朱將波，汪啟年，洪東良，劉曉明，袁峰，張明明，李曉輝（ 安徽省勘查技術院，安徽合肥 0； 華東冶金地質(zhì)勘查局綜合地質(zhì)大隊，安徽馬鞍山 4000； 合肥工業(yè)大學資源與環(huán)境工程學院，安徽合肥 0009）

綜合物探技術在鐘姑地區(qū)三維地質(zhì)填圖和成礦預測中的應用效果

朱將波1，3，汪啟年1，洪東良2，劉曉明2，袁峰3，張明明3，李曉輝3
（1 安徽省勘查技術院，安徽合肥 233031；2 華東冶金地質(zhì)勘查局綜合地質(zhì)大隊，安徽馬鞍山 243000；3 合肥工業(yè)大學資源與環(huán)境工程學院，安徽合肥 230009）

鐘姑地區(qū)位于長江中下游成礦帶，具有優(yōu)越的成礦地質(zhì)條件。本文通過在測區(qū)開展面積性和剖面重磁電測量，以巖石物性為基礎，用已有地質(zhì)鉆孔資料做約束，對物探數(shù)據(jù)進行處理和反演計算，推斷13條控制性剖面-2000m以淺地質(zhì)結構，結合界面反演等處理方法，獲得了測區(qū)主要地層界面埋深數(shù)據(jù)，編制了各個深度的地質(zhì)中斷圖；在此基礎上進行典型礦區(qū)分析和總結，建立地質(zhì)-物探成礦模式，在合理的定性分析及定量計算條件下，圈定找礦靶區(qū)。

鐘姑地區(qū);重磁電; 地質(zhì)填圖; 找礦靶區(qū)

0　引言

鐘姑地區(qū)位于寧蕪火山巖盆地南段，中生代以來，發(fā)生多次構造運動及頻繁的巖漿侵入和噴發(fā)，形成了豐富的鐵銅等礦產(chǎn)資源，姑山鐵礦、白象山鐵礦等大型礦區(qū)都位于該區(qū)，是長江中下游成礦帶重要組成部分。在鐘姑地區(qū)開展三維地質(zhì)填圖工作，推斷-2000m以淺的地質(zhì)結構，對研究控礦因素和成礦條件，圈定找礦靶區(qū)具有重要意義。為此，安徽省國土資源廳率先實施省公益性地勘項目寧蕪盆地南段鐘姑鐵礦田深部立體地質(zhì)填圖及找礦預測，由華東冶金地質(zhì)勘查局綜合地質(zhì)大隊、安徽省勘查技術院和合肥工業(yè)大學共同承擔，其中安徽省勘查技術院承擔了物探專題工作。

物探工作完成鐘姑地區(qū)1∶2.5萬重力面積性測量，測網(wǎng)250m×250m，重點地區(qū)加密至250 m×50m，布格重力異?？偩取?.026×10-5m/s2；完成1∶2.5萬磁力面積性測量，測網(wǎng)100m×100m，重點地區(qū)加密至100m×50m，磁力測量精度2.3nT；完成13條重磁電控制性剖面測量，長168km，剖面間距2km，重點區(qū)為1km；完成相應的物性工作。

1　地質(zhì)特征

區(qū)內(nèi)出露地層(見圖1)有三疊系中統(tǒng)周沖村組(T2z)白云質(zhì)灰?guī)r夾膏鹽層,中統(tǒng)黃馬青組(T2h)砂頁巖,侏羅系中下統(tǒng)磨山組(J1-2m)砂頁巖。蓋層有白堊系下統(tǒng)姑山組(K1g)安山質(zhì)火山角礫巖、凝灰質(zhì)粉砂巖、雜礫巖,白堊系上統(tǒng)浦口組(K2p)含礫砂石及第四系全新統(tǒng)(Q)殘坡積層。區(qū)域性與鐵礦成礦密切相關的地層為周沖村組及黃馬青組。

