基于高精度重磁方法在圈定超基性巖體中的應(yīng)用研究

羅 睿，區(qū)小毅，黎海龍，莫亞軍，楊富強(qiáng)，朱國器

(1.廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院，廣西 南寧 530023；2.廣西壯族自治區(qū)地球物理勘察院，廣西 柳州 545005；3.中國-東盟地學(xué)合作中心(南寧)，廣西 南寧 530023)

0 引言

近十多年來，我國的地質(zhì)找礦工作取得了眾多新進(jìn)展，對于成礦理論的研究也較以往更加豐富且深入，而基性—超基性巖體與銅、鎳、鈷、鉻等礦種在空間上有著非常密切的關(guān)系，國內(nèi)在“小巖體成大礦”的超基性巖體方面的研究也形成了較多典型。華南地區(qū)酸性火成巖分布廣泛，但其中也有較多地區(qū)具有基性—超基性火成巖分布，以桂北地區(qū)為例，通過分析研究區(qū)的重力場與磁力場特征，探討該地區(qū)基性—超基性巖的形態(tài)、構(gòu)造環(huán)境特征與銅、鈷、鎳等的成礦關(guān)系，具有重要的找礦意義[1-3]。

由于重磁異常能夠?qū)浴詭r體有較為理想的反映，基性—超基性巖體與有色金屬礦產(chǎn)密切相關(guān)，因此在廣西九萬大山鎢錫銅鎳鉛鋅找礦遠(yuǎn)景評(píng)價(jià)項(xiàng)目中，實(shí)施了大比例尺高精度的重、磁剖面測量工作，查明了基性—超基性巖體空間分布形態(tài)特征，圈定了礦化有利部位并布置了少量鉆探工程進(jìn)行深部驗(yàn)證，對其找礦潛力做出了初步評(píng)價(jià)[4-6]。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

研究區(qū)位于元寶山復(fù)式花崗巖體西部，北部是云貴高原的東南緣，研究區(qū)地勢北高南低，平均高程約為700 m。出露地層主要為四堡群；巖漿巖有摩天嶺超單元花崗巖、四堡期基性—超基性；主要出露的巖體有寨懷—培地巖體。元寶山西側(cè)地區(qū)已發(fā)現(xiàn)了與寶壇地區(qū)銅鎳礦床相同類型的大東江、寨懷等鎳鈷礦點(diǎn)[7-10]。

此外，元寶山一帶錫銅礦成礦規(guī)律受深大斷裂的控制明顯，背斜、穹窿和隆起區(qū)是錫礦成礦的區(qū)域控礦構(gòu)造，九萬大山穹褶帶、元寶山背斜等構(gòu)造隆起區(qū)，是本區(qū)錫礦的集中分布區(qū)；而深大斷裂則是控制成礦花崗巖和錫礦的主要構(gòu)造，它們控制了巖體的分布和錫礦的形成；如四堡斷裂、平垌嶺斷裂控制四堡期本洞花崗巖、雪峰期平英、清明山、元寶山花崗巖及其周邊的礦床[11-14]。

重、磁研究區(qū)主要位于寨懷—培地礦段，該區(qū)的基性—超基性巖體的接觸帶是尋找鎳、鈷礦的重要地段，通過高精度的重、磁勘探將能夠進(jìn)一步了解基性—超基性巖體接觸帶的空間分布特征。該礦段的礦體產(chǎn)于寨懷—培地巖體東側(cè)及南側(cè)接觸帶內(nèi)側(cè)，順著接觸帶產(chǎn)出，與接觸帶產(chǎn)狀一致，北東走向；含礦巖石為鐵錳質(zhì)渲染綠泥片巖、綠泥透閃片巖，大多存在強(qiáng)烈的片理化現(xiàn)象，片理化越強(qiáng)礦化越好；礦石為細(xì)粒狀，細(xì)粒結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造。金屬礦物為黃鐵礦、磁鐵礦、鎳黃鐵礦，脈石礦物以蛇紋石為主(圖1)。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)及工作部署圖

