地質(zhì)物化探綜合方法在甘肅北山紅柳溝銅鎳礦的應(yīng)用

王小紅 ，楊建國(guó) ，王磊 ，謝燮 ，姜寒冰

（中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心，自然資源部巖漿作用成礦與找礦重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安 710119）

20世紀(jì)90年代，在湯中立院士巖漿硫化物礦床成礦理論指導(dǎo)下，甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)局地質(zhì)隊(duì)伍在北山南部地區(qū)普查發(fā)現(xiàn)了黑山銅鎳礦床，拉開(kāi)了該區(qū)尋找銅鎳礦的序幕。中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心自2003年進(jìn)行“北山成礦帶找礦重大疑難問(wèn)題研究”開(kāi)始，連續(xù)承擔(dān)甘蒙北山地區(qū)多個(gè)科研-勘查項(xiàng)目。在黑山銅鎳礦床外圍相繼發(fā)現(xiàn)了怪石山、紅柳溝、三個(gè)井等多處銅鎳礦點(diǎn)及十余個(gè)礦化基性-超基性巖體（王立社等，2008；謝燮等，2013a，2013b）。筆者論述地質(zhì)物化探綜合方法在甘肅北山紅柳溝銅鎳礦靶區(qū)圈定中的應(yīng)用，供進(jìn)一步找礦參考。

1 成礦地質(zhì)背景

白云來(lái)等（2002，2004）討論甘肅北山鎳銅成礦系統(tǒng)的構(gòu)造背景為裂谷系統(tǒng)基性-超基性巖。楊合群等（2006，2008，2012）將北山地區(qū)的基性-超基性巖類(lèi)分為兩大類(lèi)，即板內(nèi)環(huán)境下侵入的與銅鎳礦化有關(guān)的基性-超基性巖和洋殼環(huán)境下形成的與鉻鐵礦化有關(guān)的基性-超基性巖；明確了北山銅鎳成礦構(gòu)造背景為晚古生代裂谷帶。楊建國(guó)（2012a，2012b）對(duì)黑山銅鎳礦床中黑山角閃輝長(zhǎng)巖11顆鋯石的年齡值為（358.4±5.9）～（399.3±6.2）Ma，加權(quán)平均值為（374.6 ±5.2）Ma（95%可信度），屬于晚泥盆世；怪石山銅鎳礦床中輝長(zhǎng)巖加權(quán)平均值為（358.6 ±3.9）Ma，屬早石炭世早期；大山頭巖體中輝長(zhǎng)巖加權(quán)平均值（359.3±5.7）Ma，屬早石炭世早期；這些年齡信息證實(shí)該區(qū)鎳銅成礦環(huán)境為北山晚古生代裂谷。

甘肅北山巖漿銅鎳礦產(chǎn)地主要分布于北山裂谷帶北緣方山口-廟廟井-雙鷹山斷裂帶兩側(cè)，賦存于分異強(qiáng)烈的基性-超基性雜巖中，主要礦床為黑山銅鎳礦。近幾年，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)的多處銅鎳礦點(diǎn)（怪石山、大山頭、三個(gè)井、紅柳溝、銘揚(yáng)等）與黑山銅鎳礦處于同一成礦帶上，位于黑山與怪石山銅鎳礦床的西延部分（圖1）。因此，研究區(qū)具有形成銅鎳礦的有利構(gòu)造地質(zhì)背景。

圖1 北山巖漿銅鎳成礦帶及其鄰區(qū)基性超基性巖分布略圖Fig. 1 Distribution Sketch map of basic ultrabasic rock

2 含礦巖體特征及淺部礦化

2.1 基性-超基性巖特征

紅柳溝基性-超基性巖體出露面積為5～20 km2，以輝長(zhǎng)巖為主。其中分異出0.1～0.3 km2具銅鎳礦化的基性-超基性巖體，巖相組合為橄欖輝長(zhǎng)巖、橄欖輝石巖+輝石巖+二輝橄欖巖+橄欖蘇長(zhǎng)輝長(zhǎng)巖，巖體m/f平均值為2.38～3.35。銅鎳礦化主要發(fā)育于橄欖二輝巖、二輝橄欖巖、橄欖紫蘇輝長(zhǎng)巖中（圖2）。

圖2 紅柳溝基性-超基性巖體地質(zhì)略圖Fig. 2 Geological sketch map of the Hongliugou mafic-ultramafic complex

