GEOPHYSICAL&GEOCHEMICALEXPLORATION
物 探 与 化 探
Vol.38,No.4 Aug.,2014
doi:10.11720/wtyht.2014.4.0303
张天龙,张维,王忠义,等.冀东滦南一带重磁异常特征及找矿意义[J].物探与化探,2014,38(4):641-648.http://doi.org/10.11720/wtyht.2014.4.ZhangTL,ZhangW,WangZY,etal.CharacteristicsofgravityandmagneticanomaliesinluannanareaofeasternHebeiandtheirore⁃prospectingsignifi⁃cance[J].GeophysicalandGeochemicalExploration,2014,38(4):641-648.http://doi.org/10.11720/wtyht.2014.4.03
冀东滦南一带重磁异常特征及找矿意义
(1.河北省地质调查院,河北,石家庄 050081;2.石家庄经济学院,河北,石家庄 050031)
摘要:通过对滦南沉积—变质铁矿(BIF型)区磁法和重力资料的处理和解释,分析了该区沉积—变质型铁矿的空间分布和重磁异常的关系,描述了区域内重磁异常呈条带状展布的特征,阐述了固安—昌黎断裂带重磁异常特征和磁铁矿分布的关系。根据已有司家营—马城铁矿矿床分布与区内重磁异常的关系,通过钻孔查证对异常反演进行对比。论证了滦南地区重磁异常成矿的实例。结合区域构造、重磁异常特征,总结了本区在勘查BIF铁矿过程中的找矿经验,并对BIF型铁矿成矿远景进行预测。
关键词:冀东;BIF型铁矿;富铁变质岩体;重力磁法勘探;异常反演
中图分类号:P631 文献标识码:A 文章编号:1000-8918(2014)04-0641-08
张天龙1,2,张维1,王忠义1,张福斌1,李斌1,杨立伟1
研究区位于冀东古老陆壳变质岩结晶基底区,区内金属矿产主要有铁、金等。以沉积—变质型铁矿(BIF型)为主。前期研究认为单塔子群是该地区主要的含铁层位之一,赋存大量BIF型铁矿,并有多期侵入岩浆的混合岩化作用叠加。条带状磁铁石英岩的原岩为火山岩—沉积岩—硅铁建造,其构造环境为岛弧和造山带,而围岩的原岩主要为火山岩中的流纹岩和沉积岩中的次长石砂岩。目前认为滦南—滦县地区的沉积—变质铁矿的铁质来源于海底古火山喷发,成矿过程中既有海水也有热液流体的参与,使得矿体次生加富。
区内岩矿石的磁性特征为:磁铁石英岩的磁化率几何平均值(κ)在10.0×105×10-6×4πSI以上,辉绿辉长岩的磁化率和剩磁都较低,磁化率大致在几千到10000×10-6SI左右,大部分在(4.0×104~5.0×在几百10-6SI。片麻岩整体磁性水平变化范围较大,κ最小值有几百10-6SI的,最大可达两三万10-6SI,可能与原岩为基性富铁岩体原因有关。
104)×10-6SI,混合花岗岩的磁性特征不很明显,κ
度3.03~3.65g/cm3,平均3.40g/cm3左右。变质围岩(混合花岗岩、黑云角闪片麻岩、黑云斜长片麻岩成矿后侵入的辉绿辉长岩的密度在2.70~3.01g/cm3g/cm3左右。
等)的密度2.55~2.80g/cm3高出0.23~1.10g/cm3。左右,低于磁铁石英岩0.02~0.95g/cm3,平均0.45
综上所述,具备以磁法和重力手段,开展BIF型
铁矿勘查工作的岩石物性阶梯条件。
1 地质概况
