綜合地球物理方法找礦應(yīng)用:以智利科皮亞波地區(qū)月亮山磁鐵礦型IOCG礦床為例

李天成方維萱王 磊陳家樂張 平

1.有色金屬礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中心,北京 100012;

2.北京礦產(chǎn)地質(zhì)研究院,北京 100012

0 引言

全球鐵氧化物銅金(IOCG)礦床受到廣泛關(guān)注,其中,智利中北部海岸山帶是勘查熱點(diǎn)(Marschik and Fontboté, 1996; Hitzman, 2000;Sillitoe,2003;張興春,2003;毛景文等,2008;方維萱等,2009,2013,2018,2021;李建旭等,2011;方維萱,2012,2019;方維萱和李建旭,2014)。智利海岸山帶(32°S—26°S)東側(cè)發(fā)育Cu-Fe-Au(-Ag-Zn)型IOCG礦床(Candelaria/坎德拉利亞)、Cu-Au型IOCG礦床(Manto Verde/曼托貝爾德)和磁鐵礦型IOCG礦床(Cerro Iman/賽羅伊曼、Romeral/羅梅拉爾等)3種亞類型,與阿塔卡瑪(Atacama)斷裂系統(tǒng)中的陸緣鈣堿性火山巖關(guān)系密切,中性—鐵鎂質(zhì)火山-沉積建造中早白堊世中酸性巖漿巖的侵入中心對(duì)大型IOCG礦床的空間就位具有決定性作用 (Hitzman,2000;Marschik and Fontboté, 2001; Sillitoe, 2003;Oyarzun et al., 2003; Ramírez et al., 2006;Benavides et al., 2007;方維萱等,2009,2018;方維萱和李建旭,2014)。

目前,關(guān)于智利IOCG礦床的賦礦圍巖、深成巖漿作用、控礦構(gòu)造、成礦流體來(lái)源、形成時(shí)代等方面的研究以及礦產(chǎn)資源勘查都取得了顯著進(jìn)展。①成礦與中生代中基性(閃長(zhǎng)質(zhì)—輝長(zhǎng)質(zhì))巖漿向中酸性演化有關(guān),屬巖漿熱液成因(Sillitoe,2003;Sillitoe and Perelló,2005)。曼托貝爾德Cu-Au型IOCG礦床產(chǎn)于主巖漿弧帶,賦礦圍巖為中—上侏羅統(tǒng)火山-沉積巖序列,早白堊世中?；◢弾r、含黑云母閃長(zhǎng)巖和二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖深成侵入巖(Lara and Godoy, 1998)與成礦關(guān)系密切;礦床受阿塔卡瑪斷裂的北北西向分支斷裂控制;Benavides et al.(2007)通過對(duì)曼托貝爾德礦床硫和氧同位素研究認(rèn)為,早期流體為巖漿來(lái)源,晚期弧后盆地中海水蒸發(fā)鹵水混入了熱液系統(tǒng),對(duì)礦床形成起到了關(guān)鍵性作用。坎德拉利亞Cu-Au(-Ag-Zn)型IOCG礦床產(chǎn)于島弧與弧后盆地的過渡帶,主要賦礦層位為下白堊統(tǒng)中性火山巖和火山碎屑巖,早白堊世晚期的石英二長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)巖侵入到弧后盆地火山-沉積地層中,與坎德拉利亞礦床形成具有密切關(guān)系(Arévalo, 1995);復(fù)式背斜疊加密集北北西—北西向高角度左旋橫向斷層對(duì)礦體具有重要的控制作用 (Marschik and Fontboté, 1996, 2001);大量硫和氧同位素?cái)?shù)據(jù)顯示巖漿流體為熱液系統(tǒng)的重要物質(zhì)來(lái)源,同時(shí)輕的氧同位素在熱液系統(tǒng)中的存在顯示盆地鹵水和大氣水的加入以及流體混合可能是成礦物質(zhì)主要的沉淀機(jī)制(Marschik and Fontboté,2001)。賽羅伊曼、羅梅拉爾等磁鐵礦型IOCG礦床產(chǎn)于島弧帶的弧間盆地,賦礦圍巖為下白堊統(tǒng)安山質(zhì)熔巖和角礫巖,早白堊世晚期的二長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖和成礦在時(shí)空上關(guān)系最為密切(Arévalo,1995);北北東向左旋走滑剪切變形產(chǎn)生的次級(jí)北西向高角度張性斷裂構(gòu)造為主要控礦構(gòu)造;金屬硫化物硫同位素特征顯示成礦流體主要為巖漿來(lái)源(Espinoza et al., 1994; Vivallo et al., 1995; Marschik and Fontboté, 2001)。②主成礦時(shí)代以早白堊世為主,Benavides et al.(2007)根據(jù)曼托貝爾德礦床中與成礦有關(guān)的蝕變中酸性侵入巖的絹云母 K-Ar年齡、角閃石 K-Ar年齡、角閃石40Ar/39Ar以及全巖Rb-Sr等時(shí)線和U-Pb鋯石年齡等同位素定年數(shù)據(jù) (Steiger and J?ger,1977;Vila et al.,1996;Dallmeyer et al.,1996)認(rèn)為曼托貝爾德礦床的成礦年齡范圍在121～117Ma?？驳吕麃喌V床黑云母-鐵鋁榴石-石榴石±堇青石蝕變凝灰?guī)r中黑云母40Ar/39Ar加權(quán)平均年齡為116.51±0.26Ma(Marschik and Fontboté,2001),兩個(gè)輝鉬礦Re-Os同位素年齡分別為114.2±0.6 Ma和115.2±0.6Ma(Mathur et al.,2002),主成礦年齡在116～114Ma。磁鐵礦型IOCG礦床成礦高峰期集中在大約115～110Ma(Oyarzun et al., 2003)。成礦年齡的研究成果對(duì)隱伏礦床成礦地質(zhì)-勘查模式的建立具有重要的指導(dǎo)作用。③智利中北部海岸山帶優(yōu)越的成礦條件和巨大的礦產(chǎn)資源潛力吸引了國(guó)際上眾多的礦業(yè)公司持續(xù)勘探和開發(fā)?？驳吕麃咰u-Fe-Au(-Ag-Zn)型IOCG礦床探明礦石量約366Mt,Cu平均品位1.08%,Au平均品位0.26g/t,Ag平均品位4.5g/t(Ryan et al.,1995)。曼托貝爾德Cu-Au型IOCG礦床探明礦石量540Mt,其中上部氧化礦體140Mt,Cu平均品位0.63%,金平均品位為0.4g/t;深部原生礦礦石資源量400Mt,Cu平均品位0.52%,Au平均品位0.11/t (Benavides et al., 2007)。智利磁鐵礦型IOCG礦床探明礦石量在100Mt以上的礦床多達(dá)40余個(gè),集中分布在智利海岸山帶東側(cè)26°S和32°S之間南北向長(zhǎng)約500km,東西寬約30km的范圍內(nèi)。高品位(60%TFe)鐵礦石資源總量2000Mt,集中賦存在包括羅梅拉爾、賽羅伊曼、科羅拉多(Colorado)等大型礦床中 (Espinnoza et al., 1994;Vivallo et al., 1995; Oyarzun et al., 2003)。 然而,如何進(jìn)行戰(zhàn)略性勘查選區(qū)和隱伏IOCG礦床勘探是目前面臨的技術(shù)難題;在智利科皮亞波第四系沖洪積礫石、砂以及風(fēng)成沙運(yùn)積物覆蓋區(qū)內(nèi)尋找隱伏IOCG礦床更具有極大的挑戰(zhàn)性和高風(fēng)險(xiǎn)性,尤其是如何采用有效方法技術(shù)圈定深部勘查靶位并進(jìn)行勘查驗(yàn)證成為技術(shù)關(guān)鍵。從成礦系統(tǒng)到勘查系統(tǒng),采用綜合地球物理三維建模預(yù)測(cè)和成礦系統(tǒng)深部探測(cè)(翟裕生,2007;McCafferty et al., 2019;Skirrow et al., 2019;呂慶田等,2019;方維萱等,2021)對(duì)解決上述技術(shù)難題具有現(xiàn)實(shí)意義。