2 地球物理與地球化學(xué)特征

2.1 區(qū)域地球物理特征

研究區(qū)位于九萬大山—越城嶺復(fù)雜磁場區(qū)。從廣西全區(qū)航磁異常資料可知，在元寶山巖體西側(cè)至寶壇一帶呈現(xiàn)出眾多的局部環(huán)形磁異常群。超基性巖具較強(qiáng)磁性，銅鎳礦體通常伴有磁黃鐵礦，研究區(qū)的11處小型銅、鎳礦床均有航磁異常與之對應(yīng)，磁異常應(yīng)為兩者的綜合反映。元寶山巖體西側(cè)的航磁異常與超基性巖有關(guān)，且重疊的Cu、Ni元素異常高于超基性巖背景含量或已發(fā)現(xiàn)有銅鎳礦(化)點(diǎn)的磁異常，是找銅鎳礦的有效信息。

從廣西全區(qū)布格重力異常資料可知，研究區(qū)位于元寶山—都安—大新的NE—NNE向重力梯度帶與元寶山—桂林—賀縣的NW—SE走向的重力梯度帶的交匯部位；在60 km×60 km窗口分離的剩余異常結(jié)果中，研究區(qū)位于NE向的元寶山重力低西側(cè)與近SN向的三防重力低東側(cè)之間，整體上屬于越城嶺—凌云花崗巖帶、桂北臺(tái)隆西段九萬大山穹褶帶。研究區(qū)出露的橄輝巖等超基性巖發(fā)育于四堡群文通組和魚西組下部，為多旋回的鎂鐵質(zhì)—超鎂鐵質(zhì)火山雜巖，它不僅是鎳鈷銅硫化物礦床的容礦圍巖，也是提供成礦物質(zhì)來源的母巖。

2.2 區(qū)域地球化學(xué)特征

1∶5萬水系沉積物測量成果顯示，元寶山西側(cè)地區(qū)存在大面積的Ni元素異常，總體走向?yàn)镹E向，異常濃集中心明顯，異常值大于1000×10-6的有塘茍山、培秀山、小桑、培地山、寨懷—培地等5個(gè)異常，異常值最高達(dá)7038.4×10-6(塘茍山)；同時(shí)還有大面積的Co元素異常。元寶山西側(cè)地區(qū)已發(fā)現(xiàn)了與寶壇地區(qū)銅鎳礦床相同類型的大東江、寨懷等鎳鈷礦點(diǎn)；這些異常和已知鎳鈷礦點(diǎn)形成了元寶山花崗巖體西側(cè)的塘茍山—甲樂鎳鈷礦帶，南北長約30 km，鎳鈷礦產(chǎn)于超基性巖體東側(cè)內(nèi)接觸帶，可分為甲樂、寨懷—培地、塘茍山三個(gè)礦段。

3 區(qū)域巖(礦)石物性特征

3.1 巖(礦)石磁性特征

研究區(qū)主要出露的巖石有橄輝巖、輝長巖、石英巖、蛇紋巖、硅化石英片巖、云母石英片巖、白云石英片巖等，采集了橄輝巖、輝長巖、石英巖、蛇紋巖、硅化石英片巖等標(biāo)本，分別測定了其密度與磁性參數(shù)并統(tǒng)計(jì)其規(guī)律。根據(jù)桂北地區(qū)巖礦石磁參數(shù)與實(shí)測標(biāo)本磁性參數(shù)可知，研究區(qū)內(nèi)超基性巖磁性最強(qiáng)，平均磁化率值近10 000個(gè)計(jì)量單位；變質(zhì)巖一般具弱—中等磁性，平均磁化率值為數(shù)千個(gè)計(jì)量單位；沉積巖為極微至無磁性，平均磁化率值一般為幾百甚至超過1000個(gè)計(jì)量單位(表1)。

表1 研究區(qū)巖(礦)石磁性參數(shù)統(tǒng)計(jì)

