綜合地球物理在荒漠覆蓋區(qū)隱伏礦床預測與定位中的應用：以新疆拉伊克勒克銅多金屬礦床為例

嚴加永， 孟貴祥*， 呂慶田， 鄧震， 祁光， 湯賀軍，趙金花， 薛融暉， 王栩

1 中國地質(zhì)科學院， 北京 100037 2 中國地質(zhì)調(diào)查局中國地質(zhì)科學院地球深部探測中心， 北京 100037

0 引言

對傳統(tǒng)的礦產(chǎn)勘探空間進行勘查，已滿足不了人類對能源日益增長的需求，必須拓展新的找礦空間.當前，全球大部分的礦產(chǎn)資源勘查工作的目光已向大陸深部和覆蓋層(包括沙漠戈壁、森林、沼澤湖泊等淺覆蓋區(qū))下方聚焦(王欽軍等，2017；崔敏利等，2010).覆蓋區(qū)一般指第四紀以前的基巖受沖積、洪積、冰積及風積等沉積作用，最終被冰雪、水體、沼澤、植被、第四紀松散沉積物廣泛掩蓋的地區(qū)(孫凱，2018).在大面積的沉積物覆蓋區(qū)下，如加拿大、俄羅斯等毗鄰北極的冰川覆蓋區(qū)，澳大利亞、非洲的沙漠或紅土覆蓋區(qū)等，孕育了北美、格陵蘭、非洲—阿拉伯等全球重要的成礦區(qū)帶(梅燕雄等，2009).中國境內(nèi)廣泛分布大面積的中新生界覆蓋區(qū)，僅戈壁、沙漠覆蓋區(qū)所占的總面積就高達128萬km2，占全國陸地總面積的12.3%(圖1)，但在戈壁、沙漠覆蓋區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)的大中型礦床僅為全國大中型礦床總數(shù)的2%(申元村等，2013).為進一步拓展我國的找礦空間，在借鑒國外在覆蓋區(qū)內(nèi)進行找礦的眾多成功實踐經(jīng)驗(Cao et al., 2009；Hosseini et al., 2016；Shan et al., 2013)基礎上，結(jié)合我國礦產(chǎn)資源開發(fā)的基本現(xiàn)狀，表明在戈壁、沙漠等中新生界覆蓋區(qū)開展礦產(chǎn)勘查和綜合預測工作無疑是當前形勢下最佳的選擇之一.

圖1 中國裸地及荒漠覆蓋區(qū)示意圖Fig.1 Schematic map showing bare land and desert Gobi covered areas in China

在荒漠戈壁覆蓋區(qū)，由于沒有巖石露頭或者露頭出露范圍很小，地表地質(zhì)的觀察無法獲取更多的含礦信息，極大的增加了地質(zhì)理論預測的不確定性，傳統(tǒng)的化探方法也難于穿透覆蓋層(黃桂珍，2014；靳職斌等，2014；成秋明，2012).地球物理探測雖然能夠獲取地下的物性結(jié)構(gòu)信息(郝興中等，2013)，但荒漠戈壁區(qū)內(nèi)存在較厚的鹽堿殼、地表干燥等不利因素嚴重影響了地球物理方法特別是電磁法數(shù)據(jù)的采集，且由于缺少地表地質(zhì)等已知信息的約束，嚴重制約了地球物理資料的地質(zhì)解釋，導致在覆蓋區(qū)范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)礦床的難度更大(劉光鼎和郝天珧，1995).

急需加強對荒漠戈壁覆蓋區(qū)隱伏礦產(chǎn)勘查技術(shù)的研究(汪青松等，2021)，探索行之有效的技術(shù)方法體系，為保障我國礦產(chǎn)資源的供給提供有力的技術(shù)支撐.

瓊河壩地區(qū)位于中國新疆哈密地區(qū)伊吾縣，東與蒙古人民共和國接壤.構(gòu)造上位于中國新疆東準噶爾盆地東緣，處于阿爾泰造山帶與天山造山帶交匯部位.該區(qū)位于古亞洲巨型成礦帶中，該成礦帶已經(jīng)成為國際資源勘查的一個熱點，近年已經(jīng)在蒙古(Perello et al.,2001)、哈薩克斯坦、俄羅斯等國發(fā)現(xiàn)8個千萬噸級的銅礦(Seltmann and Porter,2005)，但在中國境內(nèi)一直沒有大的突破，國內(nèi)的許多學者對其進行綜合對比研究認為，在瓊河壩地區(qū)的找礦潛力十分巨大(王登紅等，2009；楊富全等，2010).近年來，隨著對瓊河壩地區(qū)找礦工作的不斷深入，相繼發(fā)現(xiàn)了寶山夕卡巖鐵礦、北山構(gòu)造蝕變巖金礦、綠石溝矽卡巖銅礦、蒙西斑巖銅礦、和爾賽斑巖銅礦、銅華嶺斑巖銅礦、瓊河壩斑巖銅礦及桑南斑巖銅礦等礦床(孟貴祥等，2016).雖然上述礦床的規(guī)模并不大，但其表明瓊河壩地區(qū)具備尋找大型礦床的前景和成為大型礦集區(qū)的潛力(屈訊等，2009)，但該區(qū)廣泛分布荒漠戈壁，大大增加了找礦工作的難度.本文采用500 m×100 m網(wǎng)度的地面重力和磁力數(shù)據(jù)，以多尺度邊緣檢測和三維物性反演技術(shù)為主，進行斷裂構(gòu)造系統(tǒng)劃分和隱伏巖體識別工作，厘定主要斷裂系統(tǒng)的分布，圈定隱伏巖體的分布范圍及三維形態(tài).在此基礎上，結(jié)合地球化學資料，進一步的開展隱伏礦找礦靶區(qū)預測.通過1∶10000到1∶2000比例尺綜合地球物理探測，成功定位隱伏銅鐵礦體，并對拉伊克勒克靶區(qū)進行鉆探查證，獲得銅金屬量118萬噸，評價為大型銅多金屬礦，實現(xiàn)了瓊河壩地區(qū)淺覆蓋區(qū)的找礦突破.