研究区第四系覆盖于结晶基底变质岩之上,北部有少部分太古代基岩出露。研究区位于马兰峪复式背斜南部与山海关台拱交接部位,开滦台凹东部。早元古代深变质岩同太古宙绿岩带一起组成华北陆台基底。中元古代到中生代印支运动期间,华北原陆台内没有发生广泛和强烈的造山作用。中元古代早期基于太古宙克拉通基础之上,形成了大致近东西向的或近南北向张性断裂带。
区域上规模比较大的断裂有固安—昌黎隐伏深大断裂和长凝大断裂。断裂对铁矿的控制具有两重性。首先是具有破坏作用,使完整连续的层状矿体被错断成许多断块,甚至造成矿体的剥蚀和丢失,但
变质后的磁铁石英岩矿物主要为磁铁矿,石英
20%以上、TFe在25%以上。据统计,磁铁石英岩密
收稿日期:2013-11-27;修回日期:2014-01-22
基金项目:中国地质调查局地质大调查项目(1212011120757)
和蚀变矿物绿泥石等。其中BIF中磁铁含量普遍在
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在某些情况下断裂也可以对矿层起到保护作用。
区域基底褶皱构造主要有迁西期褶皱、阜平期褶皱、五台期—吕梁期褶皱。区域性复式向斜构造控制着铁矿带的空间展布。向斜部位有利于保存矿体。褶皱构造可以造成局部矿体的加厚。复式向斜或背斜以及单个向斜或背斜的倾没端是贮存矿体的有利部位。总之,在变质岩区寻找沉积—变质型铁矿加强褶皱构造的研究,对于扩大铁矿资源储量是大有裨益的。但褶皱构造的背斜部位也往往容易造若设实测异常及其频谱分别为fa(x)和Fa(w),则:fa(x)=s(x)+n(x),Fa(w)=S(w)+N(w)。
1,
∣w∣≤wε;
设频率响应为D0(w),其形式为
D0(w)=
(1)
{
式中,wε为截断频率,根据对异常进行圆滑滤波的要求,式(1)希望到的结果是
F==
0, ∣w∣>wε。
成矿体的剥蚀。
区域太古代火山活动频繁,主要受区域性断裂带的控制,形成一套巨厚的基性—中酸性火山岩组合。本区变质岩经恢复后原岩建造是一套基性—酸性火山凝灰岩(主要)+铁硅质岩+沉积岩组合,整个层序反映了一个较完整的火山喷发沉积旋回。
2 磁法与重力数据的处理
重磁资料处理的目的:一是压制和消除原始资料中随机误差、浅层密度、磁性不均匀影响;二是分离在水平方向相互叠加的局部重磁力异常;三是分离出在垂直方向上叠加的异常;四是提取与基底构造有关的地质信息,为找矿预查服务,五是根据重磁异常特征,预测火山岩分布及以铁为主的BIF型矿产分布区。
2.1 分离异常
重力异常是地下地质体密度变化的综合反映,通过区域场求取剩余重力异常,在频率域、空间域分2.1.1 别可用以下方法得到频率域。
在局部异常和区域异常叠加的情况下,当局部3异常的宽度与背景异常的宽度相差不太多左右),(例如1/
方法已不能凑效而其强度又相当大的情况下,可采用插值的方法。,采用光滑的根据局部场地段的异常值,建立插值函数,然后根据该函数求出重力异常值,即为区域异常值。实测异常与求得的区域异常的差值,即是局部异常(图1)。以此方法2.1.2 来区分基底区域异常与太古界含矿层局部异常空间域分离区域场和局部异常空间域
。
,通过建立一个
多项式进行趋势分析,逼近或拟合区域异常。根据实测数据与拟合异常进行求差,得出剩余异常区域。
2.2 圆滑滤波
在实测异常中有测量和干扰存在,一部分为有用信号,记为s(x),其相应的频谱为S(w);另一部分是无用信号,记为n(x),其相应的频谱为N(w),
S(w)Db0((ww))+NF(b(ww))DD00((ww))这样理想滤波将有用信号从和干扰信号叠加状态下=S(w),
区分了出来。通过对剩余重力异常再次进行低通滤波处理,使得矿致异常能够在大的异常区域中被圈定出来(通过滑动窗口平均法3km×3km筛选)。配合地磁精测数据即可求出矿致异常大致区域,杜蒿坨矿区既是以航磁辅助,地磁为主圈定异常并配合钻探查证。
