從重磁場特征分析華北陸塊南緣鐵礦分布規(guī)律

滕菲，孟慶龍，邢怡

（1.中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心，天津 300170；2.華北地質(zhì)科技創(chuàng)新中心，天津 300170；3.中國石油大港油田勘探開發(fā)研究院，天津 300270）

華北陸塊南緣是我國重要的鐵礦成礦區(qū)帶，根據(jù)當(dāng)前國際形勢動蕩，加大力度開展區(qū)域鐵礦資源潛力調(diào)查，努力減少對外依存度，對我國經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義。航空及地面磁測是尋找磁鐵礦最成熟有效的物探方法[1-6]，在區(qū)內(nèi)已取得了普遍的找礦成果。進(jìn)一步深部找鐵礦工作亟需要加強多方法綜合信息提取。特別是區(qū)域重力調(diào)查，探測深度大、對地質(zhì)構(gòu)造定位準(zhǔn)確[7-10]，與磁法調(diào)查互為有效補充，近年來在尋找隱伏鐵礦工作中效果顯著[11-23]。因此，充分發(fā)掘重磁綜合資料在鐵礦找礦中的重要作用，開展華北陸塊南緣成礦帶鐵礦成礦規(guī)律研究，對今后有效指導(dǎo)成礦帶鐵礦資源勘查開發(fā)，增加資源儲量，進(jìn)而提高資源的保障程度都具有重要參考意義?；谌A北陸塊南緣產(chǎn)鐵礦勘查工作一直以來是典型的“高強度、大梯度、尖鋒”異常直接尋找鐵礦的現(xiàn)狀，筆者嘗試從區(qū)域分布規(guī)律、構(gòu)造背景、地球物理場背景及重磁關(guān)聯(lián)的視角，可對不同類型鐵礦的異常特征和識別標(biāo)志提出更有價值的認(rèn)識。

1 區(qū)域地質(zhì)背景及主要鐵礦類型特征

成礦帶位于華北陸塊南緣，處在東特提斯構(gòu)造體系域與中新生代環(huán)太平洋構(gòu)造體系域的交錯復(fù)合地帶?？缰袟l-登封新太古代巖漿?。ˋr3）和靈寶-魯山新太古代巖漿弧（Ar3）兩個三級構(gòu)造單元。區(qū)內(nèi)變質(zhì)地層發(fā)育，巖漿活動頻繁，構(gòu)造變形強烈。晚三疊世以來的陸內(nèi)碰撞造山系構(gòu)筑了現(xiàn)今地質(zhì)構(gòu)造格架，表現(xiàn)為北西、北東走向交織的褶皺隆起與裂陷盆地。區(qū)內(nèi)侵入巖不甚發(fā)育，燕山期活動相對規(guī)模最大、范圍最廣，以酸性巖為主[24-25]，與成礦關(guān)系密切[26]。區(qū)域變質(zhì)巖分布于華北陸塊區(qū)基底巖系中，其中具有含鐵建造的變質(zhì)地層為太華巖群、登封（林山）巖群和二郎坪群。

區(qū)內(nèi)鐵礦類型主要有沉積變質(zhì)型、矽卡巖型、巖漿巖型、沉積型和風(fēng)化型五種。鐵礦帶主體分布受北西西向欒川斷裂帶控制。各類型鐵礦在區(qū)域上都具有明顯的重磁異常特征（除風(fēng)化型鐵礦外）。沉積變質(zhì)型鐵礦成礦嚴(yán)格受控于太古代基底-登封群、太華群變質(zhì)巖系[27-28]。典型礦床為舞陽縣鐵山鐵礦[29]等，具有礦床規(guī)模大、礦石品位較貧、層位穩(wěn)定、多層、厚度大、磁異常梯度變化平緩等特點，規(guī)模以中大型為主，是區(qū)內(nèi)主要鐵礦類型。矽卡巖型鐵礦主要分布于太行山（中段）、天津-魯西早古生代碳酸鹽臺地，陸緣巖漿弧、裂谷盆地、中條山古元古代島弧帶（弧后盆地）、晉豫碰撞巖漿帶等[30-32]。典型礦床有安陽市李珍鐵礦、永城市大王莊鐵礦。礦產(chǎn)地分布廣泛，規(guī)模以中小型為主。巖漿型釩鈦磁鐵礦礦化、富集與基性、超基性巖體密切相關(guān)，規(guī)模以中小型為主。其規(guī)模和形態(tài)受侵入體控制，巖體厚度與礦體厚度成正比[33-34]。典型礦床為趙案莊鐵礦、新縣黃崗（釩）鈦磁鐵礦。沉積型鐵礦總體規(guī)模較小，分布范圍局限，主要分布在中條-登封新太古代巖漿弧，呈北東向帶狀展布。

