陳江源，田 宇，白 強，伍顯紅，段晨宇，牛家驥，盧亞運

(1.核工業(yè)航測遙感中心,石家莊 050002；2.中核集團(tuán)鈾資源地球物理勘查技術(shù)中心重點實驗室,石家莊 050002；3.青海省核工業(yè)地質(zhì)局,西寧 810000)

鈦鐵礦和金紅石均屬鈦礦資源,鈦鐵礦居多,金紅石偏少,主要集中在澳大利亞、中國、印度等國。據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局統(tǒng)計顯示[1],2018年全球鈦礦資源儲量(TiO2)約94 200萬t,其中鈦鐵礦占93.42%、金紅石占6.58%。中國的鈦鐵礦主要分布在四川攀枝花、河北承德、吉林白山等地區(qū),礦床包含沉積變質(zhì)型和巖漿型,如白山五道羊岔[2-3]。金紅石礦床,典型產(chǎn)地有江蘇東海、湖北棗陽大阜山及近年來在內(nèi)蒙古羊蹄子、蘇聯(lián)庫茲涅契赫金紅石礦等,這些礦床中的金紅石是經(jīng)區(qū)域變質(zhì)作用改造的沉積變質(zhì)型金紅石的典型代表。

研究區(qū)位于托勒南山以北,隸屬于青海省祁連縣央隆鄉(xiāng),距祁連縣城約210 km,2011—2012年中國冶金地質(zhì)總局地球物理勘查院開展了青海中祁連—南祁連地區(qū)1∶5萬航空磁測工作,篩選了青C-2012-12、青C-2012-18兩個航磁異常。

區(qū)內(nèi)地質(zhì)物化探工作程度不高,主要開展了1∶20萬地質(zhì)測量、1∶5萬航磁測量和1∶50萬水系測量工作,近年在研究區(qū)北部局部地段開展了1∶5萬地質(zhì)、地面磁測、水系測量,發(fā)現(xiàn)了磁異常及化探異常,但對異常分布范圍及異常成因未做詳細(xì)分析[4-7]。2014年核工業(yè)航測遙感中心在該區(qū)開展了航磁異常查證工作,從野外地質(zhì)調(diào)查和室內(nèi)分析的角度,在分析研究區(qū)區(qū)域地質(zhì)背景的基礎(chǔ)上,結(jié)合航磁異常查證結(jié)果,總結(jié)區(qū)域鈦鐵礦找礦標(biāo)志,探討其找礦方向。

1 區(qū)域成礦地質(zhì)背景

1.1 大地構(gòu)造位置

研究區(qū)分為I區(qū)和Ⅱ區(qū),大地構(gòu)造位置均位于秦祁昆造山系(IV)中祁連巖漿弧(IV-2-1)中,其北為北祁連蛇綠混雜巖帶(IV-1-3),其南為南祁連巖漿弧(IV-2-3)[8](見圖1)。

圖1 大地構(gòu)造位置圖Fig.1 Geotectonic locations map

1.2 地層

研究區(qū)內(nèi)地層主要為古元古界托勒巖群(Pt1T)和中元古界長城系湟中群磨石溝組(Chm),其中托勒巖群主要分布于研究區(qū)I區(qū)東南部和Ⅱ區(qū)中北部,湟中群磨石溝組主要分布于研究區(qū)I區(qū)中部和西北部。此外,中元古界南白水河組(Pt2n)、薊縣系花兒地組(Jxh)在I區(qū)西北部有零星分布[9-10](見圖2)。

