柴達木盆地南緣和北緣金屬礦產資源地球物理勘查進展

潘 彤，喻忠鴻，薛國強,*，劉紅濤，周楠楠，孟軍海

(1.青海省地質礦產勘查開發(fā)局，青海 西寧 810001;2.青海省第三地質勘查院，青海 西寧 810000;3.中國科學院地質與地球物理研究所 中國科學院礦產資源研究重點實驗室，北京 100029;4.中國科學院地球科學研究院，北京 100029;5.中國科學院大學 地球與行星科學學院，北京 100049)

0 引 言

柴達木盆地南緣和北緣蘊藏豐富礦產資源，近年來隨著地勘工作開展，新發(fā)現(xiàn)一批大中型金、銅、鎳、鉛鋅等多金屬礦床，使該地區(qū)成為中國重要的極富潛力的金屬礦成礦帶之一，也成為眾多學者研究的熱點區(qū)域[1-3]。由于柴達木盆地南緣和北緣構造帶的地質演化具有復雜性和多旋回性的特征，所以對該地區(qū)地質演化和柴達木盆地發(fā)展過程有待進一步深入研究[4-6]。隨著地表礦產資源的不斷減少，深部成礦與找礦潛力研究越來越受到重視，深部礦產資源預測和找礦技術方法的深入研究面臨重大挑戰(zhàn)[7-8]。

在柴達木盆地南緣和北緣區(qū)域地質調查中，開展過大量不同比例尺的重力測量、航空磁測、地面高精度磁測、1∶50 000重電綜合物探等工作，取得了大量的物探成果，對區(qū)域地質構造和成礦地質環(huán)境研究，圈定異常，劃分與成礦有關的巖體、地層及矽卡巖帶、礦化蝕變帶，發(fā)現(xiàn)礦床、礦(化)點等起到了重要支撐作用；另外，在局部小范圍礦床(點)勘查過程中，投入了大量磁法、常規(guī)電法、電磁法、重力測量等技術方法，在發(fā)現(xiàn)異常、異常查證、驗證工程的布置、礦床規(guī)模的擴大等階段均發(fā)揮了重要作用。

雖然柴達木盆地南緣和北緣總體找礦程度偏低，對新方法、新技術的引入和研究不足，但是近年來在部分礦床進行了深部找礦探索，開展了深部地球物理勘查工作，少量異常得到了深鉆驗證。其中，夏日哈木鎳銅、錫鐵山鉛鋅、野馬泉鐵多金屬等礦床的地質和地球物理深部找礦研究程度相對較高，因此，本文對上述3個典型礦床的成礦地質背景和地球物理勘查深部找礦進展進行系統(tǒng)介紹，并對地球物理方法在本區(qū)金屬礦找礦中的應用前景和方向進行探討。

1 地質與地球物理特征

柴達木盆地及周緣隸屬秦祁昆成礦域(Ⅰ級成礦帶)昆侖成礦省、阿爾金-祁連成礦省(Ⅱ級成礦帶)，包括柴達木盆地北緣Pb-Zn-Mn-Cr-Au-白云母成礦帶、柴達木盆地Li-B-K-Na-Mg-鹽類-石膏-石油天然氣成礦帶、東昆侖(造山帶)Fe-Pb-Zn-Cu-Co-Au-W-Sn-石棉成礦帶等5個Ⅲ級成礦帶及11個Ⅳ級成礦亞帶(圖1)[9-10]。

Ⅲ-21為北祁連Cu-Pb-Zn-Fe-Cr-Au-Ag-硫鐵礦-石棉成礦帶；Ⅲ-22為中祁連Fe-Cu-Cr-Ni-W-Mo-Pb-Zn-P-Sb-石墨-紅柱石-菱鎂礦成礦帶；Ⅲ-23為南祁連Pb-Zn-Au-Cu-Ni-Cr成礦帶；Ⅲ-24為柴達木盆地北緣Pb-Zn-Mn-Cr-Au-白云母成礦帶；Ⅲ-25為柴達木盆地Li-B-K-Na-Mg-鹽類-石膏-石油天然氣成礦帶；Ⅲ-26為東昆侖(造山帶)Fe-Pb-Zn-Cu-Co-Au-W-Sn-石棉成礦帶；Ⅲ-28為西秦嶺Pb-Zn-Cu(Fe)-Au-Hg-Sb成礦帶；Ⅲ-29為阿尼瑪卿Cu-Co-Zn-Au-Ag成礦帶；Ⅲ-30為北巴顏喀拉—馬爾康Au-Ni-Pt-Fe-Mn-Pb-Zn-Li-Be-白云母成礦帶；Ⅲ-31為南巴顏喀拉—雅江Li-Be-Au-Cu-Zn水晶成礦帶；圖中礦床圖例大小不一表示不同規(guī)模礦床圖1 柴達木盆地南緣和北緣Ⅲ級成礦帶及主要礦床分布Fig.1 Distribution of the Level Ⅲ Metallogenic Belt and Main Deposits in the Northern and Southern Margins of Qaidam Basin

