綜合物探在卻勒塔格地區(qū)銅鎳礦勘查中的應(yīng)用與研究

張靜，陶鵬飛，胡尊平，李大海，李延清，陳實(shí)，牛輝

（新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院，新疆 烏魯木齊 830000）

據(jù)“小巖體成大礦”理論[1-3]，認(rèn)為形成超大-大型銅鎳硫化物礦床的地質(zhì)體多為面積小于1 km2的鐵鎂-超鐵鎂質(zhì)的基性小雜巖體[4-5]。因此，在尋找基性-超基性巖漿熔離型銅鎳硫化物礦床過程中，鐵鎂-超鐵鎂質(zhì)小巖體不容忽視，如形成大型礦床的紅旗嶺7號(hào)巖體面積僅為0.007 8 km2[6-7]。本次選擇卻勒塔格研究區(qū)，出露基性-超基性巖體為0.37 km2，與鄰區(qū)天宇、白石泉具相似地質(zhì)構(gòu)造條件和成礦環(huán)境[8]，也是新疆東天山地區(qū)重要的銅、鎳、金、鐵、鉛鋅等大型礦床集中區(qū)[9-10]，具備一定的找礦潛力。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于天山-興蒙地層大區(qū)，中天山地層分區(qū)之博羅科努地層小區(qū)，東北部屬覺羅塔格地層小區(qū)，橫跨小熱泉子裂谷、冰達(dá)坂-米什溝弧-陸碰撞帶（圖1）。研究區(qū)位于板塊結(jié)合部位，跨越多個(gè)構(gòu)造單元，發(fā)育康古爾斷裂、阿奇克庫都克斷裂、卡瓦布拉克斷裂，與基性-超基性巖體關(guān)系密切。發(fā)育庫米什背斜（忠寶鎢礦、彩花溝銅礦）、克孜勒塔什塔格背斜（小熱泉子銅礦）。

圖1 區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)特征Fig.1 Regional geological and mineral characteristics

通過研究區(qū)地表工程揭露，發(fā)現(xiàn)基性-超基性雜巖體巖性組合復(fù)雜，分異程度高，基巖出露條件較差。綜合物探方法在金屬礦產(chǎn)勘查中具有顯著效果，尤其在隱伏區(qū)[11]。在目標(biāo)巖體與圍巖具有較好物性參數(shù)差異的情況下，可有效解譯本區(qū)基性-超基性雜巖體的形態(tài)和分布規(guī)律，為本區(qū)尋找銅鎳礦提供重要依據(jù)。

研究區(qū)侵入巖從中性巖至超基性巖均有發(fā)育（圖2），其中，基性-超基性巖體為重點(diǎn)研究對(duì)象，主要見于區(qū)內(nèi)雜巖體，呈較不規(guī)則長(zhǎng)條狀沿阿其克庫都克斷裂展布，巖體呈NW 向展布，分異演化較完整。地表呈不規(guī)則蠶豆?fàn)?，長(zhǎng)約1.4 km，寬0.3～0.5 km，出露面積約0.37 km2。與成礦有關(guān)的基性-超基性雜巖體主要由橄欖巖、輝石橄欖巖、輝石巖、橄欖輝石巖、輝長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)巖構(gòu)成。

圖2 研究區(qū)地質(zhì)圖Fig.2 Geological map of the study area

據(jù)巖石組合、巖漿活動(dòng)、接觸關(guān)系可將巖體的形成劃分為3個(gè)階段，每個(gè)階段基性程度不同的巖漿有規(guī)律的侵位。第一階段：侵位中性-基性侵入巖，為巖漿房上部巖漿侵位地表，巖性主要為閃長(zhǎng)巖、輝長(zhǎng)巖。第二階段：侵位超基性侵入巖，為巖漿房下部巖漿上侵就位形成，巖性為橄欖巖。第三階段：為最晚一期巖漿上侵，形成超基性巖，巖性主要為輝石巖。

2 地質(zhì)-地球物理特征

研究區(qū)內(nèi)各類地質(zhì)體的物性差異是開展地球物理工作的前提，是推斷地質(zhì)體分布規(guī)律的基礎(chǔ)。通過野外實(shí)測(cè)和收集前人物性統(tǒng)計(jì)成果，得到該區(qū)巖（礦）石密度、磁化率、極化率、電阻率等參數(shù)進(jìn)行綜合統(tǒng)計(jì)分析（表1，2）。

表1 研究區(qū)巖（礦）石物性參數(shù)統(tǒng)計(jì)表Table 1 Statistical table of physical parameters of rock(ore)in the study area