圖1 華北陸塊南緣成礦帶地質(zhì)礦產(chǎn)簡圖Fig.1 Geological and mineral sketch of the metallogenic belt on the southern margin of the North China block

2 區(qū)域重力場特征

成礦帶位于北北東向大興安嶺-太行山-武陵山重力梯級帶與北西西向西安-南陽低值重力異常帶之交匯部位，它們相互疊加、扭曲形成了復(fù)雜的異常特征（圖2、圖3）。其中北部以北東走向為主，南部以北西西走向為主；在地質(zhì)上表明了成礦帶位于北北東向莫霍面陡變帶與北西西向幔坳帶的交匯處，重力異常區(qū)整體反映了一個性質(zhì)穩(wěn)定古老的克拉通。從區(qū)域大量的巖（礦）石密度統(tǒng)計資料可看出，鐵礦石密度值最大，磁鐵礦、赤鐵礦、黃鐵礦的平均密度分別為4.08×103kg/m3、3.35×103kg/m3、3.88×103kg/m3；沉積巖、變質(zhì)巖、巖漿巖密度值變化較大，巖石類第四系粘土密度最小，平均密度為1.89×103kg/m3；超基性巖密度最大，可達(dá)到2.9×103kg/m3；赤鐵礦3.35×103kg/m3，黃鐵礦3.88×103kg/m3。成礦帶有四個較大密度層：第四系密度層平均密度為1.92×103kg/m3；第三系密度層平均密度為2.42×103kg/m3；侏羅系至石炭系底密度層平均密度為2.53×103kg/m3；奧陶系至太古界密度層平均密度為2.66×103kg/m3。它們之間密度差別為0.5×103kg/m3，0.11×103kg/m3；0.13×103kg/m3?；谶@一密度特征的重力場基本反映了華北陸塊基底整體埋深、區(qū)域性不整合界面和其起伏特征。北北東向重力低帶是北山期形成的北東向斷陷盆地所引起，因北北東向斷裂形成時代較新，把北西、東西向切割，所以北北東向異常更清晰醒目。

圖3 華北陸塊南緣成礦帶航磁ΔT化極異常圖Fig.3 Aeromagnetism map reducing to the pole of the metallogenic belt on the southern margin of the North China block

