综合物探方法在宁芜北段东带铁矿战略性勘查中的应用

陈 雪，孔德龙，刘 军，丁海红，苏 昆

(江苏省有色金属华东地质勘查局，江苏 南京 210007)

0 引言

宁芜北段东带位于宁芜中生代陆相火山岩断陷盆地北段(江苏部分)东部，西起其林山—云台山一线，南至马鞍山—小丹阳一线的苏皖边界，东至方山—小丹阳一线，北至其林山一线。该带铁矿勘查工作程度很高，凡是强度大、较规则、位于有利地质部位的磁异常，基本上都经过以找铁为主的异常筛选，甚至查证了几遍，但找矿难度较大(魏芳等，2012)。

随着找矿认识(理论)的不断发展及近几年深部找矿的突破，如宁芜火山岩盆地南段的安徽当涂杨庄铁矿(金明，2014)，显示出宁芜北段东带深部寻找隐伏矿床在深度上探索不够。在目前深部找矿中，用物探方法直接找金属矿已比较困难，多数情况下是通过寻找控矿构造和成矿地质环境进行间接找矿。而综合地球物理勘探手段在深部找矿中最切合实际，提高找矿成效的作用也愈显突出(刘士毅等，2004;董杰等，2010;阴江宁等，2012)。

因此，本次主要针对区内尚未查证的低缓、同时伴有重力异常的磁异常区开展工作。最终选择在具有良好的成矿地质条件和地球物理前提的高台寺预测区内，布置了地面高精度重、磁及可控源音频大地电磁测深剖面，以期能圈定深部找矿远景区，为进一步开展物探工作提供依据。

1 地质及地球物理特征

1.1 预测区地质概况

高台寺预测区位于江苏省南京市与安徽省马鞍山市交界地区，距南京市西南约35 km。该区位于宁芜北段东带西南部，构造位置上为方山—陶吴—南山大断裂(简称“方南”)西侧(图1)。

区内出露的地层主要有三叠系中统黄马青组砂质页岩、粉砂岩，侏罗系象山群长石石英砂岩、砾岩，龙王山组凝灰角砾岩、熔岩角砾岩，火山碎屑岩等。其中，据本次ZK1201钻孔揭露，黄马青组厚度可达1 200 m以上，且未见底(图2)。

高台寺预测区构造上位于云台山—荞麦山背斜的核部之西翼，核部主要由黄马青组地层组成。地层总体倾向北西，由核部向北西逐渐变新，往南东为象山群和龙王山组火山岩所覆盖。象山群往黄马青组方向地层产状呈变陡的趋势。陆郎—倪岗头断裂在研究区东部通过。

图1 宁芜北段东带地质略图(据宁芜研究项目编写小组，1978修编)Fig.1 Simplified geological map of the east belt of northern Nanjing －Wuhu area(modified from the Ningwu Research Project Team，1978)

岩浆岩主要有工作区北部的闪长玢岩和西部雷公尖附近侵入龙王山组的闪长玢岩，向深部相变为辉石闪长玢岩(经ZK1401钻孔揭露)。

岩石的蚀变类型多样，地表可见褐铁矿化、绿泥石化，局部地段还发育阳起石化、绿帘石化。矿化主要分布在：(1)大岘水库西：主要发育在侏罗系龙王山组内，呈镜铁矿(赤铁矿)脉;(2)雷公尖东：产在安山玢岩及闪长玢岩与龙王山组接触带附近，为镜铁矿、磁铁矿、赤铁矿化;(3)龙王殿：在北东向断裂带内，磁铁矿、赤铁矿主要以胶结物形式存在。

1.2 地球物理特征

由表1可以看出，碎屑岩和碳酸盐岩总体磁性很弱或无磁，火成岩类岩石磁性总体较强，且磁性随岩性酸中性向基性逐渐变大，密度、电阻率也表现出大致相同的变化规律。具体特征如下。