磁性參數(shù)特征基性-超基性雜巖體磁性較強(qiáng)，其中橄欖巖、輝橄巖磁性最強(qiáng)，磁化率常見值在5 000×10-64πSI以上，為強(qiáng)磁性巖礦石；銅鎳礦石、輝長(zhǎng)巖、輝石巖、二輝輝石巖磁化率值也較高，常見值為800×10-6～1 100×10-64πSI；區(qū)內(nèi)大部分沉積巖和變質(zhì)巖為無-弱磁性，常見值為100×10-6～700×10-64πSI，當(dāng)具一定規(guī)模和厚度時(shí)能夠引起寬緩的異常。巖礦石剩磁也具相同特征，推斷研究區(qū)強(qiáng)磁異常可能由基性-超基性雜巖體引起。因此，可利用磁測(cè)成果研究本區(qū)銅鎳礦及基性-超基性巖體分布、走向和埋深等。

表2 研究區(qū)主要巖芯電物性參數(shù)統(tǒng)計(jì)表Table 2 Statistical table of electrical physical parameters of main cores in the study area

電物性橄欖巖、輝橄巖、輝石橄欖巖極化率值極高，橄欖巖均值為40.07%，輝橄巖為27.37%，輝石橄欖巖巖心為7.28%。出現(xiàn)極高極化率的原因推測(cè)與巖石富含硫化物或鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)有關(guān)。蝕變輝長(zhǎng)巖巖心、輝長(zhǎng)巖巖心、大理巖巖心、閃長(zhǎng)巖巖心、二輝輝石巖極化率值分別為2.05%、1.86%、1.8%、1.03%和0.91%，在研究區(qū)屬中等極化率范圍。砂巖、凝灰?guī)r、花崗巖、輝石巖等極化率均值（小于0.5%）較低。

電阻率基性-超基性巖電阻率主要表現(xiàn)為中低阻，圍巖表現(xiàn)為中高阻?；?超基性巖體的電物性特征表現(xiàn)為高極化-中低阻特征，與圍巖有明顯差異，故在本區(qū)開展電法工作具備電物性基礎(chǔ)。

密度銅鎳礦石密度為3.38 g/cm3，遠(yuǎn)大于其他巖石的密度。與成礦有關(guān)的基性-超基性巖也具高密度特征，均大于2.86 g/cm3。圍巖平均密度為2.7 g/cm3。區(qū)內(nèi)礦石、賦礦巖石與圍巖密度差為0.1～0.6 g/cm3，當(dāng)?shù)V體和礦化巖石具一定規(guī)模和厚度時(shí)可引起明顯的重力異常；礦石與賦礦巖石密度差達(dá)0.52 g/cm3，密度差異較大，可由剩余重力異常特征合理解譯區(qū)分銅鎳礦體與基性-超基性雜巖體。值得注意的是，閃長(zhǎng)巖密度為2.82 g/cm3，與基性-超基性雜巖體的密度差較小，會(huì)對(duì)重力解釋造成一定干擾，需結(jié)合磁異常及其他資料進(jìn)行綜合解釋。因此，在研究區(qū)開展重力工作具良好的地球物理基礎(chǔ)。

綜合巖（礦）石物性參數(shù)特征，基性-超基性巖體是研究區(qū)尋找銅鎳礦體的有利巖體和構(gòu)造。橄欖巖、輝橄巖、輝長(zhǎng)巖、輝石巖磁化率均大于1 000×10-64πSI；橄欖巖、輝橄巖、輝長(zhǎng)巖呈中低阻高極化特征；基性-超基性巖密度均大于2.86 g/cm3，與圍巖具明顯密度差。由此得出，基性-超基性巖具高磁-高重-高極化-中低電阻特征，也即“三高一低”特點(diǎn)，可引起重磁電同源異常。據(jù)物探圈定成果，結(jié)合地質(zhì)、鉆探等資料，可研究本區(qū)銅鎳礦及基性-超基性巖體分布特征。

3 綜合物探成果分析

3.1 物探異常特征

礦區(qū)剩余重力異常分布有如下特點(diǎn)（圖3）：中部和西部為重力高值異常，南部為條帶狀低緩異常。研究區(qū)北部異常普遍較弱，異常整體走向?yàn)镹W向，中部高值異常（G2）與巖體出露對(duì)應(yīng)良好，地質(zhì)體反映為基性-超基性巖體。