在中國(guó)礦產(chǎn)資源風(fēng)險(xiǎn)勘查和開發(fā)鼓勵(lì)政策下,對(duì)智利IOCG成礦系統(tǒng)進(jìn)行了深入研究,通過對(duì)航磁資料解譯進(jìn)行戰(zhàn)略性勘查靶區(qū)優(yōu)選,經(jīng)快速評(píng)價(jià)和找礦靶位圈定,鉆孔驗(yàn)證取得了找礦突破(李天成等,2015;方維萱等,2018)。建立成礦地質(zhì)-綜合地球物理異常模式,是進(jìn)行隱伏礦床定位預(yù)測(cè)的有效途徑(李進(jìn)文等,2009;申萍等,2011;劉嶸等,2016;方維萱等,2021),也有助于成礦系統(tǒng)探測(cè)和建模預(yù)測(cè)(呂慶田等,2019;方維萱等,2021),但對(duì)智利月亮山大型磁鐵礦型IOCG礦床地質(zhì)-綜合地球物理異常模式研究不夠。

文章通過對(duì)科皮亞波地區(qū)磁鐵礦型IOCG礦床研究,針對(duì)成礦地質(zhì)特征通過物性參數(shù)統(tǒng)計(jì)分析,建立了磁鐵礦型IOCG礦床成礦地質(zhì)-地球物理異常模式,為實(shí)現(xiàn)從成礦系統(tǒng)到勘查系統(tǒng)、中國(guó)企業(yè)在境外同類型礦床戰(zhàn)略性勘查選區(qū)和快速勘查評(píng)價(jià)提供了可參考的經(jīng)驗(yàn)。

1 區(qū)域成礦地質(zhì)背景

1.1 智利科皮亞波地區(qū)海岸山帶巖漿弧-弧后盆地與金屬成礦系統(tǒng)

早侏羅世智利北部活動(dòng)大陸邊緣俯沖重新啟動(dòng),在海岸山帶形成鈣堿性巖漿弧并在其東側(cè)形成一系列硅鋁質(zhì)海相拉張盆地。巖漿弧的基底為晚古生代期間形成的增生楔,物質(zhì)組成為巨厚安山巖夾海相和陸相沉積巖,深部為輝長(zhǎng)巖-花崗閃長(zhǎng)巖(K-Ar年齡190～115Ma;Boric et al., 1990)?；『笈璧氐臉?gòu)造型式為以正斷層為邊界的半地塹,基底為侵入巖和火山巖,充填物為火山-沉積巖和陸-海相沉積物(Mpodozis and Ramos, 1990)。晚侏羅世—早白堊世阿魯卡(Aluk)板塊向南東方向的高角度斜向俯沖消減作用下,巖漿弧產(chǎn)生左旋脆韌性滑動(dòng),形成展布于智利海岸山帶的北東東—南西西向阿塔卡瑪斷裂帶,該斷裂帶在左旋滑移過程中張扭性/張性變形交互產(chǎn)生,是IOCG礦床的主要控礦構(gòu)造 (Hervé et al., 1987;Oyarzun et al., 2003;圖1)。至晚白堊世,阿魯卡和南美板塊間的高角度俯沖轉(zhuǎn)變?yōu)檩^緩的俯沖機(jī)制,巖漿弧-弧后盆地演化階段結(jié)束,巖漿活動(dòng)休止并轉(zhuǎn)換為擠壓變形機(jī)制(Uyeda and Kanamori, 1979)。