1.1 區(qū)域地質概況

1.1.1 地 層

依據(jù)2013年《青海省礦產資源潛力評價研究成果報告》[11]，研究區(qū)隸屬秦祁昆地層大區(qū)，主要包括柴達木盆地北緣地層區(qū)、柴達木地層區(qū)、東昆侖地層區(qū)等。區(qū)內地層出露較全，有古元古代、中元古代、新元古代、古生代、中生代和新生代地層。研究區(qū)在漫長的地質歷史中經(jīng)歷了多次不同級別、多種類型的構造運動。

(1)柴達木盆地北緣地層區(qū)。地層出露最為齊全，從古元古界至新生界均有出露。古元古界達肯達坂巖群中有與混合巖化作用有關的白云母、綠柱石等偉晶巖型礦床，分布于青海省茫崖市冷湖鎮(zhèn)北多羅什爾、烏蘭縣沙柳泉等地區(qū)；萬洞溝群的碳質巖石是金礦源層，在區(qū)內已形成著名的灘間山礦集區(qū)。寒武系—奧陶系是海相火山巖型鐵礦的賦礦層位，并在酸性火山巖建造相對發(fā)育的地段有多金屬、金和鈷等礦床形成。柴達木盆地北緣蛇綠混雜巖帶內鉛鋅礦的形成主要與灘間山群海相火山巖有關，在其下部火山-沉積巖系中已發(fā)現(xiàn)著名的錫鐵山鉛鋅礦床，是青海省重要工業(yè)基地，此外還有青龍灘含銅硫鐵礦床等。石炭系為陸棚淺海相夾濱海相碎屑巖和碳酸鹽巖沉積，是區(qū)內第一個成煤期，生成濱海相煤層。侏羅紀地層在區(qū)內沉積盆地廣泛分布，其中早侏羅世是湖沼發(fā)育時期，區(qū)內大煤溝組普遍發(fā)育沉積含煤碎屑巖和工業(yè)煤層，是成礦帶內重要的成煤期。

(2)柴達木盆地地層區(qū)。中生代之前的地層基本未出露，但柴達木盆地內第四系、第三系地層發(fā)育完全，從下更新統(tǒng)至全新統(tǒng)均有出露。因此，該區(qū)有豐富的第四系鹽湖礦產和第三系石油、天然氣礦產，是柴達木盆地乃至青海省獨特的優(yōu)勢礦產之一。第三系地下鹵水型鹽湖礦產主要有鉀、硼、鋰礦等，是與第三系石油、天然氣共(伴)生的鹽湖礦產，其地質勘探工作程度較低，僅達到預查階段。通過大量的資料查閱與綜合分析研究，第三系地層中的油田水主要分布在盆地西部第三系褶皺構造部位，屬較深湖、淺湖、濱湖相沉積環(huán)境。在縱向上，深部中新統(tǒng)、漸新統(tǒng)油田鹵水中K+、B2O3、Li+等較富集，上部上新統(tǒng)次之；地層中油田水以分布井段長、延伸面積大、鹵水礦層較穩(wěn)定、厚度大、儲水地段壓力高(自噴)、有益組分含量高為特點。因此，第三系地下鹵水型鹽湖礦產成礦條件好且資源潛力巨大，是柴達木盆地西部不可忽視的鹽類礦產沉積區(qū)。

(3)東昆侖地層區(qū)。地層出露較全，元古界金水口巖群是沉積變質型鐵-石墨礦的賦礦地層，已發(fā)現(xiàn)有那西郭勒鐵石墨礦床。薊縣系狼牙山組、祁漫塔格群及上石炭統(tǒng)締敖蘇組的碳酸鹽巖地層與華力西期—印支期酸性巖體的接觸帶是區(qū)內矽卡巖型礦床的產出部位。在上述地層與巖體的接觸帶附近常形成大型矽卡巖型(鐵)多金屬礦床，如尕林格鐵多金屬礦床、野馬泉鐵多金屬礦床、四角羊鐵多金屬礦床、虎頭崖鉛鋅礦床等。石炭紀以后地層含礦性普遍不佳，且礦化信息匱乏，晚石炭世和早中侏羅世地層含有高碳質層和煤線或薄煤層。

1.1.2 構 造

(1)褶皺構造。研究區(qū)內前震旦紀結晶基底褶皺形成于晉寧運動，分布于柴達木盆地南緣，以短軸構造和穹隆構造為主，如向陽溝復向斜、白日其利背斜。早古生代地槽型褶皺形成于加里東運動，總體具線狀全型褶皺特點，分布于柴達木盆地南緣和北緣，如阿達灘復背斜等。晚古生代地槽型褶皺形成于海西—印支運動，多呈線狀緊閉全型褶皺，分布于東昆侖山南坡，如二道溝向斜、馬爾爭復背斜等。蓋層褶皺發(fā)育于造山期海相、陸相蓋層中，主要有短軸褶皺、隔檔式褶皺、斷層褶皺和構造盆地等形式，分布于柴達木盆地周邊，如歐龍布魯克破殘褶皺、牦牛山構造向斜盆地、野馬泉向斜、清水河隔檔式褶皺。