圖2 區(qū)域地質(zhì)簡圖Fig.2 Regional generalized geological map

1.3 巖漿巖

區(qū)域內(nèi)加里東和華力西期的中酸性侵入巖漿活動比較強烈,次為早元古至奧陶紀(jì)的中基性火山噴發(fā)活動[9]。

1.4 構(gòu)造

區(qū)域構(gòu)造主體呈北西向展布,斷裂構(gòu)造和褶皺構(gòu)造均很發(fā)育。該區(qū)斷裂構(gòu)造以北西向為主,次為北東向、東西向,主要分布于走廊南山古生代蛇綠混雜巖亞帶和托萊山古生代蛇綠混雜巖亞帶。褶皺構(gòu)造軸向總體為北西向,與區(qū)域深大斷裂構(gòu)造方向一致。托萊南山復(fù)背斜褶皺帶是以托萊山為主體的古生代復(fù)背斜構(gòu)造,古元古界托賴(巖)群為復(fù)背斜軸部,下奧陶統(tǒng)、上石炭統(tǒng)和二疊系為兩翼,沿復(fù)背斜軸向斷裂和各巖枝極發(fā)育。該復(fù)背斜被北西向和北東向斷裂切割改造強烈,其軸部托賴巖群本身也是一個早期形成的北西西向斜構(gòu)造[9]。

2 區(qū)域地球物理特征

2.1 巖石磁性特征

本次對研究區(qū)及周邊巖石磁化率進(jìn)行了測定,統(tǒng)計結(jié)果見表1,區(qū)內(nèi)磁性較強的層位有托賴(巖)群、磨石溝組,磁化率最高達(dá)30 075×10-5SI,未蝕變巖石磁化率平均為(125～133)×10-5SI,最高達(dá)843×10-5SI,剩余磁化強平均為(83～143)×10-3A/m,最高達(dá)456×10-3A/m。這兩個層位是主要磁性層。

表1 區(qū)內(nèi)巖石磁性參數(shù)統(tǒng)計表

2.2 區(qū)域磁場特征

如圖3所示,區(qū)域磁場由北至南劃分為三個磁場分區(qū):托萊山中-高磁異常區(qū)、走廊南山-黑河谷底高低變化磁場區(qū)、托萊河-托萊南山低緩磁場區(qū),查證區(qū)位于托萊河-托萊南山低緩磁場[11]。

研究區(qū)以北為一北西向高磁場條帶,由多個規(guī)模不等的橢圓狀異常組成,磁場強度最高達(dá)150 nT,主要為基性、超基性巖的反映。在北西向高磁場條帶的南北兩側(cè),表現(xiàn)為低緩磁場特征。從南北兩側(cè)巖性特征來看,北部磁場為晚古生代和中生代弱磁性巖石的反應(yīng),南部磁場為元古代和早古生代弱磁性巖石的反應(yīng),研究區(qū)位于南部托勒南山低緩正磁場區(qū)。

圖3 研究區(qū)1∶50萬航磁磁場強度等值線平面圖Fig.3 1∶500 000 aeromagnetic magnetic field intensity contour plan of the study area

3 航磁異常查證結(jié)果分析

研究I區(qū)分布青C-2012-12航磁異常,包括青C-2012-12-1(X1區(qū))和青C-2012-12-2(X2區(qū))航磁局部異常,研究Ⅱ區(qū)分布青C-2012-18航磁異常(X3)小區(qū)。

通過地質(zhì)測量查明區(qū)內(nèi)地層、巖石、構(gòu)造、礦化等特征；磁法測量查明異常強度。規(guī)模和形態(tài),推斷與礦化相關(guān)磁性體的產(chǎn)狀及成因；土壤化探測量查明成礦有利地段地球化學(xué)特征,縮小找礦靶區(qū),為槽探揭露工程部署提供依據(jù)。

3.1 地質(zhì)特征

通過對航磁異常區(qū)(X1、X2、X3)開展1∶1萬地質(zhì)填圖,特征分述如下:

X1區(qū):位于I區(qū)西北部,巖性為托賴巖群、長城系磨石溝組黑云斜長片麻巖、二長片麻巖、鉀長片麻巖、斜長角閃片巖、云母石英片巖及偉晶巖脈[圖4(a)]。沿斷裂、裂隙發(fā)育硅化、褐鐵礦化。偉晶巖脈發(fā)育,寬20～30 m,長100～400 m,近東西向展布為主。巖脈及周邊化探及磁異常明顯,分析認(rèn)為偉晶巖形成為該區(qū)鈦及多金屬成礦提供熱源及礦源。