圖1 智利中北部阿塔卡瑪斷裂帶和IOCG礦床Fig.1 Atacama fault zone and IOCG deposits in north central Chile

在科皮亞波地區(qū)的曼托貝爾德到坎德拉利亞,主巖漿弧物質(zhì)組成主要為早白堊世沿阿塔卡瑪斷裂帶上涌侵位的花崗巖類,局部為弧間局限盆地充填的中—上侏羅統(tǒng)(La Negra組)、上侏羅—下白堊統(tǒng)(Sierra Indiana組)的火山碎屑巖和安山質(zhì)熔巖。花崗巖類包括曼托貝爾德的Sierra Dieciocho石英閃長(zhǎng)巖和花崗閃長(zhǎng)巖(126～120Ma;Lara and Godoy,1998),Cerro Negro Norte(CNN)的Sierra Blanca二長(zhǎng)巖和二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖 (112～108Ma;Arévalo, 1995),坎德拉利亞地區(qū)的Sierra La Brea二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖和閃長(zhǎng)巖 (119～116Ma;Arévalo,1995)。這些花崗巖類在曼托貝爾德地區(qū)侵入到中—上侏羅統(tǒng)La Negra組的安山質(zhì)熔巖和火山碎屑巖中,在CNN地區(qū)侵入到上侏羅—下白堊統(tǒng)Sierra Indiana組的安山巖和火山角礫巖中。La Negra組和Sierra Indiana組在該段主巖漿弧帶僅局部斷續(xù)出露,分別為曼托貝爾德Cu-Au型IOCG礦床和賽羅伊曼(CI)-CNN磁鐵礦型IOCG礦床的主要賦礦圍巖。主巖漿弧帶東側(cè)的弧后盆地盆內(nèi)充填地層體在北段主要為Bandurrias組洪泛平原相紅色砂巖和泥巖,其上覆地層為下白堊統(tǒng)海相沉積巖Char?acillo群,主要分布在該段的南部,顯示出由北至南由陸相逐漸過渡為深水相,坎德拉利亞Cu-Fe-Au(-Ag-Zn)型 IOCG礦床賦存在Char?acillo群地層單元中(圖2)。花崗巖類侵入巖和其東側(cè)的海相火山沉積巖序列構(gòu)成了主巖漿弧和弧后盆地間明顯的巖相界限。中白堊世期間火山弧進(jìn)一步東移,且轉(zhuǎn)變?yōu)殛懴嗷鹕交?以巨厚的晚白堊世Cerrillos組陸相沉積巖、安山巖和火山碎屑巖組合為其主要特征。

圖2 智利科皮亞波區(qū)域地質(zhì)-航磁異常綜合圖(據(jù)Arévalo, 1995修改)Fig.2 Integrated map of regional geology and aeromagnetic anomalies in Copiapo, Chile(modified after Arévalo, 1995)

阿魯卡板塊由北西向南東俯沖和中太平洋超級(jí)地幔柱聯(lián)合效應(yīng)下 (Oyarzun et al., 2003),在曼托貝爾德-CNN之間可能造成局部俯沖推力的增大,使該部位的火山-巖漿活動(dòng)在中侏羅世首先開啟,大規(guī)模的火山噴發(fā)-溢流-巖漿侵入活動(dòng)脈動(dòng)式持續(xù)至早白堊世晚期,形成規(guī)模巨大的火山高地,表現(xiàn)為大面積出露的早白堊世深成侵入巖(Lara and Godoy, 1998)。在火山高地的北側(cè)和南側(cè)局限弧間盆地依次沉積了巨厚的中性火山角礫巖和火山熔巖,分別為曼托貝爾德Cu-Au型IOCG礦床和CI-CNN磁鐵礦型IOCG礦床提供了形成環(huán)境,對(duì)應(yīng)的弧后盆地為盆內(nèi)高地河流相和洪泛平原相碎屑巖沉積,向南弧后盆地水體不斷加深,在坎德拉利亞過渡為深水環(huán)境,為坎德拉利亞Cu-Fe-Au(-Ag-Zn)型IOCG礦床形成創(chuàng)造了良好的構(gòu)造巖相條件。在阿魯克板塊由北西向南東俯沖動(dòng)力背景下,以曼托貝爾德南部為巨大火山-巖漿活動(dòng)中心的火山-巖漿活動(dòng)從曼托貝爾德向坎德拉利亞遷移是曼托貝爾德Cu-Au型IOCG礦床、坎德拉利亞Cu-Au-Ag-Zn型IOCG礦床、CI-CNN磁鐵礦型IOCG礦床依次形成的內(nèi)在動(dòng)力機(jī)制,而CICNN磁鐵礦型IOCG礦床為智利海岸山帶IOCG礦床系列的深部單元,在形成時(shí)間序列上體現(xiàn)為最晚階段。

