重力勘探在河南熊耳山地區(qū)金礦勘查區(qū)找礦預(yù)測(cè)研究

郭甲一，程寶成，王西榮，仁政勇，胡靜波，蔡仲明，孫紅濤，謝白楊

(1.河南省有色金屬地質(zhì)勘查總院，河南 鄭州 450052； 2.河南省有色金屬深部找礦勘查技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州 450052；3. 河南省有色金屬深部找礦工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450052； 4.安徽地質(zhì)實(shí)驗(yàn)研究所，安徽 合肥 230001；5.中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410083； 6.中色國(guó)際礦業(yè)股份有限公司，北京 100029；7.河南省地質(zhì)調(diào)查院，河南 鄭州 450002； 8.河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第二地質(zhì)大隊(duì)，河南 鄭州 450016)

0 引言

河南省熊耳山—外方山地區(qū)位于華北板塊南部邊緣，是我國(guó)最主要的金礦產(chǎn)地之一[1]，不少學(xué)者對(duì)區(qū)內(nèi)的金礦床進(jìn)行了礦床地質(zhì)地球化學(xué)特征、成礦年代學(xué)、成礦流體及其物質(zhì)的來(lái)源[2]等多方面的研究，劃分出多個(gè)礦床的成因類型，如上宮斷控脈狀造山型金礦[5]、祁雨溝爆破角礫巖行金礦床[12]以及公峪構(gòu)造蝕變巖型金礦床[7]等。前人對(duì)熊耳山—外方山礦集區(qū)著重于典型礦床的成礦作用的研究，從金礦產(chǎn)出的地質(zhì)特征均傾向于一致的意見(jiàn)，即受構(gòu)造控制，而重力測(cè)量是隱伏區(qū)查明構(gòu)造特征的一個(gè)十分重要的技術(shù)手段和方法，在區(qū)域上，通過(guò)重力測(cè)量，可以達(dá)到查明區(qū)域上的控礦構(gòu)造和容礦構(gòu)造的分布特征，對(duì)于區(qū)域的成礦預(yù)測(cè)和整裝勘查區(qū)內(nèi)繼續(xù)尋找同類型的金礦床，意義重大。

本次采用重力測(cè)量方法對(duì)區(qū)域進(jìn)行了地球物理測(cè)量，結(jié)合已有的地質(zhì)及地球物理資料，解釋分析了區(qū)域布格重力異常及剩余重力異常，圈定了2個(gè)布格重力異常分區(qū)，劃分了32個(gè)剩余重力分異常，推測(cè)出Ⅰ級(jí)斷裂構(gòu)造5條，Ⅱ級(jí)斷裂構(gòu)造26條，圈定出10個(gè)以重力成果為主的找礦有利靶區(qū)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

河南省熊耳山—外方山地區(qū)金多金屬礦整裝勘查區(qū)位于華北陸塊南緣，屬華山—熊耳山構(gòu)造帶的中段，區(qū)內(nèi)總體構(gòu)造呈NWW向展布，巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。金、鉬、鎢、鉛、鋅、螢石礦床、礦(化)點(diǎn)星羅棋布，成礦地質(zhì)條件優(yōu)越(圖1)。

圖1 河南嵩縣整裝勘查區(qū)大地構(gòu)造位置示意圖

工作區(qū)地層劃屬華北地層區(qū)、晉冀魯豫地層分區(qū)、華熊小區(qū)，具有穩(wěn)定陸塊的雙層結(jié)構(gòu)，盆地地層由基底和蓋層組成：基底為新太古界太華巖群；蓋層由老至新有長(zhǎng)城系熊耳群高山組、薊縣系官道口群和汝陽(yáng)群、寒武系、白堊系及新生界地層。太華巖群、熊耳群是金礦主要的賦礦圍巖。

