出露的破碎大理巖、中粗粒花崗巖，ΔT幅值反映為0～-50 nT的負(fù)弱磁異常；平距600～650 m出露的角閃片巖殘留體，地表見褐鐵礦化，ΔT幅值反映為160 nT的尖峰正磁異常；平距650～1260 m出露的中粗?；◢弾r，ΔT幅值主要反映為-40～60 nT的正負(fù)磁異常。

2)平距280 m為河套邊界斷層(F100)通過處，其ΔT磁異常反映為梯度變化位置；平距540 m為馬路溝斷層(F101)與馬路溝次級(jí)斷層(F1011)交匯處，其ΔT磁異常反映為負(fù)磁異常極值位置；平距640 m為紅沙溝斷層(Fh)通過處，其ΔT磁異常反映為尖峰正負(fù)磁異常梯度變化位置。

圖2 M09線綜合ΔT磁異常與地質(zhì)剖面對(duì)比圖

分析可見，剖面沿線出露的地質(zhì)體，其ΔT磁異常與巖石磁性特征基本相吻合，為后續(xù)資料的解釋提供了直接的依據(jù)。

3.2 研究區(qū)磁場(chǎng)特征

圖3a和圖3b分別為地面高精度磁測(cè)ΔT剖面平面與化極等值線平面圖。由圖3可見，區(qū)內(nèi)磁場(chǎng)總體呈北西走向，其強(qiáng)度與展布方向具明顯的分區(qū)性。

馬路溝斷層(F101)的南西側(cè)表現(xiàn)為明顯的正磁場(chǎng)區(qū)，磁場(chǎng)強(qiáng)度20～500 nT，梯度較大，基本與區(qū)內(nèi)中元古界墩子溝群角閃片巖相對(duì)應(yīng)；馬路溝次級(jí)斷層F1011與Fh紅沙溝斷層的北西側(cè)夾持區(qū)表現(xiàn)為平緩變化的正、負(fù)磁場(chǎng)區(qū)，磁場(chǎng)強(qiáng)度-110～100 nT，基本與中粗?；◢弾r相對(duì)應(yīng)；中部與東南部表現(xiàn)為明顯的負(fù)磁場(chǎng)夾局部NW向長(zhǎng)條狀窄幅正磁異常區(qū)，磁場(chǎng)強(qiáng)度-200～120 nT，負(fù)磁場(chǎng)區(qū)基本與龍首山群塌馬子溝組破碎大理巖、大理巖、混染閃長(zhǎng)巖、鈉交代巖及中粗?；◢弾r相對(duì)應(yīng)，NW走向長(zhǎng)條狀窄幅正磁異常帶，整體上與塌馬子溝組角閃片巖殘留體相對(duì)應(yīng)。上述磁場(chǎng)面貌特征反映了區(qū)內(nèi)不同磁性體的位置及分布范圍。

綜上，研究區(qū)塌馬子溝組殘留體與墩子溝群角閃片巖的磁場(chǎng)強(qiáng)度相對(duì)較高，表現(xiàn)為相對(duì)較強(qiáng)磁性；而破碎大理巖、大理巖以及肉紅色中粗粒花崗巖、細(xì)?；◢弾r磁場(chǎng)強(qiáng)度低，均表現(xiàn)為正、負(fù)弱磁異常，其磁性基本與區(qū)內(nèi)相應(yīng)巖石磁性特征一致。

圖3 研究區(qū)ΔT剖面平面圖(a)與ΔT化極等值線平面圖(b)

4 研究區(qū)斷裂構(gòu)造綜合解釋

斷裂構(gòu)造是龍首山地區(qū)鈾礦化的主要控礦因素之一，尤其是馬路溝斷層(F101)與其次級(jí)斷層(F1011)，不僅控制著區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)，而且與成礦作用密切相關(guān)，因此查明其分布特征對(duì)于指導(dǎo)區(qū)內(nèi)鉆探工程的布置具有重要意義。

4.1 斷裂構(gòu)造在磁異常中的表現(xiàn)形式

斷裂構(gòu)造在磁場(chǎng)上的特征主要表現(xiàn)為以下幾種類型[13-14]。

1)磁場(chǎng)變異帶、不同磁場(chǎng)面貌的分界線，通常是規(guī)模較大的斷裂或斷裂帶的解釋標(biāo)志。

2)線性梯度帶，一般是大斷裂構(gòu)造的反映。當(dāng)斷裂切割較深時(shí)，可形成一定寬度和長(zhǎng)度的巖漿活動(dòng)通道，從而形成明顯的磁場(chǎng)梯度帶。

3)沿走向延伸較長(zhǎng)的線性正異常帶、負(fù)異常帶以及正負(fù)異常帶，通常為斷裂構(gòu)造的反映。正異常帶和正負(fù)異常帶是由于沿?cái)嗔延羞B續(xù)的巖漿活動(dòng)所致，負(fù)異常帶是因?yàn)橥环N磁性巖石中，其剩磁較大，巖石破碎時(shí)，沿?cái)嗔逊较驇r石磁性發(fā)生變化所致。