1 瓊河壩覆蓋區(qū)隱伏礦預測

1.1 成礦信息提取技術(shù)方法

目前在瓊河壩地區(qū)發(fā)現(xiàn)的礦床主要有三類：斑巖型銅金礦(蒙西、和爾賽、桑南、瓊河壩和銅華嶺銅礦)、矽卡巖型鐵銅礦(寶山磁鐵礦和綠石溝鐵銅礦)、構(gòu)造蝕變巖型金礦(北山金礦).這三類礦床的形成均嚴格受巖體和斷裂構(gòu)造控制，查明斷裂構(gòu)造和巖體的分布特征及三維形態(tài)是尋找這三類礦床的關(guān)鍵(王曉地等，2006；董連慧等，2009；孟貴祥等，2015).另一方面，由于該區(qū)地質(zhì)研究程度相對較低，且荒漠戈壁覆蓋區(qū)分布范圍較廣，地表巖石露頭較少，對隱伏的巖體和斷裂系統(tǒng)缺乏深入研究，嚴重制約了瓊河壩地區(qū)找礦預測研究工作的開展.因此，查明區(qū)域斷裂構(gòu)造和隱伏巖體的分布對找礦預測有著重要的現(xiàn)實意義，蝕變及礦化也是找礦預測的重要線索.本文將瓊河壩地區(qū)成礦要素與信息歸納為：構(gòu)造、巖體和礦化蝕變(周文月等，2021).針對具體成礦信息的特征，設計了如圖2所示的技術(shù)路線.

圖2 瓊河壩地區(qū)成礦信息提取與隱伏礦預測技術(shù)路線Fig.2 Technology route of metallogenic information extraction and concealed ore deposit forecasting in Qiongheba area

要提取礦集區(qū)尺度特別是覆蓋區(qū)構(gòu)造、隱伏巖體控礦地質(zhì)體形態(tài)特征等成礦信息，必須要有覆蓋面廣、精度高的數(shù)據(jù)，同時，還需要有針對性的數(shù)據(jù)處理、反演和可視化方法(俞貴平等，2020).雖然反射地震具有較大的探測深度和較高的垂向分辨率，但受其施工成本的影響，現(xiàn)階段在金屬礦礦集區(qū)探測中仍以二維剖面探測為主(呂慶田等, 2010)，很少開展大面積的三維面積性探測，因此，獲得的結(jié)果主要是建立礦集區(qū)的“骨架”結(jié)構(gòu)(呂慶田等, 2014).而重力和磁力方法由于施工成本相對較低，完全可以實現(xiàn)高密度的數(shù)據(jù)全覆蓋.目前，除西藏和青海的局部地區(qū)以外，大比例尺的航磁和地面重力數(shù)據(jù)已經(jīng)基本覆蓋了我國大部分地區(qū)(熊盛青等，2016).對重磁數(shù)據(jù)進行有效的處理，是現(xiàn)階段實現(xiàn)礦集區(qū)尺度隱伏巖體和斷裂厘定最有可能成功的途徑.

瓊河壩地區(qū)成礦信息可以從結(jié)構(gòu)和屬性兩方面開展.結(jié)構(gòu)主要指斷裂構(gòu)造和巖體結(jié)構(gòu)特征，以1∶50000高精度地面重力和磁力資料為基礎，采用多尺度邊緣檢測技術(shù)，結(jié)合重磁場特征分析及導數(shù)變換等技術(shù)，識別和劃分斷裂構(gòu)造.以重磁三維反演和巖性識別技術(shù)為主，輔助多尺度邊緣檢測技術(shù)，圈定和識別巖體及隱伏巖體的平面投影位置和三維形態(tài)，厘定不同基性程度巖體的分布范圍和三維形態(tài).屬性主要指礦化和識別信息，采用1∶50000大功率激電中梯和地球化學測量，從極化率特征和地球化學異常組合綜合分析，提取礦化和蝕變信息.在此基礎上，結(jié)合地質(zhì)資料，開展了成礦預測工作，圈定找礦靶區(qū).

1.2 斷裂構(gòu)造厘定和巖體識別

由于地質(zhì)體邊界兩側(cè)一般存在密度或磁化率差異，重磁異常在地質(zhì)構(gòu)造邊界附近表現(xiàn)為梯度變化帶，這些梯度帶的實質(zhì)就是場源的邊界，因此，重磁場構(gòu)造信息提取的主要方法是從重磁異常圖中提取場源邊界(張壹等，2015).通常的做法是對重磁異常中的場源邊界信息進行增強，然后利用某種邊緣檢測的手段確定邊界位置(孟小紅等，2012;Guo et al.,2015).重磁異常邊緣增強檢測的方法有很多種，如：斜導數(shù)法、斜導數(shù)水平梯度法、Theta圖法等(鄭強等，2019).每種方法的原理和應用的前提條件不盡一致，相同的一組重磁數(shù)據(jù)，用不同方法處理后的結(jié)果也有所不同.因此，有必要對不同方法的檢測效果進行對比分析，優(yōu)選出效果較好的方法.通常，在不同地區(qū)或不同地質(zhì)背景的重磁異常解釋過程中，也需要對各種檢測增強方法獲取的結(jié)果進行對比分析，篩選出某一種與實際地質(zhì)情況吻合較好的方法，結(jié)合已有資料綜合分析，再給出合理的地質(zhì)解釋(張興東等，2018). 湯井田等(2019)、胡雙貴等(2019)將重力梯度張量曲率應用到重力數(shù)據(jù)的邊界識別中，通過理論模型和實際數(shù)據(jù)詳細分析和比較了各種曲率在重力邊界識別中的應用效果，認為局部坐標系下所計算的高斯曲率進行邊界識別能夠較好的圈定地下地質(zhì)體的邊界.嚴加永等(2011，2015)通過模型試驗對比了應用較為多的總水平梯度法、斜導數(shù)法、Theta圖法和多尺度邊緣檢測法(簡稱Worms法)，發(fā)現(xiàn)多尺度邊緣檢測法比較適合大尺度重磁數(shù)據(jù)的邊緣提取，并在長江中下游成礦帶、銅陵礦集區(qū)構(gòu)造信息提取中發(fā)揮了作用.