2.3 重、磁异常图叠加处理
Δ将航磁ΔT圈定的异常带和剩余重力圈定的信息g异常带叠加处理有助于分析深部场源体的异常,了解重磁异常是否同源。通过GIS空间分析的“识别叠加(identity)”功能,将剩余重力异常和航磁化极异常作叠加处理,提取两图层共同异常区域,得到重磁复合异常。
2.4 导数转换常用的导数换算有水平一阶导数和垂向二阶导数。导数换算能够消除正常场的影响,垂向二阶导数分辨率较一阶导数更高,而且垂向二阶导数与磁性体边界有密切的关系,通过求取垂向二阶导数来反映磁性体的位置和边界信息。
2.5 典型侵入岩体异常识别和消除
侵入岩(辉绿辉长岩)在铁矿体之下时,可通过磁异常的向上延拓来分离异常;若为旁侧叠加异常,通过垂向二阶导数来精确圈定矿体边界。文中例举了探矿工程先见侵入岩体,岩体下为薄层铁矿,向下延拓无法完成异常分离的情况。在磁异常数据处理中,精确确定含矿层异常后,可通过小波分析对磁异常的边界处理与滤波(,通过伸缩平移运算对信号质函数。对矿致磁异常和非矿致磁异常进行区分)逐步进行多尺度细化识别与诊断异常的性。3 3.1 重磁异常特征
重磁异常特征
依据区域重力异常,冀东地区对应着北东东向
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图1 滦县—滦南1∶5万剩余重力异常等值线平面及异常带分布
重力高值带,布格重力异常值在±40×10-5m/s2,是我国东部地区少数几个重力正异常区之一,局部的1∶5万重力异常呈北东向分布,在重力高、低异常带上,重力值总体为由北向南呈降低趋势,在东南部又逐渐升高(图1)。由1∶5万航磁异常图(图2)与1∶5万区域重力异常图异常对比可以看出:重、磁的异常分布范围吻合,且具有一定相关性,基本反映了太古界含矿层位的分布特征。
重力剩余异常图上,在司各庄—杜蒿坨地区剩余重力异常呈南北向正异常带,与该区含铁建造带对应。结合重磁异常图3可知,重力和磁异常的重叠与本区基底特殊的构造有关。东西向构造挤压造成近南北向的条带状重磁异常带,在杜蒿坨—井二里南异常突然消失,是由固安—昌黎断裂造成。固安—昌黎大断裂形成了上太古界单塔子群在研究区北部的抬升和南部下降的趋势,并使得含磁铁石英岩块地层的上升,形成重力的明显高值区。本区在重力异常值高的中心部位已有见矿钻孔,则证明异常为矿致异常。
在航磁ΔT异常图上可以看出,本区的磁场面区域重力异常主要反映了基底隆起的分布。工作区
貌整体为北高南低,固安—昌黎断裂两侧磁场特征截然不同,断裂以南磁场平静,断裂以北磁场变化剧烈,异常值高且形态不规则,部分地区异常等值线紧密,呈串珠状。磁场的这些特征说明有断裂存在。
本区内有多条深大断裂构造:青龙河大断裂、长凝大断裂、固安—昌黎隐伏深大断裂。固安—昌黎断裂是造成铁矿区航磁南北巨大差异的主要原因。断裂以北是高含铁地区,因而磁异常强度高,梯度大,除由于基底地质构造造成的原因外,富铁基性侵入岩体(辉绿辉长岩)的影响也导致磁异常呈不规则形态。断裂以南异常平缓,基岩下沉,岩体和铁矿体埋藏深,异常显示不出来。而错断固安—昌黎断裂的长凝断裂显示为高值磁异常,中部隆起的地块推测为基底含铁矿层区。长凝断裂东部地区异常显示又有所降低,推断是由于断裂导致基底下降所致。3.2 重磁复合异常特征
通过对滦县—滦南一带重磁异常规律的观察和总结,结合区域构造和基底岩性分布情况,在剩余布格重力异常图和航磁化极图上分别按照重磁呈带状分布的特征圈定异常带。在图3上可以看出,在固安—昌黎大断裂以北由西向东分布有一系列呈近南