輝長(zhǎng)巖主要分為2期，早期暗色輝長(zhǎng)巖和晚期淺色輝長(zhǎng)巖，早期輝長(zhǎng)巖輝石含量大多超過(guò)60%，晚期輝長(zhǎng)巖輝石含量為30%～40%，兩期輝長(zhǎng)巖為侵入接觸關(guān)系。根據(jù)礦物粒度將早期輝長(zhǎng)巖劃分為偉晶狀輝長(zhǎng)巖、中粒輝長(zhǎng)巖和中細(xì)粒輝長(zhǎng)巖3個(gè)相帶，基性-超基性巖體周?chē)喟l(fā)育偉晶狀輝長(zhǎng)巖。超基性巖以橄欖角閃蘇長(zhǎng)巖、橄欖輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖、輝石巖為主，大多呈小巖株和巖脈產(chǎn)出，巖體巖相分異明顯，且多處于斷裂帶及相對(duì)低洼處，巖石蝕變破碎較強(qiáng)，呈碎裂狀、蜂窩狀等。根據(jù)野外觀(guān)察及巖石組合特征，巖體最早侵入的為淺色輝長(zhǎng)巖相，其與敦煌群云母石英片巖，黑云花崗片麻巖呈明顯的侵入接觸，其次為橄欖二輝輝長(zhǎng)巖、橄欖巖、輝橄欖巖、輝石巖、偉晶狀輝長(zhǎng)巖和純橄巖等巖相，其應(yīng)為深部分異，分期侵入到淺色輝長(zhǎng)巖之中。

2.2 地表淺部礦化線(xiàn)索

通過(guò)在磁異常區(qū)進(jìn)一步開(kāi)展1∶1萬(wàn)地質(zhì)填圖和異常查證工作，圈定出紅柳溝Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ號(hào)含礦基性-超基性雜巖體和3個(gè)銅鎳礦點(diǎn)，經(jīng)對(duì)地表槽探工程揭露，巖體內(nèi)圈定出數(shù)十條銅鎳礦體（礦化體）。礦（化）體多呈NW向分布，一般長(zhǎng)50～300 m，寬為1～9 m不等，Cu、Ni平均品位分別為0.007%～0.670%、0.201%～1.280%。礦石以晶粒狀結(jié)構(gòu)、碎裂結(jié)構(gòu)為主，構(gòu)造以斑點(diǎn)狀、浸染狀、網(wǎng)脈狀構(gòu)造為主。硫化物呈稀疏浸染狀、斑塊狀、細(xì)脈狀產(chǎn)出（圖3）。

圖3 礦化巖體及礦石照片F(xiàn)ig. 3 Photoes of mineralized rock mass and ore

3 地球化學(xué)勘查

3.1 水系沉積物測(cè)量

水系沉積物調(diào)查通過(guò)異常檢查、追索礦化源地進(jìn)一步圈地遠(yuǎn)景區(qū)，是以找礦為主要目的的地球化學(xué)勘查手段（王瑞廷等，2023；孔祥超等，2023）。本次開(kāi)展的大泉-荒草灘幅1∶5萬(wàn)水系沉積物測(cè)量，在紅柳溝圈定的Cu-Ni-Co異常面積達(dá)30 km2以上，組合異常套合較好，且分帶明顯，在前期工作中，已經(jīng)證實(shí)此異常為礦致異常。

3.2 綜合地球化學(xué)異常特征

為了研究區(qū)域上不同元素在空間上的地球化學(xué)分布特征及分布規(guī)律，尋找有意義的礦產(chǎn)資源靶區(qū)，通過(guò)對(duì)元素?cái)?shù)據(jù)的相關(guān)性分析和R型聚類(lèi)分析，在大泉-荒草灘幅一帶圈定20個(gè)綜合異常，甲類(lèi)5個(gè)（HS-3、HS-15、HS-16、HS-18、HS-19），其中Hs-3為紅柳溝地區(qū)綜合異常，該異常呈EW向帶狀分布，面積為55.89 km2，主要元素組合為Cu、Ni、Co、V、Zn和Mn，Cu、Ni與Co3種元素異常套合較好（圖4），具有三級(jí)濃度分帶，與紅柳溝地區(qū)基性-超基性雜巖體地表出露范圍一致，異常特征見(jiàn)表1。

表1 紅柳溝銅鎳成礦遠(yuǎn)景區(qū)化探綜合異常特征表Tab. 1 The Synthetic Characteristic of anomalies for the stream sediment in Hongliugou Cu-Ni prospective area

圖4 甘肅北山紅柳溝地區(qū)（HS-3）綜合異常區(qū)（HS-3）Cu-Ni-Co組合異常剖析圖Fig. 4 Anomaly resolution map of No. HS—3 in Hongliugou area, Beishan Mountain, Gansu Province

4 地球物理勘查

大比例尺磁電測(cè)量是地質(zhì)勘查工作中最常見(jiàn)及較有效的地球物理方法之一，尤其對(duì)尋找隱伏礦體有重要應(yīng)用（何鵬等，2018；耿濤等，2023）。本次主要針對(duì)化探異常所圈定的銅鎳鈷等成礦元素異常和1∶5萬(wàn)高精度磁法測(cè)量磁異常重疊地段布設(shè)1∶1萬(wàn)高精度磁法剖面測(cè)量、激電中梯短導(dǎo)線(xiàn)測(cè)量等大比例尺磁電測(cè)量工作。

