甘肅肅北縣狼娃山鐵礦床磁異常特征及其與成礦的關(guān)系

張琳，張健，沈志明

(甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 酒泉 735000)

狼娃山鐵礦由中科院蘭州分院于1958年發(fā)現(xiàn)，該礦區(qū)由Ⅰ(躍進(jìn)山鐵礦床)、Ⅱ、Ⅲ礦區(qū)(狼娃山鐵礦床)組成。狼娃山鐵礦床地處甘肅北山地區(qū)白山-狼娃山航磁異常帶，該異常區(qū)內(nèi)共發(fā)現(xiàn)鐵礦點(diǎn)(床)40處，其成因均與下石炭統(tǒng)火山巖有關(guān)，分別屬于火山熱液礦床、矽卡巖型礦床及沉積變質(zhì)礦床。20世紀(jì)70年代甘肅地礦局物探隊(duì)及地質(zhì)四隊(duì)在該區(qū)對(duì)狼娃山鐵礦及其鄰近的40余個(gè)異常進(jìn)行了地面檢查評(píng)價(jià)工作，均未能在鐵礦找礦上有所突破。2013年甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院(以下簡(jiǎn)稱(chēng)四勘院)對(duì)該礦床開(kāi)展了補(bǔ)充詳查工作。四勘院在以往地質(zhì)工作的基礎(chǔ)上，重新對(duì)區(qū)域地質(zhì)成礦背景和磁異常特征進(jìn)行了綜合研究后，認(rèn)為該區(qū)屬于島弧火山巖成礦區(qū)，是尋找火山巖型鐵礦有利地帶，磁異常值多為鐵礦(化)體引起，礦床深部具有較好的找礦遠(yuǎn)景。胥溢等(2016)通過(guò)總結(jié)礦區(qū)重、磁異常特征，建立了狼娃山礦區(qū)簡(jiǎn)要地球物理成礦模型，對(duì)礦區(qū)周邊找礦提供了方向。筆者進(jìn)一步總結(jié)研究了礦區(qū)各類(lèi)型磁異常與成礦的關(guān)系，為礦區(qū)及周邊地質(zhì)找礦提出了指導(dǎo)性意見(jiàn)。

1 成礦地質(zhì)背景

1.1 區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)概況

該地區(qū)鐵礦多賦存于石炭紀(jì)白山組下巖段火山巖系，沿縱橫方向巖性變化劇烈，熔巖、凝灰?guī)r及含火山組分的巖石交替出現(xiàn)，總體分析，(劉偉等，2018；湯鴻偉等，2018；楊永春等，2018)石炭紀(jì)白山組下巖段火山巖呈近北西—南東向帶狀展布，具廣泛區(qū)域性，應(yīng)屬于多中心噴發(fā)的產(chǎn)物。區(qū)內(nèi)巖漿巖極為發(fā)育，主要為華力西中期鉀長(zhǎng)花崗巖、二長(zhǎng)花崗巖、花崗閃長(zhǎng)巖，呈大巖基產(chǎn)出。中酸性侵入巖入侵發(fā)生交代作用，形成黑山梁、雙尖山、紅石山、狼娃山、紅柳槽、雙井子、白山泉等鐵礦。

1.2 礦床特征

礦床出露地層比較單一，主要為石炭紀(jì)白山組酸性火山巖、硅質(zhì)板巖及第四紀(jì)現(xiàn)代松散堆積物。根據(jù)礦床地層層序及巖性組合特征將石炭紀(jì)白山組分上、下2個(gè)亞組。下亞組為中酸性火山巖組，此段為礦床的主要賦礦層位，灰綠色安山質(zhì)凝灰?guī)r、矽卡巖是主要含礦巖性；上亞組為硅質(zhì)板巖組，以深-淺灰色硅質(zhì)板巖為主，硅質(zhì)板巖普遍含粉砂質(zhì)條帶。

在狼娃山礦床內(nèi)共圈出鐵礦體375個(gè)，其中主要礦體16個(gè)，次要礦體359個(gè)。礦體具有成帶出現(xiàn)，礦體成群集中，單個(gè)礦體形態(tài)多樣的特點(diǎn)。礦體在礦帶內(nèi)呈斜列展布，向東斜落，賦礦巖石為灰綠色矽卡巖化安山質(zhì)熔凝灰?guī)r及矽卡巖。由于成礦后構(gòu)造活動(dòng)，礦體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，變化大，礦化帶及部分礦體被成礦后的右行扭性斷裂破壞，礦體多呈透鏡狀、似層狀、脈狀、囊狀產(chǎn)出。