(2)大型變形構造。研究區(qū)斷裂構造發(fā)育，具有規(guī)模大、密集成帶和活動時間長的特點，主體構造線主要呈NWW向，NE向次之。主要構造帶有宗務隆山—夏河甘加逆沖走滑構造帶、阿爾金左行走滑構造帶、柴達木盆地北緣逆沖走滑構造帶、昆北逆沖走滑構造帶、昆中逆沖走滑構造帶、興海—苦海逆沖走滑構造帶、鄂拉山左行走滑構造帶、昆南逆沖走滑構造帶、昆侖山口—甘德逆沖走滑構造帶。

1.1.3 巖漿巖

(1)侵入巖。研究區(qū)巖漿活動頻繁，時間延續(xù)長，既有地質歷史中地幔演化的深成鎂鐵、超鎂鐵質侵入巖，又有造山作用過程中陸殼生長的花崗巖。巖漿巖帶明顯受區(qū)域構造控制，以近EW向、NWW向巖帶為主。研究區(qū)中元古代鎂鐵—超鎂鐵質巖體零星分布于柴達木盆地北緣、東昆侖巖帶，巖石具片麻狀構造；中—晚寒武世、奧陶世—中志留世、晚志留世—早泥盆世侵入巖分布在柴達木盆地北緣巖帶；中泥盆世—早石炭世、晚石炭世—中三疊世侵入巖分布較廣，主要分布于東昆侖、柴達木盆地北緣巖帶，巖體與成礦關系密切，巖漿與地層接觸帶附近常形成矽卡巖型或熱液型礦產；晚三疊世、晚三疊世—侏羅紀、白堊紀侵入巖廣泛分布于柴達木盆地北緣、東昆侖一帶，巖體規(guī)模大，巖石類型復雜，成因類型多樣，構造環(huán)境各異。

(2)火山巖。研究區(qū)火山巖分為4期，包括元古代、早古生代、晚古生代和中生代。古元古代火山巖分布于柴達木盆地周邊，巖石普遍變質較深，多為斜長角閃巖、角閃片巖，原巖主要為拉斑玄武巖及流紋巖，具有高Al、低Ti的特征，以鈣堿性系列為主，次為堿性系列；中元古代火山巖的巖石類型較為復雜。早古生代火山巖主要分布在東昆侖山，柴達木盆地北緣等地區(qū)也有零星出露；寒武紀—奧陶紀火山巖在祁連山、阿爾金山、昆侖山及柴達木盆地北緣等均有出露。晚古生代火山活動從早期陸相中心式噴發(fā)開始，逐漸演化為晚期海相裂隙-中心式噴發(fā)(溢)。其中，泥盆紀火山巖主要產于海陸交互相晚泥盆世地層中；石炭紀火山巖多為海相裂隙-中心式噴發(fā)，巖性以玄武巖、安山巖為主；二疊紀火山巖集中沿東昆侖山展布。中生代火山巖極為發(fā)育，分布甚廣，并具有一定的空間演化趨勢。例如，祁漫塔格—喀雅克登塔格地區(qū)以流紋巖及流紋質角礫巖為主；鄂拉山地區(qū)以安山巖、英安巖及同成分火山碎屑巖為主，局部出現(xiàn)堿性玄武巖及堿性流紋巖。

1.2 成礦類型劃分

研究區(qū)主要成礦類型包括沉積變質型、巖漿熔離型、噴流沉積型、構造蝕變巖型、矽卡巖型、熱液脈型、斑巖型、隱爆角礫巖型、花崗巖型、偉晶巖型，其次有礫巖型、巖漿型、陸相火山巖型、沉積型、石英脈型等[12-13]。以成礦時代劃分，中元古代成礦類型單一，主要是沉積變質型，以那西郭勒鐵石墨礦床為代表[14]；早古生代早期主要是噴流沉積型鉛鋅礦，以錫鐵山鉛鋅礦床為代表[15]，其次是巖漿型鉻鐵礦和沉積型釩礦；志留紀—泥盆紀以巖漿熔離型鎳銅鈷礦和構造蝕變巖型金礦最為突出，典型代表礦床分別為夏日哈木鎳銅礦床[16]和灘間山金礦床[17]，其次是偉晶巖型銣鈮鋰鈷礦、花崗巖型銣鈮鉭礦、石英脈型鎢礦和矽卡巖型鐵多金屬礦；晚古生代主要是噴流沉積型銅鈷礦、中低溫熱液型汞礦和礫巖型金礦，代表礦床分別為督冷溝銅鈷礦床[18]、苦海汞礦床[19]和尕日力根金礦[20]，其次是構造蝕變巖型金礦；中生代礦床主要有矽卡巖型、熱液型、斑巖型鐵多金屬礦、構造蝕變巖型金礦、偉晶巖型鈮鉭礦，典型礦床眾多，如卡而卻卡銅多金屬礦床[21]、虎頭崖銅鉛鋅礦床[22]、尕林格鐵多金屬礦床[23]、四角羊?？囝^鐵多金屬礦床[24]、野馬泉鐵多金屬礦床[25]、五龍溝金礦床[26]、果洛龍洼金礦床[27]、阿斯哈金礦床[28]、哈日扎銀多金屬礦床[29]、那更康切爾銀礦床[30]、銅裕溝銅礦床[31]等，其次有陸相火山巖型鉛鋅銀礦、花崗巖型鈮鉭礦等。

通過對柴達木盆地南北緣主要礦床類型以往地球物理勘查工作的梳理和總結，初步歸納了物探在不同類型礦床勘查中的作用，并初步提出了在不同勘探階段有效的物探方法及組合建議[32]，結果如表1所示。