本區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，褶皺斷裂極其發(fā)育。以早白堊世花崗巖基和被其侵吞后而殘留的新太古界太華巖群構(gòu)成褶皺的核部，受構(gòu)造應(yīng)力影響，在核部及其兩翼均發(fā)育有韌性剪切帶；查區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造以脆性斷裂為主，斷裂構(gòu)造經(jīng)歷了新太古代呂梁運(yùn)動(dòng)至古生界的燕山運(yùn)動(dòng)，長(zhǎng)期復(fù)雜的構(gòu)造演化歷史，使得本區(qū)構(gòu)造呈現(xiàn)出多層次、多樣式、多機(jī)制、多階段的復(fù)雜變形、變位特征，總體構(gòu)造線呈NW向，NE和NW直向的斷裂交織成網(wǎng)格狀，NE(E)向斷裂切割NW(W)向斷裂，而NNE向(近SN向)斷裂截切其他各組斷裂，各組斷層縱橫交錯(cuò)。少量SN向、近EW向。

工作區(qū)出露的主要地層：中元古界熊耳群雞蛋坪組(Pt2j)、馬家河組(Pt2m)(圖2)。雞蛋坪組大面積出露于礦區(qū)，地層總體傾向NW320°～345°，傾角50°～60°。主要有中基性火山巖組成，主要巖性為安山巖，其次為玄武質(zhì)安山巖、輝石安山巖夾流紋斑巖、球粒流紋斑巖及薄層英安巖，局部夾灰綠色玄武安山巖。安山巖呈灰色、灰綠色，紅褐色，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)、變余結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。

圖2 整裝勘查區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖

區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育。一組為NW向，另一組為NE向。NW向斷裂在區(qū)域上廣泛發(fā)育，走向NW—SE，傾向SW，顯示兩期活動(dòng)的跡象：早期韌性變形形成了片理化帶，晚期自南向北脆性逆沖推覆。沿?cái)嗔褞Э梢?jiàn)及碎裂巖、碎粉巖、碎糜巖等，巖石硅化、鉀化及其他蝕變強(qiáng)烈。NW向斷裂控制了本區(qū)所有礦床(點(diǎn))的產(chǎn)出與分布位置，為本區(qū)重要的控礦、導(dǎo)礦構(gòu)造，且本組斷裂對(duì)金等多金屬的形成具有一定的控制作用[4]。

礦區(qū)巖漿活動(dòng)較強(qiáng)烈，礦區(qū)出露有燕山期花崗巖、海西中期正長(zhǎng)巖及晉寧期閃長(zhǎng)巖；礦區(qū)出露有合峪巖體、太山廟巖體、五仗山巖體、燕山期花崗巖脈主要侵入于熊耳群雞蛋坪組、馬家河組及合峪巖體內(nèi)部[5]。

燕山期花崗巖與鉬、鉛、鋅、金、銀等金屬礦及螢石礦成礦關(guān)系最為密切。成脈狀產(chǎn)出的花崗斑巖、細(xì)晶花崗巖等[6]。

2 物性特征

根據(jù)工作區(qū)內(nèi)出露巖性，針對(duì)工作區(qū)內(nèi)地質(zhì)單元的地層采集巖性534塊，根據(jù)工作方法中對(duì)巖性資料的測(cè)定及基本統(tǒng)計(jì)進(jìn)行進(jìn)一步分析，提取適合本次重力工作解譯所用的地層巖性密度統(tǒng)計(jì)值見(jiàn)表1。

表1 巖體及地層密度綜合統(tǒng)計(jì)

密度綜合分析可知：① 工作區(qū)內(nèi)最高地層密度為閃長(zhǎng)巖巖墻，密度為2.804 g/cm3；② 工作區(qū)內(nèi)最低密度為巖體，巖體綜合密度為2.573 g/cm3；巖體密度范圍為(2.434～2.697)g/cm3；③ 合峪巖體密度比太山廟巖體大0.015 g/cm3，合峪巖體與五仗山巖體密度差異較小，但合峪巖體第二次侵入比五仗山巖體密度小0.007 g/cm3；④ 同一巖體中，第一次侵入密度較大；⑤ 地層與巖墻、巖體與巖墻均有較大的密度差，閃長(zhǎng)巖巖墻密度較大；⑥ 本工作區(qū)內(nèi)地層密度變化規(guī)律：閃長(zhǎng)巖>安山巖>沉凝灰?guī)r>二長(zhǎng)花崗巖>正長(zhǎng)花崗巖，巖性形成年代不同可能有部分差異。以上密度成果為本次重力解譯奠定了基礎(chǔ)。