4.1 巖礦石物性特征

由紅柳溝地區(qū)巖礦石物性參數(shù)統(tǒng)計(jì)表（表2）可以看出，礦化巖石具中低阻（100～800 Ω·m）、高極化率（5%～13%）電性特征。橄欖輝石巖屬于高磁化率、高磁化強(qiáng)度，中阻高激化巖石，與其他巖石具有明顯區(qū)別；而輝長(zhǎng)巖屬于低磁化率、低磁化強(qiáng)度，高阻—超高阻中等激化率的巖石；花崗巖屬于低磁化率、低磁化強(qiáng)度高阻中等激化率的巖石，在電性上與其他巖石上存在區(qū)別；輝石巖屬于中-高阻低磁低激化巖石，從而可以很好分辨各種巖石；圍巖相比礦石物性差異比較明顯，由此看來(lái)電法在本研究區(qū)內(nèi)找礦方法是有效可行的。

表2 巖礦石物性測(cè)量結(jié)果統(tǒng)計(jì)表Tab. 2 Statistics of ores and rocks physical properties

4.2 1∶5萬(wàn)磁法測(cè)量成果

1∶5萬(wàn)高精度磁法測(cè)量，以150 nT為下限，在區(qū)內(nèi)圈定長(zhǎng)約為2 000 m，寬約為600 m的磁異常，具3個(gè)高值中心，異常極大值約為300 nT，異常等值線(xiàn)北密南疏，梯度不大，幅值不高。通過(guò)磁法測(cè)量發(fā)現(xiàn)了4個(gè)銅鎳礦化巖體。

4.3 1∶1萬(wàn)磁法測(cè)量成果

針對(duì)1∶5 萬(wàn)地面高精度磁法測(cè)量圈定的磁異常（4個(gè)近等軸狀中低等強(qiáng)度磁異常，異常強(qiáng)度最大值為—80～+180 nT）和踏勘發(fā)現(xiàn)的銅鎳礦化巖體開(kāi)展了1∶1萬(wàn)地面高精度磁法測(cè)量，異常重現(xiàn)性好，但異常形態(tài)及細(xì)節(jié)更加清晰。以3號(hào)巖體對(duì)應(yīng)C3異常為例，1∶1萬(wàn)磁異常為正、負(fù)相伴的近等軸狀異常（北負(fù)南正）（圖5a），最大值為+470 nT，最小值為—100 nT，磁異常范圍與礦化巖體基本一致。在正、負(fù)磁異常交替部位橄欖輝長(zhǎng)巖和二輝橄欖巖中可見(jiàn)原生斑點(diǎn)狀磁黃鐵礦、黃銅礦和鎳黃鐵礦集合體。依據(jù)該地段發(fā)育1∶5萬(wàn) Cu—Ni—Co—As 化探綜合異常、磁異常強(qiáng)度與特征、分異較好的基性-超基性巖，以及巖體中見(jiàn)有磁黃鐵礦+黃銅礦+鎳黃鐵礦原生金屬硫化物組合這些綜合指標(biāo)，斷定4個(gè)巖體應(yīng)為含礦巖體。隨后，經(jīng)開(kāi)展礦產(chǎn)評(píng)價(jià)，在圈定的4個(gè)磁異常區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)了4處銅鎳礦點(diǎn)，其中紅柳溝3號(hào)雜巖體地表圈定出2條長(zhǎng)為50～180 m、寬約為 10 m 的貫入型富銅鎳礦體，Cu 品位為0.1%～0.67%，Ni 品位為0.42%～1.28%。

圖5 基性-超基性巖體磁電異常套合圖Fig. 5 Magnetoelectric anomaly pattern of basic-ultrabasic rock mass

4.4 激電中梯測(cè)量

筆者重點(diǎn)針對(duì)3號(hào)基性-超基性雜巖體開(kāi)展了1∶1萬(wàn)激電中梯測(cè)量，并對(duì)地表見(jiàn)礦較好部位的異常采用激電測(cè)深剖面進(jìn)行了解剖。結(jié)果表明，該3號(hào)礦化雜巖體出露區(qū)極化率均較高，ηs=7.5%～12.5%；電阻率變化很大，ρs= 300～2 100 Ω·m。以ηs≥9%和ρs≤600 Ω·m為異常下限，圈定出一個(gè)面積約 0.3 km2的中低阻、高極化率異常，與地表礦化基性-超基性巖體空間完全耦合（圖5b）。激電測(cè)深剖面揭示，在地表以下50～400 m發(fā)育一個(gè)具中-低阻、高極化率電性特征、向南緩傾的厚板狀異常體，該板狀異常體有2個(gè)小分枝通達(dá)地表，與探槽揭露的2個(gè)貫入式銅鎳礦體空間位置完全耦合（圖5c），推斷深部異常體是由硫化礦體引起，表明電法在該區(qū)開(kāi)展該類(lèi)型礦深部找礦效果良好（王文財(cái)?shù)龋?020）。