測區(qū)褶皺以鐘姑復式背斜為主體,貫通鐘姑地區(qū),軸向NNE,沿姑山- 鐘山- 陶公山一線分布；軸部局部見周沖村組,兩翼依次為黃馬青組、象山群；兩翼巖層傾角為25°～32°。從屬次背斜有白象山背斜等。

區(qū)內(nèi)侵入巖主要侵入鐘姑復式背斜核部。巖漿巖為一套中性富鈉安山玄武質(zhì)火山—侵入雜巖,除脈巖外,均為燕山運動期的產(chǎn)物,是同一巖漿源在同一構造變動時期不同階段形成的一套陸相火山—次火山巖,與礦田內(nèi)的內(nèi)生礦產(chǎn)直接有關。

2　巖石物性特征

實測鐘姑地區(qū)巖石密度表明：白堊系和侏羅系為一套低密度層；三疊系中統(tǒng)黃馬青組為中等密度層，三疊系下統(tǒng)周沖村組主要巖性為灰?guī)r和硬石膏，平均密度在2.76×103~2.80×103kg/m3之間，為高密度層；侵入巖中以閃長斑巖密度最高，閃長巖和二長斑巖次之。

巖石磁性以磁鐵礦最高，閃長巖及二長斑巖次之，閃長斑巖為低磁性；閃長巖鈉化硅化后磁性顯著減弱。沉積地層中，白堊系火山巖地層為弱磁性，角巖等蝕變圍巖有一定磁性，其余都無磁性。

巖石電阻率分析可知，侵入巖及三疊系灰?guī)r都為高阻，白堊系火山巖為相對高阻層，電阻率在50×100～n×100Ω·m，其余都為低電阻率。

另外，通過對鉆孔物性統(tǒng)計分析，閃長巖體隨著深度增大其密度和磁性都有明顯變化：地表閃長巖密度在2.55×103kg/m3，在-500m 至-750m增大至2.65×103kg/m3左右，在-1750m閃長巖密度為2.70×103kg/m3；地表閃長巖磁性變化大，至-480m以下磁性較穩(wěn)(表 1)。

圖1　鐘姑地區(qū)地質(zhì)略圖Fig.1 Geological sketch of the Zhonggu area

3 測區(qū)重磁場特征

從測區(qū)布格重力異常圖看，等值線主體為北東走向，呈中部高，東南和西北兩側低的分布趨勢。測區(qū)中部重力高值為鐘姑復背斜的反應，三疊紀地層抬升至地表；高值區(qū)中發(fā)育有低值圈閉異常，特別是和睦山以南地區(qū)，北北東走向，為閃長巖體侵入所致；當涂—山南村一線，重力局部異常發(fā)育，地質(zhì)上認為該處是破碎帶,鐘姑復背斜止于此；測區(qū)東北重力高值區(qū)為護河鎮(zhèn)-薛津鎮(zhèn)背斜的一部分。當涂—魯家村、山南村—青山街為測區(qū)兩個重力密集梯級帶，為鐘姑復背斜邊界。兩梯級帶向外，都發(fā)育有巨厚的新生界，以東南角為最厚，在1km以上。

地磁化極異常圖上可知，異常等值線也呈北東走向。磁場可分為三個區(qū)：中部北東走向磁場高值區(qū)及兩側的地磁場相對低值區(qū)。中部磁場高值背景區(qū)分布和鐘姑背斜核部位置一致，為大量侵入巖體的反應；兩側低值區(qū)則反映了沉積地層發(fā)育，巖體獲得相對較弱的特征。當涂以南一帶發(fā)育閃長玢巖的分布，地磁場為低值區(qū)，說明這種巖體的低磁性特征。

表1　鐘姑地區(qū)巖石物性參數(shù)表Table 1 Physical property parameters of rocks in the Zhonggu area

地磁異常有明顯的疊加效應，區(qū)域高值背景上的磁局部正異常主要為鐵礦(化)體的反應，比如和睦山礦區(qū)、鐘九礦區(qū)。這也是鐘姑地區(qū)找礦的重要依據(jù)之一。