圖4 地質(zhì)簡圖Fig.4 Geological map

X2區(qū):位于I區(qū)南東部,巖性為托賴巖群(Pt1T1)黑云母斜長片麻巖、二云母片麻巖、斜長角閃巖、云母石英片巖和晉寧期中細(xì)粒黑云母斜長花崗巖及偉晶巖脈[圖4(b)]。構(gòu)造特征與X1區(qū)基本相似。區(qū)內(nèi)出露兩條規(guī)模較大的偉晶巖脈,寬20～40 m,長200～300 m,鏡下鑒定、巖石蝕變特征與X1區(qū)一致,在托賴巖群片麻巖段中普遍發(fā)育后期形成的黏土化、褐鐵礦化和硅化。

X3區(qū):位于Ⅱ區(qū)東部,巖性、構(gòu)造蝕變特征與X2區(qū)相似[圖4(c)]。

3.2 地面高精度磁場特征

X1、X2區(qū)磁場特征:如圖5(a)所示,區(qū)域上總體表現(xiàn)為北西向帶狀異常,幅值在50～500 nT。最大值達(dá)1 800 nT,X1區(qū)為團(tuán)塊狀、圓點狀強磁異常,X2區(qū)磁場強度相對較低,異常主要為托賴巖群一套以基性巖為主的變質(zhì)巖系引起。

X3區(qū)磁場特征:如圖5(b)所示,該區(qū)分布三條北西向帶狀正磁異常帶,異常值為30～300 nT,局部大于1 200 nT。北西向異常帶的磁場面貌向北東、近東西扭曲、錯斷。異常一帶巖性為角閃斜長片麻巖、黑云母斜長片麻巖、斜長角閃巖、二云母片巖。

圖5 磁場強度等值線平面圖Fig.5 The magnetic field intensity contour plan

3.3 地球化學(xué)特征

本次共圈定19個化探異常,Pb、Zn、Ag元素含量最高峰值分別為843×10-6、355×10-6、1 045×10-9,伴生有Mo、Sb等異常,該異常具有較好Pb、Ag、Zn的找礦意義。

綜合本區(qū)地球化學(xué)資料,托賴巖群處在地球化學(xué)高值背景區(qū),Ti、Fe、Au、Pb、Sb、Ag等成礦元素具有較高的背景含量,局部富集明顯,表明成礦地球化學(xué)條件有利。

3.4 礦化特征

對磁、化探異常和蝕變發(fā)育地段進(jìn)行槽探揭露,發(fā)現(xiàn)兩處較好的鈦鐵礦化帶及一處鉛異常帶,分布在北西向展布的脆性斷裂帶中,沿破碎帶見明顯黃鐵礦化。下面以X2區(qū)W1TC-1探槽揭露地段為例說明其特征。

礦化蝕變帶產(chǎn)于近東西向的構(gòu)造破碎帶中,與斷裂、巖層產(chǎn)狀一致,呈近東西走向,傾向北、傾角82°(圖6)。破碎帶由糜棱巖、構(gòu)造角礫巖、斷層泥[圖7(a)]。礦化蝕變帶巖石為角礫狀角閃斜長片麻巖,結(jié)構(gòu)主要為半自形-他形粒狀結(jié)構(gòu)和壓碎狀結(jié)構(gòu),礦石構(gòu)造主要為角礫狀構(gòu)造、塊狀構(gòu)造和浸染狀構(gòu)造。金屬礦物主要是磁鐵礦和黃鐵礦[圖7(b)]。礦化視厚度5 m,真厚度4.8 m(表2)。礦化中Ti的平均品位為1.85%,礦化伴生磁鐵礦化,磁鐵礦含量在4%左右,Au含量達(dá)0.2×10-6。礦化蝕變帶與圍巖無明顯邊界,礦化兩側(cè)鈦與磁鐵礦含量逐漸降低。礦化受斷裂構(gòu)造和角閃斜長片麻巖的復(fù)合控制。