3 重力異常解釋推斷及找礦靶區(qū)預(yù)測(cè)

3.1 布格重力異常特征

工作區(qū)布格重力異常值變化范圍為(-135.2～-75.4)×10-5m/s2，異常幅值相差59.8×10-5m/s2。異常形態(tài)不封閉，重力異常整體表現(xiàn)為工作區(qū)內(nèi)北東部異常高，南西部異常低。布格重力梯級(jí)帶清晰地反映了巖體與熊耳群地層之間接觸帶，二者基本呈“U”字形分界，即南西部為巖體分布范圍，北東部是熊耳群分布區(qū)。根據(jù)重力異常特征，共劃分2個(gè)布格重力異常區(qū)(圖3)，為G-MZJ-01重力高，L-MZJ-02重力低。

圖3 布格重力異常分區(qū)圖

G-MZJ-01重力高區(qū)：位于工作區(qū)的北部，西北角部分重力最高，高達(dá)(-135.2～-75.4)×10-5m/s2，格重力異常值變化范圍為(-135.2～-75.4)×10-5m/s2，異常幅值相差59.8×10-5m/s2，整體異常形態(tài)不封閉。布格重力高是由高密度的熊耳山地層所致。重力高內(nèi)含有多個(gè)條帶狀NE向的局部布格重力異常，多為局部重力高，異常形態(tài)基本為NE向條帶狀，局部異常SW向延伸多截止于巖體處，推測(cè)該條帶狀局部異常多為條帶狀閃長(zhǎng)巖巖墻所致。在木植街東北方向，條帶狀異常形態(tài)變緩，推斷有局部巖體侵入。

L-MZJ-02重力低區(qū)：位于工作區(qū)的南部，整體異常形態(tài)不封閉，格重力異常值變化范圍為(-135.2～-75.4)×10-5m/s2，異常幅值相差59.8×10-5m/s2。重力最低處位于工作區(qū)西南角部分，推測(cè)整體重力低為巖體侵入所致。含有多個(gè)重力低的局部異常，部分局部異常封閉，異常形態(tài)呈圓狀或橢圓狀，東側(cè)異常形態(tài)不規(guī)則，局部異常受不同侵入期次巖體影響。

在G-MZJ-01重力高與L-MZJ-02重力低分界線兩側(cè)，NW向一側(cè)存在兩條規(guī)模較大重力梯級(jí)帶，推測(cè)可能在兩條梯級(jí)帶對(duì)應(yīng)為馬超營(yíng)斷裂南北兩側(cè)的反映。

3.2 局部重力異常特征

根據(jù)布格重力異常數(shù)據(jù)對(duì)區(qū)域場(chǎng)進(jìn)行了求取，在此基礎(chǔ)上求取本區(qū)的局部重力異常，本次異常提取通過(guò)滑動(dòng)平均求取局部異常作為解釋局部異常的基礎(chǔ)圖件。根據(jù)本區(qū)局部重力異常的計(jì)算成果，對(duì)每個(gè)局部重力高和重力低異常均進(jìn)行統(tǒng)一編號(hào)(圖4)。重力異常以SY-01、SY-02……編號(hào)命名，在其前面冠以G、L來(lái)區(qū)分剩余高與剩余低。

圖4 局部重力異常圖

局部重力異?？傮w特征是：局部重力異常峰值范圍在(-6.0～3.5)×10-5m/s2，局部重力高與局部重力低呈不規(guī)則相間分布，帶狀走向以NW向和NE向?yàn)橹?，與區(qū)內(nèi)主要構(gòu)造格架特征展布方向相對(duì)應(yīng)，部分異常呈近EW向。