表1 不同礦床類型有效物探方法及組合Tab.1 Effective Geophysical Prospecting Methods and Combinations for Different Types of Deposit

1.3 地球物理特征

1.3.1 區(qū)域電物性特征

表2為柴達木盆地北緣不同巖石類型的電性參數(shù)[33]。由表2可知：黃鐵礦化大理巖和碳質千枚巖極化率(ηs)最高，平均值分別為7.70%和8.12%，其次為褐鐵礦化石英脈，極化率平均值為2.19%，其余巖石極化率平均值低于2%；碳質千枚巖電阻率(ρs)最低，平均值為807.0 Ω·m，最低為349.0 Ω·m，其余巖石電阻率平均值大于1 000 Ω·m。

表2 柴達木盆地北緣不同巖石類型電性參數(shù)Tab.2 Electrical Parameters of Different Types of Rock in the Northern Margin of Qaidam Basin

表3為柴達木盆地南緣不同巖石類型的電性參數(shù)[34-35]。由表3可知：區(qū)內各地層巖石在無礦化或碳質的情況下，具有高電阻率、低極化率特征；各種侵入巖中，黃鐵礦化、褐鐵礦化、黃銅礦化、鉛鋅礦化花崗巖極化率較高，呈中高電阻率、高極化率特征；大多數(shù)侵入巖極化率低于4%，電阻率變化大，但以中高電阻率為主；各種礦石均呈低電阻率、高極化率特征，磁黃鐵礦化磁鐵礦礦石、磁黃鐵礦化黃銅礦磁鐵礦礦石、磁鐵礦化黃銅礦磁黃鐵礦礦石、黃銅礦化方鉛磁鐵礦礦石、閃鋅礦磁鐵礦礦石極化率平均值均大于38%，電阻率平均值為2.9 Ω·m；區(qū)內含碳灰?guī)r、碳質灰?guī)r及黃鐵礦化類巖礦石具有低電阻率、高極化率特征，是本區(qū)開展電法工作的主要干擾。

表3 柴達木盆地南緣不同巖石類型電性參數(shù)Tab.3 Electrical Parameters of Different Types of Rock in the Southern Margin of Qaidam Basin

1.3.2 區(qū)域重力異常特征

從青海省北部1∶1 000 000布格重力異常圖(圖2)[32]可以看出，在青海省西北部阿爾金地區(qū)以及甘肅、青海、新疆三省區(qū)交接處，布格重力異常表現(xiàn)為NEE向展布的梯級帶，布格重力異常由北向南遞減，每千米變化達1.55×10-5m·s-2，該重力梯級帶與阿爾金NEE向斷裂帶有關。

柴達木盆地處于重力低異常區(qū)，異常分布范圍與柴達木盆地地理范圍基本一致。布格重力異?？傮w表現(xiàn)為NWW向展布的帶狀異常，該異常帶南、北兩側相對重力高，中間相對重力低。柴達木盆地南緣重力梯級帶等值線分布比較密集，北緣重力梯級帶等值線分布相對稀疏。重力低的區(qū)域對應柴達木盆地中部，而重力高的區(qū)域對應柴達木盆地北緣和南緣。該異常區(qū)的大地構造位置屬于柴達木地塊和柴達木盆地。柴達木盆地重力低與盆地基底坳陷有關。

柴達木盆地南緣布格重力異常表現(xiàn)為NWW—EW向展布的重力梯級帶，布格重力異常由北向南遞減，每千米變化達1.83×10-5m·s-2，該重力梯級帶是昆中、昆南深大斷裂帶的直接反映。該異常區(qū)的大地構造位置屬于東昆侖弧盆系祁漫塔格北坡—夏日哈木巖漿弧、祁漫塔格蛇綠混雜巖帶、昆北巖漿弧與鄂拉山陸緣弧和賽什塘—興海蛇綠混雜巖帶接合部。

1.3.3 區(qū)域航磁異常特征

從青海省北部1∶1 000 000航磁異常(ΔT)平面圖(圖3)[32]可以看出，航磁正異常主要分布在柴達木盆地周邊，形成多個高磁場區(qū)。

圖3 青海省北部1∶1 000 000航磁異常平面圖Fig.3 1∶1 000 000 Plane Map of Aeromagnetic Anomaly in the Northern Qinghai Province

(1)柴達木盆地西北緣阿爾金山高磁異常帶，呈NEE向延伸的條帶狀，異常為100～300 nT，最高達780 nT。異常主要由超基性巖及早古生代變質巖引起，如青C-1966-0622航磁異常由含石棉超基性巖引起。

(2)柴達木盆地東北緣賽什騰山—綠梁山高磁異常帶，呈狹長帶狀、軸向NW，呈斜列分布。正異常帶主要由早古生代變質中基性火山巖和中酸性巖體引起，如青C-1966-0572航磁異常由隱伏二長花崗巖引起，青C-1966-0477航磁異常由綠梁山超基性巖引起。