4　三維地質(zhì)結構的建立

4.1技術思路

在地表地質(zhì)及鉆孔等條件約束下，根據(jù)CSAMT反演的電阻率分布，采用成熟的二度半棱柱體(2.5D)模型重、磁聯(lián)合反演方法建立13條控制性剖面，結合分塊重力界面反演構建測區(qū)主要構造及地層的空間展布。

4.2綜合剖面反演

測區(qū)中部I3線綜合剖面(圖3)。

圖2　鐘姑地區(qū)重磁場特征Fig.2 Gravitational and magnetic field features of the Zhonggu area

圖3　I3線物探推斷地質(zhì)剖面圖Fig.3 Geological profile I3 inferred by geophysical survey

CSAMT反演電阻率較為清楚的反應了地層與巖體分布。電阻率高值區(qū)往往對應地磁高值異常區(qū)，低值區(qū)對應地磁場平靜區(qū)。從重力曲線分布看，鐘姑復背斜西部隆升大于東部。

剖面兩端都為電阻率低值區(qū)，重磁同低，尤其的剖面東段，布格重力異常低至5.9×10-5m/s2，發(fā)育較厚的白堊和侏羅紀地層，最厚在1.2km以上，西端略淺，為900m；中部5.5~8.6km處，電阻率為塊狀高值反應，重低磁高，對應于巖體出露區(qū)，定量計算表明巖體埋深在2km以上；8.6~10km之間，電阻率值減小，布格重力異常增大至16.4×10-5m/s2，地磁低值異常，為三疊紀地層發(fā)育所致；推斷該處具有良好的成礦地質(zhì)條件。另外，在剖面7~8km之間，即巖體出露區(qū)，布格重力發(fā)育有局部正異常，地磁曲線出現(xiàn)低洼狀，結合地層產(chǎn)狀，推斷淺部存在高密度的周沖村組捕擄體，其頂埋深在150~200m。

在測區(qū)建立13條類似于I3線的地質(zhì)—物探綜合控制性剖面，多次修改和定量計算，以垂向簡單模型的短剖面控制重力場體積效應，獲得較為合理的地質(zhì)—地球物理模型，初步建立測區(qū)三維地質(zhì)結構格架（圖4）。

圖4　推斷地質(zhì)剖面透視圖Fig.4 Inferred geological profile

4.3界面反演

以地質(zhì)和控制性剖面為約束，進行區(qū)塊界面反演，同時把界面反演結果反饋于相鄰剖面上同一地層界面的埋深變化趨勢，使的剖面與剖面之間的地層展布符合地球物理場特征。

4.4三維地質(zhì)結構

4.4.1地層展布（界面）

黃馬青組頂面：測區(qū)南部中央被閃長巖體侵入，黃馬青組地層逐漸抬升變薄直至尖滅。東南端，黃馬青組頂面埋深最大處達到-1750余米，與中部黃馬青組地層出露相對比，地層抬升超過1750m，巨大的起伏表明燕山期構造運動的強烈程度。測區(qū)西北角也是重力低值區(qū)，為一個中新生代盆地，I5線CSAMT反演表明白堊系火山巖地層厚度達900m左右，黃馬青組頂面埋深小于測區(qū)西南端，近1300m。

黃馬青組底面(周沖村頂)：中部和睦山—鐘山一帶黃馬青組底面深度在-200到-400m；兩側埋深逐漸增加，最大埋深依然位于測區(qū)東南端，推斷大于-2600m；其次是測區(qū)西北端，埋深大于-2000m。

圖中表現(xiàn)出的底面埋深起伏比頂面更復雜，是巖體與黃馬青組底面接觸范圍比頂面更大，受到的侵入巖體侵蝕破壞作用更強，導致底面起伏變化比頂面更多。

黃馬青組厚度：鐘姑背斜核部，黃馬青組地層厚度變化極大，這種變化特征主要受巖體侵入和斷裂的影響：地層厚度最薄處在背斜核部，即該處被閃長巖體侵入，黃馬青組地層在巖體與其接觸帶尖滅；黃馬青組地層最厚處同樣位于背斜核部，坐標642500,3487000附近，1000m厚黃馬青組地層形成明顯的局部重力高值異常。測區(qū)東南端和西北端黃馬青組地層埋深厚度變化較穩(wěn)定，巖體活動不強烈；測區(qū)內(nèi)黃馬青組地層厚度的這種變化與測區(qū)的構造體系是一致對應的(圖5)。