瓊河壩地區(qū)的重磁多尺度邊緣檢測結(jié)果如圖3所示，重力多尺度邊緣檢測以線性構(gòu)造為主，反映了構(gòu)造斷裂、地層和巖體邊界.化極磁異常多尺度邊緣檢測結(jié)果顯示低延拓高度大多呈現(xiàn)環(huán)形異常，高延拓高度大多呈現(xiàn)線狀異常，此是由于淺部磁異常的分布廣泛形成了較多的小型環(huán)形異常.因此，小型環(huán)形異常主要反映了淺部磁性體的邊界，較大的環(huán)形異?？赡芊从沉酥谢詭r體的邊界，而規(guī)模較大的線狀構(gòu)造則反映了斷裂構(gòu)造.本文從重磁異常劃分斷裂構(gòu)造的主要依據(jù)是重磁多尺度邊緣檢測，同時結(jié)合重磁場平面特征和地質(zhì)信息，開展斷裂構(gòu)造的劃分，具體依據(jù)如下：重磁多尺度邊緣檢測：在同一圖幅內(nèi)，將不同延拓高度檢測結(jié)果疊加到一起(圖3)，采用不同顏色、大小的線型表示不同深度尺度的信號邊界形跡，不同深度邊界信號形跡在分布位置上所體現(xiàn)的相似性即可獲知該構(gòu)造形跡的發(fā)育深度及傾向特征：線束越密集表示邊界構(gòu)造切割深度越大，線束稀疏則表示其切割發(fā)育的深度較淺；線束組合越寬表示該構(gòu)造傾向越緩，反之則表示該邊界構(gòu)造發(fā)育產(chǎn)狀較陡、傾角較小.

圖3 瓊河壩地區(qū)重力多尺度邊緣檢測(a)與化極磁異常多尺度邊緣檢測(b)結(jié)果線束從藍色到紅色反映構(gòu)造深度從淺到深的變化.Fig.3 Multiple-scale edge detection result of Bouguer gravity (a) and reduction to the pole magnetic anomalies (b) overlapped on geological map of Qiongheba areaThe color lines from blue to red reflect the change of structural depth from shallow to deep.

按照上述的原則，以重磁多尺度邊界檢測為主要手段，分別根據(jù)重力和磁力多尺度邊緣檢測結(jié)果劃分了斷裂構(gòu)造，然后根據(jù)地質(zhì)填圖和其他相關(guān)信息，對斷裂系統(tǒng)進行了修正，得到了瓊河壩地區(qū)斷裂構(gòu)造簡圖(圖4).根據(jù)構(gòu)造特征分析，三條骨干斷裂將本區(qū)劃分為四個大的構(gòu)造分區(qū)(圖4).F1斷裂由南北兩段追蹤而成，走向從北部的北西向逐漸轉(zhuǎn)換為北西西向，北部產(chǎn)狀較陡，到中部逐漸變?yōu)楸睎|傾向，這可能反映了研究區(qū)中部的大巖基是從北東方向侵入過來的.F1斷裂將研究區(qū)北部分為I和II兩個差別明顯的構(gòu)造分區(qū)，I區(qū)構(gòu)造方向以北東和近東西為主，II區(qū)則以北西方向為主，I區(qū)巖體侵入時代以志留系為主，II區(qū)巖體以石炭紀為主，I區(qū)出露地層為奧陶、石炭、二疊和侏羅，奧陶紀地層對應為高重力異常，而II區(qū)主要出泥盆系地層，表現(xiàn)出瓊河壩中央高重力異常帶.F2斷裂和F3斷裂將南北分為II、III和IV區(qū)，F(xiàn)2斷裂是橫亙研究區(qū)中部一條大斷裂，無論從重力、磁力還是地形、地質(zhì)分析都可清晰看到這條斷裂，斷裂走向為北西西，總體朝北東反向傾，西端產(chǎn)狀較緩，東段產(chǎn)狀較陡.F3走向北東東，傾向朝東，這是一條推測斷裂，在磁力多尺度邊緣檢測上顯示明顯.F3及F2斷裂將研究區(qū)南部劃分為III和IV區(qū)，III區(qū)斷裂以北西和北東兩組方向為主，IV區(qū)斷裂則以北西為主，這些斷裂與F2小角度交匯，說明F2斷裂具有右行特征.III中巖體以基性為主，侵入時代多為石炭紀，IV區(qū)巖體以中酸性為主，侵入時代多為志留系，且多為隱伏巖體，推測存在隱伏的大巖基.