3 區(qū)域磁場特征

成礦帶磁異?？傮w以低緩、平穩(wěn)、單調(diào)的開闊負(fù)磁場（-50～100 nT）為主要特征，中東部高磁異常區(qū)及其他規(guī)模較大的高磁異常大部分是基底隆起所致（圖2）。三門峽-駐馬店一線以南地區(qū)為強烈變化升高磁場區(qū)，它是一個場值較高磁異常曲線急劇變化頻繁跳動且多以正值作背景的雜亂磁場區(qū)。形成北西西向貫穿成礦帶的高磁異常帶，主要是商洛-南陽大規(guī)模巖漿巖帶的反映。區(qū)內(nèi)磁場多呈北西向正負(fù)異常帶相間展布，少數(shù)為東西向或北東方向，個別地段則顯示為團(tuán)塊狀，區(qū)內(nèi)局部異常極為發(fā)育，多具尖陡、正負(fù)伴生的形式穿插在正負(fù)磁場之中。成帶帶磁鐵礦的磁性最強，巖漿巖的磁性從酸性至超基性逐漸遞增，元古代和早古生代的超基性巖多數(shù)具有中等以上的磁性強度，磁性較穩(wěn)定，K值為3 000～7 000×10-5SI，Jr值為2 500～4 000×10-3A/m。酸性巖以燕山期花崗巖為主，整體磁性較弱，當(dāng)受到蝕變礦化作用暗色礦物成分增多時，具有中等磁性至較強磁性反映。基性巖和中性巖、變質(zhì)巖的磁性變化較大，除太古界登封群和太華群中一套古老變質(zhì)巖為弱磁性和無磁性以外，變質(zhì)巖多數(shù)具有中等磁性強度。沉積巖（火山沉積巖除外）一般無磁性，當(dāng)受到蝕變礦化作用的影響含有鐵磁性礦的成分時，具有磁性反映。區(qū)內(nèi)沉積變質(zhì)型鐵礦，巖漿型鐵礦及矽卡巖型鐵礦石均具有強磁性，一般感磁大于剩磁。沉積變質(zhì)鐵礦K=36 100～53 800×10-5SI，Jr=24 040～31 200×10-3A/m。巖漿型鐵礦K=90 400×10-5SI，Jr=15 300×10-3A/m。矽卡巖型鐵礦K=72 400～100 400×10-5SI，Jr=43 200～57500×10-3A/m。另外，一些赤鐵礦、黃鐵礦、褐鐵礦、菱鐵礦和鉻鐵礦石一般無磁性。當(dāng)含有磁鐵礦的成分時，具有磁性顯示。這些各種不同的磁場特征不僅與火成巖和變質(zhì)巖的分布及巖石變化密切相關(guān)，而且與基底起伏、深部地質(zhì)構(gòu)造、礦產(chǎn)等也有一定聯(lián)系。

圖2 華北陸塊南緣成礦帶布格重力異常圖Fig.2 Bouguer gravity anomaly map of the metallogenic belt on the southern margin of the North China block

4 重磁異常與鐵礦分布關(guān)系

4.1 區(qū)域鐵礦分布特征

本區(qū)鐵礦產(chǎn)大多沿北西向或北東向主斷裂或它們的交匯部位分布，或是分布在主斷裂派生的次級斷裂附近，及在斷裂控制的中酸性花崗巖或基性、超基性侵入巖體附近以及老地層隆起區(qū)。而這些構(gòu)造部位正是重磁場能有效地表現(xiàn)為明顯的特征異常，如重力梯級帶、局部異常扭曲、串珠狀磁異常等特征通常是反映斷裂所在位置。重磁低異常在本區(qū)可較好的反映中酸性巖或是隱伏花崗巖等低密度低磁性體的存在，而重磁高異常則是反映前寒武紀(jì)老地層隆起及隱伏、半隱伏中基性巖體及古生代隆起。這些重磁場反映的地質(zhì)構(gòu)造要素與預(yù)測鐵礦產(chǎn)有著密切的關(guān)聯(lián)。本區(qū)鐵礦產(chǎn)地主要分布在區(qū)域重力異常梯級帶上及異常扭曲處，空間展布主體受區(qū)內(nèi)北西、北東、北東東、南北四個主要重力異常梯級帶控制。從磁異常場上看，主要分布在高磁異常帶上及其周邊。部分礦產(chǎn)地在區(qū)域磁異常場上處于低負(fù)異常區(qū)，主要是受到數(shù)據(jù)比例尺、化極等因素限制，圖上未能顯示其存在局部高磁異常的事實信息。重磁高異常所反映的隱伏基底地層均為太古宇地層，異常與鞍山式沉積變質(zhì)鐵礦關(guān)系密切，特別是隱伏的太古宇地層是尋找隱伏和深部鐵礦有利靶區(qū)。基于重磁解釋推斷的新蔡東太古宇隱伏地層中新發(fā)現(xiàn)了大型鐵礦。而重磁低異常所反映中酸性巖或是隱伏花崗巖與矽卡巖型鐵礦關(guān)系密切。