5 多元信息綜合預(yù)測(cè)靶區(qū)

根據(jù)銅鎳礦化基性-超基性巖體具有正負(fù)相伴、中等強(qiáng)度的磁異常，且異常形態(tài)多為近等軸狀或橢圓狀這一磁性特點(diǎn)，經(jīng)開(kāi)展大比例尺地面高精度磁法測(cè)量，能夠快速鎖定目標(biāo)地質(zhì)體（尤其是大輝長(zhǎng)巖基中，利用磁法尋找較高基性巖相及超基性巖相可以起到事半功倍的效果）。結(jié)合化探異常、激電異常及遙感蝕變異常等其他相關(guān)疊加信息，磁異常中心地段地表可直接發(fā)現(xiàn)含銅鎳超基性巖體小露頭。

紅柳溝含礦基性-超基性雜巖體是檢查大山頭輝長(zhǎng)巖基中的1∶5萬(wàn)磁異常時(shí)發(fā)現(xiàn)的。該輝長(zhǎng)巖體出露面積達(dá)40 km2，前期預(yù)研究成礦信息顯示，其上套合有面積達(dá)60 km2的1∶20萬(wàn)Cu-Ni-Co-Cr組合化探異常。但化探異常和巖體面積大且無(wú)超基性巖出露信息，找礦目標(biāo)難以確定。1∶5萬(wàn)礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查期間開(kāi)展的地面高精度磁法測(cè)量，于該巖體上圈定出4個(gè)面積均為1 km2的近等軸狀磁異常，縮小了找礦目標(biāo)范圍。經(jīng)對(duì)4個(gè)磁異常中心進(jìn)行踏勘，均發(fā)現(xiàn)了出露面積n×（10～100）m2的超基性巖露頭及較大范圍的球狀風(fēng)化橄欖輝長(zhǎng)巖露頭，并在橄欖輝長(zhǎng)巖球形風(fēng)化體中普遍見(jiàn)到了星點(diǎn)狀和聚斑狀磁黃鐵礦和黃銅礦集合體，快速確定了該巖體為含礦巖體。利用工程手段對(duì)成礦有利地段圈定的靶位進(jìn)行驗(yàn)證，在紅柳溝銅鎳礦點(diǎn)圈定出多條銅鎳礦（化）體，實(shí)現(xiàn)了該區(qū)銅鎳找礦新發(fā)現(xiàn)。紅柳溝巖體與黑山銅鎳礦床處于同一構(gòu)造帶上，具有與其相同的成礦地質(zhì)背景。綜合地、物、化、遙信息顯示，巖體整體剝蝕較淺，深部推測(cè)有較好的找礦潛力。

6 結(jié)論

（1）水系沉積物測(cè)量對(duì)于進(jìn)一步圈定找礦靶區(qū)和成礦有利地段有重要的作用，通過(guò)研究前人1∶20萬(wàn)化探資料及開(kāi)展的1∶5萬(wàn)水系沉積物測(cè)量工作，優(yōu)選出一批具有重要找礦線(xiàn)索的成礦元素異常，為物探工作打下良好的基礎(chǔ)。

（2）在化探工作的基礎(chǔ)上，利用大比例尺物探工作手段（激電中梯測(cè)量、激電測(cè)深）等方法進(jìn)一步縮小找礦靶區(qū)，圈定礦體的空間分布形態(tài)，確定高極化、中高阻的典型物探特征作為地球物理找礦標(biāo)志，為地質(zhì)找礦勘探工程布設(shè)提供了直接依據(jù)。

（3）根據(jù)地-物-化相結(jié)合的綜合找礦方法在甘肅北山營(yíng)毛沱地區(qū)內(nèi)圈定了多處找礦潛力較大的靶位（銘揚(yáng)銅鎳礦點(diǎn)、紅柳溝銅鎳礦點(diǎn)、三個(gè)井銅鎳礦床和拾金灘銅鎳礦點(diǎn)等），經(jīng)工程驗(yàn)證見(jiàn)礦效果較好。實(shí)踐表明，綜合找礦方法的應(yīng)用是找礦勘探的有效手段，在甘肅北山地區(qū)開(kāi)展的找礦工作中得到了顯著效果，這為今后在該區(qū)域內(nèi)實(shí)施找礦工作提供了指導(dǎo)思想和理論依據(jù)。