(1)第四系为低密度、无磁特征。

图2 高台寺预测区地质图Fig.2 Geological map of the Gaotaisi prediction area

(2)基性的闪长玢岩表现为高密度、强磁性、高电阻率特征;而在地表受淋滤风化作用后，玢岩的密度、磁性、电阻率均减弱，表现为弱—中磁、低重、中低阻的特征。剩余磁化强度平均值为240×10－3A/m，最大值、最小值分别为 2 050 ×10－3、46 ×10－3A/m，极值比为数十倍，表明磁性分布不均匀，当其出露或埋藏较浅时，会产生锯齿状跳跃磁异常，若埋深较大时则呈低缓异常反映，这也是引起局部重力高异常和高阻异常的主要地质因素。

(3)安山质熔岩角砾岩为中低密度、中等磁性、高阻;磁化率最大值达7 559×10－5SI，最小值为10×10－5SI，有少数标本(4块)的剩磁较强，平均值为974×10－3A/m，说明岩石磁性不均匀。因此认为龙王山组火山岩(角砾熔岩)有时能够引起一定幅值的磁异常。

(4)灰岩为中等密度、基本无磁、因充水而表现为较低电阻率特征。

(5)砂岩、粉砂岩、泥岩等碎屑岩表现为中等密度、无磁、低—中等电阻率特征，而炭质泥岩电阻率值相对更低，它们均不能单独引起磁异常，即使有一定的规模，但仅能引起相当微弱的叠加异常，甚至可将它们归属为无磁性。碎屑岩的密度随时代或深度增加也有增加趋势。因此，当有背斜构造存在时，则有重力高异常的反映。同类岩石电阻率值近地表小于深部。

(6)含磁铁矿角岩为高密度、高磁、高电阻率特征。因局部矿化现象，表现为相对中高阻，这也是能引起局部重力异常、磁异常和高阻异常的地质因素之一。

(7)磁铁矿化角砾岩为高密度、高磁，因胶结物为长英质，导电性差，而表现为高阻特征。

2 物探工作布置与数据处理

2.1 方法选择与工作布置

为查明测区主要岩(矿)石，尤其是闪长玢岩和黄马青组地层空间分布特点，依据区内地质特征及各类岩石物性差异，结合前人应用综合物探方法在泥河铁矿的找矿效果(匡海阳等，2012)，首先采用地面高精度重、磁剖面解剖原1∶1万地磁异常，在此基础上利用可控源音频大地电磁测深进行综合评价。通过对两者的结果进行对比研究，推断磁性体及可能赋存深度，配合钻探工作进行验证。

表1 测区内岩(矿)石物性参数统计表Table 1 Statistics of physical properties of the rocks(ores)in the survey area

重力与磁法工作同点同线(图3)。测线方位角120°，呈NW—SE向穿过预测区，点距为20 m，共布设4条剖面，剖面总长12 km。在结合地质及物探结果分析的基础上，在拟布设钻孔的G3线开展CSAMT测深工作，编号为G3。CSAMT法测深剖面与重、磁工作的G3线同线，剖面向西穿越雷公尖闪长玢岩体，点距50 m，共测定100个物理点。

高精度磁法采用G856质子磁力仪(美国)进行野外数据采集，重力采用贝尔雷斯 B－048#重力仪(美国)进行野外数据采集，CSAMT采用 GDP－32Ⅱ多功能电法仪(美国)进行野外数据采集。

2.2 数据处理

物探野外数据采集后，均进行室内各项校正及预处理。重磁数据预处理、数据处理及2.5D联合正反演等采用重磁数据处理与解释系统(RGIS 2010)。CSAMT法数据采用系统自带数据预处理软件进行预处理，剔除突变、近场及过渡区的数据。近场校正方法采用文献(底青云等，2008)中介绍的方法进行。一维反演采用Bostick反演模型、Occam最大熵反演模型。Bostick反演结果精度尽管不高，但其运算简便快捷，解释具有唯一性，不存在人为因素，能较好地反映地电断面的基本特征，为电法资料的精确反演提供初始模型。