4.4.2構造

區(qū)內(nèi)斷裂以北東向和北西西向為主；物探推斷還存在近南北向斷裂。其中北東向為擠壓性斷裂，北西西向以張扭性斷裂為主，南北向以剪切性為主。

北東向斷裂：有F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3，F(xiàn)4等。其中F1和F4為鐘姑背斜邊界構造，布格重力異常上表現(xiàn)為明顯的等值線密集帶；F4斷裂巖背斜核部發(fā)育，沿斷裂北巖體侵入填充。

圖5　推斷黃馬青組頂面和底面埋深分布Fig.5 Inferred burial depths of the upper and lower limits of the Huangmaqing Formation

北西西向斷裂：有F5，F(xiàn)6等。其中F5斷裂為測區(qū)中部重要的分界斷裂，斷裂兩側布格重力異常分布發(fā)生改變，沿斷裂重力局部低值異常發(fā)育，為閃長巖體侵入所致；從巖體出露位置與布格重力異常分布看，該斷裂為正斷層。

南北向斷裂：F9斷裂附近的重力異常等值線近南北走向，與整體北東走向的等值線形成對比，CSAMT反演電阻率等值線表現(xiàn)為扭曲狀或低值帶；地質(zhì)上，沿斷裂分布有近南北向巖體；地貌上，長江在此處部分呈南北向分布。

區(qū)內(nèi)鐘姑復背斜為主體構造，深源重力場表明其深部呈隆起狀態(tài)。其余構造都可認為是鐘姑復背斜上的次級構造，其中又以F5斷裂為界，南北兩側次級構造略有不同。

圖6　推斷測區(qū)斷裂構造圖Fig.6 Inferred rifted structures in the mapped area

南側，次級褶皺由西向東有：年徒—云樓背斜、楊莊東向斜和姑山背斜。年徒—云樓背斜核部被閃長巖體侵入，出露最老地層為三疊系周沖村組，兩側依次分布黃馬青組合侏羅系磨山組。姑山背斜沿查灣-姑山-青山街一線展布，布格重力異常上發(fā)育有串珠狀局部異常，主要受北西西向斷裂錯動所致；該背斜是新認識的半隱伏背斜構造，重力異常往往對應磁異常，且姑山鐵礦等都位于此構造之上，為找礦突破的有利部位北側，次級褶皺由西向東有：當涂-魯家村背斜、九山-腰山背斜、和睦山背斜、鐘九背斜、白象山背斜、陰山向斜、姑山背斜。其中當涂-魯家村背斜在重力場上表現(xiàn)為局部正異常，北東走向，為新發(fā)現(xiàn)的隱伏背斜構造。

鐘姑復背斜和其從屬構造在圖5中都有不同程度的表現(xiàn)。

4.4.3巖漿巖

測區(qū)除了已知的楊莊—年徒巖體等在地表出露之外，還發(fā)育有眾多的隱伏巖體，這些巖體的分布與斷裂構造關系密切。

楊莊—年徒巖體：位于測區(qū)南部，閃長巖。根據(jù)其與圍巖(三疊紀地層)密度的明顯差異，采用重力垂向二次導數(shù)的零值線圈定巖體邊界；該重力低值區(qū)中有局部正異常，主要為三疊系捕擄體反應。地磁異常表現(xiàn)為高值背景場，其上有幾個大型疊加磁異常，為云樓和楊莊礦區(qū)所致。定量計算表明該巖體大于2km。

姑山巖體位于姑山背斜一帶，北東走向，在姑山礦區(qū)出露地表。從重磁資料推斷，姑山巖體和楊莊-年徒巖體在深部是連通的。

圖7　推斷測區(qū)巖體頂面分布圖Fig.7 Inferred ceilings of rock bodies in the mapped area

圖8　推斷不同深度的地質(zhì)中斷圖Fig.8 Inferred geological interruptions at different depths

測區(qū)東側為覆蓋區(qū)，發(fā)育多個隱伏巖體，以朱家灣巖體為例：其重磁場表現(xiàn)為重低磁高的特征，且同源性較高，定量計算推斷其頂面埋深在-300m左右,推斷為隨斷裂侵入的閃長巖體，面積2.5km2。