圖3 剩余重力等值線平面圖Fig.3 Plan of residual gravity isoline

通過分析區(qū)內(nèi)巖（礦）石物性參數(shù)及物探成果圖，可看出中部高值異常G2為重磁同源異常，地表出露橄欖巖、輝橄巖、輝石巖、輝長(zhǎng)巖，巖石密度大，礦化蝕變較強(qiáng)，重力高異常均為基性-超基性雜巖體的反映。西部中高重異常G1，地表出露閃長(zhǎng)巖、石英閃長(zhǎng)巖，礦化蝕變較強(qiáng)，閃長(zhǎng)巖平均密度為2.82 g/cm3。由此推斷，該重力異常可能為閃長(zhǎng)巖引起；東部G3 高重異常主要對(duì)應(yīng)地表閃長(zhǎng)巖，與G1異常類似。剩余重力成果體現(xiàn)巖礦石密度測(cè)量的有效性，有效圈定了中基性-超基性巖體的分布范圍?；?超基性雜巖體部位（G2異常）剩余重力異常明顯，且呈良好套合關(guān)系，同時(shí)發(fā)生褐鐵礦化、孔雀石化、蛇紋石化等蝕變及破碎，該異常應(yīng)作為重點(diǎn)勘查對(duì)象。

從△T化磁極后等值線平面圖可看出（圖4），磁異常集中在研究區(qū)中部及南部，異常走向與區(qū)域構(gòu)造方向一致，為NW向。北部磁場(chǎng)異常等值線平滑，為低緩異常，地表與薊縣系卡瓦布拉克群砂巖、大理巖吻合；中部及南部為高值異常變化部位，呈磁異常變化較大的特征，地表出露基性-超基性雜巖體，套合關(guān)系較好。

圖4 磁異常化極后等值線平面圖Fig.4 Isoline plan after magnetic anomaly

高值異常（C5、C6）位于研究區(qū)中部，最大值為1 832 nT，與地表出露的基性-超基性雜巖體對(duì)應(yīng)，主要巖性有橄欖巖、輝橄巖、輝石巖等。巖石礦化較好，具蛇紋石化、孔雀石化、褐鐵礦化、鎳華等。高磁異常的展布形態(tài)基本反映了區(qū)內(nèi)基性-超基性雜巖體的空間分布特征，異常北側(cè)伴有明顯負(fù)異常，負(fù)異常區(qū)域地表對(duì)應(yīng)大理巖、砂巖等，符合物性測(cè)量成果特征。說明該異常與基性-超基性巖侵入有關(guān)，與重力異常為同源異常。

由視極化率和視電阻率等值線圖可知（圖5，6），低阻高極化異常均呈NW向條帶狀或團(tuán)塊狀展布，自西向東，視極化率異常值整體呈降低特征，視電阻率異常值呈高低間隔特征。研究區(qū)中部、西部、北西部激電異常主要表現(xiàn)為低阻高極化特征，中部DJ21-3、DJ21-4 異常地表出露為基性-超基性雜巖體，與激電異常套合關(guān)系較好，巖石礦化蝕變強(qiáng)烈，最大視極化率異常值為21.5%。DJ21-4 異常后期由于閃長(zhǎng)巖脈的穿插破壞致使有閃長(zhǎng)巖出露區(qū)視極化率下降。西部DJ21-2異常地表出露石英閃長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)巖、大理巖脈、輝石巖脈等，最大視極化率異常值為11.3%，極值處對(duì)應(yīng)輝石巖脈，視電阻率表現(xiàn)為低阻、重磁表現(xiàn)為高磁、高重，該異常在地表未見明顯礦化顯示，可能與深部隱伏含礦巖體或礦體有關(guān)。北西部DJ21-1異常地表出露大理巖等，最大視極化率異常值為13.7%，推測(cè)與地表巖石礦化蝕變、硫化物富集有關(guān)。北東部為兩條NW向條帶狀高阻低極化異常，地表對(duì)應(yīng)花崗巖、大理巖、砂巖、石英閃長(zhǎng)巖脈等，硫化物富集不明顯。

圖5 視極化率等值線平面圖Fig.5 Plan of apparent polarization isoline

3.2 綜合物探分析

在研究區(qū)中部重磁電同源異常部位，選擇有利位置布設(shè)一條激電測(cè)深剖面（圖2），以期了解巖（礦）體的深部空間電性分布特征（圖7）。剖面線走向22°，垂直于構(gòu)造線，自南向北，地表出露依次為閃長(zhǎng)巖、輝石巖、輝橄巖、大理巖、薊縣系等。