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图2 滦县—滦南1∶5万航磁ΔT异常等值线平面
图3 滦县—滦南一带1∶2.5万重磁异常带的分布
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北走向的重力和航磁重叠异常带。由青坨营安各庄磁异常带向北东方向异常条带由近南北向转为北西向,到蛤泊安庄重磁异常带又变为近南北向,其中重力航磁高异常和低异常整体相间分布。经过将磁法数据和重力数据的叠加处理后,可以看出研究区内重磁异常重叠图和剩余布格重力异常图中条带状异常特征也十分吻合,显示了结晶基底地层的隆起。
长凝断裂为另一条控制重磁异常的断裂,东安各庄兴隆庄重磁异常带、马庄子司家营重磁异常带和朱各庄重磁异常带未能越过长凝断裂向南延伸。张泡靳家营重磁异常带和马庄子司家营重磁异常带中间为化极负异常区,由于处于若干条近南北走向
的磁、重异常带中。杜蒿坨、井二里高航磁异常被认定为矿致异常。异常中心为一近水平的葫芦状扁平体,位于米官营—杜蒿坨磁、重异常带中(图4),结合区域构造背景,基底岩石受构造应力形成一系列近南北向褶皱,使得基底岩体受到抬升和下降作用,通过重磁测量,发现磁、重异常带套合程度很好,异常重叠部分反映部分基底可能为受到抬升的高含铁建造带(见图1)。在重、磁法异常带上布设钻孔,DHZK001、DHZK004、DHZK005、JLZK001、ZK7⁃1在此处钻遇矿体,也证实了磁异常和重力异常是矿致异常。找矿重点区域就沿重磁异常复合圈定的高铁建造带展开。
图4 杜蒿坨1∶1万地磁垂向二阶导数异常等值线平面
3.3 以往找矿成果和重磁异常关系
司家营—马城铁矿区处于山海关台拱西南边缘,西南为蓟县坳陷,南为黄骅坳陷。区内由一系列近东西向构造组成,南面为固安—昌黎断裂,中部为成生于太古界早期至今仍在活动的青龙河断裂,同时有许多张性、压扭性断裂与其垂直或斜交。北北东向断裂以青龙河断裂为主。北北西向断裂有响嘡断裂、坨子头断裂。近东西向断裂主要有矿区北侧的沙河驿断裂,矿区南侧的长凝断裂。区内第四系厚100多m,向南到长凝铁矿区由于长凝断裂第四系厚达400多m。
矿区地处司马长复式褶皱带中,矿体产于总体为走向近南北、西倾的单斜构造中。从现在的构造形迹可知,矿区主要控矿构造为轴向呈北东东向的倾向南东开阔不对称的复褶皱构造。褶皱构造同时造成矿体产状的倾斜。区内断层整体走向北北西,
倾向南西。断层将矿体错断,控制矿体埋深。通过对区内构造的勘探,增加了对矿体赋存情况的把握。
司家营、马城、长凝铁矿处于滦河冲洪积平原区。铁矿体赋存于太古界单塔子群白庙子组变质岩系中。区内大部分铁矿出露于基岩面,少部分为隐伏盲矿体。司家营矿体主要位于马庄子司家营重磁5知,司家营铁矿东西向展布数百米到1000多m,沿走向长可达6~8km,整体产状呈狭长条带沿马庄子司家营重磁异常带分布;马城铁矿严格依朱各庄马城重磁异常带展布,重磁异常带在长凝断裂以南消失,其中在长凝断裂带以北矿体东西宽数百米,南北长4~5km。在以往找矿过程中,已发现的“司马长”式铁矿都严格依区内划分的重磁异常条带展布,并且在大异常带内也分布有不少零星小矿。异常带、马城铁矿位于朱各庄马城磁异常带。从图
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图5 滦县—滦南一带铁矿体在航磁ΔT异常等值线平面投影
图6 杜蒿坨观测重磁异常曲线及剖面反演推断成果
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3.4杜蒿坨磁异常验证找矿