3.2 巖(礦)石密度特征

研究區(qū)區(qū)域上的基性—超基性巖的密度相對較高，密度值一般為(2.85～2.95)×103kg/m3；變質(zhì)巖和致密沉積巖等的密度居中，密度值一般為(2.65～2.75)×103kg/m3；中酸性巖漿巖和疏松沉積巖的密度偏低，密度值普遍為(2.40～2.60)×103kg/m3(表2)。由于研究區(qū)的主要目標(biāo)物為基性—超基性巖體，而研究區(qū)出露地層有四堡群魚西組千枚巖、變質(zhì)砂巖及丹洲群白竹組變質(zhì)礫巖、變質(zhì)含礫砂巖等，它們之間存在一定的密度與磁性差異，物性參數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示具備了較為理想的地球物理前提條件，開展大比例尺高精度重、磁剖面測量能夠有效圈定出(半)隱伏巖體的空間展布特征，并在此基礎(chǔ)上探討與礦化蝕變關(guān)系較為密切的局部異常，為推斷解釋提供了較為充分的基礎(chǔ)依據(jù)。

表2 研究區(qū)巖(礦)石密度參數(shù)統(tǒng)計(jì)

4 高精度重磁測量與數(shù)據(jù)處理

4.1 高精度重磁測量

本次工作在研究區(qū)開展了1∶1萬高精度重、磁剖面測量工作，測線方向大致垂直研究區(qū)主構(gòu)造方向，呈NWW—SEE向布設(shè)，其中磁測剖面24條，網(wǎng)度為200 m×20 m，剖面長度共計(jì)30 km；重力剖面13條，網(wǎng)度為400 m×40 m，剖面長度共計(jì)30 km(圖1)。

4.2 重磁數(shù)據(jù)處理

野外實(shí)測的磁異常中包含了各種觀測誤差和淺部不均勻體引起的異常，通常這些異常疊加在有效異常之上，為了把它們區(qū)分開來，需要對實(shí)測磁異常做了剔除畸變點(diǎn)、數(shù)據(jù)濾波等處理。本次磁測數(shù)據(jù)處理采用MAGS4.0磁法處理軟件進(jìn)行了化極、延拓等異常分離處理，選取的網(wǎng)格距為20 m×20 m，數(shù)據(jù)處理方法主要包括：①根據(jù)磁測局部異常的規(guī)模，分別采用不同的濾波因子進(jìn)行區(qū)域異常和剩余異常分離；②對磁測異常求向上延拓，目的在于壓制淺部磁體的干擾，突出深部磁體產(chǎn)生的有意義的異常；③對磁測異常求向下延拓，可以壓制深部干擾而突出淺部的異常信息；④利用小波多尺度分析法進(jìn)行磁異常分離，與重力異常小波分析結(jié)果對比分析重磁同源現(xiàn)象及目標(biāo)物的空間形態(tài)特征。

本次重力數(shù)據(jù)處理采用了RGIS軟件中區(qū)域重力數(shù)據(jù)庫所附功能進(jìn)行資料的網(wǎng)格化及各種處理計(jì)算，選取的網(wǎng)格距為40 m×40 m，數(shù)據(jù)處理方法主要包括：①根據(jù)重力局部異常的規(guī)模，分別采用邊長為80 m、160 m、320 m和640 m的正方形窗口滑動(dòng)平均法進(jìn)行區(qū)域異常和剩余異常分離；②采用羅森巴赫Ⅱ式進(jìn)行垂向二次導(dǎo)數(shù)異常計(jì)算，通過對比半徑取640 m效果最為理想；③利用小波分析對布格重力異常進(jìn)行了多尺度的異常分離，并對隱伏巖體的空間位置和形態(tài)進(jìn)行了分析。

5 成果資料推斷解釋

5.1 磁異常特征與推斷解釋

磁場特征 根據(jù)ΔT磁異常平面等值線圖(圖2a)可見，整個(gè)研究區(qū)以正值異常為主，南強(qiáng)北弱，且呈多個(gè)異常中心、梯度較陡；研究區(qū)的西北側(cè)為負(fù)磁異常區(qū)，由于研究區(qū)范圍限制，北西側(cè)的零值線基本完整，而南東側(cè)的零值線斷續(xù)分布；整個(gè)研究區(qū)的ΔT正磁異常基本反映了基性—超基性巖的分布情況，零值線與巖體出露邊界相當(dāng)吻合。從對ΔT做上延200 m處理結(jié)果可見(圖2b)，研究區(qū)的磁異常區(qū)域特征更為明顯，整個(gè)正磁場區(qū)已經(jīng)連成了一片，西北側(cè)的零值線仍然與巖體出露邊界吻合，而東南側(cè)的零值線向東位移了數(shù)百米；此外，西北側(cè)的等值線較東南側(cè)的等值線密集，這充分說明了巖體西北側(cè)較為陡立，并且向東南方向傾伏，在一定深度巖體為一巨型巖基。

