郭小剛，陳守余，李志晨，王鈺文，王 秦，茍 瑞，郭東寶

(1.自然資源部黃河上游戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源重點實驗室，甘肅蘭州 730000；2.甘肅省有色金屬地質(zhì)勘查局白銀礦產(chǎn)勘查院，甘肅白銀 730900；3.中國地質(zhì)大學(xué)資源學(xué)院，湖北武漢 430074)

0 引言

甘肅白銀廠銅多金屬硫化物礦田是我國北祁連山火山巖賦礦塊狀硫化物礦床(VHMS)成礦帶最為典型、且最為重要的一個礦田，是國內(nèi)外著名的銅多金屬礦產(chǎn)地。該礦田包含的7個VHMS型礦床在成因上主要受陸緣弧環(huán)境中火山機(jī)構(gòu)及其同生斷裂的控制(董凱，2018)，處于噴流成礦系統(tǒng)的不同位置(趙國斌等，2016)。白銀礦田淺部區(qū)域火山主噴中心與次火山巖體以及深部巖漿房的分布均受近NS向和NEE向兩組基底同生斷裂控制且其對海水下滲、對流循環(huán)以及深部熱鹵水的上泵具有重要的地質(zhì)作用(鄔介人，1992；彭禮貴等，1998)。而火山機(jī)構(gòu)及其同生次級斷裂構(gòu)造控制了成礦流體的運移、循環(huán)、排泄和成礦物質(zhì)的富集、沉淀，因此多數(shù)礦體周邊均存在火山機(jī)構(gòu)，且距離較近。所以，火山機(jī)構(gòu)、基底斷裂和同生斷裂構(gòu)造是重要的成礦地質(zhì)體。此外，在各個酸性火山巖噴發(fā)的亞旋回晚期形成的火山通道相的次石英角斑巖也進(jìn)一步促進(jìn)了成礦的富集(杜澤忠，2014)。但白銀廠礦田內(nèi)復(fù)雜的成礦作用、變質(zhì)作用和普遍較強(qiáng)的蝕變程度，導(dǎo)致含礦火山巖系及其外圍火山沉積變質(zhì)巖地層時代關(guān)系、火山機(jī)構(gòu)、斷裂構(gòu)造、巖性巖相層次劃分等難以確定；這些關(guān)鍵基礎(chǔ)地質(zhì)問題制約著白銀廠外圍及深部的進(jìn)一步找礦工作。不同內(nèi)生金屬礦床的形成往往依賴于其不同的地質(zhì)條件，而磁異常及重力異常的變化特征能夠?qū)ΦV體位置、巖漿巖位置、火山機(jī)構(gòu)的展布以及斷裂構(gòu)造等地質(zhì)因素信息在平面上進(jìn)行相對直觀的反映(董英君等，2005；韓耀宗，2012；李飛等，2020；白德勝等，2021)，同時重磁異常通常還具有分布較廣、深度較大的場源信息，解釋者還能利用多種有效的重磁數(shù)據(jù)處理方法對異常進(jìn)行不同角度的分析和研究。基于小波變換的重磁場梯度張量歐拉反褶積法具有不需要特定地質(zhì)模型假設(shè)而只利用重磁異常就可以快速進(jìn)行反演的巨大優(yōu)勢，可應(yīng)用于復(fù)雜地質(zhì)情況(史輝等，2005；習(xí)宇飛等，2008)。近年來，范美寧(2006)、李麗麗等(2014)、周文月(2019)等研究者進(jìn)一步改進(jìn)了歐拉反褶積的計算方法、計算效率，并強(qiáng)化了該方法的實用性，使歐拉反褶積法得到了更為迅速的發(fā)展。因此，筆者在野外地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，利用小波變換及歐拉反褶積方法對甘肅白銀廠銅多金屬礦田范圍內(nèi)大比例尺重力、磁法測量數(shù)據(jù)進(jìn)行反演，為控礦構(gòu)造研究提供豐富、翔實的地球物理資料，以指導(dǎo)礦田內(nèi)進(jìn)一步的找礦工作。