常用的导数换算有水平一阶导数和垂向二阶导数。导数换算能够消除正常场的影响,而且垂向二阶导数与磁性体边界有密切的关系,能反映出磁性体的位置和边界。根据以往经验可得:垂向二阶导数能够分辨出旁侧叠加异常。二阶导数曲线在铁矿体伴生的辉绿岩脉上方有十分明显的异常,其峰值点与矿体或辉绿岩的顶部相对应,其0值线基本可以圈定磁性体的范围。从垂向二阶导数的特征出4 结论
通过对冀东区域磁法和重力图的解释分析。结合基底地质构造,注重本区存在的褶皱和断裂基底对找矿的影响,加强异常和构造的研究。通过深入研究发现,重磁二者具有明显的分条带(区)、分区块(段)的特征,这些划定的带块与区域成矿在空间上有依托关系,因此应以磁法和重力异常研究为基础,同时加深对断裂构造、侵入岩体对铁矿体影响的发,杜蒿坨葫芦形异常经处理后变成三块彼此分离的磁异常(见图4)。由二阶导数0值线以上区域所圈DHZK005、JLZK001、ZK7⁃1定的异常位置中,DHZK001、DHZK004、见矿,DHZK004孔见有600为见矿钻孔m以上的辉绿辉长杂岩,其余钻孔未体,岩体下方见有累计视厚度近40m的磁铁矿体。
虽然二阶导数圈定的异常范围大于铁矿体的范围,但在确定含铁构造带、把握矿体整体产状方面则具有准确的特点,能够实现预测异常区的目的。最终确定C1、C2磁异常为矿致异常。同时说明在米官营杜蒿坨重磁异常带中确立的找矿方向基本正确。
结合司家营—马城铁矿找矿经验,杜蒿坨地区重磁异常条带范围大、异常形态好,通过磁法求导、1钻探验证后求证为矿致异常,其中DHZK004在
南地区其余重磁异常情况分析可知350m基性岩体下见矿视厚累计32.95,本地区尚有多m。结合滦片异常良好的区域,预计区域内勘查铁矿资源潜力巨大,找矿前景十分良好。
通过对杜蒿坨矿区异常的分析和钻孔实际找矿验证情况,在ZK7⁃1、DHZK004、DHZK006钻孔所处位置设置Ⅲ勘探线,并制作Ⅲ剖面重磁综合推断成果图(图6)。从重磁曲线看,实测曲线和拟合曲线的吻合情况较好,以此作为重磁反演的基础。在磁异常曲线上看,磁异常峰值为210nT左右,且从异常变化走势看,推测基底磁性体为一系列向东倾的811薄板状体mm见矿。,实际钻孔查证情况为视厚3m,DHZK004孔于,ZK7⁃11441孔于~1808555~DHZK006之间见铁矿。异常反演大致推断出了矿体倾向和赋存部孔于有断900续若~1干050层矿m,见两层共计视厚约累计视厚约40m,8m位,三孔见矿情况除见矿深度、层厚和矿层数外基本符合反演分析ZK7⁃1。在并列同倾向的多层矿体孔开始向东铁矿层会延续一段距离结合重力异常曲线,另推测深部从,具体情况有待验证,或者存。铁矿体可能会在磁异常曲线转折端变平缓处消失。
研究。在本区断裂构造控制范围内由于基底地质情况复杂,易造成铁矿体的部分丢失和转移,除重磁异常勘查、钻孔验证已知矿体外,推测局部异常突变深处还有未知矿体。通过对异常区域找矿和以往经验分析,总结区内铁矿查找远景富有很大潜力。今后找矿方向即沿异常区展开,充分利用构造和重磁数据才能减少找矿工作中的盲目性。参考文献:
[1] 顾德林矿层褶皱变形序列,李志忠,李龙[J].,等现代地质.冀东迁安铁矿区早前寒武纪硅铁岩
,1990,4(4):60-62.[2] [J].郭武林地质与勘探.综合物探方法在冀东沉积,1986,22(6):52-56.—变质铁矿勘查中的应用[3] 学院学报陈佩良,刘德秀,1997,24(4):116.重磁方法在综合物探中的应用-119.
[J].成都理工[4] 韩兆红法研究及应用,利用重磁资料进行构造边界识别与弱异常提取的方
[D].长春:吉林大学,2011:6-14.