圖2 研究區(qū)高精度磁測成果圖

從磁場的各階次小波變換處理結(jié)果(圖3)來看，一、二階細(xì)節(jié)主要反映了磁異常呈NE向、條帶狀分布特征，與研究區(qū)的斷裂構(gòu)造特征和巖相邊界吻合，這說明了斷裂以及巖體與圍巖的接觸邊界中存在較強(qiáng)的磁性源，推斷為超基性巖體與磁鐵礦化帶疊加所致；隨著小波分離階次的增加，NE向的條帶狀異常特征逐漸減弱，到了四階細(xì)節(jié)表現(xiàn)為幾個(gè)獨(dú)立且完整的正值圈閉異常；對比重磁異常高階次的小波分析特征，重磁場均反映了同源的地質(zhì)體特征，場源中心基本吻合；其中，磁場反映的淺部信息更為豐富。

圖3 研究區(qū)高精度磁測小波分析平面等值線圖

整個(gè)研究區(qū)是以磁力高異常為主。共圈定局部磁異常13個(gè)，其中磁力高異常10個(gè)，磁力低異常3個(gè)。結(jié)合物性特征來看，研究區(qū)內(nèi)引起明顯磁異常的地質(zhì)體主要有三類：①基性—超基性巖體，主要引起磁力高異常(如C2、C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13)；②變質(zhì)圍巖，主要引起磁力低異常(如C1、C4、C5)；③性質(zhì)不明的地質(zhì)體引起的磁力高異常(C3)。

5.2 重力異常特征與推斷解釋

由于研究區(qū)主要位于走向北北東的超基性巖體之上，研究區(qū)布格重力異常(圖4a)呈現(xiàn)出了4個(gè)NNE向階梯分布的重力高值異常區(qū)，重力值從南往北逐漸減小，異常的東部邊緣較為陡傾、西部邊緣相對平緩；研究區(qū)的東北角，出現(xiàn)了密集的重力梯度帶，梯度變化達(dá)3.0×10-5(m·s-2)/km。從經(jīng)過異常分離得到的區(qū)域場來看，NNE向的階梯狀舌狀特征更為明顯。

圖4 研究區(qū)重力異常及斷裂構(gòu)造推斷圖

通過對比分析選擇了640 m×640 m的窗口分離出剩余重力異常(圖4b)，整個(gè)研究區(qū)以重力高異常為主，共圈定局部重力異常18個(gè)，其中重力高異常11個(gè)，重力低異常7個(gè)；重力低異常除G6以外，其他局部重力低異常均位于研究區(qū)的兩側(cè)。

結(jié)合物性特征來看，研究區(qū)內(nèi)引起明顯重力異常的地質(zhì)體主要有三類：①基性—超基性巖體，主要引起重力高異常(如G3、G4、G7、G8、G11、G13、G15、G16、G17)；②變質(zhì)圍巖，主要引起重力低異常(如G1、G2、G9、G10、G12、G14、G18)；③性質(zhì)不明的地質(zhì)體引起的重力低異常(G5、G6)。

以上重力場異常特征說明了如下兩點(diǎn)：①巖體沿NE向斷裂構(gòu)造呈多期次侵入，并受NW向的次一級(jí)斷裂構(gòu)造所控制，故呈明顯的階梯分布；②南部巖體規(guī)模相對較大，出露分布較廣，往北巖體侵入規(guī)模逐漸變小，活動(dòng)強(qiáng)度減弱。

小波變換是將重力場進(jìn)行多尺度分解，每一階次的小波細(xì)節(jié)均反映了不同深度的密度變化情況；從小波細(xì)節(jié)各階的情況來看，各階均較好地反映出了NE向構(gòu)造是研究區(qū)的主干構(gòu)造，并從一階至四階有向東南傾伏的跡象(圖5)。