1 地質(zhì)背景

甘肅白銀廠銅多金屬硫化物礦田地處北祁連加里東褶皺帶東段中部火山巖帶的石青硐-白銀廠亞帶(張洪培等，2003)，其南為中祁連地塊，北為阿拉善地塊；漫長的地質(zhì)演化過程形成了區(qū)內(nèi)復(fù)雜的構(gòu)造變形式樣(夏林圻等，2003；陳宣華等，2019)。其中，早奧陶世大洋板片隨著古大洋的擴(kuò)張，對其北側(cè)的華北地塊進(jìn)行俯沖，造成消減板片之上的地幔楔部分熔融，形成礦田西部及石青硐地區(qū)的島弧型火山巖，隨著島弧中后側(cè)逐漸發(fā)生拉張進(jìn)入到早期的島弧裂谷階段，形成了礦田東部的弧后盆地型火山巖，從島弧裂谷環(huán)境向弧后盆地環(huán)境過渡是礦田內(nèi)火山巖構(gòu)造環(huán)境的主要特點(杜澤忠，2014；董凱，2018)。礦田面積約40 km2，主要出露早古生代晚期的一套雙峰式火山巖，其巖性主要包括與火山噴發(fā)同質(zhì)的次火山巖、正常沉積巖以及酸性火山巖類和基性火山巖類等(圖1)。礦田邊緣主要為中晚寒武紀(jì)中基性火山巖，而中部則以奧陶紀(jì)中酸性火山巖為主，局部發(fā)育有熱水沉積成因的Fe-Mn硅質(zhì)巖、碧玉巖條帶和大理巖條帶?？傮w呈現(xiàn)為凹陷帶內(nèi)的火山穹隆構(gòu)造，NEE-SWW向為礦田內(nèi)的主體構(gòu)造方向，且地層傾角變化較大，傾向SW，平均走向為320°。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造以NEE向F1為主，在平面上呈舒緩波狀，為一高角度的逆沖平移斷層，斷層面傾向SSE，NE向存在的三條深大隱伏斷裂應(yīng)為同生斷裂(前人依據(jù)1∶2.5萬重力資料推斷)，即東長溝南-小鐵山斷裂、折火-黑石山深斷裂、房子溝-白銀市深大斷裂，這三條斷裂對區(qū)內(nèi)礦田的形成和演化均起到重要作用(彭禮貴等，1995)。NE和NEE向斷裂控制的古火山口組成的東、西兩側(cè)的兩個火山噴發(fā)中心控制了礦床的分布。

2 巖(礦)石物性特征

通過研究區(qū)內(nèi)巖(礦)石重力參數(shù)可知(表1)：研究區(qū)非礦石標(biāo)本的密度都在3.00 g/cm3以下，平均值變化范圍為2.41～3.00 g/cm3；含銅黃鐵礦石密度變化范圍2.99～3.72 g/cm3，平均值3.34 g/cm3，略大于其他巖石密度；鉛鋅礦石密度在整個研究區(qū)內(nèi)最大，平均值4.12 g/cm3，常見值范圍3.56～4.77 g/cm3；細(xì)碧巖密度值也較高，常見值范圍2.95～3.05 g/cm3，平均值3.00 g/cm3；含礦巖石石英角斑凝灰?guī)r常見值范圍2.58～2.78 g/cm3，平均值2.68 g/cm3；礦石與圍巖密度差異明顯。研究區(qū)內(nèi)各類巖(礦)石磁性均較弱(表1)。其中，碳質(zhì)千枚巖磁化率最高，一般為(47.81～1103.03)×10-6SI；輝綠巖、角斑凝灰?guī)r、千枚巖、石英角斑巖、細(xì)碧玢巖凝灰?guī)r的磁化率均值在(140.74～187.74)×10-6SI之間；次石英角斑巖、角斑巖、鉛鋅礦礦石、石英角斑凝灰?guī)r、鐵錳質(zhì)千枚巖、細(xì)碧巖的磁化率均值在(77.38～116.42)×10-6SI之間；其余巖石的磁化率幾何均值均較低。而剩磁高的巖石有石英角斑凝灰?guī)r和石英角斑巖，均值大于40.83×10-3A/m；較高的巖石有輝綠巖、角斑凝灰?guī)r、碳質(zhì)千枚巖、細(xì)碧玢巖凝灰?guī)r和細(xì)碧巖，幾何均值介于(31.11～37.37)×10-3A/m之間；其余巖(礦石)的剩磁均較弱。區(qū)內(nèi)已知的銅多金屬礦和鉛鋅礦主要賦存于石英角斑凝灰?guī)r中，而石英角斑凝灰?guī)r與圍巖有明顯的磁性差異。

圖1 甘肅白銀廠銅多金屬礦田構(gòu)造地質(zhì)簡圖(a，據(jù)鄔介人，1992修改；b，據(jù)注釋①修改)