表2 W1TC1探槽采樣分析結(jié)果表Table 2 Analysis results of probe sampling in W1TC1

4 找礦方向探討

本次查證X1區(qū)施工了3個槽探,揭露顯示異常由磁鐵礦化(伴生有鈦礦物)所引起。礦化蝕變處在托萊巖群片麻巖段中(構(gòu)造破碎帶中),圍巖為黑云母斜長片麻巖。破碎帶由糜棱巖、構(gòu)造角礫巖、斷層泥組成,發(fā)育褐鐵礦化、磁鐵礦化、綠泥石化、硅化。

圖6 W1TC-1探槽局部段素描圖Fig.6 Sketch of partial section of exploratory trough W1TC-1

圖7 野外探槽及室內(nèi)鏡下照片F(xiàn)ig.7 The photo of field grooved and laboratory endoscopic

在查證X2區(qū)施工了4個槽探,揭露顯示異常同樣由磁鐵礦化(伴生有鈦礦物)所引起。巖性為托萊巖群黑云母斜長片麻巖和石榴黑云石英片巖。巖石普遍發(fā)生糜棱巖化,斷層泥、構(gòu)造角礫發(fā)育。構(gòu)造角礫以黑云母斜長角閃片巖、斜長角閃巖為主,發(fā)育褐鐵礦化、磁鐵礦化、綠泥石化、硅化、絹云母化。見Au、Ag異常。

查證區(qū)礦化特征主要有以下兩種。

(1)與磁異常有關(guān)的變質(zhì)改造型鈦礦化帶。

查證區(qū)磁異常分布在北西向韌性剪切帶中,地層為托賴巖群片麻巖段、片巖段,巖性為黑云母斜長片麻巖、角閃斜長片麻巖、斜長角閃巖、石榴黑云石英片巖等,原巖屬高鈦巖系沉積；經(jīng)區(qū)域變質(zhì)作用改造的沉積變質(zhì)巖石普遍糜棱巖化。巖石中褐鐵礦化、磁鐵礦化、綠泥石化、硅化、蛇紋石化等蝕變發(fā)育。發(fā)育有北東向等次級構(gòu)造,沿次級構(gòu)造分布有花崗偉晶巖,偉晶巖中見結(jié)晶的電氣石、石榴子石等,且鈮、鉭含量明顯偏高,在偉晶巖外圍一帶有W、Sn、Au、Ag等化探異常,這些均顯示該區(qū)磁異常具備變質(zhì)改造型鈦礦化的條件。

據(jù)變質(zhì)巖型鈦礦化研究表明:金紅石是地殼巖石中常見的副礦物之一,分布極為廣泛,變質(zhì)巖中金紅石礦物通常見于角閃巖、榴輝巖、片麻巖、斜長角閃巖和片巖等變質(zhì)巖中[12]。在變質(zhì)作用下,鈦含量高的巖漿巖或高鈦巖系沉積巖中的含鈦礦物(鈦鐵礦)均可以轉(zhuǎn)變成金紅石。產(chǎn)于角閃巖、榴輝巖、片麻巖和片巖等巖石中。這些礦床中金紅石含量均不高,一般為1.5%～3%,均含少量的磁鐵礦化(3%～5%)。本區(qū)局部磁異常具備上述特征,因此值得重視。

(2)與化探異常有關(guān)的鉛等多金屬。

本次土壤化探測量以剖面為主,土壤異?？傮w與局部構(gòu)造、偉晶巖脈分布有關(guān),異常分在次級斷裂或偉晶巖一帶,實地查證異常一帶為構(gòu)造角礫巖或偉晶巖脈外圍接觸帶中,巖石見硅化、褐鐵礦化、綠泥石化、黃鐵礦化等,局部見方鉛礦化。土壤化探異常有的與磁異常無明顯規(guī)律。推測與后期構(gòu)造、偉晶巖產(chǎn)生的熱液作用沿構(gòu)造使其Pb、Ag、Sb元素富集相關(guān)。 區(qū)內(nèi)AP-19異常最有找礦意義,值得重視。