圖5 研究區(qū)重力小波分析平面等值線圖

研究區(qū)的主要目標(biāo)物是基性—超基性巖。

從定性角度看，一、二階細(xì)節(jié)分離出來的異常較為分散且規(guī)模小，正異常區(qū)反映了未劃分巖相淺部基性—超基性巖的橫向上密度變化情況，負(fù)異常區(qū)反映了圍巖的密度變化情況；隨著階次的增加許多獨(dú)立的異常連成了條帶狀，反映了基性—超基性巖中深部以巖墻形式存在；尤其是小波四階細(xì)節(jié)明顯地表現(xiàn)為幾個(gè)獨(dú)立且完整的的圈閉正、負(fù)異常，其西北側(cè)的零值線與一、二、三階次的相比基本沒有位移，且與西北側(cè)巖體出露的邊界對應(yīng)較好；而東南側(cè)的零值線逐階向南東位移，小波四階細(xì)節(jié)的零值線與巖體的關(guān)系更為明顯，進(jìn)一步說明了巖體深部在西北側(cè)較陡立，在東南側(cè)較平緩。同時(shí)，呈NE向條帶狀走向的正異常，反映了受元寶山復(fù)式背斜基底褶皺影響的基性—超基性巖的展布特征。

從半定量的角度看，多階次小波變換的細(xì)節(jié)處理結(jié)果，其尺度是以二次方遞增的，且與網(wǎng)格距成正比；也就是說一階細(xì)節(jié)主要反映了埋深約40 m以上的密度差異情況，那么二階細(xì)節(jié)則反映了厚度約為80 m的密度差異情況，對應(yīng)的深度約為40～120 m；三階細(xì)節(jié)反映了厚度約為160 m的密度差異情況，對應(yīng)的深度約為120～280 m；四階細(xì)節(jié)反映了厚度約為320 m的密度差異情況，對應(yīng)的深度約為280～600 m。

5.3 重磁綜合異常特征與推斷解釋

研究區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造較為發(fā)育，從重磁信息所反映的主要是一些淺層斷裂構(gòu)造；因研究區(qū)面積較小，對深大斷裂的反映不明顯。利用重磁異常場推斷斷裂構(gòu)造的標(biāo)志主要包括：①重磁異常梯級(jí)陡變帶；②呈線狀或長帶狀延伸的磁力高(低)帶和重力低帶；③不同類型、不同性質(zhì)的重磁場分界線；④沿一定方向呈串珠狀排列的重磁異常帶；⑤高磁場帶與低磁場帶的線型邊界，重力高與重力低的線型邊界；⑥異常軸、帶的水平錯(cuò)動(dòng)；⑦重磁等值線的同向扭曲。

對于斷裂構(gòu)造的推斷以重力異常場為背景，結(jié)合磁場異常的特征，根據(jù)上述判斷標(biāo)志，在研究區(qū)內(nèi)推斷了9條斷裂構(gòu)造(圖4)。按不同走向斷裂構(gòu)造分為兩組：NE向4條，NW至NWW向5條；NE向?yàn)檠芯繀^(qū)主要斷裂構(gòu)造，這些斷裂構(gòu)造控制了研究區(qū)的巖體侵入和礦床(點(diǎn))的分布，其中NE向與NW向斷裂構(gòu)造的復(fù)合部位為成礦創(chuàng)造了有利的空間。

由于重力與磁法的探測深度不一致，重力的探測深度相對要比磁法的探測深度大，高精度磁法主要反映的是相對淺層的磁場變化情況；此外，重磁探測目標(biāo)物的物性差異一般也有高密度高磁化、高密度低磁化、低密度高磁化以及低密度低磁化等幾種可能。因此，通過重磁異常相互結(jié)合分析，可以更為全面地反映研究區(qū)的巖體分布情況，從而達(dá)到研究成礦規(guī)律的目的。經(jīng)過對比分析，認(rèn)為研究區(qū)內(nèi)的重磁局部異常主要有以下幾個(gè)特征：①基性—超基性巖體一般呈重力高、磁力高；②圍巖一般呈重力低、磁力低；③局部磁力高異常C3、C8、C10、C13落在重力低異常上(G6、G9、G12、G18)，而且基本上落在巖體與圍巖的接觸帶上。根據(jù)已知的地質(zhì)情況來看，初步推斷為鐵錳質(zhì)渲染綠泥片巖、綠泥透閃片巖等造成，是下一步地質(zhì)工作值得注意的地方。