1.2 航磁異常特征

科皮亞波地區(qū)航磁異常特征呈現(xiàn)7條主要的正磁異常帶,以走向近南北向、北東向、北西向、東西向的條帶狀構(gòu)成正磁異常格架并分割負(fù)磁異常(圖3)。A1正磁異常帶為中部向西突起的弧形展布特征,北部呈北北東向,南部呈北北西向(圖3a),異常帶寬度大、強(qiáng)度高。A2—A4正磁異常帶走向均為近東西向,異常帶寬度和強(qiáng)度相對(duì)A1正磁異常帶均較弱。A5、A6正磁異常帶在區(qū)內(nèi)呈北北西向,異常走向延伸和寬度規(guī)模均較小、強(qiáng)度低。A7正磁異常帶在區(qū)內(nèi)呈北東向,在區(qū)內(nèi)延伸長(zhǎng)度較大,但寬度和異常幅度較A1異常帶相對(duì)較弱。在航磁異常分別向上延拓1000m、2000 m、5000m后,A5、A6北北西向正磁異常帶和A7北東向正磁異常帶首先逐步減弱并依次消失,隨后A3、A4、A2近東西向正磁異常帶逐步減弱并依次消失(圖3b、3c);上延5000m后僅剩余A1深源異常(圖3d),并且A2、A3、A4東西向異常和A1異常復(fù)合部位深源異常顯著,表現(xiàn)為深源巖漿活動(dòng)中心。近東西向A2、A3、A4正磁異常帶對(duì)應(yīng)的磁源體延深大于A5、A6北北西向正磁異常帶和A7北東向正磁異常帶對(duì)應(yīng)的磁源體延深。

圖3 智利科皮亞波地區(qū)航磁△T異常和系列上延異常圖Fig.3 Maps showing aeromagnetic anomaly and anomalies upward in Copiapo, Chile(a) △T anomaly; (b) Upward continue to 1000 m; (c) Upward continue to 2000 m; (d) Upward continue to 5000 m

在坎德拉利亞航磁異常存在顯著的近南北向和東西向正磁異常復(fù)合特征,Gimenez et al.(2019)通過重力異常和重力垂向?qū)?shù)分析認(rèn)為在科皮亞波南部產(chǎn)生的北東東向重力異常與海山(科皮亞波海嶺)俯沖造成的局部熔融體上涌的巖漿活動(dòng)有關(guān)。該重力異常帶和科皮亞波南近東西向航磁異常大致吻合,可能為坎德拉利亞礦床成礦深度較曼托貝爾德成礦深度相對(duì)較深的內(nèi)在機(jī)制(巖漿源區(qū))。系列上延航磁異常特征顯示近南北向正異常和東西向異常復(fù)合部位具有顯著的深源異常,表明存在深源巖漿活動(dòng)中心,構(gòu)成了該區(qū)IOCG礦床和隱伏礦床戰(zhàn)略性勘查靶區(qū)優(yōu)選的地質(zhì)模型和區(qū)域預(yù)測(cè)標(biāo)志。

1.3 勘查靶區(qū)優(yōu)選

區(qū)域IOCG礦床受近南北向阿塔卡瑪斷裂帶控制,東西向斷裂附近疊加平移運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的張裂空間為大型磁鐵礦型IOCG礦床的就位空間,曼托貝爾德、CI、CNN、坎德拉利亞等大型IOCG礦床均位于顯著的東西向正磁異常帶和北北東向—近南北向正磁異常帶復(fù)合部位。為了有效地初選戰(zhàn)略性勘查靶區(qū),從區(qū)域航磁解譯角度分析,結(jié)合成礦構(gòu)造巖相學(xué)特征和區(qū)域構(gòu)造巖漿事件時(shí)空演化規(guī)律,對(duì)該區(qū)基底斷裂構(gòu)造等進(jìn)行解譯和成礦遠(yuǎn)景區(qū)進(jìn)行了分級(jí)研究。

(1)在戰(zhàn)略成礦遠(yuǎn)景區(qū)圈定上,采用航磁異常數(shù)據(jù)系列向上延拓,探索基底斷裂帶向下切割地殼深度,在上延2000m和5000m的磁異常圖上,推測(cè)弧形正磁異常帶是由沿基底斷裂帶侵位和噴發(fā)的較大規(guī)模的中基性侵入巖體和火山巖層引起,由于該區(qū)是有強(qiáng)烈?guī)r漿侵入-火山噴發(fā)及相關(guān)熱液系統(tǒng)活躍的區(qū)域,能夠提供豐富的成巖成礦物質(zhì),可作為本區(qū)和外圍戰(zhàn)略成礦遠(yuǎn)景區(qū)。

(2)在勘查靶區(qū)圈定上,以戰(zhàn)略成礦遠(yuǎn)景區(qū)為主。南北向弧形正磁異常帶和東西向線性正磁異常帶交匯部位反映了大型斷裂構(gòu)造節(jié)點(diǎn)附近即為深源巖漿活動(dòng)中心(巖漿源區(qū)),深源巖漿活動(dòng)中心控制了大型IOCG礦床的空間定位。在航磁異常圖上進(jìn)行構(gòu)造區(qū)劃以圈定大型構(gòu)造節(jié)點(diǎn),結(jié)合基底斷裂帶控巖、控礦和控制熱液成礦系統(tǒng)等規(guī)律,優(yōu)選出月亮山3號(hào)點(diǎn)和7號(hào)點(diǎn)為勘查靶區(qū)(圖3)。

