高精度航磁在遼寧瓦房店地區(qū)金剛石調(diào)查中的應(yīng)用

安戰(zhàn)鋒，賈志業(yè)，王萌

(中國自然資源航空物探遙感中心，北京 100083)

0 引言

遼寧南部瓦房店地區(qū)是我國最大的金剛石原生礦重要產(chǎn)地，目前已發(fā)現(xiàn)4個金剛石成礦帶和120個與金剛石成礦有關(guān)的巖體(金伯利巖管24個、巖脈89個、可疑巖體7個)[1-2]，礦床類型屬于金伯利巖型金剛石原生礦。前人對該區(qū)礦床地質(zhì)特征、成礦規(guī)律、找礦前景、成礦模式研究等方面取得了一定的成果[1-7]。金剛石勘查沒有直接的地球物理勘查手段，而是通過尋找其母巖(金伯利巖)達(dá)到金剛石找礦的目的。金伯利巖中含有磁鐵礦等磁性礦物而具有一定的磁性[8-11]，磁法作為金剛石礦產(chǎn)勘查主要的地球物理方法，已取得了顯著的找礦效果[12-14]。本區(qū)前人利用1∶2.5萬航磁資料開展過典型巖管航磁異常特征研究，僅30號、42號、50號等3個較大的巖管有異常反映，對其他巖管則反映不明顯[15-16]，對本區(qū)金伯利巖引起的航磁異常特征未形成較為系統(tǒng)的認(rèn)識。2016年，中國地質(zhì)調(diào)查局航空物探遙感中心在遼寧瓦房店地區(qū)利用自主研制的AGS-863航磁全軸梯度勘查系統(tǒng)開展了1∶1萬大比例尺、高精度航磁測量工作(涵蓋了Ⅰ、Ⅱ金剛石礦帶，面積918 km2)，獲取了豐富的航磁場特征，本文探討了金伯利巖體與航磁異常的關(guān)系，為今后尋找金伯利巖體提供了參考性意見。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

瓦房店金剛石礦田位于郯廬斷裂以東、金州斷裂以西的中間地帶[2]，大地構(gòu)造位置隸屬于華北地臺次一級構(gòu)造單元遼吉地塊的西南部復(fù)州—大連新元古代—古生代斷陷內(nèi)[7]。瓦房店以東地區(qū)主要出露新太古界片麻巖，以西地區(qū)屬于凹陷區(qū)，出露有古元古界大石橋巖組、蓋組巖組，新元古界青白口系、南華系、震旦系，古生界寒武系、奧陶系、石炭系，中生界侏羅系及新生界第四系(圖1)。其中新元古界分布范圍最大，由礫巖、砂巖、頁巖及石灰?guī)r所組成，金伯利巖體主要侵入于新元古界地層之中，僅個別巖體(1、2、3、6、56、57、66號)圍巖為寒武系。斷裂構(gòu)造較為發(fā)育，主要為EW向、NNE-NE向和NW向等多個方向斷裂。礦田內(nèi)除金伯利巖外，還出露有閃長玢巖、輝綠巖等脈巖，出露面積度不大。

1—新生界; 2—中生界; 3—古生界; 4—新元古界震旦系; 5—新元古界南華系; 6—新元古界青白口系; 7—古元古界; 8—太古宙片麻巖; 9—中酸性侵入體; 10—閃長玢巖脈; 11—輝綠巖脈; 12—斷裂; 13—金伯利巖體及礦帶編號; 14—金剛石礦帶分段線及標(biāo)識; 15—金剛石礦帶范圍; 16—研究區(qū)范圍1—Cenozoic; 2—Mesozoic; 3—Paleozoic; 4—Neoproterozoic Sinian series; 5—Neoproterozoic Nanhua series; 6—Neoproterozoic Qingbaikou series; 7—Paleoproterozoic; 8—Archean gneiss; 9—middle acid intrusive body; 10—diorate porphyrite; 11—dolerite; 12—fault; 13—kimberlite and ore belt number; 14—diamond ore belt section line and marking; 15—scope of diamond ore belt; 16—study aera圖1 瓦房店地區(qū)地質(zhì)略圖Fig.1 Geological sketch of Wafangdian region