(3)柴達木盆地南緣東昆侖西段高磁異常帶，位于東經(jīng)94°30′以西至小灶火河、北緯36°以北地區(qū)，寬約30 km，呈條帶狀展布。異常高達300 nT，推斷由元古代地層和中酸性巖體引起。該異常帶以西沿那陵格勒兩側寬60 km范圍內呈NW向展布的航磁異常由中酸性巖體引起，主要是花崗閃長巖和二長花崗巖。特別重要的是，野馬泉、肯德可克、尕林格、四角羊鐵及多金屬礦致航磁異常，這些礦致航磁異常位于高磁異常帶的北側負異常區(qū)。

(4)柴達木盆地南緣—東昆侖東段高磁異常帶，位于東經(jīng)94°30′至98°00′、北緯36°兩側，呈EW向展布，大多數(shù)由中酸性巖體引起。

2 典型礦床地球物理勘查進展

已有資料和成果顯示，物探工作在不同地質任務和不同勘查階段起到了關鍵或重要作用，有力支撐了柴達木盆地周緣金屬礦地質找礦工作[32]，如已知礦集區(qū)綜合物探方法應用、找礦空間拓展、不同找礦階段采用不同的方法組合、間接找礦與直接找礦并舉等。經(jīng)過多年找礦研究和礦業(yè)開發(fā)，地表礦和淺部礦的發(fā)現(xiàn)已近尾聲，尋找深部有利找礦空間是成礦帶各礦區(qū)面臨的普遍問題。如果能夠在地質理論上有所發(fā)展,采用有效的地球物理技術方法，極有可能在礦山深部取得找礦突破。下面就夏日哈木鎳銅礦床、錫鐵山鉛鋅礦床和野馬泉鐵多金屬礦床等3個典型礦床的地球物理深部勘探進展進行介紹。

2.1 夏日哈木鎳銅礦床

夏日哈木鎳銅礦床位于柴達木盆地南緣格爾木市烏圖美仁鄉(xiāng)以南約60 km處，地形切割深，山勢陡峻，除山間大灘及沖溝被第四系覆蓋外，基巖出露良好，海拔為3 200～3 600 m。該礦床屬于阿爾金和東昆侖志留紀—泥盆紀后碰撞造山帶[36]，主要形成于后碰撞伸展形成的超基性雜巖內；賦礦巖相主要是橄欖巖相和輝石巖相，輝長巖相含礦性較差；橄欖石和斜方輝石分離結晶是成礦過程中硫飽和的重要機制。該礦床形成于后碰撞階段軟流圈地幔的上涌；軟流圈及巖石圈地幔部分熔融發(fā)生混合形成幔源巖漿，經(jīng)歷地殼混染和橄欖石、斜方輝石的分離結晶，導致巖漿中的S達到飽和，經(jīng)歷多次脈動式侵位，從而形成了巖漿熔離型銅鎳礦床(圖4)[36]。

圖件引自文獻[36]圖4 夏日哈木鎳銅礦床成礦模式Fig.4 Mineralization Model of Xiarihamu Ni-Cu Deposit

夏日哈木鎳銅礦床礦體主要賦存在鎂鐵—超鎂鐵質巖體中，賦礦巖相為橄欖巖相、輝石巖相；礦石主要以硫化礦為主，礦石金屬礦物主要為磁黃鐵礦，銅礦物主要為黃銅礦，鎳礦物主要為鎳黃鐵礦；礦石主要為粒狀結構、交代結構、海綿隕鐵結構，以及浸染狀構造、星點狀構造、斑雜狀構造。礦石中主要金屬硫化物為磁黃鐵礦，其次為磁鐵礦、鎳黃鐵礦、黃銅礦等。礦體能產生1 500～2 000 nT的磁異常，在電異常上主要表現(xiàn)為低電阻率、高極化率特征[37]。

2010～2013年間，青海省第五地質勘查院在祁漫塔格夏日哈木地區(qū)新發(fā)現(xiàn)銅鎳硫化物礦床，鎳資源量達到百萬噸級，是中國第二超大型鎳礦床。目前，礦區(qū)主要使用的物探方法是地面磁法、重力勘探、航磁法和電法[38]。根據(jù)青海省1∶500 000航磁異常圖，礦區(qū)位于東昆侖高磁異常帶，在區(qū)域磁場上為平緩正磁場區(qū)，在礦區(qū)部分異常區(qū)開展了1∶10 000和1∶2 000高精度磁測。國內地勘單位在該地區(qū)開展了地面大功率激電中梯、對稱四極激電測深、頻譜激電、瞬變電磁、可控源音頻大地電磁測深、天然場源大地電磁測深、三維高密度電法等工作。

以礦區(qū)地球物理探測7線為例，剖面布置在夏日哈木含礦超基性巖體上，因此，顯示的磁測曲線總體呈高背景下幅值變化不大的異常形態(tài)(圖5)[39]。剖面只是在北部含礦巖體埋深較淺部位反映明顯，大約引起了800 nT的異常變化，而當?shù)V體埋深較大時，磁異常特征與圍巖沒有太大的差異；在南部埋深超過40 m的超基性巖體與圍巖較陡的接觸部位反映明顯，大約引起了400 nT的異常變化，這與磁場衰減較快的特性，礦體產狀、規(guī)模、埋深、磁性強弱，及圍巖磁性差異大小、接觸面產狀陡緩形態(tài)等因素密切相關[圖5(a)]。

