高精度磁法測量在棒槌崖矽卡巖型磁鐵礦勘查中的應(yīng)用

樊彥超，趙曉青，李紅峰

（華北地質(zhì)勘查局五一四地質(zhì)大隊，河北 承德 067000）

0 引言

棒槌崖鐵礦位于河北省寬城滿族自治縣孟子嶺鄉(xiāng)棒錘崖村，地理坐標為：東經(jīng)118°17′45″～118°22′30″，北緯40°29′00′～40°32′30′，面積：41.45 km2。2021年河北省山區(qū)1∶2.5萬高精度航空磁測勘查對該處磁異常M53-294（張崇山等，2012①）進行評價：該異常處于三疊中粒正長閃長巖與薊縣系霧迷上組的接觸帶附近；在重力一階垂導(dǎo)圖上，該異常位于不規(guī)則團塊狀正異常中；推斷該異常為礦致異常。該異常分布范圍廣，覆蓋本次工作區(qū)內(nèi)外。從西南潘家口水庫到東北大凹嶺、由西北石子溝河北至東南上桲羅臺，正負異常面積約70 km2；具備形成矽卡巖型鐵礦床（趙一鳴等，2002）的地質(zhì)因素。1957年華北冶金局地質(zhì)勘探公司五一四隊在棒錘崖銅鐵礦區(qū)投入槽探3015 m3，采樣602件，結(jié)論為該區(qū)成礦地質(zhì)條件好，建議轉(zhuǎn)入詳細找礦評價工作（張小朋等，2012②）。通過在該地區(qū)投入地面高精度磁法測量，圈定了勘探區(qū)內(nèi)鐵礦體的分布范圍和空間狀態(tài)，結(jié)合國內(nèi)相同或相近類型磁鐵礦磁異常特征（楊斌等，2012；張崇山等，2012①；方同明等，2012；柳康偉等，2015），圈定該地區(qū)成礦靶區(qū)，開展鉆探工程驗證，依據(jù)驗證效果得出高精度磁測圈定的高磁異常是進一步開展綜合找鐵礦的重要依據(jù)和基礎(chǔ)（鄭全庫，2009；王橋和李富，2013；郭剛強，2013；徐博倫，2014；喬天成，2016）。

1 地質(zhì)概況

該普查區(qū)位于河北省承德市寬城縣滿族自治縣縣城230°方位、直距20 km的孟子嶺鄉(xiāng)棒錘崖一帶。地處中朝準地臺（Ⅰ2）、燕山臺褶帶（Ⅱ22）、馬蘭峪復(fù)式背斜（Ⅲ27）、寬城凹褶束（Ⅳ224）構(gòu)造單元內(nèi)（圖1，張曄卿等，2013）。

圖1 棒槌崖地區(qū)大地構(gòu)造位置略圖（引自張曄卿等，2013)

北東向的平坊-桑園大斷裂帶在勘查區(qū)中部通過。該斷裂是本區(qū)導(dǎo)巖和導(dǎo)礦構(gòu)造；旁側(cè)的次級斷裂易形成賦巖或賦礦的有利空間。棒錘崖輝石閃長巖體就與此構(gòu)造密切相關(guān)。

普查區(qū)位于壽王墳-小寺溝銅鉬成礦帶上（袁樹森等，2012），區(qū)域礦產(chǎn)豐富，主要為銅、鉬、鐵及鉛鋅礦，著名的有壽王墳銅（鐵）礦、小寺溝銅（鉬）礦、高板河鉛鋅礦等（陳立武等，2013）。

區(qū)內(nèi)地層為長城系串嶺溝組（Chch）、團子山組（Cht）、大紅峪組（Chd）、高于莊組（Chg）；薊縣系霧迷山組（Jxw）和第四系，巖性主要有石英砂巖、白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r、燧石條帶白云質(zhì)灰?guī)r（圖2）；