為了進(jìn)一步探討基性—超基性巖體接觸帶的空間分布情況，用2.5D人機(jī)選擇程序?qū)κＳ喈惓Ｗ鳒\層侵入擬合計(jì)算，其中選擇260線作為擬合剖面(圖6)。密度以2.67×103kg/m3為基準(zhǔn)，高于基準(zhǔn)的取正值，低于基準(zhǔn)的取負(fù)值，其中巖體的密度差取0.18×103kg/m3；擬合時(shí)充分考慮了地形起伏和地質(zhì)條件等情況，從擬合的結(jié)果可以看出，巖體西北側(cè)相對較為陡立，東南側(cè)相對較為平緩，巖體整體往東南方向傾斜，傾角在40°～50°之間。

圖6 260線2.5D重力異常正演擬合剖面圖

在上述定性、半定量分析成果的基礎(chǔ)上，根據(jù)重力異常的垂向二階導(dǎo)數(shù)及剩余重力異常的零值線范圍，并結(jié)合已知的鉆孔資料及實(shí)際地形情況，給定界面的平均深度為380 m，基性—超基性巖體與圍巖的密度差為0.18×103kg/m3，迭代次數(shù)取10次，濾波因子取50，進(jìn)行界面反演計(jì)算。通過界面反演計(jì)算圈定了基性—超基性巖體的邊界，得到了甲樂—塘茍山研究區(qū)基性—超基性巖體空間形態(tài)分布，巖體的平均埋藏深度大約從地表至-400 m深度范圍之間，大致呈NE向長條帶狀曲折展布(圖7)。

圖7 研究區(qū)基性—超基性巖體形態(tài)分布圖

6 結(jié)論

1)通過實(shí)施1∶1萬高精度重力剖面和磁法剖面測量工作，有效查明了研究區(qū)內(nèi)的重磁場異常特征，厘清了斷裂構(gòu)造展布格架，圈定了局部重力異常18個(gè)，磁異常13個(gè)，推斷了斷裂構(gòu)造9條。重磁異常基本對應(yīng)，重磁同源是本研究區(qū)的一個(gè)主要特點(diǎn)。

2)通過重磁異常綜合分析，認(rèn)為重磁異常同源性質(zhì)明確，引起重磁異常的根源為該地區(qū)的基性—超基性巖體；深入分析了局部磁力高異常與局部重力低異常的對應(yīng)關(guān)系，主要為鐵錳質(zhì)渲染綠泥片巖、綠泥透閃片巖等目標(biāo)體的反映，是研究區(qū)下一步工作的重點(diǎn)。

3)通過截取260線剖面對寨懷—培地段25號(hào)巖體(C9/G13)的空間形態(tài)及產(chǎn)狀作了較詳細(xì)的研究，結(jié)合各階次的小波分析成果，認(rèn)為研究區(qū)底部為巨大的基性—超基性巖基，西北側(cè)較陡、東南側(cè)較緩。

4)利用界面反演計(jì)算獲得了研究區(qū)基性—超基性巖體的空間形態(tài)分布，分析認(rèn)為巖體兩側(cè)的傾伏端與圍巖的接觸帶為該地區(qū)成礦有利空間；因超基—基性巖與圍巖接觸部位受后期構(gòu)造作用使含礦溶液沿其間隙充填，形成規(guī)模較大的似層狀礦體，并且經(jīng)驗(yàn)證具有工業(yè)意義的銅、鎳、鈷礦床一般分布在超基性巖體邊緣相的片理化帶中，重力異常G1的東側(cè)與ΔT磁異常C5的西側(cè)為該地區(qū)成礦有利空間。

5)從本次投入的高精度重磁方法成果來看，這兩種方法在本地區(qū)有很好的適用性，可以較準(zhǔn)確地圈定出(半)隱伏基—基性巖體分布、埋深等特征；建議在甲樂礦段、塘茍山礦段開展系統(tǒng)的高精度重磁勘探工作，對重點(diǎn)異常區(qū)布置重磁精測剖面，能夠進(jìn)一步深入研究元寶山西側(cè)與超基性巖關(guān)系密切的銅、鈷、鎳的成礦規(guī)律，為地質(zhì)找礦工作提供物探指導(dǎo)。