(3)在工程驗(yàn)證的勘查靶位精確定位上,以勘查靶區(qū)月亮山3號(hào)點(diǎn)和7號(hào)點(diǎn)完成的大比例尺地面磁測(cè)和擬三維激電測(cè)量為基礎(chǔ),采用三維反演磁化率成像、激電測(cè)深擬三維反演電阻率和極化率成像相結(jié)合,采用綜合構(gòu)造巖相-物探異常進(jìn)行礦體定位預(yù)測(cè),確定隱伏張裂構(gòu)造擴(kuò)容空間是深部找礦工程驗(yàn)證的精確勘查靶位。

2 月亮山勘查區(qū)地質(zhì)特征與物性參數(shù)特征

2.1 勘查區(qū)地質(zhì)特征

月亮山勘查區(qū)(月亮山7號(hào)點(diǎn))南西距CI磁鐵礦型IOCG礦床約4.5km,北距CNN磁鐵礦型IOCG礦床約5km,除局部出露下白堊統(tǒng)安山質(zhì)熔巖和早白堊世二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖外,其余大面積為第四系沖洪積砂礫石覆蓋(圖4)。

圖4 勘查區(qū)(月亮山7號(hào)點(diǎn))及外圍地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.4 Geological sketch of the exploration area (Spot 7 in the Moon Mountain area) and the periphery

2.1.1 賦礦圍巖和深成侵入巖特征

CI-CNN磁鐵礦型IOCG礦床的賦礦圍巖為下白堊統(tǒng)弧內(nèi)盆地相Sierra Indiana組安山質(zhì)熔巖和同質(zhì)火山角礫巖 (Ksi),被Sierra La Brea二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖(Kmd)侵入和底侵,遭受后期剝蝕后以披覆體形式產(chǎn)在該侵入巖體之上(圖4)。位于CNN礦床東部1.5～2km的Sierra Blanca二長(zhǎng)巖(Kmm;黑云母K-Ar年齡為112±3Ma;Arévalo,1995)和Sierra Pajas Blanas花崗閃長(zhǎng)巖(黑云母K-Ar年齡103±5Ma)呈不規(guī)則的小巖枝狀侵入在安山巖以及早期的二長(zhǎng)巖和二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖中。其中Sierra Blanca二長(zhǎng)巖富鐵質(zhì),在時(shí)空上與成礦關(guān)系最為密切(方維萱,2012;方維萱和李建旭,2014),可產(chǎn)生較高磁化率異常。

2.1.2 控礦構(gòu)造特征

CI-CNN安山巖的西側(cè)和Sierra Cucharas石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖(Kmg)接觸帶發(fā)育約500m寬的糜棱巖帶,糜棱巖帶在空間上和磁鐵礦床具有密切關(guān)系,磁鐵礦化穿切糜棱巖構(gòu)造,顯示韌性變形略早于磁鐵礦化,北北東向左旋走滑剪切變形產(chǎn)生的次級(jí)北西向高角度張性斷裂構(gòu)造擴(kuò)容空間為磁鐵礦的淀積提供了良好的場(chǎng)所。糜棱巖帶為同巖漿侵入期構(gòu)造,是阿塔卡瑪走滑斷裂系統(tǒng)組成部分,其次級(jí)斷裂為主要控礦構(gòu)造(方維萱和李建旭,2014;方維萱等,2018)。

2.1.3 礦化和蝕變特征

CI-CNN的磁鐵礦型IOCG礦床多為北東和北西走向,中—大型礦床常形成于北東向和北西向斷裂構(gòu)造夾持部位。該類礦床金屬硫化物不發(fā)育,硫化物和晚期的石英碳酸鹽化有關(guān),分布在磁鐵礦帶的外圍,但也有少量黃鐵礦±黃銅礦呈稀疏微細(xì)脈狀或稀疏星點(diǎn)狀分布在塊狀磁鐵礦體中。磁鐵礦體根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)造主要可分為3種類型:塊狀礦體、角礫狀礦體和浸染狀礦體。塊狀礦體又可分為脈狀、不規(guī)則狀和似層狀3種形式,脈狀礦體主要受北北東向、北北西向高角度斷層控制,產(chǎn)狀直立—近直立,厚1～2m,長(zhǎng)數(shù)十米;不規(guī)則塊狀礦體規(guī)模不等,形態(tài)包括受構(gòu)造交匯部位或膨大部位控制的囊狀或透鏡狀礦體;似層狀礦體基本和地層整合,和圍巖的接觸帶清晰,厚度幾米至十余米。角礫狀礦體和浸染狀礦體通常位于塊狀礦體的外側(cè)并呈漸變接觸關(guān)系,角礫狀礦體主要表現(xiàn)為陽(yáng)起石化蝕變巖石遭受強(qiáng)烈的角礫巖化,磁鐵礦細(xì)脈充填在角礫間的裂隙中或交代部分陽(yáng)起石。磁鐵礦體的外帶,磁鐵礦細(xì)脈減少,浸染狀磁鐵礦增多,形成浸染狀礦化體(Marschik and Fontboté, 1996; Ray and Lefebure, 2000;Sillitoe,2003; 方維萱等,2009;方維萱,2012;李天成等,2015)。圍巖普遍遭受強(qiáng)烈的蝕變并圍繞鐵礦體呈現(xiàn)出明顯的分帶性,內(nèi)帶為陽(yáng)起石化帶,空間上分布在磁鐵礦體周圍數(shù)百米范圍內(nèi)構(gòu)成陽(yáng)起石化暈,越靠近磁鐵礦體陽(yáng)起石化越強(qiáng)烈,向外陽(yáng)起石化逐漸減弱;中部為硅化-電氣石化帶;外帶為鈉化蝕變帶。