目前發(fā)現(xiàn)的金伯利巖體可以劃分為4個成礦帶，包括4個大型原生礦(30號、42號、50號、51-68-74號)，其中Ⅳ礦帶為2016年新發(fā)現(xiàn)的礦帶，成礦帶整體呈NEE向展布。金伯利巖體形態(tài)分為巖管和巖脈，以脈狀為主，巖管較少，巖管與巖脈呈群、呈帶分布，巖脈嚴(yán)格受NEE走向密集節(jié)理帶控制，一般走向呈近EW向或NNE向，巖管多產(chǎn)在二組構(gòu)造的交匯處[2]。

2 區(qū)域巖石磁性及航磁異常特征

2.1 區(qū)域巖石磁性特征

研究區(qū)內(nèi)巖石磁性差異大(表1)，磁化率數(shù)據(jù)為野外原位實(shí)測，使用儀器為ZH-1磁化率儀，剩磁數(shù)據(jù)引用自文獻(xiàn)[17]。

表1 研究區(qū)內(nèi)巖石磁性參數(shù)統(tǒng)計Table 1 Statistical table of magnetic parameters of rocks in the study area

沉積巖基本上屬弱磁性或無磁性，其磁化率均值一般都在50×10-5SI以下。

變質(zhì)巖磁化率與原巖的關(guān)系較大，原巖為酸性巖的一般磁性較弱，基性巖的磁性較強(qiáng)。黑云斜長片麻巖磁性較弱，磁化率一般在n×100×10-5SI左右，黑云角閃片麻巖磁性較強(qiáng)，磁化率均值為2 171×10-5SI。

各類侵入巖磁性變化較大，具有明顯從超基性—基性—中性—酸性逐漸減弱的趨勢。金伯利巖磁性變化范圍較大，磁化率均值(3 000～9 000)×10-5SI，這與巖石礦物組合和后期蝕變作用有關(guān)，如1號巖管磁化率均值為8 842×10-5SI，42號巖管磁化率均值為7 402×10-5SI，75號巖管磁化率均值為6 933×10-5SI，碳酸鹽化、硅化等蝕變作用會使金伯利巖的磁性明顯減弱，乃至無磁性，如65號巖管強(qiáng)碳酸鹽化金伯利巖磁化率均值為161×10-5SI；剩余磁化強(qiáng)度不大，變化范圍一般在(n×10～n×100)×10-3A/m，剩余磁化傾角接近地磁場磁化方向[17]。中、基性侵入巖具有較強(qiáng)磁性，橄欖玄武巖磁化率均值為2 046×10-5SI，輝綠巖磁化率均值為2 383×10-5SI，閃長巖磁化率均值為 2 250×10-5SI，角閃質(zhì)安山巖磁化率均值為2 824×10-5SI。酸性侵入巖如流紋斑巖，呈現(xiàn)弱磁性，磁化率均值為6×10-5SI。

以上金伯利巖等巖石磁性特征，為區(qū)域磁場解釋和尋找金伯利巖提供了重要依據(jù)。一般地，已知金伯利巖體圍巖巖性大多為沉積巖地層，可形成明顯磁性差異，但安山巖、輝綠巖等巖漿巖也具有一定的磁性，其走向與金伯利巖不同，常呈長條狀，在磁異常上可以區(qū)分開。

2.2 區(qū)域航磁異常特征

在瓦房店地區(qū)1∶1萬航磁ΔT化極異常圖上(圖2)，研究區(qū)總體呈中間高、南北兩側(cè)逐漸降低的趨勢，中部為平穩(wěn)升高磁場區(qū)，ΔT值一般在60～110 nT，北側(cè)為波動的降低磁場區(qū)，ΔT值一般在-20～-70 nT，表明測區(qū)南北兩側(cè)基底巖性及構(gòu)造特征具有一定差別。北側(cè)波動降低磁場區(qū)由西向東逐漸降低，磁場變化平穩(wěn)，其上分布有NE向、NNE向、NW向弱正異常，異常形態(tài)多樣，以橢圓形為主，幅值變化不大，一般在100 nT以下，梯度變化不大，背景場是分布范圍較廣、較厚的無或到弱磁性沉積巖的反映，其上疊加的局部異常為中、基性脈巖的反映。中部平緩升高磁場區(qū)上疊加多處局部異常，異常形態(tài)主要有橢圓狀、帶狀，規(guī)模大小不等，幅值變化一般在20～80 nT，局部強(qiáng)者可達(dá)235 nT，異常走向以NEE為主，其次還有NNE向、NW向，該區(qū)域大面積分布的無或弱磁性的沉積巖系無法引起區(qū)域的升高背景場，推測其是基底相對抬升的結(jié)果，導(dǎo)致南北兩側(cè)相對下降呈降低背景場，其上疊加的NNE向、NW向帶狀異常，主要為沿斷裂上侵的基性或中性巖脈的反映，部分孤立異常為金伯利巖的反映。本區(qū)金伯利巖體基本集中分布在中部平緩升高磁場區(qū)中，二者展布方向與NEE向航磁異常帶基本一致。研究區(qū)航磁異常(圖2)呈雜亂的團(tuán)塊狀或呈孤立的異常，北側(cè)一般伴生負(fù)值，具有規(guī)模較小、埋藏淺、頻率高、衰減快等特征，是城鎮(zhèn)、鐵路、高壓線塔等引起的，在使用該資料時應(yīng)注意。