圖2 棒槌崖地區(qū)地質(zhì)圖（據(jù)白鶴舉等，1999修測③）

構(gòu)造以斷裂為主，有5條，近東西向3條，北東向2條。其中平坊-桑園大斷裂部分從本區(qū)穿過，走向50～78°，傾向北西，傾角60～70°。上盤為薊縣系，下盤為長城系，是本區(qū)重要的導(dǎo)巖構(gòu)造。

巖漿巖發(fā)生于中生代早期，以侵入的輝石閃長巖（ψδ52(1)）為主，次為后期閃長巖、煌斑巖脈；

圍巖蝕變發(fā)育于輝石閃長巖體與燧石條帶白云質(zhì)灰?guī)r的接觸帶，具有大理巖化、蛇紋石化、絹云母化，暗綠色蛇紋石化及透輝（閃）石化矽卡巖與銅鐵礦化關(guān)系密切（陳宇，2008）。

2 異常特征及解釋

2.1 航磁異常及解釋

河北省山區(qū)1∶2.5萬高精度航空磁測勘查對該處磁異常M53-294（張崇山等，2012①）。該異常特征為：分布范圍廣，覆蓋區(qū)內(nèi)外。從西南潘家口水庫到東北大凹嶺、由西北石子溝河北至東南上桲羅臺，正負異常面積約70 km2，其中正異常位于測區(qū)中南部，面積接近23 km2，約占異?？偯娣e的三分之一（圖3）。

圖3 棒槌崖地區(qū)航磁異常略圖（引自張崇山等，2012①）

正異常以100 nT 等值線圈閉，形似歪倒之鴨梨。西南部等值線略微開闊，中部膨脹，東北部收縮。異常走向50°左右，長約7.4 km，平均寬約3.2 km。異常被0 nT等值線包圍，其東、西側(cè)伴有-100 nT負異常；之北側(cè)負異常極小值達-200 nT以上。異常等值線均勻、圓滑、規(guī)整（管志寧，2005；張葉鵬等，2016；）。北及西側(cè)略密，梯度變化稍陡；南及東南側(cè)稀疏，梯度變化緩。

500～1000 nT高值異常呈橢圓狀北東向展布，長約1.2 km，寬約0.8 km，面積約1 km2。異常中心位于三道凹村西北約500 m處，中心極大值1000 nT以上（圖3）。

從圖2看出，異常軸向與區(qū)域大地構(gòu)造線基本一致；異常正負交替部與地表出露的輝石閃長巖和薊縣系霧迷山組燧石條帶白云質(zhì)灰?guī)r二者的接觸帶大體對應(yīng)；正異常整體落于無磁性的薊縣系霧迷山組燧石條帶白云質(zhì)灰?guī)r和長城系高于莊組地層上；500～1000 nT高值異常部分，集中分布在薊縣系霧迷山組。500 nT以上等值線間距?。?00 nT以下等值線間距加寬并成階梯向南緩伸；高磁異常部位與地磁化極后向上延拓400 m平面圖異常接近；極大、極小梯度變化值為1.3 nT/m，表明磁性體的體積及延深都比較大。

綜上推測：該異常是由一個規(guī)模大、走向北東、傾向南略偏西、側(cè)伏于薊縣系霧迷山組和長城系高于莊組地層之下的偏基性巖體引起（王振亮等，2015）。其高值異常可能為含鐵磁性礦物相對集中的巖體隆起部或兩層以上不同鐵磁巖性的疊加部位（田文法等，2010；王建新等，2014），而北部負異常是受磁性體斜磁化和地形切割陡壁影響的綜合反映。

2.2 物性特征

由棒槌崖地區(qū)主要巖性磁性參數(shù)測定結(jié)果（表1）可知，砂巖、白云巖磁化率常見值3×10-6×4π·SI，屬無磁性；矽卡巖磁化率常見值250×10-6×4π·SI，屬弱磁性；閃長巖磁化率常見值1600×10-6×4π·SI、最高值6325×10-6×4π·SI，剩磁常見值1500×10-3A/m。