4)串珠狀異常。當(dāng)沿?cái)嗔褞r漿活動(dòng)不均勻時(shí)，對(duì)應(yīng)的磁異常在等值線平面圖上呈串珠狀線性排列。

5)磁異常沿走向的水平錯(cuò)動(dòng)或截?cái)嗟?，表明磁性?biāo)志層或脈巖體發(fā)生了錯(cuò)動(dòng)，通常是斷裂作用的結(jié)果。

4.2 斷裂構(gòu)造綜合解釋

基于ΔT剖面平面與化極等值線平面圖(圖3)，以上述斷裂解釋標(biāo)志為依據(jù)，結(jié)合區(qū)內(nèi)地質(zhì)資料，推斷解釋斷裂共5條，其中已知斷層4條，包括NW走向的河套斷層(F100)與馬路溝斷層(F101)，近EW走向的紅沙溝斷層(Fh)與NE走向的平推斷層(F201)；另外，新推NW走向的馬路溝次級(jí)斷層(F1011)斷層1條，各斷層平面展布特征見圖4，下面對(duì)主要斷層進(jìn)行簡(jiǎn)述。

1)F100斷層：F100斷層位于研究區(qū)南西部，延伸方向NW，在ΔT剖面平面與化極等值線平面圖中，反映為不同磁場(chǎng)面貌分界線，且磁異常在M11剖面處出現(xiàn)了水平錯(cuò)動(dòng)，說明斷層被晚期NE向F201平推斷層錯(cuò)斷。

該斷層為區(qū)內(nèi)河套邊界斷層，控制了河套邊界的走向，控制長(zhǎng)度1.4 km。

2)馬路溝斷層(F101)：F101斷層位于研究區(qū)南西部，呈NW向展布，在ΔT剖面平面與化極等值線平面圖中，主要反映為醒目磁異常線性梯度帶、不同磁場(chǎng)面貌分界線。與F100斷層一致在M11剖面處，被晚期NE向F201平推斷層錯(cuò)斷。

圖4 研究區(qū)綜合成果圖

該斷層為芨嶺巖體南部一條重要的控礦構(gòu)造，產(chǎn)狀復(fù)雜多變，總體傾向NE，局部?jī)A向南東，為高角度壓扭性逆斷層，控制了大理巖、角閃片巖與中粗?；◢弾r接觸帶的走向及其分布，區(qū)內(nèi)控制長(zhǎng)度2.2 km。

3)馬路溝次級(jí)斷層(F1011)：F1011斷層又稱高嶺子井?dāng)鄬樱挥趨^(qū)內(nèi)中南部，由于具擠壓性質(zhì)，其沿線巖石較為破碎、磁性降低，在ΔT剖面平面與化極等值線平面圖中，反映為明顯的線性負(fù)磁異常帶，在M11線附近與馬路溝斷層交匯，呈NW向展布，區(qū)內(nèi)控制長(zhǎng)度約1.5 km。

4)NE向F201平推斷層：F201斷層位于研究區(qū)南東部，在ΔT剖面平面與化極等值線平面圖中，反映為線性正磁異常的水平錯(cuò)動(dòng)，呈NE向展布，發(fā)育時(shí)期較晚，將區(qū)內(nèi)馬路溝斷層向南西方向錯(cuò)斷平推近300 m，區(qū)內(nèi)控制長(zhǎng)度約0.6 km。

5)紅沙溝斷層(Fh)：Fh斷層位于研究區(qū)中東部，在ΔT剖面平面與化極等值線平面圖中，反映為明顯的線性負(fù)磁異常帶，呈EW向展布，發(fā)育于中粗粒花崗巖中，區(qū)內(nèi)控制長(zhǎng)度約0.9 km。

5 結(jié)論

1)研究區(qū)基于地面高精度磁測(cè)資料分析，解釋斷裂共5條，其中已知斷層4條，包括NW走向的河套斷層(F100)與馬路溝斷層(F101)，近EW走向的紅沙溝斷層(Fh)與NE走向的平推斷層(F201)，據(jù)此對(duì)各斷層的具體位置進(jìn)行了修正，尤其是平推斷層與紅沙溝斷層；另外，新推NW向馬路溝次級(jí)斷層(F1011)1條，沿紅沙溝展布，地表被第四系所覆蓋，為一條隱伏斷層，大致查明了各斷層的位置及其平面分布特征，為后續(xù)AMT探測(cè)斷層尤其是馬路溝斷層的深部延伸發(fā)育特征提供了依據(jù)。

2)地面高精度磁測(cè)具有成本低、效率高的特點(diǎn)，在龍首山地區(qū)的鈾資源勘查與評(píng)價(jià)中，首先開展該方法的掃面工作，快速查明斷裂構(gòu)造位置及平面展布特征，圈定不同磁性體的位置與范圍，對(duì)于加快找礦工作進(jìn)程，提高鈾礦地質(zhì)勘查的效果與效益，將發(fā)揮積極的促進(jìn)作用。