在重磁资料处理过程中，首先对实测磁异常数据(ΔT)进行化极处理，以消除斜磁化的影响;对化极后的数据进行向上解析延拓，突出深部区域背景异常;最后采用人机交互重磁联合正反演。

2.3 重磁2.5D联合正反演

图3 高台寺预测区物探测线位置及磁法剖面平面图Fig.3 Location of geophysical survey lines and magnetic profiles in the Gaotaisi prediction area

(1)在区域资料收集分析及该区路线地质调查工作的基础上，深入研究区内及区域上各类岩(矿)石的密度、磁性与电阻率等特征，建立地质－物性的规律性认识及其间的内在联系，指导剖面地质－物性模型的建立。

(2)为了减少多解性，重、磁2.5D联合反演建立于约束条件下。其约束条件是在已充分收集整理及测定地表、岩芯的岩(矿)石物性参数和测井结果、本次及以往钻探工作资料、其他物探成果认识(CSAMT二维反演的地质解释成果)和区域地质资料的基础上，结合野外实地地质调查和综合研究成果，建立基本的物理－地质模型。

(3)为了减少重磁异常剖面正反演计算时的边界效应，各初始地质模型均再向外扩边200 m(G3线扩边1 000 m)。

2.4 避免物探异常解释多解性采取的尝试措施

利用物探方法圈定矿致异常并反演矿(化)体的分布范围，可提高钻探见矿率和总体找矿效果。但地球物理场的解释存在定性、定量2个方面的多解性，影响物探工作的效果。因此，为减少多解性，在布置外业工作和收集资料时，需尽可能收集各类约束资料;布置高精度磁测是为了获得定位准确、异常细节详尽、符合定量反演要求的磁测资料;布置高精度重力是为了辅助磁异常定性，排除或确定低密度高磁性体异常源的可能性;布置可控源音频大地电磁测深剖面是为了辅助了解深部地质结构特点。

为尽量减少多解性，首先充分利用物性数据及多方面的综合资料，充分使用定量手段，尽可能取得能反映异常细节的实测资料等，并充分考虑异常源物性的可能变化范围。其次，为了避免使用的统计数据以局部代替整体，从而导致推断解释错误，本次研究尽可能地在异常中心部位采集、测定物性标本，能够为异常定性提供最直接、最可靠的依据，了解是否为异常源体出露地表引起。

3 物探成果解释

通过磁测(图3)可以看出，工作区北部和西部(雷公尖附近)的高值、跳跃磁异常，由埋藏较浅的闪长玢岩与地表出露的熔岩角砾岩共同引起。东部逐渐降低的磁异常主要为无磁性的第四系浮土及黄马青组砂页岩。而中部(龙王殿附近)存在一明显的低值、宽缓磁异常，因地表主要分布无磁性的黄马青组砂页岩和象山群砂岩，将磁测剖面上延300 m，主磁异常基本无衰减，且CSAMT法得出视电阻率等值线高阻处与地磁异常的高值处吻合较好，故推测该低缓磁异常深部存在一埋藏较深、具有一定规模的磁性体，可能由隐伏较深的闪长玢岩及磁铁矿化带共同引起。

在上述认识的基础上，结合电性特征建立地质模型，对重磁资料进行人机交互、重磁2.5D联合正反演。通过试验计算，本次限定区域背景密度为2.72×103kg/m3，正反演综合考虑3条剖面，从全局考虑修改模型，通过反复修改物性参数，并不断调整模型体的形状、大小和位置等，使重、磁剖面计算曲线和实测曲线达到最佳拟合。拟合重力曲线与实测重力曲线除局部蹦跳外，在趋势上基本吻合，蹦跳主要是因重力测量精度高及浅部物质不均匀的影响。G3剖面正反演结果(图4)表明，500～1 700 m明显的低缓异常(极大值为230 nT左右)由深部强磁性体引起，该磁性体位于重磁剖面G3线北端650～1 350 m之间，埋深在－650～－850 m之间。