圖5 夏日哈木鎳銅礦區(qū)7線綜合勘查剖面Fig.5 Comprehensive Survey Section Views of Line 7 in Xiarihamu Ni-Cu Mining Area

為查明礦區(qū)的深部電性結構，開展了可控源音頻大地電磁測深，目的在于發(fā)現(xiàn)深部是否存在低阻介質，為后期找礦提供依據(jù)。根據(jù)電阻率反演剖面和地質剖面可知，低阻異常形態(tài)與銅鎳礦化體形態(tài)對應較好。北側淺部低阻介質規(guī)模較大，向南側深部延伸直至尖滅，由北向南低阻異常體埋深逐漸增大，且北端淺部礦體電阻率偏小，電阻率較低區(qū)域對應高品位鎳礦體[圖5(b)、(c)]。

通過研究夏日哈木巖漿熔離型典型礦床已實施的物探工作有效性，重、磁、激電均為有效方法。其中，重、磁方法通過高密度、高磁異常劃分基性—超基性雜巖體，尋找部分含磁性礦物的鎳黃鐵礦，重力主要發(fā)揮間接作用，磁法發(fā)揮直接作用，兩者作用基本一致，可從平面上對巖體范圍進行圈定；電法則通過低電阻率、高極化率異常尋找鎳黃鐵礦，發(fā)揮直接作用?？煽卦匆纛l大地電磁法也能較好地指示巖盆狀含礦巖體空間形態(tài)，受靜態(tài)效應和近場效應影響，該方法對深部的分辨率不高。

2.2 錫鐵山鉛鋅礦床

錫鐵山鉛鋅礦床位于柴達木盆地北緣，海拔為3 200～3 400 m，地質構造復雜，地形切割劇烈，無任何植被。賦礦地層為寒武系—奧陶系灘間山群火山-沉積巖組下部的碳酸鹽巖，由大理巖、鈣質片巖、凝灰?guī)r與凝灰質泥砂質千枚巖、板巖夾硅質巖、碳質片巖等組成的一組巖層。含礦巖系是一套含長石的海底火山巖系，地層底部有石英硅質巖及重晶石-石英脈產出，含礦主巖不受單一巖性控制；含礦帶、礦體均賦存于含礦綠巖系一定層位中，呈帶狀分布，具有一定的層控性，礦區(qū)無大規(guī)模的巖漿侵入活動。礦區(qū)位于韌性剪切帶中，礦體及綠片巖的形態(tài)特征顯示了韌性剪切帶的構造特點。含礦綠巖系為一單斜構造層，呈NW—SE向展布，與區(qū)域構造線方向一致。褶皺構造僅限于層間拖拉褶曲。由于斷裂擠壓，深部含礦地層發(fā)生倒轉造成陡立產狀。綠片巖中小型褶皺十分發(fā)育，分布范圍較廣，類型多且規(guī)模不一。

從物性特征來看，鉛鋅礦相對圍巖具有高密度、高極化率和頻散率、低電阻率的物性特征，具備開展重力和電法的物性前提，形成高重力、高極化率、低電阻率組合異常。由于近礦的含碳圍巖也具有高極化率和低電阻率特征，對區(qū)分礦與非礦電異常產生干擾，但因其離礦體較近，可為尋找成礦有利地段提供間接作用。根據(jù)巖礦石測定結果，塊狀方鉛礦、似條帶狀黃鐵礦方鉛礦礦石的電阻率一般為0.2～52.7 Ω·m，最大不超過100 Ω·m，而極化率則高達66.4%。但作為礦體的圍巖，大理巖和綠色泥巖系的電阻率大于1 000 Ω·m，而極化率小于3%。這也說明在錫鐵山地區(qū)進行的電法工作具備充分的地球物理前提[40]。

錫鐵山鉛鋅礦床曾于20世紀80年代前開展過電阻率法和小功率激電等物探工作。由于其淺部礦產資源幾乎開發(fā)殆盡，找礦方向應為礦山的深部及邊部[41]。2000年5月至6月，在礦區(qū)東翼中間溝地段采用大功率激電中梯、大功率瞬變電磁、高精度磁測等方法進行了深部探測的研究工作。大功率瞬變電磁法在錫鐵山的深部及邊部找礦研究工作大致分成2個階段：2000～2005年為第1階段，主要是對已知礦帶兩翼外圍進行200 m線距的大功率瞬變電磁法概查研究；2006～2008年為第2階段，礦體在瞬變電磁響應電位曲線上表現(xiàn)為雙峰蓋帽特征(圖6)，為厚板狀低阻異常形態(tài)，左峰略高于右峰，表明厚板向左陡傾。瞬變電磁異常探測到的物理模型是礦體存在的空間，勘探結果的地質模型主要是鉛鋅礦體、黃鐵礦體與近礦碳質層的疊加顯示[42]。目前，TEM-1異常已部分得到有礦的驗證，但并沒有完全得到控制。

2.3 野馬泉鐵多金屬礦床

野馬泉鐵多金屬礦床所處構造單元為祁漫塔格山北坡巖漿弧帶。礦區(qū)第四系覆蓋厚、面積廣，礦帶多位于印支期中酸性侵入巖體與寒武系—奧陶系灘間山群及上石炭統(tǒng)締敖蘇組碳酸鹽巖外接觸帶矽卡巖中(圖7)。