根據(jù)以下查證區(qū)及周邊成礦條件分析,篩選了3處鈦鐵礦找礦地段。

4.1 成礦地質(zhì)條件

區(qū)內(nèi)發(fā)育花崗偉晶巖脈,除與中高級變質(zhì)巖相關(guān)的蝕變巖之外,沿脆性斷裂、裂隙發(fā)育硅化、褐鐵礦化、黃鐵礦化。礦化蝕變受斷裂、裂隙構(gòu)造控制,其形成時期相對較晚。偉晶巖脈為后期沿構(gòu)造裂隙侵入,為礦化提供物源及熱源。

區(qū)內(nèi)鈦礦化在區(qū)域變質(zhì)作用下,高鈦巖系沉積巖中的含鈦礦物(鈦鐵礦)轉(zhuǎn)變成細(xì)小的金紅石,屬域變質(zhì)作用改造的沉積變質(zhì)型鈦礦床。與內(nèi)蒙古羊蹄子、蘇聯(lián)庫茲涅契赫金紅石礦等具有相似的地質(zhì)條件和成礦特征[12],區(qū)內(nèi)具備較好的變質(zhì)改造型鈦礦化的條件。

4.2 有利局部磁異常條件

正負(fù)異常值不高、沿構(gòu)造方向延伸較大、線狀分布異常表現(xiàn)了區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造特征,一般反映構(gòu)造韌性剪切帶、規(guī)模較大的斷裂構(gòu)造、基性火山巖帶和性質(zhì)差異較大的地質(zhì)體；而正負(fù)異常值較大、界線明顯、分布范圍較小而集中的磁性異常一般反映了磁性礦體及伴生礦體的存在,如X1區(qū)反映非常清楚,為變質(zhì)巖型鈦鐵礦化的異常。分析認(rèn)為該地段磁異常的找礦指導(dǎo)意義比較明確。

4.3 找礦標(biāo)志

通過異常查證確定了研究區(qū)鈦、磁鐵礦的找礦標(biāo)志,包括以下三個。

(1)分布在北西向韌性剪切帶中,有利地層為托賴巖群和磨石溝組,變質(zhì)特征明顯,發(fā)育褐鐵礦化、磁鐵礦化、綠泥石化、硅化、蛇紋石化,沿次級構(gòu)造分布花崗偉晶巖脈。

(2)有強磁異?；虍惓?單個異常強度較高、面積小,多為帶狀或星點狀異常,梯度變化較陡,異常幅值一般大于400 nT。

(3)有Ti、Fe、Au、W、As、Pb、Sn、Sb等化探異常分布。

4.4 找礦有利地段分析

在查證結(jié)果的基礎(chǔ)上,結(jié)合區(qū)內(nèi)地質(zhì)背景,成礦條件、找礦標(biāo)志等因素,篩選了3片(Ti-Fe-1、Ti-Fe-2、Ti-Fe-3)找礦有利地段。分述如下[13]：

4.4.1 Ti-Fe-1號找礦有利地段

該找礦有利地段屬青C-2012-12-1航磁異常中局部異常,近東西向帶狀展布,長約1 500 m,寬約350 m,面積約0.59 km2[圖8(a)]。磁異常背景20～60 nT,異常值為236～980 nT；該磁異常由4個分異常組成,異常幅值較大,梯度變化較陡,該異?？傮w分布在北西向展布的異常帶中,受北西向韌性剪切帶控制,分異常總體呈近東西向的串珠狀或帶狀展布,與近東西向的次級斷裂相關(guān)。該地段巖性為托賴巖群片麻巖巖組角閃斜長片麻巖、斜長角閃巖、黑云母斜長片麻巖、糜棱巖、構(gòu)造角礫巖和石榴黑云石英片巖等,見褐鐵礦化、磁鐵礦化、綠泥石化、硅化、蛇紋石化。巖石普遍發(fā)生糜棱巖化,構(gòu)造破碎帶發(fā)育。在該區(qū)南北兩端發(fā)育多條近東西向展布的花崗偉晶巖脈。地表揭露見鈦礦化帶,厚度達(dá)6 m,礦化帶處在構(gòu)造破碎帶中,Ti的平均品位為1.85%,伴生Au異常(平均品位0.025×10-6)、磁鐵礦化(平均品位4.02%)。