2.2 勘查區(qū)物性參數(shù)特征

2.2.1 磁性參數(shù)特征

由于勘查區(qū)(月亮山7號(hào)點(diǎn))大面積被第四系砂礫巖覆蓋,巖礦石磁性數(shù)據(jù)參照具有可類比地質(zhì)特征的月亮山3號(hào)點(diǎn)(位置見圖4)的鉆孔巖心和少量地表巖礦石露頭的原位測(cè)定。由于大部分磁參數(shù)數(shù)據(jù)測(cè)自鉆孔巖心,磁參數(shù)只進(jìn)行了磁化率物性參數(shù)的測(cè)定和統(tǒng)計(jì),作為文中磁異常解釋和評(píng)價(jià)的參考。磁化率測(cè)定采用SM-30磁化率儀,測(cè)量點(diǎn)數(shù)共計(jì)692點(diǎn),其中鉆孔巖心原位檢測(cè)點(diǎn)數(shù)422個(gè),全孔檢測(cè),點(diǎn)距1～2m,鉆孔編號(hào)分別為:ZK11-1、ZK6E-1、ZK12-1、ZK12-2(4個(gè)鉆孔的孔位坐標(biāo)分別為:365256,6979931;365208, 6980419; 365335, 6980514; 365134,6980562;坐標(biāo)系統(tǒng)為WGS84)。磁化率參數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。磁性參數(shù)測(cè)試結(jié)果顯示,磁鐵礦磁性最強(qiáng)(693.00×10-3SI),含銅磁鐵礦次之(195.80×10-3SI);磁鐵礦化硅化安山角礫巖、磁鐵礦化安山巖、磁赤鐵礦磁性較強(qiáng),磁化率分別為63.20×10-3SI、55.30×10-3SI和51.20×10-3SI,以上巖礦石在該區(qū)為強(qiáng)磁性,是引起該區(qū)負(fù)磁異常的主要巖礦石,此類異常特征是圈定礦致異常的主要標(biāo)志。閃長(zhǎng)巖具有較高的磁性,磁化率值39.10×10-3SI,在該區(qū)引起幅值較低的負(fù)磁異常,是判定巖體展布特征的標(biāo)志。安山巖、含鐵銅安山質(zhì)角礫巖、黃鐵礦化硅化安山角礫巖為中等磁性特征,磁化率值分別為14.81×10-3SI、12.42×10-3SI和12.21×10-3SI,引起的磁異常代表該區(qū)背景異常,含鐵銅安山質(zhì)角礫巖和黃鐵礦化硅化安山巖由于在空間上和(含銅)磁鐵礦關(guān)系密切,通常和強(qiáng)磁異常相疊加形成疊加異常;赤鐵礦化硅化安山角礫巖、赤鐵礦、安山質(zhì)角礫巖為中低磁性。

表1 勘查區(qū)巖(礦)石磁化率參數(shù)測(cè)試統(tǒng)計(jì)表Table 1 Statistical table of magnetic susceptibility parameters of rocks (ores) in the exploration area

2.2.2 電性參數(shù)特征

巖礦石電性參數(shù)參照勘查區(qū)東南方向約2.5km具有可類比地質(zhì)特征的月亮山3號(hào)點(diǎn)(位置見圖4)的地表巖礦石標(biāo)本測(cè)試數(shù)據(jù)。巖礦石電阻率和極化率參數(shù)測(cè)定方法采用泥團(tuán)法,小對(duì)稱四極裝置。主要巖礦石電阻率和極化率參數(shù)測(cè)定結(jié)果見表2。結(jié)果顯示磁鐵礦電阻率平均值為55.12 Ω·m,極化率平均值為5.78%,具有低阻高極化特征。含銅磁鐵礦電阻率平均值為330.58 Ω·m,極化率平均值為6.29%,具有中等電阻率高極化特征。黃鐵礦化安山巖電阻率平均值為511.76 Ω·m,極化率平均值為3.71%,在該區(qū)表現(xiàn)為中等電阻率和中等極化率特征。蝕變安山巖和輝綠巖為中等電阻率低極化特征,赤鐵礦、閃長(zhǎng)巖、構(gòu)造角礫巖為相對(duì)高阻低極化特征。

表2 勘查區(qū)巖(礦)石電阻率、極化率參數(shù)測(cè)試統(tǒng)計(jì)表Table 2 Statistical table of resistivity and polarizability parameters of rocks (ores) in the exploration area