4.2 不同類型鐵礦的重磁異常標(biāo)志

4.2.1 沉積變質(zhì)型鐵礦

區(qū)內(nèi)主要沉積變質(zhì)型鐵礦-鞍山式沉積變質(zhì)型鐵礦的基底建造為太古代登封群、太華群變質(zhì)巖系。在區(qū)域重磁異常上，局部太古代隆起多表現(xiàn)為圓滑、規(guī)模大，幅值高的重磁異常。根據(jù)其成礦巖性的磁性，部分沒有正局部磁異常反映。在大比例尺磁異常上表現(xiàn)為規(guī)模較大、幅值高、變化較陡、正負(fù)伴生或正異常，并且有一定的走向。區(qū)域鞍山式沉積變質(zhì)型鐵礦的重磁異常要素是重力高值異常或重力正局部異常周圍，靠近重力高值異常或重力正局部異常一側(cè)的梯級帶上和明顯的局部高磁異常。

從典型礦床特征分析，磁鐵礦床與地表的磁場異常對應(yīng)關(guān)系較好，區(qū)域高背景上的面積小、梯度大、場強高的線狀、面狀磁異常，大多對應(yīng)了隱伏變質(zhì)類型的鐵礦[35]。沉積變質(zhì)型鐵礦的主要礦石組份為磁鐵礦、赤鐵礦、黃鐵礦、褐鐵礦，因此礦石的磁性較強。以片麻巖類，混合巖類組成的礦體圍巖，磁性較低，火成巖磁化強度較均勻或變化顯著，一般多具抖動現(xiàn)象。含礦層蛇紋磁鐵礦、磁鐵蛇紋巖、石英型磁鐵礦等為強磁性特點，它們與圍巖這種明顯差別是引起具有磁局部異常之主要原因，鉆孔資料已證明。舞陽-駐馬店-淮濱一線串珠狀正磁異常帶為區(qū)內(nèi)磁鐵礦重要成礦帶，著名的舞陽超大型鐵礦在該區(qū)西北端，新發(fā)現(xiàn)的西平師靈、遂平、老君廟鎮(zhèn)、王崗鎮(zhèn)、新蔡縣練村鐵礦都在該帶上，嚴(yán)格受太古代太華群地層控制[36-37]，表現(xiàn)為區(qū)域正磁異常場，局部正磁異常峰值為見礦有利部位，礦體賦存其隱伏背斜之上?，F(xiàn)從區(qū)域磁場分析，磁背景上呈帶狀跳躍產(chǎn)出的局部磁異常，有擴大鐵礦資源的前景。

4.2.2 接觸交代型鐵礦

中奧陶統(tǒng)灰?guī)r是區(qū)內(nèi)邯邢式、鐵山河式接觸交代型鐵礦的基底建造，中-酸性巖為主要成礦母巖。鐵礦床主要受次級褶皺和斷裂控制。向斜和北北東向及北東向斷裂構(gòu)造直接控制了區(qū)內(nèi)燕山晚期中酸性巖漿的侵入活動和矽卡巖型鐵礦床的分布。礦體賦存于其接觸帶附近，多表現(xiàn)為正磁異常梯度帶的翼部，反映了矽卡巖型磁鐵礦產(chǎn)于磁性體邊界局部構(gòu)造部位富集的特征。總體來說接觸交代型鐵礦的重磁異常要素是重力高值異常（正局部異常）及周圍，或靠近重力高值異常（正局部異常）一側(cè)的梯級帶上，產(chǎn)于區(qū)域磁性巖體邊緣，局部高磁異常。