圖4 瓊河壩地區(qū)斷裂識別與構(gòu)造分區(qū)Fig.4 Fault identification and structural division in Qiongheba area

1.3 隱伏巖體識別

嚴加永等(2009，2014a，b)在長江中下游成礦帶銅陵礦集區(qū)、廬樅礦集區(qū)和沙溪礦床用重磁三維反演研究巖漿巖的三維形態(tài)，根據(jù)這些實例，探索了利用重磁三維反演方法識別巖漿巖體的基本原理和方法.首先對重磁數(shù)據(jù)進行處理：對布格重力異常采用位場分離技術(shù)分離區(qū)域場與局部場，提取研究目標深度內(nèi)的剩余重力異常；對磁異常數(shù)據(jù)先進行化極處理，再采用位場分離技術(shù)分離區(qū)域場與局部場，提取目標深度內(nèi)的磁異常信息；然后將剩余重力和磁異常作為反演數(shù)據(jù)，采用相同的網(wǎng)格剖分，進行三維物性反演，得到地下半空間磁化率和密度差三維數(shù)據(jù)體；最后，根據(jù)研究區(qū)巖體與圍巖的磁性和密度參數(shù)差異，結(jié)合其他地質(zhì)信息，確定圈定巖體的磁化率和密度差閾值，滿足磁化率和密度差的閾值組合部分即可視為是巖漿巖體的反映，通過三維可視化的交互分析，可以確定巖漿巖體三維空間形態(tài).本次工作采用加拿大大不列顛哥倫比亞大學開發(fā)的三維物性反演軟件UBC Mag3D和Grav3D，軟件的核心算法基于Li和Oldenburg(1996，1998)提出的重磁反演算法，該軟件提供了開展先驗信息約束的接口，可以開展帶先驗信息約束反演(Williams，2008).

首先對重力和磁力進行匹配濾波，提取10 km以淺的局部重磁場，對重磁數(shù)據(jù)分別反演，獲取三維密度數(shù)據(jù)體和磁化率數(shù)據(jù)體，然后根據(jù)各類巖體對應的不同密度和磁化率組合，對密度體和磁化率體交集運算，滿足交集的部分即視為是對應類型的巖體(Yan et al.，2019).圖5a為中基性巖體三維分布特征，圖5b為酸性巖體三維分布特征，由于中基性巖體具有一定磁性和較高的密度，與圍巖的物性差異明顯，圈定的結(jié)果與地表實際情況吻合度高.而酸性巖體無磁性或磁性較弱，密度較低，與圍巖的物性差異相對較小，所以圈定效果與實際情況有一定偏差，如和爾賽—銅華嶺—拉伊克勒克一帶的隱伏巖體未能有效的刻畫出來，但總體來看，圈定的巖體與地表出露巖體實際情況基本吻合.在三維可視化軟件中，通過旋轉(zhuǎn)、切片、調(diào)整透明的等操作，進行人機交互分析巖體的三維形態(tài)，以及巖體與礦床、地層之間的關(guān)系，極大的方便了地質(zhì)解釋工作的開展.

圖5 基于重磁三維反演識別的巖體分布立體圖(a) 中基性巖體； (b) 酸性巖體，底圖為地質(zhì)圖.Fig.5 3D perspective diagram (view from SE to NW) of intrusions derived from gravity and magnetic 3D inversion(a) Intermediate-basic intrusion; (b) Acid intrusion. The base map is geological map.

1.4 蝕變信息提取

地球化學異常直接反映了蝕變礦化的可能，而極化率間接的反映了地質(zhì)體蝕變特征.我們利用新疆物化探大隊采集的1∶50000激電中梯面積性數(shù)據(jù)進行處理和分析.由于1∶50000激電測量由于供電極距大，測量范圍大，參數(shù)設置不一定能完全合乎工區(qū)的各類地表環(huán)境，所以極化率受近地表地質(zhì)條件影響較大，在低阻區(qū)容易出現(xiàn)測不準的情況，造成出現(xiàn)畸變點甚至假異常，而在高阻區(qū)往往會出現(xiàn)無法改善接地條件、供電不足導致一次電位太低，也可能出現(xiàn)畸變點，給區(qū)域解釋帶來不便，為突出區(qū)域極化率的分布特征，對原始極化率進行滑動窗口濾波處理，獲得相對清晰的區(qū)域極化率分布圖(圖6).

圖6 瓊河壩地區(qū)極化率異常及編號Fig.6 Induced polarization chargeability anomalies and number in Qiongheba area

總體來看上強度較大或背景較高的極化率場分布在研究區(qū)北部，一般呈面狀分布，規(guī)模較大，這種特征主要與普查區(qū)北部分布的奧陶系荒草坡群有密切的關(guān)系，由于該地層受到不同時期的侵入巖體的熱液活動使其硫化物(主要黃鐵礦)富集所致.其他多數(shù)地區(qū)極化率背景不高，形成的異常規(guī)模較小，這種特征正是反映研究區(qū)巖性主要以一套海相火山巖、火山噴發(fā)巖以及分布較為廣泛的中酸性侵入巖為主的地質(zhì)環(huán)境.

根據(jù)異常特征，可劃分出編號IP-1到IP-17共17個主要極化率異常，可分為以下幾種類型：

(1)東北部與荒草坡群地層密切相關(guān)的IP-1-IP-4異常.該異常區(qū)極化率異常走向以北東東向為主，異常強度大，多呈面狀分布.異常帶出露的地層以奧陶系荒草坡群為主，巖性與以小面積的下泥盆系托讓格庫都克下段為輔，巖性為灰綠色-淺紫紅色玄武巖和中酸性的凝灰?guī)r.后期侵入巖體的期次較多，主要為石炭紀的黑云母二長花崗巖、黑云母花崗閃長巖，志留世第一侵入期次的石英閃長巖、第二、第三、第四侵入期次的英云閃長巖等.強極化率背景上疊加了礦(化 )致異常，蒙西銅礦、201金礦、桑南銅礦和瓊河壩銅礦位于IP-1中，鑫源鐵礦位于IP-4異常中.

(2)與泥盆紀地層出露區(qū)的異常(IP-7、IP-10).這幾個極化率異常位于泥盆系火山巖出露區(qū)，對應中部的高重力異常區(qū)，異常呈面狀分布，這可能與泥盆紀火山巖中廣泛發(fā)育的黃鐵礦化、褐鐵礦化有關(guān)，礦化富集的地段形成礦床，如IP-10中的北山金礦、IP-7中的寶山鐵礦、綠石溝銅礦，IP-9中礦化點分布較多，如瓊東銅礦、瓊河壩鐵礦等.