表1 棒槌崖地區(qū)巖（礦）石磁參數(shù)統(tǒng)計表

2.3 地磁場特征及解釋

1∶1萬△T剖面平面圖表明，區(qū)內(nèi)地磁場表現(xiàn)基本概括為：四周平靜相對穩(wěn)定，中部強弱變化分明，曲線高低起伏跳躍，帶狀展布特征清晰（圖4）。

圖4 棒槌崖△T剖面平面略圖（實測）

據(jù)相應(yīng)的磁場規(guī)律及磁異常獨特的形態(tài)，結(jié)合地質(zhì)資料和棒槌崖地區(qū)地質(zhì)航磁異常略圖（圖3），區(qū)內(nèi)推斷出區(qū)內(nèi)5條斷裂，F(xiàn)1、F2、F3、F4、F5（圖4）。

依據(jù)弱磁性地層中，較高異常呈帶狀定向連續(xù)或串珠狀斷續(xù)分布特征，推斷F1、F2、F3。F1斷裂：該斷裂位于測區(qū)西南部，走向北西，長約1.5 km；F2斷裂：該斷裂位于測區(qū)東南部，走向北西，長約2.5 km；F3斷裂：該斷裂位于測區(qū)東南部，走向北西，長約2.7 km。

依據(jù)正負異常分界線和高值異常帶沿東西向呈線性斷續(xù)分布特征推斷F4斷裂，該斷裂位于測區(qū)中部，走向近東西，長約5.5 km。

依據(jù)狹窄帶狀負異常定向展布特征推斷F5，該斷裂位于測區(qū)中部，走向北西，長約1.3 km。

從棒槌崖△T等值線平面略圖（圖5）看出，地面磁測結(jié)果△T異常形態(tài)與航磁異常形態(tài)基本一致，向南呈凹陷弧形近東西向分布，東、西端部略微向上抬起，中間則有幾個孤立異常向北凸出，整體構(gòu)成一“山”字型。主異常分布在測區(qū)中部，其北側(cè)等值線密集，近東西向平拉直，之南側(cè)600 nT以上等值線大體環(huán)繞航磁異常中心，且向南由密轉(zhuǎn)疏伸展。0 nT等值線于東西兩側(cè)，-400 nT等值線則分布在北部。

依據(jù)異常位置、地質(zhì)及物性資料判斷：周圍平靜系微磁性和無磁性的薊縣系、長城系地層所致；中部起伏跳躍為出露的輝石閃長巖體的反映；帶狀展布乃受接觸帶和F4斷層嚴格控制；多中心由鐵磁性礦物分布不均勻造成；高值異常是鐵磁性礦物相對集中引起。

2.4 局部異常特征及解釋

根據(jù)圖5圈定異常6處：編號為M1、M2、M3、M4、M5、M6。

圖5 棒槌崖△T等值線平面略圖（實測）

M2異常位于測區(qū)中部，由M2-1、M2-2、M2-3三個局部異常組成，是測區(qū)內(nèi)主體異常。以500 nT等值線封閉圈，形似元寶狀，走向近東西，長約2200 m，平均寬約700 m，分布面積約1.5 km2。

其中，M2-1異常1000 nT等值線圈似帶狀近東西向展布，長約1400 m，平均寬約270 m。2000 nT以上高值異常，長約900 m，平均寬約150 m。出現(xiàn)5個峰值中心，自西向東，極大值依次為4062 nT、3906 nT、6321 nT、5212 nT、3404 nT。異常北側(cè)伴有極小值-1000 nT。△T等值線北側(cè)密集，梯度變化陡；南側(cè)略疏，梯度變化稍緩。

為解析該異常，在異常上實施了南北向、點距10 m的A0地質(zhì)、物探綜合剖面，△T曲線兩翼不對稱，南緩北陡，極大值6197 nT，北側(cè)極小值-252 nT。對圓滑后的曲線進行半定量計算，結(jié)果見表2。