表1 研究區(qū)巖(礦)石密度/磁性參數(shù)表

3 數(shù)據(jù)處理

重磁場屬于疊加場，巖石圈中不同層次的場源信息均在其內(nèi)得到了體現(xiàn)，即淺部場與深部場信號的疊加、局部場與區(qū)域場信號的疊加。想要直接從重磁異常信息中剔除大量干擾和無用信息而識別出有用信息是極其困難的，而數(shù)據(jù)處理通常是解決這個問題的關(guān)鍵且重要的途徑。場源參數(shù)快速反演和邊界識別是其最常用的兩個處理手段(羅瀟，2019；王鑫等，2020)，而能夠同時利用梯度和位場數(shù)據(jù)自動估算場源位置的歐拉反褶積方法是一種較為常用的計算分析方法，其具有結(jié)果直觀、易于實現(xiàn)和靈活性強(qiáng)的特點(羅瀟，2019；周文月，2019)。它可以將張量數(shù)據(jù)和位場數(shù)據(jù)在歐拉齊次方程的基礎(chǔ)上進(jìn)行聯(lián)合使用，共同探尋地下場源位置(Mushayandebvu,et al.,2001；馬國慶等，2012)。其優(yōu)勢在于無需過多先驗信息，就可給出異常體的中心位置或者圈定異常體邊界，對于同源重磁場，其還具有聯(lián)合處理解釋能力，盡管只需要較少的地質(zhì)先驗信息，但仍然可獨立完成自動解譯(Nabighian and Hansen,2001;李銀飛，2019)。

3.1 歐拉反褶積方法

三維歐拉反褶積方法是以歐拉齊次方程為基礎(chǔ)，利用構(gòu)造指數(shù)和磁異常、重力異常數(shù)據(jù)沿x、y、z三個方向的偏導(dǎo)數(shù)構(gòu)建線性方程組，對構(gòu)建的線性方程組求解并進(jìn)一步計算求出異常源的水平位置及深度，以快速估計場源位置參數(shù)。該方法是由英國地球物理學(xué)家Reid et al.(1990)將傳統(tǒng)歐拉褶積反演方法由二維網(wǎng)格推廣到三維網(wǎng)格發(fā)展起來的，由此該方法的適用范圍得到了極大的擴(kuò)展，并在英國中南部位場資料處理和解釋中得到實際應(yīng)用和驗證(王明等，2012)。利用位場及其對應(yīng)三個方向的導(dǎo)數(shù)對場源的位置進(jìn)行估計為常規(guī)歐拉反褶積方法的核心思路，其具體公式為(王鑫等，2020)：

(1)

式中，x、y、z為觀測點，x0、y0、z0為場源點，其中N為構(gòu)造指數(shù),不同的地質(zhì)體對應(yīng)不同的值，B為背景場。從式(1)不難看出，要想求得場源位置，N至關(guān)重要，且其與場源的幾何結(jié)構(gòu)息息相關(guān)。針對重力場異常問題，在對前人大量研究總結(jié)的基礎(chǔ)上對N的取值范圍得出結(jié)論，通?？稍?～2之間進(jìn)行選擇(魯寶亮等，2009)。

3.2 梯度張量聯(lián)合歐拉反褶積

地質(zhì)體規(guī)模、形態(tài)和邊界位置是重、磁異常數(shù)據(jù)處理的重要內(nèi)容。重磁梯度數(shù)據(jù)對旋轉(zhuǎn)噪聲和空間取向不敏感，且梯度測量與背景的強(qiáng)場環(huán)境無關(guān)，具有較高的精度和信噪(Li et al.，2018)，且包含了更多的地質(zhì)信息(Blakely,1995)，在對地質(zhì)體的邊界、形狀識別、礦產(chǎn)勘探上有較好的應(yīng)用效果(王清振等，2018)。位場張量是齊次數(shù)據(jù)可以利用歐拉反褶積法進(jìn)行反演計算(Zhang et al.,2000；范美寧，2006)，經(jīng)驗證發(fā)現(xiàn)張量數(shù)據(jù)經(jīng)歐拉反褶積處理后的結(jié)果與常規(guī)歐拉方程得出的結(jié)果相比，其具有分辨率高而噪聲影響小的明顯優(yōu)勢(馬國慶等，2012)。Nara et al.(2006)提出磁偶極子單點定位算法，其核心基于歐拉反褶積，通過對磁場矢量和張量矩陣逆的計算來對磁性目標(biāo)的位置進(jìn)行估算；馬國慶等(2021)提出基于梯度比值的多極值點聯(lián)合的深度學(xué)習(xí)計算場源中心位置的方法，通過將各種地質(zhì)體數(shù)據(jù)同時進(jìn)行訓(xùn)練，即可得到場源的中心位置的深度以及構(gòu)造指數(shù)，極大地促進(jìn)和發(fā)展了重磁張量數(shù)據(jù)對于歐拉反褶積方法的應(yīng)用。梯度張量的歐拉反褶積公式為：