(3)與巖體、隱伏巖體對應的極化率異常(IP-6、IP-8、IP-12、IP-13、IP-14).這些異常與巖體(隱伏巖體)空間關(guān)系密切，可能與對應巖體中硫化物分布廣泛有關(guān)，此類異常區(qū)是尋找斑巖銅礦的有利地段.IP-5和IP-6異常經(jīng)過新疆物化探大隊的查證，發(fā)現(xiàn)了多處孔雀石化、黃鐵礦化，實施的鉆孔未發(fā)現(xiàn)工業(yè)規(guī)模礦體，但黃鐵礦廣泛分布，說明這兩處巖體中熱液活動強烈，在合適部位仍有可能富集成礦.IP-8地表為石炭系黑石頭組，但異常中心部位為二長巖，推測極化率與后期巖漿活動有關(guān)，且成為多條斷裂的交匯部位，也有組合的化探異常疊加，是找礦的有利地段.IP-11對應為賽北巖體，雖然目前還沒見到工業(yè)品位礦體，但仍有良好的找礦前景.IP-12為新發(fā)現(xiàn)的拉伊克勒克銅多金屬礦區(qū)，其東段為第四系覆蓋，西端出露泥盆系地層，目前的驗證工作表明，此異常為硫化物引起，局部地段銅礦化富集成礦，由于該異常規(guī)模較大且排除了碳質(zhì)等其他因素的干擾，該異常具有良好的找礦前景，初步推測能形成中型銅(鉬、鋅)礦.IP-13為銅華嶺銅礦，IP-14為和爾賽銅礦，這兩個礦已經(jīng)完成了初步勘探，求出了儲量.

(4)與含碳火山巖或煤系地層有關(guān)的異常(IP-11、IP-16、IP-17).此類異常由石炭系和侏羅系中的煤系地層和碳質(zhì)引起，IP-16為橫干河北的煤礦化引起，IP-17為侏羅溝附近的煤礦化所引起.此類異常主要對應石炭系那林卡拉組中酸性火山熔巖夾中酸性沉凝灰?guī)r，以及侏羅紀砂巖、泥質(zhì)砂巖等.石炭系那林卡拉組地層中的極化率異常相對較少，多數(shù)異常分布在侏羅紀地層之中，從目前發(fā)現(xiàn)的礦點看普查區(qū)侏羅系地層除煤礦以外，僅有菱鐵礦點分布其中，因此這些激電異常對尋找金屬礦床的意義不大.

(5)與明礬石相關(guān)的異常(IP-5、IP-9、IP-15).此類異常與明礬石及硫鐵礦中的大量黃鐵礦化關(guān)系密切，如IP-15淖毛湖北山明礬石礦地表褐鐵礦化蝕變強烈，巖石裂隙中黃鐵礦化廣泛發(fā)育.本區(qū)激電極化率異常特征十分明顯，強度較高的極化率異常有四類主要源體引起：①黃鐵礦化普遍的奧陶系火山凝灰?guī)r；②石炭紀黃鐵礦化發(fā)育的中酸性火山巖(明礬石礦點)；③中泥盆統(tǒng)北塔山組局部的含碳泥質(zhì)火山片巖；④石炭—侏羅系含碳地層及含煤系地層.這其中，前兩類地質(zhì)因素值得重視，在奧陶系火山巖中，與侵入斑巖體密切相關(guān)的蒙西大型銅礦；在與火山—侵入巖密切相關(guān)的北山明礬石礦附近綜合化探異常顯示有進一步尋找隱伏銅金礦前景.中等強度的激電異常影響因素較多，如北山金礦、綠石溝銅礦及和爾賽、銅華嶺及拉伊克勒克附近的激電異常，引起異常的原因多是與成礦有直接聯(lián)系的黃鐵礦化密切相關(guān).

金屬因子(極化率與電阻率的比值)與地質(zhì)情況也有一定的對應關(guān)系(圖7).受碳質(zhì)影響，金屬因子最強(大于2.82)的為IP-16和IP-17對應的石炭系和侏羅系中的極化率異常，金屬因子第二強(1.4～2.28)的多為覆蓋區(qū)，這是由于覆蓋區(qū)電阻率低造成的，此級別金屬因子還有一部分是隱伏斑巖銅礦，如拉伊克勒克礦區(qū)、蒙西銅礦等；金屬因子在1～1.25的區(qū)域中一部分與礦化巖體、礦床關(guān)系密切，如銅華嶺、和爾賽、瓊河壩銅礦等地；金屬因子在0.85以下的區(qū)域反映了蝕變礦化均不強烈的巖體.從金屬因子分析，在瓊河壩地區(qū)尋找斑巖及熱液型硫化物金屬礦的有利地段主要在1～1.25及1.4～3之間范圍之間.

圖7 瓊河壩地區(qū)激電中梯金屬因子圖Fig.7 Metallic factors of central gradient array induced polarization in Qiongheba area

1.5 靶區(qū)預測

找礦靶區(qū)預測主要是根據(jù)推斷劃分的斷裂構(gòu)造、圈定的巖體和化探異常，并結(jié)合已知的地質(zhì)資料綜合分析研究，進行找礦預測(王巧云等，2020).在瓊河壩鐵銅金礦集區(qū)，矽卡巖-斑巖型銅礦、矽卡巖型鐵銅金礦及淺成低溫熱液構(gòu)造蝕變巖型金礦是本區(qū)最主要的礦床類型.孟貴祥等(2021)對寶山磁鐵礦、蒙西斑巖型銅礦和北山構(gòu)造蝕變巖金礦進行地球物理、地球化學和礦床地質(zhì)解剖，總結(jié)了瓊河壩地區(qū)這三類礦床的地球物理和構(gòu)造標志.