圖2 瓦房店地區(qū)航磁ΔT化極異常Fig.2 Reduction-to-the-pole of aeromagnetic ΔT anomalies map in Wafangdian region

3 金伯利巖體航磁異常特征

瓦房店金伯利巖地區(qū)開展過多次航磁測量，30號、42號、50號等巖體均有不同程度的異常顯示。從最新完成的1∶1萬航磁調(diào)查獲得的航磁ΔT等值線平面圖發(fā)現(xiàn)，部分小的金伯利巖體也有異常顯示(表2)，現(xiàn)列舉幾處典型的巖體予以說明金伯利巖體引起的航磁異常特征。

表2 瓦房店已發(fā)現(xiàn)金伯利巖體航磁異常統(tǒng)計Table 2 Statistical table of aeromagnetic anomalies of the discovered kimberley rock in Wafangdian region

瓦房店澇田溝金剛石礦區(qū)位于第Ⅰ礦帶中段，已發(fā)現(xiàn)有30號、34號、38號3個金伯利巖巖管和29號、31號、43號、110號等金伯利巖巖脈，出露地層主要為南芬組頁巖、灰?guī)r，受NEE向斷裂構(gòu)造控制明顯。30號、41號、44號、72號金伯利巖體相距較近，反映為同一航磁異常，在航磁ΔT等值線平面(圖3a)上顯示為近EW走向的橢圓狀，幅值為40 nT，航磁垂向梯度等值線平面(圖3b)中，4個巖體處顯示為NEE向橢圓狀異常，梯度值在100～140 nT/km，異常走向與巖體在地表上的走向基本一致。38號、80號、84號、85號、110號等巖體在圖3a中顯示為弱的磁場波動，圖3b中位于NEE向橢圓狀異常處，梯度值在50～140 nT/km，異常走向與巖體在地表上的走向基本一致，異常較弱主要與巖性有關(guān)，如38號巖體巖性主要為強(qiáng)碳酸鹽化斑狀金云母金伯利巖，部分硅化，磁化率偏低。34號、70號等巖體在航磁圖中特征不明顯，可能是巖體規(guī)模較小、航磁調(diào)查測線間距大、飛行高度高等因素引起，如34號巖體長70 m、寬10 m，70號巖體長度不清楚、寬1.5～1.8 m，但其受斷裂構(gòu)造控制特征較明顯。

1—金伯利巖體位置及編號; 2—航磁推斷斷裂；a—航磁ΔT等值線；b—航磁垂向梯度等值線1—location and number of kimberlite; 2—aeromagnetic inferred fracture；a—aeromagnetic ΔT anomalies contour map; b—aeromagnetic vertical gradient contour map圖3 澇田溝地區(qū)金伯利巖體航磁異常特征Fig.3 Aeromagnetic anomaly characteristics of kimberlite in Liaotiangou area