4.4.4深部地質(zhì)填圖

在推斷界面埋深、構造及巖漿巖基礎上，物探編制了多個鐘姑地區(qū)-2000m以淺不同深度的地質(zhì)中斷圖(圖8)。

從地層展布分析，區(qū)內(nèi)侏羅系和白堊紀地層埋深最大在測區(qū)東南端，厚度1500m左右；黃馬青組在-600m深度依然分布廣泛，中部被巖體穿插侵入，形成眾多小型穹窿構造，為成礦有利區(qū)，已有的所有大中型鐵礦都分布于此；周沖村組與閃長巖體側部在深部有較大接觸面積，地表已知的云樓礦區(qū)都在此接觸帶成礦，因此注重該接觸帶上的低緩磁異常的識別提取。

鐘姑背斜在中斷圖上表現(xiàn)清楚，-600m，核部為周沖村組，兩翼依次出現(xiàn)黃馬青組、侏羅和白堊紀地層；在-1500m，出露最老地層為三疊系中下統(tǒng)，兩翼依次為三疊系周沖村組和黃馬青組。次級構造中，年徒—云樓背斜在-1500m處東翼殘留部分周沖村組地層，其余都被巖體占據(jù)。

巖漿巖方面，深度-1500m處為一個大型巖基，淺部年徒-楊莊巖體、姑山巖體等都是其上侵部分。

5　找礦預測

5.1已知礦區(qū)的地質(zhì)地球物理場特征

表2　鐘姑地區(qū)已知礦區(qū)地質(zhì)地球物理特征簡表Table 2 Geological and geophysical features of known ore districts in the Zhonggu area

鐘姑地區(qū)已知礦區(qū)重磁場特征分析（表2）可知，區(qū)域上都處于高值背景之下；在礦區(qū)尺度上有不同的重磁異常組合，以重磁同高為主，還有磁高重低和磁高重邊，這與礦體所處位置密切相關，比如鐘九鐵礦，產(chǎn)于姑山組底部與周沖村接觸帶，為重力低值區(qū)，礦體產(chǎn)生的重力異常使低值重力區(qū)等值線形成半圓狀低緩隆起，不同尺度的小波處理能夠識別。

5.2成礦地質(zhì)—地球物理模式（表3）

5.3成礦靶區(qū)預測

和睦山礦區(qū)位于鐘姑地區(qū)中部的和睦山背斜。出露最老地層為三疊系周沖村組(T2z)，位于礦區(qū)南部，其次為黃馬青組下段(T2h1)，向西依次出露黃馬青組上段(T2h2)及侏羅系磨山組(J2m)；東側為黃馬青組上段(T2h2)。閃長巖侵入背斜核部，地表出露局部巖體范圍多呈北東走向，與主構造和睦山背斜方向一致。

表3　鐘姑地區(qū)成礦模式簡表Table 3 Ore-forming model for the Zhonggu area

實測重磁場分布特征(見圖9)表明，和睦山礦區(qū)地磁異常至3250nT以上，其東南側發(fā)育有磁低緩局部異常，磁異常等值線向東呈半圈閉狀延伸，幅值1300nT。布格重力異常在觀音山、鏡子山之間存在低值區(qū)，幅值15.9×10-5m/s2，北西走向，為侵入巖所致；該低值異常西側的重力正異常即為和睦山礦區(qū)所在，東側也存在低緩的重力正異常，幅值16.1×10-5m/s2，小波二階變換后重力局部正異常明顯，與低緩磁異常對應，重磁局部異常對應關系見圖8(4)；根據(jù)已有地表地質(zhì)，物探通過重磁電反演計算推斷在-700~-760m處存在層狀強磁性地質(zhì)體。后經(jīng)ZK1102、ZK1103兩孔，在-520m至-860發(fā)現(xiàn)兩層主礦體，與物探推斷基本一致；說明物探推斷的有效性。