斑巖銅金礦找礦標志：(1)與隱伏巖體關(guān)系密切，物探異常組合具有明顯的高極化、高重力、中等電阻率、中等磁異常的“兩高、兩過渡帶”特征.(2)構(gòu)造標志：北西向、東西向主干斷裂的次級斷裂破碎帶是含礦斑巖侵入的通道.(3)化探異常標志：礦床指示元素組合：以Au、Cu、Mo元素異常為主的Au、Cu，Au、Cu、Zn，Cu、Mo、Au和Cr、Co、Ni綜合異常組合.

矽卡巖型鐵銅金礦找礦標志：(1)巖體邊部的高磁異常，在三維反演結(jié)果表現(xiàn)為高磁性高密度地質(zhì)體.(2)地面物探組合特征：區(qū)內(nèi)3000～4000 nT以上的磁異常主要是磁鐵礦所引起，1000～3000 nT的磁異常多為玄武巖及玄武質(zhì)凝灰?guī)r引起，部分2000～3000 nT磁異常套合重力低緩異常部位是深部可能存在隱伏盲礦體所引起，需要根據(jù)地表出露的巖石加以區(qū)別.

構(gòu)造蝕變巖型金礦找礦標志：(1)區(qū)域上北西向主干深大斷裂附近的次級北東、北西向、近南北和近東西向構(gòu)造蝕變帶是直接找礦標志.(2)巖漿巖標志：隱伏的花崗閃長巖、閃長巖是間接找礦標志，重磁三維反演識別的中酸性巖體邊部是重要找礦地段.地面物探組合異常是高極化、低阻異常、弱-負磁異常及位于重力梯級帶中，即“一高兩低一過渡”異常組合是尋找該類礦床的物探標志.(3)化探標志：分散流Au、Ag、As、Co、Cu、Zn異常分布范圍指示礦化分布范圍.(4)地層標志：中泥盆統(tǒng)北塔山組，特別是隱伏巖體之上的第二亞組(D2b2)地層是間接找礦標志.

根據(jù)上述標志，結(jié)合本文給出的構(gòu)造、巖體分布，圈定了7處找礦靶區(qū)(圖8)，順通靶區(qū)：斑巖型銅礦；壩西靶區(qū)：斑巖型銅礦；綠石溝—寶山靶區(qū)：矽卡巖型鐵銅礦；橫干河靶區(qū)：矽卡巖型鐵銅礦；北山外圍靶區(qū)：構(gòu)造蝕變巖型金礦；拉伊克勒克靶區(qū)：斑巖型-矽卡巖型鐵銅礦；獅子溝靶區(qū)：構(gòu)造蝕變巖型金礦.

圖8 瓊河壩地區(qū)巖體、構(gòu)造與找礦靶區(qū)預測圖Fig.8 Intrusions，faults and prospecting targets in Qiongheba area

2 拉伊克勒克隱伏礦床定位

2.1 隱伏礦定位與勘查技術(shù)

拉伊克勒克靶區(qū)(圖8中6號靶區(qū))，地表絕大部分為第四系覆蓋，根據(jù)巖體識別結(jié)果和斷裂劃分結(jié)果，該區(qū)下面存在隱伏的偏酸性巖體，還有2條北西南東向斷裂發(fā)育，并且有地球化學組合異常和高極化率異常，“構(gòu)造+巖體+礦化蝕變”信息俱全，是尋找矽卡巖、斑巖型礦床的有利靶區(qū).由于拉伊克勒克靶區(qū)大部分地段為第四系覆蓋，常規(guī)的方法難于進一步甄別礦在何處，為定位隱伏礦體和擴大礦床規(guī)模，我們采用圖9所示的技術(shù)路線開展進一步的工作.

圖9 拉伊拉克覆蓋區(qū)隱伏礦定位技術(shù)路線Fig.9 Location technology route for concealed ore deposits in Layikeleke cover area

2.2 隱伏礦發(fā)現(xiàn)—預查

預查階段前期主要任務是圈定找礦重點地段，為獲取足夠的信息，我們在拉伊克勒克靶區(qū)布設了1∶5000的大比例尺重力、磁力和1∶10000激電面積測量(中間梯度裝置)，圈定出異常后，在異常區(qū)進一步加密測線，局部地段加密到1∶2000比例尺.通過重磁三維反演、結(jié)合地球化學異常，圈定出找礦重點區(qū)段.然后在再部署電磁測深、激電測深等工作量，結(jié)合重磁交互正演等手段，進行定量(半定量)分析，確定礦體可能賦存的位置，實施鉆孔驗證.

(1)矽卡巖鐵銅礦的發(fā)現(xiàn)

拉伊克勒克靶區(qū)地表為第四系覆蓋，根據(jù)巖體識別和斷裂劃分結(jié)果，該區(qū)下面存在著隱伏的偏酸性巖體和發(fā)育有兩條北西—南東向斷裂.開展1∶5000的重力、1∶2000的磁力測量和1∶10000大功率激電中梯面積性測量，并在異常組合有利地段部署了音頻大地電磁測深和對稱四極激電測深，對靶區(qū)開展查證工作(圖10).

圖10 拉伊克勒克礦床極化率異常、地球化學異常與礦區(qū)地質(zhì)圖1—第四系；2—新近系上新統(tǒng)；3—石炭系下統(tǒng)姜巴斯套組；4—泥盆系中統(tǒng)北塔山組；5—泥盆系下統(tǒng)托讓格庫都克組；6—英云閃長斑巖；7—閃長巖;；8—輝綠巖脈；9—英云閃長玢巖脈；10—礦床點；11—地球化學異常；12—鉆孔.Fig.10 Map showing geology, induce polarizability anomalies and geochemical anomalies in the Layikeleke deposit1—Quaternary; 2—Neogene poliocene; 3—Jiangbasitao Formation of Lower Carboniferous series; 4—Beitashan Formation of Middle Devonian series; 5—Tuorangekuduke Formation of Lower Devonian series; 6—Quartz mica dioritic porphyry; 7—Diorite; 8—Diabase dikes; 9—Quartz mica dioritic porphyrite vein; 10—Deopsit point; 11—Geochemical anomalies; 12—Borehole.