2 區(qū)域航磁異常特征

在航磁異常圖上，狼娃山地區(qū)位于狼娃山-躍進(jìn)山-白梁磁異常帶上，異常帶表現(xiàn)為+200～+400 nT的波動(dòng)升高磁場(chǎng)，它是華力西中期花崗閃長(zhǎng)巖的反映，局部波動(dòng)幅度和強(qiáng)度較低的航磁異常梯級(jí)帶則是花崗巖和斜長(zhǎng)花崗巖的反映。異常帶北緣出露下石炭系白山群中酸性火山巖以及第三系苦泉組沉積巖地層表現(xiàn)為-50～-150 nT的波動(dòng)負(fù)磁場(chǎng)。地面物性測(cè)量結(jié)果表明，狼娃山地區(qū)的中酸性巖體磁性較強(qiáng)，與其他地區(qū)相比，很多花崗閃長(zhǎng)巖、花崗巖的磁性都明顯偏強(qiáng)，因此盡管這一地區(qū)出露的是大片中酸性巖體，但磁場(chǎng)仍然為升高場(chǎng)(圖1)。

圖1 狼娃山一帶航磁異常等值線(xiàn)平面圖Fig.1 Contour plan of aeromagnetic anomaly in Langwa mountain area

3 礦床磁異常特征

3.1 磁法工作情況

1966年地質(zhì)部航測(cè)905隊(duì)在區(qū)域內(nèi)開(kāi)展了1∶5萬(wàn)航磁測(cè)量，并發(fā)現(xiàn)狼娃山Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ礦區(qū)具有明顯的航磁異常反映。1967年甘肅省地質(zhì)局物探隊(duì)在Ⅱ礦區(qū)進(jìn)行了1∶2 000地面磁測(cè)，同時(shí)使用少量山地工程對(duì)磁異常進(jìn)行了查證，認(rèn)為磁異常為磁鐵礦或含鐵矽卡巖所引起，并在第四紀(jì)覆蓋地段發(fā)現(xiàn)了隱伏磁性體。認(rèn)為Ⅱ礦區(qū)成礦條件良好，磁鐵礦化面積大，礦體和磁異常均具一定規(guī)模，推測(cè)礦體延深在20 m以下。1977年，該隊(duì)又補(bǔ)做了精測(cè)剖面，結(jié)合鉆探驗(yàn)證進(jìn)一步對(duì)磁異常作了解釋推斷工作。2005年，中國(guó)國(guó)土資源航空物探遙感中心在區(qū)內(nèi)再次開(kāi)展了1∶5萬(wàn)航空物探綜合勘查，發(fā)現(xiàn)狼娃山鐵礦的一礦、二礦等在航磁圖上都有非常明顯的異常反應(yīng)，異常幅值都在2 000 nT左右；在航空γ能譜圖上，由于這一地區(qū)的中酸性巖體非常發(fā)育，這些巖體的放射性核素含量比較高，因此也表現(xiàn)為較高的γ能譜場(chǎng)；在重力異常圖上，由于中酸性巖體的密度較低，狼娃山處于相對(duì)偏低的重力場(chǎng)區(qū)。

通過(guò)物探工作，在狼娃山地區(qū)圈定了長(zhǎng)達(dá)6 km磁異常帶，并對(duì)其中有意義的異常進(jìn)行了詳查。在M682異常提供了驗(yàn)證孔位多處。同時(shí)，完整地圈出了長(zhǎng)達(dá)3.5 km平緩異常帶(圖2)；在M958異常除圈定了地表及淺部礦體外，還發(fā)現(xiàn)了長(zhǎng)達(dá)1 000 m平緩異常，推斷為礦引起。

圖2 狼娃山鐵礦床磁異常ΔZ等值線(xiàn)平面圖Fig.2 Plan of ΔZ isoline of magnetic anomaly of Langwa mountain iron deposit

2009年～2013年期間，新疆有色地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院、甘肅省地礦局第二地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院物探項(xiàng)目部及四勘院物探項(xiàng)目部分別在礦床內(nèi)進(jìn)行了1∶5000高精度磁測(cè)掃面和1∶1000高精度磁法剖面測(cè)量工作，均因受礦床開(kāi)采形成的礦渣堆以及采礦爆破蹦落的礦石影響，未能達(dá)到預(yù)期效果。所以在本次磁異常研究工作中主要采用1967年(Ⅱ礦區(qū))及1977年(Ⅲ礦區(qū))的磁法資料。