圖9　和睦山礦區(qū)地質(zhì)—物探剖析圖Fig.9 Geological-geophysical profile across the Hemushan ore district

除此之外，在白象山礦區(qū)西南龍母墩，云樓礦區(qū)西側，畢家樓，陶公山等多處發(fā)現(xiàn)了有利重磁異常組合，通過物探推斷的測區(qū)地質(zhì)結構，對這些異常都進行了定量反演計算，結果表明：以目前的侵入巖、角巖的磁性參數(shù)去計算都無法擬合實測異常，物探推斷有含礦(化)強磁性地質(zhì)體所致。在前雍村一帶，發(fā)育有低緩地磁異常，面積較大，推斷該處深部地質(zhì)結構為周沖村組與閃長巖體接觸帶，成礦條件優(yōu)越；楊莊礦區(qū)深部-1100m存在低阻電阻率異常，同時已控制的礦體尚無法擬合實測磁異常；這些都推斷為深部找礦的有利靶區(qū)。

根據(jù)推斷的三維地質(zhì)結構，成礦模式和重磁局部異常分布特征，認為鐘姑地區(qū)除已知礦區(qū)之外，仍然有巨大的找礦潛力。

6　結論

地球物理勘探是成礦區(qū)開展三維地質(zhì)填圖的主要工作手段之一，本文采用面積性重磁工作和剖面重磁電勘探工作,通過平面重磁數(shù)據(jù)處理和剖面重磁電聯(lián)合反演計算，初步建立了鐘姑地區(qū)三維地質(zhì)結構，進行了深部地質(zhì)填圖，在此基礎上對典型礦區(qū)的地質(zhì)、物探特征進行了分析，開展了找找預測工作，取得了一定的地質(zhì)成果。

在深部地質(zhì)結構的解釋推斷中，要加強深部物性的統(tǒng)計分析，地表的巖石物性特征展示了面上分布規(guī)律，巖石(特別是侵入巖)隨埋深增大而變化的規(guī)律則需更多深鉆孔的巖石物性樣做統(tǒng)計分析，這樣獲得較為合理的巖石物性特征，能進一步提高資料處理和反演計算解釋的可靠性。

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reSult of APPliCAtion of inteGrAted GeoPhySiCAl exPlorAtion teChniQue to 3d GeoloGiCAl mAPPinG And metAlloGeniC ProGnoSiS in the zhonGGu AreA

zhu Jiang-bo1,3,WAnG Qi-nian1,honG dong-liang2,liu xiao-ming2,yuAn feng3,zhAnG ming-ming3, li xiao-hui3
(1. Insitute of Exploration Technology of Anhui Province, Hefei, Anhui 230031, China; 2. Comprehensive Geological Team of Bureau of Metallugical Geology of East China, Maanshan, Anhui 233031, China;3. School of Resources and Environmental Engineering, Hefei University of Technology, Hefei, Anhui 230009, China)

Located in metallogenic zone along the mid-lower Yangtze River reaches, the Zhonggu area is superior in ore-forming geological conditions. This paper, through area and profile survey of gravity, magnetism and electricity in the mapped area, with physical properties of rocks as basis, and known geological borehole data as constraint, processed geophysical data, made an inversion calculation, inferred a geological structure above -2000m level within 13 controlling profiles, combined with interface inversion, acquired burial depth data of major stratigraphic interfaces in the mapped area, prepared geological interruption map of each depth, on such basis, analyzed and summarized typical ore districts, built up geological-geophysical ore-forming model, and outlined mineral exploration targets under reasonable orientation analysis and quantitative calculation.

gravity, magnetism and electricity; geological mapping; mineral exploration targets; Zhonggu area

P612;P628;P631

A

1005－6157（2016）01－010－7

2015-09-06

安徽省公益性地質(zhì)（科技）工作項目（2009-07）資助

朱將波（1984-），男，浙江蕭山人，工程師，現(xiàn)主要從事地球物理勘探工作。