上石炭統(tǒng)礦體、碳質灰?guī)r礦石及圍巖電阻率為5～800 Ω·m，整體呈中—低電阻率特征。其中，含碳灰?guī)r電阻率為5～50 Ω·m，呈極低電阻率特征；礦石及礦化體電阻率為10～300 Ω·m，呈低電阻率特征；上石炭統(tǒng)締敖蘇組其他巖性電阻率為300～800 Ω·m，呈中電阻率特征。電阻率測井結果顯示，磁鐵礦體和多金屬礦體的電阻率很低，為10 Ω·m以下，磁鐵礦化、多金屬礦化巖石的電阻率一般為50 Ω·m左右，非礦化圍巖的電阻率一般為200 Ω·m左右，與標本的測量結果相吻合，數(shù)值相對較低。侵入巖電阻率一般為500～2 000 Ω·m，呈高電阻率特征。從電性特征來看，野馬泉鐵多金屬礦區(qū)上覆含礦地層與下伏巖體有明顯的電阻率差異。上覆含礦地層普遍含碳，呈明顯的低電阻率特征，礦區(qū)地質結構較簡單，地形也較為平坦。這些地質地球物理條件都非常適合電磁法深部找礦工作開展。

圖件引自文獻[42]圖6 錫鐵山鉛鋅礦體首次驗證的TEM-1異常Fig.6 TEM-1 Anomaly Verified Firstly by Xitieshan Pb-Zn Orebody

圖件引自文獻[43]圖7 野馬泉鐵多金屬礦床成礦模式Fig.7 Metallogenic Model of Yemaquan Fe-polymetallic Deposit

在經(jīng)歷了以磁異常為依據(jù)、鐵及鐵多金屬礦為研究對象的找礦工作后，野馬泉鐵多金屬礦區(qū)主要磁異常目前均已評價完畢。2012～2013年，青海省第三地質勘查院在野馬泉地區(qū)開展了1∶50 000重力面積性工作，工作面積約860 km2，獲取了大量物探基礎數(shù)據(jù)資料，厘定了礦區(qū)基礎地質格架，研究了與成礦有關的地層、巖體等地質要素的分布特征，為弱磁異常帶找礦工作奠定了基礎。2019年，西部礦業(yè)集團有限公司和青海省第三地質勘查院在野馬泉鐵多金屬礦區(qū)針對M1至M3磁異常之間的弱磁異常區(qū)以及剩余重力異常梯級帶，開展了廣域電磁法工作(圖8)，在縱向上對巖體及地層的空間分布情況有了直觀認識。經(jīng)驗證，在深部巖體的接觸帶部位發(fā)現(xiàn)了銅多金屬礦體(圖9)，進一步擴大了野馬泉鐵多金屬礦區(qū)的礦體規(guī)模和找礦遠景，為區(qū)內已知礦區(qū)深部、邊部找礦工作提供了示范。

圖8 野馬泉鐵多金屬礦區(qū)剩余重力異常及廣域電磁法剖面布置Fig.8 Section Layout of Residual Gravity Anomaly and WFEM in Yemaquan Fe-polymetallic Mining Area

圖9 野馬泉鐵多金屬礦區(qū)GY3線綜合推斷解釋Fig.9 Comprehensive Inference Explanation of Line GY3 in Yemaquan Fe-polymetallic Mining Area

3 存在問題及發(fā)展方向

3.1 存在問題

(1)中大比例尺物探工作存在大量空白區(qū)。目前，1∶50 000物探工作只有磁法基本覆蓋了柴達木盆地周緣主要礦帶，且受地形影響還存在空白區(qū)；重力和電法只在祁漫塔格礦集區(qū)有少量開展。物探基礎資料的缺乏在很大程度上制約了對區(qū)域地質構造特征和成礦規(guī)律的認識。

(2)以往工作以傳統(tǒng)地面重、磁、電為主，對新方法新技術的引進和應用還不夠。地面重、磁、電方法雖然在找礦階段發(fā)揮了重要作用，但在找礦空間由地表轉向深部的情況下，這些傳統(tǒng)方法又面臨垂向分辨率不足的問題。目前，已有的電磁法在地質構造復雜的金屬礦探測中存在應用效果不佳的問題。

(3)近地表精細探測不足。經(jīng)過多年的找礦工作，近地表尋找富礦、大礦難度越來越大，目前大多數(shù)地質找礦工作多圍繞小規(guī)模礦開展，對物探技術的精度要求越來越高，而現(xiàn)有的電磁法精度還無法滿足精細探測的要求。