3.2 巖礦石磁參數(shù)特征及異常的定性分析

1967年～1977年，甘肅省地質(zhì)局物探隊(duì)在開(kāi)展磁測(cè)工作時(shí)共測(cè)定巖礦心磁參數(shù)標(biāo)本1 970塊，用磁秤法第二位置測(cè)定，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 巖礦石磁參數(shù)特征表Tab.1 Characteristics of magnetic parameters of rock and ore

通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析，認(rèn)為磁鐵礦、含鐵矽卡巖和矽卡巖為強(qiáng)磁至有磁，是引起異常的磁性體；中酸性火山巖及其他巖石為弱磁到無(wú)磁，對(duì)本區(qū)而言，它們?yōu)榉谴判泽w。雖然它們磁性強(qiáng)弱差異大，但磁鐵礦、含鐵矽卡巖和矽卡巖三者常產(chǎn)在一起，以互層狀及呈過(guò)渡關(guān)系，故在實(shí)際工作中單憑異常強(qiáng)度難于區(qū)分。在一般情況下，引起異常多以礦為主。通過(guò)粗略的定量計(jì)算和實(shí)踐認(rèn)識(shí)，基本可以得出：2 000 nT以上的隱伏異常一般都是以礦為主的異常。

3.3 磁異常特征

礦區(qū)磁異常按以往航磁異常劃分為M682(Ⅱ礦區(qū))、M957、M958(Ⅲ礦區(qū))3個(gè)異常(圖3)，異常帶長(zhǎng)約6 km，其間沒(méi)有明顯間斷。M682異常在以前劃分為C1～C10十個(gè)異常，總體走向約130°和近東西向的2組。C1～C10異常的規(guī)模一般都較小，只有C1、C4、C5、C8規(guī)模較大。C1、C5、C6、C7和C8被1 000 nT等值線(xiàn)連成一個(gè)帶，全長(zhǎng)約3 km，最寬400 m。M957異常為許多范圍小的局部異常。M958異常帶為平緩場(chǎng)，總體走向約120°，全長(zhǎng)約1.5 km。

圖3 串珠狀磁異常與地質(zhì)圖斷層對(duì)照?qǐng)DFig.3 Comparison between bead magnetic anomaly and geological map fault

各異常的形態(tài)都較復(fù)雜，每個(gè)異常在1 000 nT以上的等值線(xiàn)又可分為多個(gè)高磁中心，這些高磁中心的形態(tài)多呈橢圓狀或不規(guī)則狀，與地面出露的礦體零星分散、形態(tài)復(fù)雜、延伸淺的特點(diǎn)相吻合。1 000 nT以下的異常又往往表現(xiàn)得寬緩且較規(guī)則，這就使異常在水平和垂直向上呈互相疊加成寬緩多峰的形狀，在實(shí)際工作中較難以分解，給解釋推斷帶來(lái)一定的困難。經(jīng)鉆探和山地工程的驗(yàn)證，認(rèn)為地磁1 000 nT以上的高值異常主要是由地表和淺部礦體引起；1 000 nT以下的低緩異常中施工的鉆孔內(nèi)見(jiàn)到礦少，矽卡巖較多，深部是否有礦尚難定論，推測(cè)該異常是由中深部磁性體或矽卡巖引起，仍需進(jìn)一步研究后才能得出明確的結(jié)論。

4 磁異常與成礦關(guān)系

隨著礦區(qū)地質(zhì)工作的不斷投入，通過(guò)槽探、鉆探工程對(duì)磁異常的廣泛驗(yàn)證，筆者對(duì)礦床特征的認(rèn)識(shí)也得以不斷提高，找礦深度不斷增加，由地表、淺部找礦向深部隱伏礦深入，新的礦體逐漸被發(fā)現(xiàn)，資源儲(chǔ)量迅速得到擴(kuò)大，對(duì)磁異常和成礦的關(guān)系也有了更加深入的認(rèn)識(shí)。