4.4.2 Ti-Fe-2號找礦有利地段

該找礦有利地段屬青C-2012-12航磁異常中局部異常,位于Ti-Fe-1號找礦有利地段北部,地質(zhì)特征相似,總體為北東向帶狀展布,長約1 300 m,寬約220 m,面積約0.29 km2[圖8(a)]。磁異常背景值-10～80 nT,異常值為180～612 nT；由4個分異常組成,分異常幅值較大,梯度變化較陡,該異?？傮w分布在北西向展布的異常帶中,受北西向韌性剪切帶控制,分異常總體呈北東向的串珠狀或帶狀展布,與北東向的次級斷裂分割相關(guān)?？滩廴臃治鼋Y(jié)果顯示Ti含量為0.65%～0.87%,伴生Au異常。

4.4.3 Ti-Fe-3號找礦有利地段

該找礦有利地段屬青C-2012-12航磁異常中局部異常,北西向帶狀展布,長約1 400 m,寬約300 m,面積約0.42 km2[圖8(b)]。磁異常背景0～40 nT,異常值一般為176～500 nT,最大值1 900 nT；由4個串珠狀分異常組成,分異常幅值較大,梯度變化較陡,該異?？傮w分布在北西向展布的異常帶中,受北西向韌性剪切帶控制,分異?？傮w呈近東西向的串珠狀或帶狀展布,與近東西向的次級斷裂分割及偉晶巖的侵入相關(guān)。該地段巖性為托賴巖群片麻巖巖組角閃斜長片麻巖、斜長角閃巖、黑云母斜長片麻巖、糜棱巖、構(gòu)造角礫巖和石榴黑云石英片巖等。見褐鐵礦化、磁鐵礦化、綠泥石化、硅化、蛇紋石化。發(fā)育兩條北西向展布的花崗偉晶巖脈,巖脈寬10～30 m,長100～300 m,見少量柱狀電氣石。地表揭露見三條鈦礦化帶,累計厚度為3.7 m, Ti的平均品位為1.26%,伴生Ag異常(平均品位0.95×10-6)和磁鐵礦化(平均品位3.4%)。

綜合分析認(rèn)為這三片地段是尋找變質(zhì)改造型鈦、磁鐵礦的有利地段。

圖8 找礦有利地段成果Fig.8 Results of favorable ore-prospecting areas

5 結(jié)論

(1)通過地質(zhì)測量、磁法測量、土壤地球化學(xué)測量、槽探工程、化探分析測試等綜合查證方法在研究區(qū)尋找鈦磁鐵礦取得較好的找礦效果,對下一步礦產(chǎn)勘查具有指示意義。

(2)研究區(qū)磁異常受地層、巖性控制,為托賴巖群及磨石溝組斜長角閃片麻巖、黑云母斜長片麻巖、斜長角閃巖、二云母片巖引起,是鈦鐵礦主要找礦目的層。

(3)鈦、磁鐵礦化帶均處在構(gòu)造破碎帶中,花崗偉晶巖脈為后期沿構(gòu)造裂隙侵入,為鈦、磁鐵礦化提供物源及熱源。

(4)托勒南山以北大白石頭溝一帶分布多處航磁異常,查證發(fā)現(xiàn)較好的鈦、磁鐵礦化,伴生金礦化,結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料,顯示研究區(qū)具有鈦及磁鐵礦成礦地質(zhì)條件,篩選了3片找礦有利地段,分析認(rèn)為磁異常分布地段是尋找變質(zhì)改造型鈦鐵礦的有利地段。