4 钻探验证

经过对地面高精度重、磁剖面测量和可控源音频大地电磁测深所获得的成果资料进行综合分析，结合地质特征，在G3线29号点附近布设1个钻孔(ZK1201)对低缓磁异常进行了深部验证(图4)，设计孔深1 500 m，终孔深度1 726.23 m。

经ZK1201孔验证，绿泥石化、高岭土化等蚀变整孔普遍发育，并不同程度地见磁铁矿化、黄铁矿化。－150.5～－154.5 m见黄铁矿、赤铁矿、镜铁矿、磁铁矿、黄铜矿，以胶结物的形式发育于构造角砾内，TFe质量分数为3.60% ～13.40%。－808.85～－841.70 m可见磁铁矿呈细脉浸染状分布(图5a)。 －1 041.21～ －1 058.66、－1 163.60～ －1 177.00、－1 189.00～ －1 199.00、－1 260.99～ －1 357.11 m等处发育含磁铁矿角岩，取样分析结果，TFe质量分数约为3.00% ～5.78%。－1 661.11～－1 675.11 m为含磁铁矿化角砾岩(图5b)，取样分析结果显示，TFe质量分数约为5.00% ～8.42%。

此外，钻孔在象山群砂岩内 －335.00～－336.00、－337.00～ －338.00、－501.24～ －502.24 m处，揭露3处铜矿化，品位分别为0.27%、0.17%和0.14%，伴生Ag。CSAMT法反演在低缓磁异常深部得到的低阻体(－650.00～－850.00 m)系岩石整体破碎引起，局部可见星点状磁铁矿、黄铁矿，重力上表现为相对低值异常。

ZK1201孔仅揭露了1.30 m的闪长玢岩小岩枝，未遇具有一定规模的闪长玢岩体，但2014年在ZK1201孔西400 m左右施工的ZK1401孔于－846.00 m揭露了强蚀变的辉石闪长玢岩。继而表明闪长玢岩呈凹凸起伏，在西部的雷公尖附近出露地表，在深部且在G3线以南埋深较深，ZK1201孔所揭露的含磁铁矿角岩化带是辉石闪长玢岩与黄马青组发生热液蚀变形成的热接触变质产物，推测含磁铁矿化角砾岩带中磁铁矿部分可能是围岩中的铁氧化物受后期侵入岩的热变质作用转变为磁铁矿，部分为热液携带，含矿物质来源于深部或旁侧岩浆热液，故而ZK1201孔与铁矿化可能“擦肩而过”。

5 结论

(1)高台寺预测区的低缓磁异常主要是由深部不同程度地发育磁铁矿所引起。ZK1201钻孔虽未揭露工业品位矿，但揭露了不同程度的磁铁矿化，表明磁法仍然是寻找铁矿的必要手段(魏邦顺等，2011)。

(2)CSAMT法低阻引起的原因具有多解性，可能为构造破碎充水或矿化体。CSAMT法虽然不能直接对目标矿化体进行定位，但能为深部地质结构分析提供参考依据，与重、磁等其他物探方法取长补短，通过寻找控矿构造和成矿环境，发挥其间接找矿的作用。这也反映出在深部找矿中，综合物探方法仍然是较为科学合理的技术手段。

图4 G3剖面综合物探异常解释图(验证后再解释)Fig.4 Interpretation of integrated geophysical anomaly of the profile G3(interpretation after verification)

图5 铁矿钻孔验证图(a)细粒浸染状磁铁矿;(b)磁铁矿化角砾岩(胶结物内)Fig.5 Confirmation map of iron ore(a)fine disseminated magnetite;(b)breccia with magnetization(within the cement)

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