對磁異常進行化極處理后獲得化極磁異常(石磊等，2012)，異?？傮w呈北西走向，局部高磁異常為北東向，磁異常最高為12000 nT.為提取淺部密度體信息，對重力數(shù)據(jù)進行了匹配濾波，獲得了剩余重力異常，重力異常形態(tài)與磁異?；疽恢?，說明二者為同源異常，高磁異常與高重力異常位置基本吻合.大功率中梯激電獲取的視極化率異?，F(xiàn)了一處主體異常和小異常，異常為北西向，由于背景極化率很低(0.3%)，0.7%以上的極化率即可視為高異常，推測極化率異常為金屬硫化物所致.中梯視電阻率走向也為北西向，由于地表覆蓋較厚，整體電阻率較低，最高僅400 Ωm，高電阻率反映了地層或巖體的隆起.高磁高重地段的異常組合為“三高一中”，即高重力異常、高磁異常、高極化率異常和中等電阻率異常，極高的磁異常反映地下肯定有強磁性物質(zhì)的存在，加之高重力異常，高極化率異常，通過綜合分析排除了基性巖體的可能，推測該異常組合可能由磁鐵礦和金屬硫化物礦體所引起.重磁三維反演揭示了該組合異常下方存在高磁性高密度的地質(zhì)體，各類異常位置基本一致(圖11).根據(jù)上述物探異常特征和重磁三維反演結(jié)果，部署了zk1號鉆孔，開孔揭穿12 m厚的第四系覆蓋層之后即發(fā)現(xiàn)了矽卡巖型富銅鐵礦體，礦體連續(xù)視厚度達46 m，為該隱伏礦床的發(fā)現(xiàn)打開了局面.

圖11 拉伊克勒克礦床綜合地球物理異常三維顯示圖(修改自嚴加永等，2017)Fig.11 Three-dimensional display of comprehensive geophysical anomalies in the Layikeleke deposit(modified from Yan et al.,2017)

(2)斑巖銅礦的發(fā)現(xiàn)

在zk1孔發(fā)現(xiàn)夕卡巖銅鐵礦后，可初步確定極化率異常與成礦關(guān)系密切.通過對極化率的進一步分析，經(jīng)激電中梯等測量發(fā)現(xiàn)了一個形態(tài)較規(guī)整的極化率異常，它以1%等值線劃分的異常大致呈北西向帶狀展布，長度大于5 km，異常寬度500～1000 m，異常形態(tài)不規(guī)則，在異常中部有南北分叉現(xiàn)象(圖10).該極化率異常西北段對應HS-7號化探異常，該異常為Cu、Au、Zn、As、Mn、Co等多元素的綜合異常，尤其以Cu、Au、Zn較為富集.該激電異常對應為低磁異常和低重力異常，局部地段為高極化率、低重力、低磁力和低電阻率的異常組合，故推測為由礦化巖體所引起.2011年決定對該極化率異常進行鉆探驗證，首先在垂直異常走向的零線上，布置了zk2鉆孔(圖10)，在40 m厚的第四系和泥盆系蓋層之下，查明存在一厚達近千米強蝕變似斑狀英云閃長巖體，并在其中發(fā)現(xiàn)了較好的銅(鉬)礦化，揭開了拉伊克勒克大型銅礦的面紗.

2.3 礦床規(guī)模擴大-普查詳查

進入普查、詳查階段后，為擴大礦床規(guī)模，進行合理部署鉆孔.在該階段，我們通過預查鉆孔巖性物性分析，將勘探線剖面與地球物理探測結(jié)果進行綜合對比分析，優(yōu)選出有效的方法技術(shù)組合，為普查、詳查的鉆孔布設提供依據(jù).

首先我們對比了激電中梯、測深與礦體的對應關(guān)系.在激電中梯面積測量的基礎上，在276線開展了對稱四極激電測深試驗(測線位置如圖10所示)，發(fā)現(xiàn)激電測深高極化率中心與中梯激電高極化率中心偏差300 m(圖12)，在中梯極化率異常中心和北側(cè)實施了276-1和276-2鉆孔.276-1鉆孔見到了不同程度的銅、鉬礦化體，但礦體連續(xù)性較差，未能圈出較厚礦體(表1).276-2鉆孔見到泥巖等圍巖地層，云英閃長巖范圍較小，只有零星蝕變和礦化，為發(fā)現(xiàn)具有工業(yè)價值的礦體.激電測深發(fā)現(xiàn)ZK276-1孔雖然在中梯激電異常中心，但在測深極化率斷面上明顯極化體的外側(cè)，ZK276-2則離極化體更遠，故未鉆遇礦體，分析認為這是ZK276-1和ZK276-2孔未見連續(xù)礦體的主要原因.依據(jù)激電極化率測深成果，在極化體中心部署的ZK276-3孔揭露了9層銅礦體(表1)，其中最厚一層厚達近157 m，銅平均品位大于0.3%，表明激電測深可以揭示厚覆蓋下的隱伏礦體，而中梯激電反映的為覆蓋較淺地段的極化體，同時，也說明了激電測深結(jié)果可作為擴大礦體規(guī)模階段鉆孔部署的重要依據(jù).

圖12 276線綜合地球物理探測剖面(a) 重力異常剖面; (b) 磁異常剖面; (c) 激電中梯剖面; (d) 高頻大地電磁電阻率斷面; (e) 對稱四極測深極化率斷面.Fig.12 Integrated geophysical profiles of Line 276(a) Gravity anomaly; (b) Magenetic anomaly; (c) Gradient induced polarization; (d) High frequency magnetotelluric resistivity; (e) Symmetric four-pole IP sounding.