(1)通過(guò)對(duì)1∶2000地質(zhì)填圖圈定礦化帶并與磁異常分布位置與形態(tài)的對(duì)比分析，認(rèn)為礦床內(nèi)串珠狀高值磁異常均發(fā)育在斷層帶中，高值磁異常均發(fā)育在灰綠色安山質(zhì)熔凝灰?guī)r、英安質(zhì)熔凝灰?guī)r及矽卡巖中，確定了磁異常特征與控礦巖性(陳俊魁等，2018)；同時(shí)，解釋了呈線(xiàn)狀(串珠狀)展布的磁異常地段為斷層通過(guò)地帶(圖3)。

(2)小規(guī)模、大強(qiáng)度磁異常(2 000～8 000nT)集中區(qū)往往是地表和100 m以上淺部礦體所致，此類(lèi)礦體往往延伸有限。經(jīng)系統(tǒng)鉆探工程查證，結(jié)合礦床地表礦體分布位置、產(chǎn)出形態(tài)等特征，證實(shí)礦床內(nèi)此類(lèi)磁異常并非深部礦體的反映(圖4)。

圖4 磁異常高值集中區(qū)查證對(duì)照?qǐng)DFig.4 Comparison of verification of high magnetic anomaly concentration area

(3)寬緩、低強(qiáng)度(1 000 nT以下)磁異常往往是深部礦體的反應(yīng)。在Ⅲ礦區(qū)磁異常位置地表多為第四紀(jì)覆蓋，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)鉆探工程證實(shí)，該異常為深部磁性體的反映(圖5)。

圖5 寬緩磁異常區(qū)查證對(duì)比圖Fig.5 Verification comparison of wide slow magnetic anomaly area

(4)四周強(qiáng)磁、中心弱磁區(qū)可能是火山洼地深部成礦有利地段。在107線(xiàn)～115線(xiàn)存在中心無(wú)異常四周發(fā)育小規(guī)模、高強(qiáng)度正異常的現(xiàn)象，結(jié)合古地槽相火山巖成礦理論分析，認(rèn)為無(wú)異常地段應(yīng)為一處火山洼地，深部可能賦存有鐵礦體。出現(xiàn)無(wú)異常地段的原因是由于礦體埋深較大，四周高強(qiáng)度的磁異常掩蓋了深部的磁異常形成。通過(guò)施工9個(gè)探索鉆孔驗(yàn)證，各鉆孔施工到335.9～659.9 m處均見(jiàn)到厚度較大的鐵礦體，含礦層最厚可達(dá)191.7 m(ZK112-9)，一般厚6.8～16.7 m，最厚可達(dá)40 m(ZK111+80-5)，TFe品位為35.36%～40.36%，證明無(wú)異常地段深部仍然賦存有鐵礦體(圖6)。

圖6 無(wú)磁異常反映區(qū)查證對(duì)照?qǐng)DFig.6 verification comparison of non magnetic abnormal reflection area

5 結(jié)論

(1)針對(duì)磁鐵礦礦床，依據(jù)磁異常分布特征結(jié)合地層分布位置可以有效地推斷含礦層位與構(gòu)造分布位置。

(2)礦床內(nèi)磁異常規(guī)模較小、磁異常強(qiáng)度較高的集中區(qū)均為地表和100 m以上鐵礦體引起，并非深部礦體的反映。強(qiáng)度較低的寬緩磁異常才是深部隱伏磁性體的反映。

(3)礦床內(nèi)出現(xiàn)無(wú)異常地段的原因是由于礦體埋深較大，四周高強(qiáng)度的磁異常掩蓋了深部的磁異常形成，并非無(wú)礦區(qū)，在今后勘查過(guò)程中應(yīng)結(jié)合區(qū)域成礦背景綜合研究。

(4)狼娃山鐵礦床地處甘肅北山地區(qū)白山泉-狼娃山-黑鷹山航磁異常帶中，該類(lèi)型鐵礦是北山地區(qū)較重要的鐵礦類(lèi)型，礦石品位高，粒度粗，易選，因?yàn)榈V體規(guī)模小、構(gòu)造復(fù)雜，以前未能引起足夠的重視。通過(guò)對(duì)該礦床磁異常的解剖研究，取得了突破性成果，對(duì)北山地區(qū)該類(lèi)礦床的尋找具有較好的指導(dǎo)作用。

致謝：本次論文撰寫(xiě)過(guò)程中得到甘肅省地礦局四勘院各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)及陳永全高級(jí)工程師的指導(dǎo)和幫助，審稿專(zhuān)家提出很多寶貴意見(jiàn)，在此一并表示感謝！