表2 M2-1異常曲線半定量計算統(tǒng)計表

由△T異常特征及區(qū)域地質(zhì)、礦產(chǎn)資料綜合分析：該異常落于航磁異常100～300 nT背景場的邊部，處于輝石閃長巖與薊縣系霧迷山組燧石條帶白云質(zhì)灰?guī)r接觸帶和F2斷裂帶附近，其異常軸向與接觸帶和斷裂近東西延展方向基本一致；地表及鉆孔資料表明，由于接觸交代作用，致使巖體內(nèi)捕虜體十分發(fā)育，并疊加蝕變現(xiàn)象，產(chǎn)生蛇紋石化、透輝（閃）石化矽卡巖。因而在蛇紋石化過程中，斜輝石析出的磁鐵礦在適當?shù)牡刭|(zhì)環(huán)境下往往隨之相對富集為礦體，上述種種跡象表明，該接觸帶應(yīng)為成礦有利地段。2000 nT以上高值異常，落于輝石角閃巖體上。標本磁參數(shù)測定，輝石閃長巖磁化率常見值1600×10-6×4π·SI；矽卡巖磁化率常見值250×4π×10-6SI，理論計算二者在地表可綜合引起630 nT異常，與地表實測最高值6320 nT相差近十倍，這種巨大的反差，恰恰說明高值異常部位之地下必定存在強磁性體-磁鐵礦；M2-1極大值6321 nT與極小值-90nT的梯度變化值為52 nT/m。這種高梯度變化值預(yù)示，地下可能有磁鐵礦體存在。

由以往地質(zhì)資料可知，在棒槌崖村西早已探明的Fe1、Fe2兩個銅鐵礦體被開發(fā)利用。近期又在本次圈定的M4號異常，鉆孔驗證見到1.57 m矽卡巖型銅鐵礦；

鑒上所述，通過“由已知到未知”推斷：M2-1異常2000 nT以上異常帶中的幾處高值異?？赡苁怯啥鄬游◣r型銅鐵礦（化）體引起，該礦化（體）走向近東西，上頂埋深約58 m，水平寬度約50 m，傾向南，傾角52°。

M6磁異常：位于棒錘崖村東南0.5 km處，以1000 nT等值線封閉，似帶狀，走向北西，長約550 m，平均寬約120 m；2000 nT封閉圈長約400 m，平均寬約50 m，中心極大值4510 nT，等值線北東密，梯度陡，南西疏，梯度緩。

在異常上實施了C0精測剖面，并對該剖面進行分析得出：C0剖面20～40號點為主異常段，△T曲線兩翼不對稱，南緩北陡，極大值4057 nT，北側(cè)極小值-1310 nT，經(jīng)對曲線圓滑后進行了半定量計算，計算結(jié)果見表3。

表3 M6異常曲線半定量計算統(tǒng)計表

該異常落于棒錘崖村東南的中粒輝石閃長巖體上，南部邊緣見有長約300 m、寬約50 m，走向近東西的蝕變礦化帶。蝕變帶內(nèi)發(fā)育較強的大理巖化、蛇紋石化、絹云母化。參照M2-1異常解釋依據(jù)，推斷M6異常2000 nT以上高值異常由矽卡巖型銅鐵礦化（體）引起。該礦化（體）走向308°，上頂埋深約27 m，水平寬度約34 m，傾向南西218°，傾角58°。

3 地質(zhì)成果及遠景預(yù)測

3.1 礦（化）特征

分別對M2-1、M3-1和M6三個規(guī)模較大、強度較高的異常進行了鉆探工程驗證。在ZKA0-1鉆孔穿過含磁鐵輝石閃長巖厚度96.60 m（從89.10～185.70 m），TFe品位9.72%～14.12%，平均品位11.66%；mFe品位3.82%～7.55%，平均品位5.80%。在136.40～140.40 m處見銅礦化，厚度6.0 m，Cu品位0.15%～0.33%，平均品位0.25%。ZKA0-2 號鉆孔含磁鐵輝石閃長巖厚度111.6 m（從149.10～260.70 m），TFe 品位14.87%～24.15%，平均品位16.16%；mFe品位6.87%～9.68%，平均品位8.45%。在196.20～199.20 m處見銅礦化，厚度3.0 m，Cu品位0.11%～0.29%，平均品位0.18%。