表1 276線鉆孔編錄表Table 1 Logging data of boreholes in Line 276

為進一步指導鉆孔部署以擴大礦床規(guī)模，垂直圖10中的中梯高極化異常帶部署了對稱四極激電測深，完成了421個激電測深點.圖13為拉伊克勒克鐵銅礦區(qū)激電測深獲取的極化率和電阻率經(jīng)三維插值后獲取的礦區(qū)極化體和電阻率體的三維空間分布示意圖，為詳查、勘探階段鉆孔部署提供了直接依據(jù).鉆探驗證結(jié)果表明，見礦較好的地段為高極化體南西側(cè)、高電阻率體北東側(cè)，也即二者重合部位是目前發(fā)現(xiàn)礦體較好的地段(圖13).

圖13 拉伊克勒克礦區(qū)高極化體(a)和高電阻率體(b)與鉆孔三維空間特征Fig.13 Three-dimensional characteristics of Layikeleke deposit with (a) high-polarization body and (b) high-resistivity body

根據(jù)綜合地球物理方法資料的綜合分析下，在拉伊克勒克礦區(qū)共部署施工鉆孔53個，有效進尺共計22446.4 m，發(fā)現(xiàn)并評價為大型銅多金屬礦.斑巖銅鉬礦主體產(chǎn)于英云閃長巖體中，少部分延伸于巖體外的火山巖地層及黑云母二長花崗巖體內(nèi).據(jù)工程控制目前連接礦體的特點，斑巖型銅鉬礦帶平面分布呈北西向延長的不規(guī)則紡綞狀，垂向上呈中間延深大，東西兩端薄而揚起的“船”形(圖14).礦體在走向上變化較大，相鄰孔見礦層數(shù)和厚度差別較大.礦體在垂向上大體呈串狀相疊，稀疏不均.橫向上主體延伸比較連續(xù)和平穩(wěn)，部分有斷續(xù)和波狀起伏，整體具有成層組集中的特點.銅鉬礦體中主要為銅礦體，共生少量鉬礦體，分為同體共生或異體共生，以同體共生為主.斑巖型銅鉬礦多為同體共生，鉬礦體分布范圍較廣但礦體分散且規(guī)模均較小.矽卡巖型銅鐵礦產(chǎn)于中基性火山巖地層之中，為盲礦體.矽卡巖型銅鐵礦基本為同體共生礦體，但不完全重疊.其中，鐵礦整體賦存于火山巖地層之中，礦體呈沿傾向略長的馬鞍形透鏡體狀，平面投影范圍呈南北向略長的不規(guī)則橢圓狀.銅礦體為主要工業(yè)銅礦體，與磁鐵礦礦體賦存位置基本相同，但規(guī)模略小.礦體為透鏡體狀，局部有波狀彎曲和起伏，中部向上拱起，北段平緩近于水平，南段向南下部傾伏.通過塊段法，全區(qū)求得銅礦金屬量(333+334)118萬噸，全區(qū)銅礦伴生銀礦1404.44噸，鉬礦(333+334)6376噸，高品位磁鐵礦礦石量251萬噸.

圖14 拉伊克勒克礦床礦體三維形態(tài)MFe-磁鐵礦體；Mo-鉬礦體；Cu-銅礦體.Fig.14 Three-dimensional shape of the ore body in Layikeleke depositMFe-magnetite ore body；Mo-molybdenum ore body；Cu-copper ore body.

3 結(jié)論

(1)在總結(jié)新疆瓊河壩地區(qū)三類主要礦床均與巖體和構(gòu)造有著密切關(guān)系的基礎上，通過1∶50000重磁資料的處理和挖掘，厘定了斷裂系統(tǒng)，識別了巖體分布，結(jié)合1∶5激電中梯的極化率和化探信息，預測了7處找礦靶區(qū).對其中的拉伊克勒克靶區(qū)進行了查證，從預查到詳查，通過地球物理的創(chuàng)新組合，在地表沒有礦化線索的荒漠戈壁，新發(fā)現(xiàn)和評價了拉伊克勒克大型銅多金屬礦，包括大型斑巖銅鉬礦和小型矽卡巖型富鐵銅礦2個礦段，在瓊河壩地區(qū)荒漠戈壁覆蓋區(qū)實現(xiàn)找礦突破.

(2)合理的技術(shù)組合加正確的找礦思路是覆蓋區(qū)隱伏礦發(fā)現(xiàn)的關(guān)鍵，研究結(jié)果表明本文提出的荒漠覆蓋區(qū)預覆蓋預測與定位技術(shù)，在類似荒漠覆蓋景觀區(qū)具有一定的示范意義.

(3)拉伊克勒克大型銅多金屬礦的發(fā)現(xiàn)，說明在新疆、內(nèi)蒙等戈壁荒漠覆蓋層下找礦潛力巨大，是國家戰(zhàn)略性礦產(chǎn)勘查的重要方向.

致謝新疆地礦局物化探大隊提供了瓊河壩地區(qū)1∶5重磁和激電數(shù)據(jù)，參加拉伊克勒克地球物理數(shù)據(jù)采集的有張振林、夏福成、趙建豪、劉有峰、郭建華、胡浩、丁峰、邵陸森等，參加鉆孔編錄、儲量計算等地質(zhì)工作的有邵星月、楊超、張樹德、許亞寧、童英、吳健、李高峰、呂博、黃偉等，項目開展期間得到了新疆地勘基金得大力支持，中國地質(zhì)調(diào)查局及西安地質(zhì)調(diào)查中心和中國地質(zhì)科學院礦產(chǎn)資源研究所領導專家多次到野外指導，拉伊克勒克銅多金屬礦的發(fā)現(xiàn)離不開上述個人和單位支持和幫助，三位匿名審稿人提出了建設性意見，在此一并表示衷心感謝！