(4)在物探數(shù)據(jù)處理和解釋過程中，多以單方法的反演解釋為主，地質與物探之間、各物探方法之間的綜合解釋反演研究不足。

3.2 發(fā)展方向

(1)移動平臺探測技術。柴達木盆地南緣和北緣地區(qū)地廣人稀，適合移動平臺快速探測。另外，部分地段地形復雜，空中電磁探測應用前景廣闊[44-46]。目前，基于飛行平臺探測技術存在如下瓶頸問題：飛機承載質量和發(fā)射功率/探測深度之間存在的矛盾；動態(tài)環(huán)境下深部弱異常信號識別和提取技術；電磁動態(tài)環(huán)境下噪聲分離和去除技術；多源多接收電磁數(shù)據(jù)三維反演問題；各向異性、激電效應、磁效應、介電效應等問題。可能取得的突破包括：研發(fā)基于空氣中電場和磁場直接測量技術；研發(fā)針對航空電磁的數(shù)據(jù)處理和弱信號提取技術[47]；研發(fā)基于電磁系統(tǒng)影響范圍的Local Mesh、壓縮感知、自適應約束的三維正反演技術[48]；考慮地形、各向異性、激電效應和磁效應的綜合地球物理探測、數(shù)據(jù)解釋和約束反演技術[49]。

(2)多分辨電磁探測理論與技術。柴達木盆地南緣和北緣地區(qū)構造復雜，礦種類型多，埋藏深度不一，發(fā)展多分辨電磁探測理論與技術十分必要。傳統(tǒng)的電磁探測方法無法實現(xiàn)多分辨探測，必須研發(fā)新的探測方法才能得以實現(xiàn)。不論地質體的尺度、埋深、電性差異有多么復雜，都應該能夠進行可分辨的探測。這就需要大功率多源激發(fā)技術[50]、弱信號提取技術[51-52]、噪聲源探測技術[53]、大尺度模型快速三維正反演技術的綜合應用，因此，電磁數(shù)據(jù)三維反演勢在必行[54]。然而，航空電磁探測數(shù)據(jù)量龐大，且存在地形、各向異性、激電效應等復雜地質條件，傳統(tǒng)小模型主要基于直接解法，速度慢、效率低、占用內存大[55]。因此，為實現(xiàn)大尺度復雜模型和龐大數(shù)據(jù)量的電磁數(shù)據(jù)三維正反演，需要依據(jù)迭代解法，實現(xiàn)自適應正則化及多尺度反演，并將人工智能和壓縮感知技術應用于反演成像中[56]。

(3)綜合地球物理數(shù)據(jù)聯(lián)合反演技術。由于柴達木盆地南緣和北緣礦化類型的多變性，地球物理勘探資料的多解性是亟待解決的問題[57-58]。利用地球物理重力、磁法、電法、地震等聯(lián)合反演，考慮各向異性、激發(fā)極化、磁效應、介電特征，并通過施加相關性約束可以極大減少解的非唯一性。同時，巖石物性研究與地質解釋技術是建立地球物理反演與地質解釋之間的橋梁?；趲r石物性數(shù)據(jù)，可以對地球物理探測數(shù)據(jù)進行有效地反演和地質解釋，使得地球物理探測技術向探測目標前進一大步。

(4)人工智能與云計算技術。地球物理探測除自身方法技術更新之外，數(shù)據(jù)處理手段也需要向高效、實時顯示發(fā)展。為此，現(xiàn)代計算技術中的人工智能與云計算技術必將在地球物理數(shù)據(jù)處理、反演解釋和成像領域發(fā)揮積極作用[59-60]。

4 結 語

(1)柴達木盆地南緣和北緣隸屬著名的秦祁昆成礦域，在該區(qū)域已發(fā)現(xiàn)大量有色、貴金屬、稀有金屬和黑色金屬大中型礦床，成為青海省最重要的有色-貴金屬成礦區(qū)和金屬原材料供應基地。該區(qū)域具有漫長地質構造演化，多期造山-成盆事件誘發(fā)了區(qū)域內強烈的殼幔物質循環(huán)，造就了一系列成礦時代不同、礦種-礦化類型多樣、控礦條件-控礦要素豐富的成礦系統(tǒng)。由于該區(qū)地處交通不便的偏遠荒漠戈壁區(qū)，因而基礎地質礦產研究程度較低，已有礦產地的勘探深度多在300 m以淺，還有大面積覆蓋區(qū)有待進行針對性的資源勘查。

(2)柴達木盆地南緣和北緣具備良好的資源稟賦、區(qū)域成礦條件和找礦潛力，其金屬礦找礦工作逐漸向沙漠淺覆蓋區(qū)、深部及地形復雜區(qū)轉變，需要物探在理論方法、儀器設備、處理解釋軟件等各方面進行創(chuàng)新和深入研究，以滿足快速、經(jīng)濟、高效的精細探測需求；在深入研究本區(qū)典型成礦系統(tǒng)的基礎上，加強綜合地球物理勘查技術方法的聯(lián)合應用，采用快速地球物理掃面與礦床(區(qū))多方法解剖相結合，進而建立有效實用的地質-地球物理礦床勘查模型系列，為柴達木盆地南緣和北緣深部資源發(fā)現(xiàn)和找礦突破做出貢獻。

恰逢長安大學七十周年華誕，我和我的團隊合作撰寫這篇論文以表祝賀之意，祝長安大學在“雙一流”建設中取得更大成就!我們單位有許多長安大學杰出校友。從他們取得的成績來看，學校緊密與西北地質環(huán)境相結合，辦學特色突出，學生專業(yè)基礎扎實、動手能力強，到工作崗位能極快進入角色，工作業(yè)績顯著！期待以后能與長安大學有更多合作，攜手為國家礦產資源安全和可持續(xù)利用貢獻力量!