礦石金屬礦物主要為磁鐵礦，其磁性最強，最大磁化率達(dá)21 480×10-5SI，剩余磁化強度達(dá)31 590×10-3A/m。巖石礦物含磁鐵礦時，其磁性顯著增加，由于中性巖與中奧陶統(tǒng)灰?guī)r密度相近，所以重力異常不能把他們區(qū)分開?；捉ㄔ煸趨^(qū)域上均反映為局部重力高異常，并伴隨有中-酸性巖侵入，其上分布密集的礦床（點）。局部“古生代隆起”其重力異常均表現(xiàn)為低緩的正異常特征，而且范圍較小。磁場特征為正磁背景上的次高異?；蜇?fù)磁背景上的孤立局部正磁異常。這些異常范圍要小、幅值高、變化陡、正負(fù)伴生、并且有一定的走向，是尋找矽卡巖型鐵礦的有利部位。區(qū)內(nèi)典型礦床為大王莊鐵礦、鐵山河鐵礦、李珍鐵礦，程莊小型鐵礦床，在礦體上方磁異常明顯，經(jīng)查證局部峰值異常（如大王莊）系由鐵礦和部分磁性較強的閃長巖體引起。大王莊鐵礦的主要工業(yè)礦體幾乎全賦存于花崗巖與中奧陶統(tǒng)灰?guī)r的接觸帶上，花崗巖與灰?guī)r為弱磁或無磁，所以，大面積的平緩變化的磁場可能反映了基性巖、中性巖和泰山群變質(zhì)巖系，而小面積、高峰值、梯度大的小異常，可能成礦希望更大。

4.2.3 巖漿巖型鐵礦

黃岡式巖漿型釩鈦磁鐵礦基底建造為元古代變質(zhì)巖，主要分布構(gòu)造單元為南秦嶺弧盆系定遠(yuǎn)島弧帶。趙案莊式巖漿型釩鈦磁鐵礦基底建造為太古代變質(zhì)巖[38]。在同一成礦帶，太古代巖漿型鐵礦分布嚴(yán)格受太古界太華群和褶皺、斷裂控制。礦體賦存于隱伏太古代隆起（背斜）軸部附近，其規(guī)模和形態(tài)受侵入于太華群變質(zhì)巖中的超基性巖體控制。超基性巖體厚度與礦體厚度成正比。礦石亦具高磁高密度。孤立異常、正磁背景上的局部異常多對應(yīng)鐵礦。巖漿巖型鐵礦的重磁異常要素是磁異常的邊界梯度帶或高磁背景上小的局部異常上為見礦有利部位，航磁異常測量，在異常區(qū)已發(fā)現(xiàn)了很多礦體和閃長巖體，要注意巖體和礦體異常的區(qū)別。地面磁測可進(jìn)一步確定磁性體的位置，通過對已知礦體的驗證對比，確定鐵礦與非礦，礦體范圍，是尋找鐵礦的重要標(biāo)志。礦體相對巖體和一般地層的體重比較大，也可通過高重力異常找出鐵礦體。

趙案莊型蛇紋石磁鐵礦為原生礦，其磁性強弱主要與磁鐵礦含量有關(guān)，富礦磁性大于貧礦。就本區(qū)礦致異常看來，雖然埋深、產(chǎn)狀等各有差異，但垂直場強極大值ΔZmax均可達(dá)700至數(shù)千納特，且大部分被第四系覆蓋，就是出露的礦體，上部均被氧化，磁性較弱。異常主要反映的是具有一定規(guī)模的深部礦體。礦致磁異常具有強度較大，形態(tài)較規(guī)則的特點。

4.2.4 沉積型鐵礦

宣龍式沉積型鐵礦的形成主要與海相化學(xué)沉積有關(guān)，在華北陸塊南緣，其主要基底建造環(huán)境為中元古代火山巖和前寒武地層，反映為重磁高異常。由于元古代熊耳群火山巖和前寒武地層在本區(qū)相對酸性巖體為高密度高磁性，其隱伏、半隱伏隆起均能引起重力高異常。鐵礦磁性較小，不能直接引起磁異常，區(qū)域成礦標(biāo)志是基底建造引起的重力高值異常（正局部異常）及周圍，或靠近重力高值異常（正局部異常）一側(cè)的梯級帶上及平緩的正磁異常。山西式陸相沉積型鐵礦所處的地層位置是隆起與盆地的過渡帶，一般位于隆起或盆地周圍，所以在重磁場上引起區(qū)域正負(fù)異常過渡帶。因此，平緩的正負(fù)異常過渡帶是山西式陸相沉積型鐵礦的一個區(qū)域成礦標(biāo)志。