3.2 礦石礦物成分

鐵礦石呈灰黑色，礦物成分中金屬礦物有磁鐵礦，次為黃鐵礦、褐鐵礦；脈石礦物有透輝石、石榴子石、透閃石、蛇紋石等。礦石呈中粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。

銅礦石呈灰黑色、藍綠色，礦物成分中金屬礦物有黃銅礦、輝銅礦、磁鐵礦，次為黃鐵礦、銅藍、孔雀石、褐鐵礦；脈石礦物有透輝石、石榴子石、透閃石、蛇紋石等。礦石呈細—中粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。

通過計算初步確定地表和淺部磁性體不能引起如此高的磁異常，有待對該區(qū)成礦條件做進一步研究，并繼續(xù)投入深部工程進行驗證。倘若上述各孔深部能見到理想礦體，則遠景極為可觀，預(yù)測該區(qū)有望成為一個新的中型以上銅鐵礦產(chǎn)地。

4 結(jié)論

高精度磁測在棒槌崖地區(qū)尋找矽卡巖型隱伏鐵礦的應(yīng)用，進一步證明了該方法在尋找矽卡巖型隱伏礦體的實用性和有效性，高精度磁測是綜合物探方法中一種最直接、最有效、最便捷、最重要的勘查方法。

（1）通過在該區(qū)開展磁法工作，查明了棒槌崖地區(qū)磁異常的分布狀況，查明了異常的輪廓、軸向、形態(tài)、規(guī)模等特征；圈定磁異常6處、圈界出輝石閃長巖體的分布范圍及形態(tài)、推斷出斷裂構(gòu)造5條；地質(zhì)效果明顯，達到了預(yù)期目的。

（2）對該區(qū)磁測數(shù)據(jù)進行綜合研究，充分利用地質(zhì)、物性資料，對異常進行了定性、半定量地質(zhì)解釋，最終認定圈定的6處磁異常為隱伏的矽卡巖型銅鐵礦有關(guān)異常，其中M4、M5異常已經(jīng)確定為矽卡巖型銅鐵礦引起；其余4處異常建議進一步投入深部工程進行驗證。

圖6 ZKA0-1、ZKA0-2驗證鉆孔剖面圖

（3）通過該區(qū)的驗證異常工程數(shù)據(jù)，進一步證明；在充分了解礦區(qū)地質(zhì)成礦條件的前提下，應(yīng)用磁測數(shù)據(jù)對磁異常進行定性、半定量計算結(jié)果的準確性。

通過在該區(qū)開展高精度磁法工作，了解該區(qū)磁異常的分布狀況，查明了異常的輪廓、軸向、形態(tài)、規(guī)模等特征；充分利用地質(zhì)、物性資料，對異常進行了定性、半定量地質(zhì)解釋；設(shè)計了鉆孔驗證，得到了該區(qū)矽卡巖型隱伏鐵礦體初步形態(tài)；證明高精度磁測圈定的高磁異常是進一步開展綜合找鐵礦的重要依據(jù)和基礎(chǔ)。

注 釋

①張崇山,陳玉坤,王三民,等.2012.冀東測區(qū)航磁異常查證成果報告[R].河北省地質(zhì)調(diào)查院,2-49.

②張小朋,樊彥超,趙曉青,等.2012.河北省寬城滿族自治縣孟子嶺鄉(xiāng)棒錘崖銅鐵礦普查地質(zhì)報告[R].華北地質(zhì)勘查局五一四地質(zhì)大隊,34-50.

③白鶴舉,張福斌,楊洪賓,李景梅.1999.《1∶25萬承德市地質(zhì)圖》.河北省地質(zhì)礦產(chǎn)礦查院承德工作部.