3.3 斷裂構(gòu)造帶推斷

從工作區(qū)異常梯級(jí)帶方向來(lái)看，以N、NW向?yàn)橹鳌＠肦GIS2011軟件在布格重力異?；A(chǔ)上，進(jìn)行向上延拓250 m、500 m、1500 m、3000 m、5000 m線性增強(qiáng)和水平總梯度模處理，并對(duì)工作區(qū)布格重力異常進(jìn)行向上延拓、水平一階導(dǎo)數(shù)、垂向二階導(dǎo)數(shù)等處理，根據(jù)構(gòu)斷裂造的重力場(chǎng)標(biāo)志，在綜合分析的基礎(chǔ)上推斷出31條斷裂構(gòu)造(圖5)，其中Ⅰ級(jí)斷裂構(gòu)造5條，Ⅱ級(jí)斷裂構(gòu)造26條。依照由主要到次級(jí)、由西向東、由北向南的順序分別對(duì)其進(jìn)行了命名，對(duì)區(qū)內(nèi)的構(gòu)造進(jìn)行統(tǒng)一命名。

圖5 推測(cè)斷裂構(gòu)造圖

3.4 本區(qū)異常類別的劃分原則

工作區(qū)布格重力異常值變化范圍為(-135.2～-75.4)×10-5m/s2，異常形態(tài)不封閉，重力異常整體表現(xiàn)為工作區(qū)內(nèi)北部、東部異常高，南部、西部異常低，布格重力異常等值線展布方向在工作區(qū)內(nèi)北部以NNW向?yàn)橹鳎诠ぷ鲄^(qū)南部變?yōu)镋W向?yàn)橹?。布格重力梯?jí)帶基本表現(xiàn)在巖體與熊耳群地層接觸帶，基本以“V”字形分界。受本次工作圖幅限制，重力高與重力低異常均未封閉，異常幅值相差59.8×10-5m/s2。根據(jù)重力異常特征，共劃分2個(gè)布格重力異常區(qū)，為G-MZJ-01重力高，L-MZJ-02重力低。

G-MZJ-01重力高區(qū)：位于工作區(qū)的北部，西北角部分重力最高，整體異常形態(tài)不封閉，布格重力高是由高密度的熊耳山地層所致。重力高內(nèi)含有多個(gè)條帶狀NE向的局部布格重力異常，多為局部重力高，異常形態(tài)基本為NE向條帶狀，局部異常西南向延伸多截止于巖體處，推測(cè)該條帶狀局部異常多為條帶狀閃長(zhǎng)巖巖墻所致。在木植街東北方向，條帶狀異常形態(tài)變緩，推斷有局部巖體侵入。

L-MZJ-02重力低區(qū)：位于工作區(qū)的南部，整體異常形態(tài)不封閉，重力最低處位于工作區(qū)西南角部分，推測(cè)整體重力低為巖體侵入所致。含有多個(gè)重力低的局部異常，部分局部異常封閉，異常形態(tài)呈圓狀或橢圓狀，東側(cè)異常形態(tài)不規(guī)則，局部異常受不同侵入期次巖體影響。

在G-MZJ-01重力高與L-MZJ-02重力低分界線兩側(cè)，NW向一側(cè)存在兩條規(guī)模較大重力梯級(jí)帶，推測(cè)可能在兩條梯級(jí)帶對(duì)應(yīng)為馬超營(yíng)斷裂南北兩側(cè)的反映。