主要鐵礦類型是宣龍式沉積型鐵礦，火山巖和前寒武地層是其基底建造。由于元古代熊耳群火山巖和前寒武地層在本預(yù)測區(qū)為相對酸性巖體為高密度，其出露或隱伏均能引起重力高異常。典型的宣龍式沉積型鐵因其礦石是相對高密度（3.0×10-5m/s2～4.5×10-5m/s2）和無磁的，重磁異常要素是重力高值異常（正局部異常）及周圍，或靠近重力高值異常（正局部異常）一側(cè)的梯級帶上及無明顯磁異常。

4.3 鐵礦產(chǎn)地與重磁異常的對應(yīng)關(guān)系

從成礦帶重磁異常及鐵礦產(chǎn)分布圖（圖4、圖5）可以看出，該成礦帶鐵礦（點）在空間分布上根據(jù)成因類型不同而不同。從重力異常特征來看，已知礦點和礦致磁異常均分布在重力高值異常及周圍，低值重力異常的鞍部，或靠近重力高值異常一側(cè)的梯級帶上。沉積型大多分布在重磁異常正值區(qū)，而其它類型大多分布在重磁負(fù)值區(qū)或它們的過渡帶上。由于矽卡巖型鐵礦、沉積型鐵礦的基底建造年輕于沉積變質(zhì)型鐵礦基底建造，所以其成礦位置距高值異常還要遠(yuǎn)于沉積變質(zhì)型鐵礦。而巖漿巖型鐵礦與沉積變質(zhì)型鐵礦則有明顯的伴生關(guān)系。區(qū)內(nèi)主要有舞陽、許昌和新蔡等沉積變質(zhì)型大型磁鐵礦，還有大王莊邯邢式鐵礦，他們均位于正磁異常上，同時表現(xiàn)為重力高異?；蛞粋?cè)梯級帶上。

圖4 華北陸塊南緣成礦帶剩余重力異常圖Fig.4 Residual gravity anomaly map of the metallogenic belt on the southern margin of the North China block

圖5 華北陸塊南緣成礦帶航磁ΔT化極垂向一階導(dǎo)數(shù)異常圖Fig.5 First vertical derivation of aeromagnetism reduced to the pole of the metallogenic belt on the southern margin of the North China block

沉積變質(zhì)型磁鐵礦及巖漿巖型磁鐵礦能引起明顯的，不同程度的高磁異常伴生負(fù)磁異常，特別是側(cè)翼伴生的負(fù)值越強大，更利于成礦，因為地層中有足夠的鐵磁性物質(zhì)富集，容易形成強大的剩余磁性。矽卡巖型鐵礦磁性體產(chǎn)于航磁圈定磁性體邊界。部分已知礦點和礦致磁異常分布在正異常的鞍部和正異常的次級高異常上。沉積型鐵礦礦體本身磁性較小，不能直接引起磁異常。地表磁法測量，磁性體在地表投影為正磁峰值或正負(fù)磁異常的梯度帶上，也可在化極后磁異常的峰值處，以化極一級導(dǎo)數(shù)可圈定磁性體的地面投影范圍。

5 結(jié)論

航磁、重力資料蘊含非常豐富的地質(zhì)、礦產(chǎn)信息,對這些信息的充分提取、開發(fā),可以清楚地看出區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造、地層、巖體間的分布關(guān)系，圈定有利地質(zhì)體，有效指導(dǎo)尋找不同類型鐵礦產(chǎn)。筆者分析總結(jié)出華北陸塊南緣不同類型鐵礦的重磁異常識別標(biāo)志：沉積變質(zhì)型鐵礦—局部重磁異常雙高；接觸交代型鐵礦—區(qū)域重力高異常上局部磁異常梯級帶；巖漿巖型鐵礦—局部低重力異常上的高磁異?；虼女惓Ｌ菁墡В怀练e型鐵礦—平緩高低重力異常過渡帶上局部高重力異常。這一認(rèn)識對預(yù)測成礦帶不同類型鐵礦產(chǎn)具較強的指示作用，為指導(dǎo)成礦帶進(jìn)一步找鐵礦提供了物探依據(jù)，可以達(dá)到有針對性的工程布置，提高工作效率、節(jié)約成本的目的，同時也為其它地區(qū)尋找不同類型鐵礦床提供重要的參考。