3 勘查區(qū)地球物理異常特征與工程驗(yàn)證

3.1 磁異常特征

針對(duì)磁鐵礦型IOCG礦床成礦地質(zhì)-地球物理特征和礦區(qū)地表地質(zhì)條件,首先采用地面高精度磁測(cè)圈定磁異常,研究磁異常的平面分布和形態(tài)特征,篩選礦致異常。經(jīng)日變改正、正常場(chǎng)改正和高度改正后的磁異常平面圖如圖5a所示,區(qū)域場(chǎng)改正后的剩余磁異常平面圖如圖5b所示。剩余磁異常圖中表現(xiàn)出5處明顯的負(fù)磁異常區(qū),編號(hào)分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ號(hào)磁異常(圖5b),其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ號(hào)異常在勘查區(qū)的東南部構(gòu)成一條長(zhǎng)約2800m寬約500m的北東向的負(fù)磁異常帶,該負(fù)磁異常帶的北西側(cè)為顯著的正磁異常帶,正磁異常帶中分布有兩處小規(guī)模的低幅值負(fù)磁異常區(qū),異常編號(hào)Ⅳ號(hào)和Ⅴ號(hào),位于勘查區(qū)的北西部(圖5b)。從圖5b可以看出Ⅱ號(hào)負(fù)磁異常相對(duì)Ⅲ號(hào)負(fù)磁異常具有明顯的左旋平移特征,各自北西側(cè)相伴的正磁異常具有一致的平移特征,顯示Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ號(hào)負(fù)磁異常構(gòu)成的北東向負(fù)磁異常帶受后期北西向斷裂構(gòu)造切割改造并產(chǎn)生左旋平移。其中Ⅰ號(hào)負(fù)磁異常規(guī)模最大,分布于勘查區(qū)西南部第四系覆蓋區(qū),呈北東向拉長(zhǎng),走向長(zhǎng)約1300m,寬約300m;Ⅱ號(hào)異常規(guī)模次之,分布在勘查區(qū)的東中部,走向長(zhǎng)約750m,寬約150m;Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ號(hào)異常規(guī)模較小,Ⅲ、Ⅳ號(hào)異常呈近等軸狀,直徑分別約240m和260m;Ⅴ號(hào)異常平面上呈橢圓形,長(zhǎng)軸約380m,短軸約170m。Ⅰ、Ⅱ號(hào)磁異常受覆蓋層影響均呈現(xiàn)為中等幅值的磁異常,Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ號(hào)為弱磁異常。由于勘查區(qū)地處南半球低緯度地區(qū),根據(jù)地磁要素結(jié)合磁源體形態(tài)和產(chǎn)狀特征,磁源體產(chǎn)生的磁異常以南東側(cè)為負(fù)磁異常、北西側(cè)相伴正磁異常為特征,負(fù)磁異常強(qiáng)度略大于正磁異常,磁源體對(duì)應(yīng)于正負(fù)異常梯度帶上。

前期分別對(duì)Ⅰ、Ⅱ號(hào)磁異常部署了驗(yàn)證鉆孔ZK01、ZK02(鉆孔位置見圖5),取得了較好的見礦效果。ZK01穿礦總厚度55m,平均品位TFe26%,其中高品位段礦芯長(zhǎng)8m,全鐵平均品位69.3%。ZK02鉆孔穿礦總厚度20.79m,全鐵平均品位25.51%～29.29%。

圖5 勘查區(qū)(月亮山7號(hào)點(diǎn))IOCG型鐵銅礦區(qū)磁異常平面圖Fig.5 Plan of magnetic anomaly of IOCG iron-copper deposits in the exploration area (Spot 7 in the Moon Mountain area)(a) Original magnetic anomaly; (b) Remnant magnetic anomaly

三維反演磁化率成像假設(shè)地下地質(zhì)體僅受感磁影響,磁化率變化范圍為0～1SI。反演輸入數(shù)據(jù)為進(jìn)行了各項(xiàng)改正和飛點(diǎn)剔除等數(shù)據(jù)處理,并且采用了二次多項(xiàng)式區(qū)域場(chǎng)改正后的剩余磁異常。為了降低近地表高頻噪聲輸入數(shù)據(jù)向上延拓了深度單元的半寬(5 m)。網(wǎng)格尺寸水平方向?yàn)?0m,垂直方向?yàn)?0m。三維反演磁化率模型見圖6,圈定三維模型的磁化率值為0.65SI,在該區(qū)只有磁鐵礦體具有此高值磁化率,表明反演計(jì)算的磁源體為強(qiáng)磁性的磁鐵礦體。上述的5個(gè)磁異常區(qū)除Ⅴ號(hào)磁異常反演后由于磁化率模型體向北偏移在圖示區(qū)沒有顯示外,其余4處磁異常在反演模型中均有很好的呈現(xiàn),反演模型受該區(qū)正常地磁參數(shù)影響向北西方向偏移約350余米,反演模型顯示Ⅰ、Ⅱ號(hào)磁異常所對(duì)應(yīng)的磁源體延深大,最大延伸至地表下約650m且規(guī)模大,顯示出極大的資源潛力;Ⅲ號(hào)磁異常延深約460m,規(guī)模居中;Ⅳ號(hào)磁源體向下延伸較小,向下延伸至地表下約100余米。

圖6 反演三維磁化率模型圖Fig.6 Model of three-dimensional magnetic susceptibility inversion (coordinate unit: m)The gray volumns are the magnetic volumns with inverse magnetic susceptibility ≥0.65SI, and the grayscale from light to dark indicates that the inverse magnetic susceptibility changes from 0.65 to 0.90SI