3.5 重力異常區(qū)劃分及解釋實(shí)例

3.5.1 重力異常區(qū)劃分

筆者圈定了L-SY-10、L-SY-13、L-SY-19、L-SY-24等為較好的研究區(qū)。L-SY-10區(qū)：形態(tài)呈“T”帶狀，雙峰值，最低為-1.2×10-5m/s2，圈定面積約8 km2，流紋巖層密度2.65 g/cm3熊耳群雞蛋坪組出露，推斷該異常為巖體沿推測(cè)NE向斷裂侵入；L-SY-13區(qū)：形態(tài)不規(guī)則，多峰值，最低為-1.4×10-5m/s2，中部局部剩余高，圈定面積約25 km2，太山廟巖體一期密度為2.573 g/cm3，流紋巖層密度為2.65 g/cm3，東北側(cè)出露雞蛋坪流紋巖所致，南側(cè)出露太山廟巖體一期，推斷該異常為太山廟巖體一期侵入雞蛋坪流紋巖所致；L-SY-19區(qū)：形態(tài)呈NE向長(zhǎng)條帶狀，單峰值為-1×10-5m/s2，圈定面積約18 km2，安山巖密度為2.776 g/cm3，綜合巖體密度為2.55 g/cm3，地表出露安山巖，推斷該異常安山巖下隱伏巖體，或?yàn)楣呕鹕酵ǖ?；L-SY-24區(qū)：形態(tài)不規(guī)則，峰值最低為-1.6×10-5m/s2，中部局部剩余高，圈定面積約24 km2，太山廟巖體五期侵入巖體密度為2.564 g/cm3，流紋巖層密度2.65 g/cm3，異常的東部和東北部出露雞蛋坪組流紋巖，西側(cè)太山廟巖體第五期侵入，推斷該異常為太山廟巖體第5次侵入的低密度花崗巖引起。

3.5.2 典型重力異常解釋實(shí)例

局部異常與礦產(chǎn)關(guān)系密切，大部分局部異常低是由于在構(gòu)造發(fā)育地段，充填有低密度巖體引起的，與礦化有很大關(guān)系。因此尋找大規(guī)模的巖體與巖石礦化接觸面是一個(gè)找礦有利條件。本工作區(qū)以L-SY-24為例進(jìn)行說(shuō)明：

異常原因：該異常低主要是受太山廟巖體第五次侵入所致異常低，南、西邊緣推測(cè)與太山廟巖體第二次侵入接觸有關(guān)(但侵入巖體密度差別不大)，異常北側(cè)為馬家河安山巖(推測(cè)下部為密度較大的閃長(zhǎng)巖巖墻)。

地質(zhì)情況：異常中心東側(cè)顯示為局部重力高，出露巖性為雞蛋坪組流紋巖。北、西北側(cè)流紋巖與安山巖相接。

推斷：圖6所示雞蛋坪流紋巖下隱伏太山廟巖體，隱伏巖體吞噬流紋巖推測(cè)成環(huán)狀，在圖7a留有雞蛋坪流紋巖柱體，因此推測(cè)該區(qū)域存在巖體與地層的接觸面積較大，可能有利于成礦。諸如此類情況還有L-SY-13異常，該異常太山廟巖體一期侵入雞蛋坪流紋巖，推測(cè)侵蝕接觸面規(guī)模較大。

圖6 L-SY-24局部重力異常圖

圖7 L-SY-13局部重力異常解釋推斷圖

以上是已知礦點(diǎn)與局部異常、推測(cè)構(gòu)造、推測(cè)巖體、地化異常的關(guān)系分析，現(xiàn)進(jìn)一步總結(jié)出應(yīng)用重力異常及推測(cè)結(jié)果對(duì)找礦靶區(qū)的遠(yuǎn)景預(yù)測(cè)：①布格重力異常相對(duì)低及布格重力異常等值線同向扭曲或膨大區(qū)域；②局部重力低異常，剩余異常0值線；③推測(cè)構(gòu)造交匯處，或重大隱伏斷裂；④巖體與圍巖接觸帶，特別是隱伏巖體對(duì)火山巖的吞噬區(qū)域；⑤結(jié)合金及相關(guān)元素異常。

3.6 找礦靶區(qū)預(yù)測(cè)