75號巖管于1978年發(fā)現(xiàn)，位于瓦房店市三家村廟下涌泉寺西側(cè)，呈巖筒狀，走向NE75°，長100 m，寬20 m，地面呈不規(guī)則橢圓狀，面積約1 275 m2，巖性主要為富金云母金伯利巖和斑狀金伯利巖，實(shí)測磁化率變化范圍在(3 298～18 789)×10-5SI，對應(yīng)的航磁異常特征(圖4)呈橢圓狀，長軸走向NEE向，長約240 m，寬約190 m，幅值15 nT，垂向梯度值在60～140 nT/km，異常分布范圍大于巖管在地表的出露范圍。48號巖脈巖性主要為富金云母金伯利巖，呈NEE向展布，在航磁ΔT等值線平面(圖4a)上僅為向NE向突出的異常波動，場值在0～10 nT，航磁垂向梯度等值線平面(圖4b)中異常特征不明顯，位于NEE走向的橢圓狀異常的延伸方面上。

1—金伯利巖體位置及編號; 2—航磁推斷斷裂；a—航磁ΔT等值線；b—航磁垂向梯度等值線1—location and number of kimberlite; 2—aeromagnetic inferred fracture；a—aero-magnetic ΔT anomalies contour map; b—aeromagnetic vertical gradient contour map圖4 48號、75號金伯利巖體航磁異常特征Fig.4 Aero-magnetic anomaly characteristics of No.48, No.75 kimberley rock

瓦房店地區(qū)金伯利巖體在航磁ΔT異常圖中，大致可以分為兩類，一類反映為明顯可辨的孤立正異常，如30號、75號等巖體，其異常幅值多在10～40 nT，這類異常強(qiáng)度的大小與金伯利巖本身的磁性特征、埋藏深度、規(guī)模等有密切關(guān)系，巖體與圍巖具有明顯的磁性差異；另一類則異常特征不明顯，分辨率較差，如33號、34號巖體，可能為巖體與圍巖磁性差異較小，航磁異常無法從背景場中區(qū)分出來。

4 找礦意義

本區(qū)金伯利巖體形成于古生代早—中期，沿EW—近EW向深斷裂成帶、成群分布[3]，與圍巖沒有嚴(yán)格的選擇性，展布方向和礦體形態(tài)主要受NEE向和NE向斷裂控制，多位于中部平緩升高航磁異常帶(基底相對隆起區(qū))及其邊部，其上主要分布NEE向斷裂構(gòu)造，是區(qū)域地質(zhì)背景的客觀反映。經(jīng)過金伯利巖體與航磁異常特征對比、分析發(fā)現(xiàn)，航磁異常特征對尋找金伯利巖具有十分重要的指導(dǎo)意義，金伯利巖體多對應(yīng)NEE向弱小孤立航磁異常，幅值一般不大于50 nT，垂向梯度不大于150 nT/km，形態(tài)多表現(xiàn)為橢圓狀，分布范圍一般大于地表出露面積，預(yù)示深部可能有隱伏金伯利巖體的存在，這為優(yōu)選具有找礦意義的航磁異常提供了重要的參考依據(jù)。

研究區(qū)南側(cè)是Ⅰ、Ⅱ金剛石礦帶分布區(qū)，NNE向斷裂構(gòu)造發(fā)育，航磁圖中表現(xiàn)為低緩正背景場中分布有一些NEE向孤立的橢圓狀低緩正異常，部分異常處分布有金伯利巖體，在選擇找礦靶區(qū)時應(yīng)多關(guān)注該類異常。研究區(qū)東北側(cè)目前未發(fā)現(xiàn)有金伯利巖，航磁圖中表現(xiàn)為區(qū)域性波動降低磁場中疊加NE向、NNE向、NW向、NEE向弱磁異常，異常形態(tài)多樣，以橢圓形為主，幅值變化不大，一般在100 nT以下，異常多為沿斷裂侵入的中、基性巖脈引起，多組斷裂交匯部位的NEE向航磁異常值得關(guān)注。

5 結(jié)論

1) 金伯利巖體一般磁性較強(qiáng)，與圍巖的磁性差異較大，在航磁圖中表現(xiàn)為明顯可辨的孤立正異常，形態(tài)多表現(xiàn)為沿構(gòu)造方向拉長的橢圓狀，異常的幅值、范圍與航磁測量飛行高度、巖體規(guī)模、磁性等關(guān)系密切。

2) NEE向孤立航磁弱異常在尋找金伯利巖的方面具有較好的指示意義，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注目前未發(fā)現(xiàn)金伯利巖體的該類異常，結(jié)合地面磁梯度、電法、重力等其他地球物理方法開展地面綜合查證、綜合解釋工作，提高異常解釋的可信度。