3.2 激電異常特征和綜合解釋

根據(jù)勘查區(qū)地質(zhì)特征、磁異常特征和三維反演磁化率模型,在Ⅰ號(hào)磁異常區(qū)分別針對(duì)南部和中部的兩個(gè)磁異常中心部署了P1、P2兩條激電測(cè)深剖面(剖面位置見圖5),采用磁、電綜合異常以及磁力反演結(jié)果和IP(電阻率、極化率)反演綜合模型對(duì)隱伏礦體準(zhǔn)確定位,為鉆探驗(yàn)證提供精確靶位。以P2激電測(cè)深剖面為例,電阻率異常顯示出東西兩個(gè)顯著的低阻異常區(qū)(圖7),并且表現(xiàn)出西部低阻異常范圍明顯大于東部異常,根據(jù)前期磁異常驗(yàn)證鉆孔揭露礦體情況進(jìn)而認(rèn)為存在東、西兩個(gè)礦化帶,電阻率異常特征顯示西部礦化帶規(guī)模明顯大于東部礦化帶。P2剖面西部低阻異常在剖面中寬度約500m,由3個(gè)低阻異常中心構(gòu)成,低阻異常中心的反演電阻率異常極小值約30 Ω·m;東部低阻異常寬度約90m,反演電阻率異常極小值約45 Ω·m。激電測(cè)深剖面的反演高極化率異常中心和低阻異常中心并不完全對(duì)應(yīng),低阻異常中心對(duì)應(yīng)的極化率異常約為6%～8%,顯示磁鐵礦體在該區(qū)可能產(chǎn)生中等的極化率異常。高強(qiáng)度極化率異常(幅值約10%～15%)位于低阻異常的旁側(cè)或底部,并且低阻異常規(guī)模大時(shí)高強(qiáng)度極化率異常規(guī)模相對(duì)變小、幅值相對(duì)降低,低阻異常規(guī)模小時(shí)極化率異常規(guī)模和強(qiáng)度相對(duì)大,可能顯示該區(qū)鐵大規(guī)模富集時(shí)硫化物相對(duì)不發(fā)育,硫化物通常為受后期熱液影響而產(chǎn)在鐵礦體的旁側(cè)或底部局部范圍。根據(jù)磁鐵礦型IOCG礦床成礦地質(zhì)特征,上述磁化率-電阻率-極化率異常模式具有礦致綜合異常模式特征。對(duì)比分析圖7中的反演磁化率和反演電阻率斷面,反演電阻率斷面顯示出低阻體規(guī)模西部礦化帶顯著大于東部礦化帶,而反演磁化率斷面在東部磁化率異常對(duì)低阻異常沒有明顯顯示,但對(duì)西部低阻異常磁化率斷面呈現(xiàn)出范圍較大的高磁化率異常,根據(jù)磁、電綜合異常推動(dòng)了進(jìn)一步找礦重點(diǎn)向西部異常帶轉(zhuǎn)移。

根據(jù)電阻率異常特征結(jié)合反演磁化率模型,對(duì)圈定的西部高磁、低阻異常體進(jìn)行了鉆探驗(yàn)證,在P2剖面對(duì)西部礦化帶(由3個(gè)低阻異常中心組成)兩側(cè)的2個(gè)低阻異常中心分別布置了ZK04、ZK05兩個(gè)鉆孔(圖7)。ZK04鉆孔穿礦總厚度75m,該孔未揭露厚大礦體,共揭露25層薄礦體,單層礦體厚度1.5～7.5m,全鐵平均品位20.29%～53.32%。ZK05鉆孔根據(jù)鐵品位分析結(jié)果揭露4層礦體,單礦層穿礦厚度27.00～150.25m,鐵平均品位22.46%～28.19%,穿礦總厚度238.4m,終孔深度仍未揭穿第4層厚大富磁鐵礦體。

鉆探驗(yàn)證結(jié)果結(jié)合成礦地質(zhì)-地球物理異常模式綜合分析,認(rèn)為ZK05號(hào)鉆孔對(duì)西部礦化帶北中部的深部進(jìn)行了揭露,ZK04號(hào)鉆孔僅觸及西部礦化帶的西邊緣帶,未觸及主礦化體。ZK04、ZK05鉆孔巖心均觀察到強(qiáng)烈硅化和電氣石化蝕變,為該類礦床典型的外帶蝕變組合特征。反演磁化率斷面也顯示ZK05號(hào)鉆孔僅揭露了淺部高磁性體和深部高磁性體的東側(cè)邊部,ZK04號(hào)鉆孔僅觸及高磁性體的西側(cè)邊部,驗(yàn)證鉆孔夾持區(qū)大范圍高磁化率-低電阻率異常區(qū)尚未工程驗(yàn)證,顯示出巨大的找礦空間(圖7)。

圖7 月亮山IOCG型鐵銅礦區(qū)P2剖面綜合斷面圖Fig.7 Integrated section of Profile P2 of the IOCG iron-copper deposits in the Moon Mountain area

4 結(jié)論

(1)智利科皮亞波地區(qū)大中型磁鐵礦型IOCG礦床產(chǎn)出位置和南北向、東西向磁異常帶的復(fù)合部位具有良好對(duì)應(yīng)關(guān)系,這些復(fù)合部位存在深源磁源體,應(yīng)為深源巖漿活動(dòng)中心,是戰(zhàn)略性勘查靶區(qū)優(yōu)選的航磁異常標(biāo)志。通過三維反演磁化率成像、反演電阻率和極化率成像,磁鐵礦型IOCG礦床的塊狀磁鐵礦體產(chǎn)生明顯的高磁化率-低電阻率-低極化率異常,以形成高磁化率-低電阻率異常中心為主要特征。在磁鐵礦體的外帶由于后期的熱液作用有小規(guī)模的黃鐵礦和黃銅礦等硫化物疊加,產(chǎn)生一定的激電效應(yīng),在高磁化率-低電阻率異常中心的外圍、底部或旁側(cè)形成一定的極化率異常,是隱伏礦床(體)定位預(yù)測(cè)的綜合地球物理異常模式。

(2)反演磁化率模型和鉆探結(jié)果顯示反演磁源體和礦體吻合良好,但由于未考慮剩磁影響仍存在一定偏移。有條件時(shí)應(yīng)測(cè)定主要巖礦石的剩余磁化強(qiáng)度參數(shù),通過三維磁力數(shù)據(jù)反演恢復(fù)地下磁源體的分布提高磁異常地質(zhì)解釋的精確度。在重要磁異常地段輔以激電測(cè)深剖面為鉆探驗(yàn)證提供精確靶位,是該類型隱蔽(隱伏)礦床高效勘查和快速評(píng)價(jià)的有效技術(shù)方法組合。

謹(jǐn)將此文獻(xiàn)給有色金屬礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中心成立20周年。