圖6 視電阻率等值線平面圖Fig.6 Plan of apparent resistivity isoline

基性-超基性巖與其他巖性相比，引起的物探異常值明顯不同(表3)，磁異常值范圍較大，且正磁異常值高，最大為1 055 nT；視極化率值范圍也較大，極大值為11.6%，同時(shí)表現(xiàn)為低阻特征，范圍為81～182 Ω·m；在剩余重力方面，表現(xiàn)為高重，范圍為117×10-8～302×10-8m/s2。綜上，基性-超基性巖在研究區(qū)主要異常部位表現(xiàn)為高磁、高極化、中低電阻、高剩余重力的物探特征。結(jié)合激電測(cè)深斷面圖（圖7），發(fā)現(xiàn)與物探剖面的測(cè)量結(jié)果一致。

表3 各類巖體引起的物探異常范圍Table 3 Geophysical anomaly range caused by various rock masses

從視極化率斷面圖可看出（圖7-a），由南向北可看到高-低-高-低的異常變化。其中第1 處高極化異常呈水滴狀，南傾斜臥在170號(hào)點(diǎn)下方，視極化率極大值為7.2%，地表出露輝橄巖、輝石巖、大理巖等。對(duì)應(yīng)視電阻率為低阻特征，在剖面上對(duì)應(yīng)1 處中高磁和中高重的小異常特征，異常寬約200 m，推測(cè)為埋深較大（中心埋深約250 m）的硫化物富集區(qū)。

圖7 AB線重磁電綜合剖面圖及測(cè)深斷面圖Fig.7 Gravity,magnetic and electric comprehensive section and sounding section of line AB

第2處高極化-中等電阻異常在212 號(hào)點(diǎn)位置，地表主要為基性-超基性巖體，視極化率極大值為5.9%，視電阻率表現(xiàn)為中等電阻特征，磁異常表現(xiàn)為變化強(qiáng)烈的上升階段，剩余重力表現(xiàn)平穩(wěn)變化的上升階段。地表礦化蝕變嚴(yán)重，推測(cè)為小規(guī)模的基性-超基性巖體引起。同時(shí)，在巖體下部有一低極化率異常，該異常呈條帶狀，南傾，中心位置位于200 號(hào)點(diǎn)下方，異常值為1.2%～5.0%，視電阻率表現(xiàn)為低阻。推測(cè)該處為中基性的巖體。經(jīng)ZK0001和ZK0002 兩處鉆孔驗(yàn)證，上部為含礦基性-超基性巖體，其中賦礦巖石為輝石橄欖巖，金屬礦物主要為磁黃鐵礦，少量黃銅礦，巖心裂隙充填有細(xì)粒黃鐵礦等金屬硫化物，控制礦體視厚度4 m，Ni 品位0.26%～0.29%，平均品位0.27%。下部為大理巖和輝長(zhǎng)巖互層，巖心松散破碎潮濕，含水豐富，造成電阻率下降。該結(jié)果與物探預(yù)期結(jié)果大致相符。

第3 處高極化異常在232 號(hào)點(diǎn)處，呈直立柱狀體，寬約200 m，視極化率極大值為9.5%，視電阻率在200 m以上表現(xiàn)為低阻特征，在200 m以下表現(xiàn)為變化的中高電阻率特征，變化范圍為70～400Ω·m。在剖面上顯示為高重、高磁異常特征，磁異常表現(xiàn)為極大值的下降段，也是梯度變化強(qiáng)烈段。地表對(duì)應(yīng)有基性-超基性巖體及輝長(zhǎng)巖，該異常應(yīng)為基性-超基性巖體引起。

第4 處低極化-高電阻異常在260 號(hào)點(diǎn)下方，地表出露大理巖，磁異常表現(xiàn)為低弱的負(fù)磁異常，剩余重力表現(xiàn)為低重，與大理巖的物性特征相符。

5 結(jié)論與意義

（1）研究區(qū)的含礦巖體主要為基性-超基性巖，而該巖體與圍巖具明顯的物性差異是在本區(qū)開展綜合物探方法的基礎(chǔ)。

（2）綜合物探工作效果顯著，有效地指示了基性-超基性巖體在隱伏區(qū)的走向和大致分布范圍。

（3）電法測(cè)深成果準(zhǔn)確推斷了隱伏巖體形態(tài)和走向分布。

（4）通過系統(tǒng)的物性參數(shù)測(cè)量，掌握了研究區(qū)基性-超基性巖與圍巖的物性情況，為將來在該地區(qū)的物探解譯評(píng)價(jià)工作提供依據(jù)。

（5）建立了研究區(qū)地球物理找礦模型，即高磁-高重-高極化-中低阻，為在研究區(qū)外圍找礦提供參考。