[5] 用卢—焱——,李以河北滦平健,白雪山Ⅱ,号铁矿为例等.地面磁法[J].在吉林大学学报隐伏铁矿勘查:中地球科的应
学版,2008,38(4):698-702.
[6] 丁文君征及其对成矿物质来源的指示,陈正乐,陈柏林,等.河北迁安杏山铁矿床地球化学特
[J].地质力学学报,2009,15
[7] (4):363杨昌明-373.
系[J].地球科学.冀东滦县地区前寒武纪铁矿与火山喷发沉积旋回的关
:武汉地质学院学报,1986,11(1):51-52.[8] 李万亨质铁矿床成矿规律及成矿预测,彭文能,刘瑾漩,等.冀东滦县一带前寒武纪沉积[J].地球科学:武汉地质学院—变
学报,1983,7(2):116-118.
[9] 贺绍英磁场特点的初步分析.冀东迁安滦县前震旦变质岩系分布区区域性重力场和
[R].中国地质科学院院报:地质研究所分刊,1980(1):34-42.
[10]徐步台其地质年代意义,王时麒.河北滦县一带含铁变质岩系[J].北京大学学报,1983(3):90K⁃Ar-等时年龄及
91.[11]AnhaeusserevolutionaryCdevelopmeatR.CyclicvolicofArchaeanvolcanicitygreenstoneandsedimentationbeltsofinthe
[12]Grosseas[J].SpeccambrianGA.iron⁃formation[R].GeologicalThepublsdepositionalGeol,1971(3):57environment-72.
shieldar⁃SurveyofprincipalofCanada,1970.
typeofPre⁃[13]Lemaitrerocks[J].RW.Thechemicalvareabilityofsomecommonigneuos[14]JahnBM,AuvrayLournalB,Conicherofpetrology,J,et1976,17(4).
al.SGaoldamphibolitesfrom
·648·
物 探 与 化 探38卷
easierHebeiprovince,China:Fieldoccurrence,Petrography,Sm⁃Ndisochronage,REEgeochemistry[J].PrecambrianRe⁃search,1987,34:311-346.
[15]LiuDY,NutmanAP,WilliamsJS,etal.Remnantsof>3800
MacrustintheChinesepartoftheSino⁃Koreancraton[J].Geolo⁃gy,1992,(3):339-342.
CharacteristicsofgravityandmagneticanomaliesinLuannanareaofeasternHebei
andtheirore⁃prospectingsignificance
ZHANGTian⁃Long1,2,ZHANGWei1,WANGZhong⁃Yi1,ZHANGFu⁃Bin1,LIBin1,YANGLi⁃Wei1
(1.HebeiInstituteofGeologicalSurvey,Shijiazhuang 050081,China;2.ShijiazhuangUniversityofEconomics,Shijiazhuang 050031,China)
Abstract:BymeansofgravityandmagneticdataprocessingandinterpretationofLuannanarea,theauthorsanalyzedthemetallogenic
spatialdistributionandtherelationshipbetweenthemagneticandgravityanomaliesinthesedimentarymetamorphicironoredeposits,describedthecharacteristicsofmagneticandgravityanomaliesinthisareawhicharecharacterizedbybandingdistribution,expoundedthegravityandmagneticanomalycharacteristicsofGu′an⁃Changlifaultzoneinrelationtothedistributionofthemagnetite.AccordingtotherelationshipbetweenthedistributionoftheSijiaying⁃Machengirondepositandthemagneticandgravityanomalies,theauthorsmadeanomalyinversioncomparisonthroughdrillingverificationanddemonstratestheore⁃relatedmagneticanomaliesinLuannanarea.ofBIFironoredepositinthisarea,andpredictedtheore⁃formingprospectofthistypeoforedeposits.
Combinedwithregionaltectonicandmagneticcharacteristics,theauthorssummeduptheexperienceobtainedintheexplorationprocess
Keywords:eastHebeiprovince;BIFirondeposit;iron⁃richrocks;gravityandmagneticexploration;anomalyinversion
作者简介:张天龙(1985-),男,硕士,石家庄经济学院矿物学岩石学矿床学专业,主要从事GIS技术在地质上的应用研究工作,Email:zjy1985828@163.com。
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