根據(jù)已知地質(zhì)資料分析與實(shí)際調(diào)查測(cè)量成果，筆者在重力找礦靶區(qū)(圖8)圈定出3個(gè)較好的重力找礦靶區(qū)，7個(gè)次級(jí)組合。

I-1重力找礦靶區(qū)：該區(qū)處于重力異常邊界波動(dòng)帶內(nèi)，地表熊耳群火山巖出露。首先基礎(chǔ)為已知金礦點(diǎn)位置西側(cè)分布；其次異常要素為剩余重力低幅值變小且沿已知帶向東側(cè)延伸，且該區(qū)域所囊括閃長(zhǎng)巖巖墻南側(cè) F20NE向構(gòu)造與NW向F18、F28、F27斷裂匯聚，且F27、F28可能未能穿過(guò)F20，重力推測(cè)合峪巖體一期侵入隱伏于該區(qū)域下，地化異常顯著；綜合可推測(cè)該區(qū)域?yàn)檩^好的重力找礦靶區(qū)。

I-2重力找礦靶區(qū)：該區(qū)處于重力異常邊界波動(dòng)帶東南向延伸帶，地表北側(cè)熊耳群火山巖出露，南側(cè)太山廟巖體出露。該區(qū)域東北側(cè)有礦點(diǎn)出露，礦點(diǎn)出露處于剩余重力零值線正值側(cè)，推測(cè)零值線及負(fù)值側(cè)有更好的成礦條件；剩余重力異常要素為剩余重力低，F(xiàn)5、F27斷裂匯聚，重力推測(cè)太山廟巖體侵入吞噬合峪巖體，該區(qū)域太山廟巖體隱伏，地化異常次級(jí)；綜合可推測(cè)該區(qū)域?yàn)檩^好的重力找礦靶區(qū)。

圖8 重力異常及找礦靶區(qū)圖

I-3重力找礦靶區(qū)：該區(qū)最有益的找礦因素為太山廟巖體五期侵入巖吞噬熊耳群火山巖，中部及西側(cè)重力相對(duì)高推測(cè)為吞噬火山巖的邊部，總體及北側(cè)處于重力低，推測(cè)深部依然有巖體隱伏侵入，推測(cè)深部地質(zhì)情況為侵入巖體與火山巖多次交互作用，為較好的重力找礦靶區(qū)。

4 結(jié)論

在1∶5萬(wàn)重力資料分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合以往地質(zhì)資料，利用重力對(duì)區(qū)內(nèi)五仗山巖體、合峪巖體和太山廟巖體的構(gòu)造展布特征、礦體與地球物理重力場(chǎng)及磁場(chǎng)的關(guān)系進(jìn)行了綜合分析研究，并取得以下主要地質(zhì)成果：

1)圈定了2個(gè)布格重力異常分區(qū)，為G-MZJ-01重力高，L-MZJ-02重力低；基本劃定了工作區(qū)巖體與圍巖的分界線；根據(jù)剩余重力異常，將工作區(qū)劃分出了32個(gè)剩余重力分異常(其中重力高異常14個(gè)，重力低異常18個(gè))，初步認(rèn)定剩余重力異常L-SY-10、L-SY-13、L-SY-19、L-SY-24等為較好的研究區(qū)。

2)根據(jù)重力成果圖在工作區(qū)內(nèi)推斷出I級(jí)斷裂構(gòu)造5條，Ⅱ級(jí)斷裂構(gòu)造26條。其中在區(qū)域上追蹤已知斷裂4條，南部巖體內(nèi)新推斷出斷裂5條，北側(cè)補(bǔ)充斷裂9條，并對(duì)推測(cè)斷裂與已知礦點(diǎn)關(guān)系進(jìn)行了分析，提取出多條對(duì)成礦有利的推測(cè)斷裂。

3)綜合分析了地質(zhì)、礦產(chǎn)、重磁、水系沉積物測(cè)量成果等，圈定出10個(gè)以重力成果為主的找礦有利區(qū)。