其中Bx，By，Bz分別代表不同方向的區(qū)域場。

3.3 小波變換

位場分解的目的是從實測重磁異常中分離出區(qū)域異常和局部異常。小波變換是在基于短時傅立葉變換局部化思想基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其利用基本小波函數(shù)對一組非平穩(wěn)信號在不同尺度上進(jìn)行伸縮和平移，以得到不同尺度因子下的小波系數(shù)(邰文星等，2019；張連偉等，2020)。由于其較強(qiáng)的自適應(yīng)性在一定程度上提高了計算的可靠性，也從理論上降低了傅里葉變換的難度。此外，小波變換除了具有良好的去相關(guān)性、選基靈活性以及時頻局部性外，還具有快速準(zhǔn)確等諸多優(yōu)點(周文月，2019)。楊建平(2010)對地磁觀測數(shù)據(jù)采用了小波分析方法中的小波熵分析方法進(jìn)行分析，取得了較好的成果；Zhang and Meng(2015)采用小波分析對航空重力梯度數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，也得到了高分辨率張量數(shù)據(jù)。求導(dǎo)也是小波變換另一個極為重要的作用，Oruc and Selim(2011)對磁異常數(shù)據(jù)采用離散小波方法進(jìn)行處理解釋，推斷解釋了場源深度和基底底部構(gòu)造；周文月(2019)對場源位置反演的歐拉反演方法進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)將小波變換與歐拉反演方程聯(lián)合使用能有效地對噪聲進(jìn)行抑制，可達(dá)到對邊界特征和場源位置更好的反演效果。

3.4 基于小波變換的三維歐拉反褶積實現(xiàn)過程

(1)數(shù)據(jù)預(yù)處理。對重力場離散數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)格化，不可過度插值但網(wǎng)格間距要盡量小于場源可能的深度。(2)計算位場異常在x、y、z三個方向的導(dǎo)數(shù)。應(yīng)用DWT技術(shù)將實測的重力或磁法數(shù)據(jù)gz進(jìn)行處理，得到其細(xì)節(jié)信息。我們所需要的小波變換后的gyz、gxz，即為細(xì)節(jié)信息中的垂直細(xì)節(jié)信息和水平細(xì)節(jié)信息，利用小波分解技術(shù)對gz進(jìn)行分層和重構(gòu)以得到小波變換后的重力場gz，再對gz應(yīng)用傅里葉變換則可求解出gzz(周文月，2019)。(3)對滑動窗口尺寸進(jìn)行合理的選擇。根據(jù)滑動體大小對窗口的大小進(jìn)行選擇，需要對整個異常范圍進(jìn)行覆蓋，同時，應(yīng)根據(jù)精度要求確定允許誤差。(4)對構(gòu)造指數(shù)N進(jìn)行恰當(dāng)?shù)倪x擇。通常對于構(gòu)造指數(shù)，我們可以根據(jù)各類先驗信息和部分技術(shù)手段進(jìn)行獲取，但對于實在無法獲取的，則直接將其當(dāng)作未知數(shù)進(jìn)行處理。(5)對方程組進(jìn)行求解。對線性超定方程組利用前面所確定的窗口尺寸和構(gòu)造指數(shù)進(jìn)行求解，從而得出場源位置參數(shù)和背景值。(6)對反演結(jié)果進(jìn)行篩選。根據(jù)這些解的匯聚位置、深度調(diào)整參數(shù)，聯(lián)合可靠的篩選技術(shù)挑選反演結(jié)果。(7)地質(zhì)解釋。得到重磁異常數(shù)據(jù)的二維平面圖及其三維立體圖小波歐拉反演結(jié)果，并結(jié)合地質(zhì)認(rèn)識解譯地質(zhì)現(xiàn)象。

4 重磁場特征

4.1 重力場分布特征

研究區(qū)內(nèi)布格重力異常場展布較規(guī)律，整體呈現(xiàn)出東部低、西部高的特征(圖2a、b)。大致以四方山礦床為界，研究區(qū)東部場幅值變化為(10.1～13.4)×10-6m/s2，西部場幅值變化為(12.8～17.4)×10-6m/s2。折火礦床東側(cè)及研究區(qū)西南部重力場最高，呈棱塊狀。拉牌溝北東部重力場值明顯減弱，為低緩正重力場中疊加弱的高、低重力異常；而小鐵山礦以東至小鐵山三采場重力場值明顯減弱，顯示出低重力異常場疊加低緩的弱重力異常。經(jīng)位場分離后，研究區(qū)剩余重力異常場總體呈現(xiàn)出正負(fù)相間的特征(圖2c)。中部正、負(fù)異常呈分散狀分布，剩余布格重力正異常形態(tài)呈網(wǎng)格狀、串珠狀分布，負(fù)異常則呈條帶狀、串珠狀相間分布。異常走向大致為NW向及NEE向，揭示出研究區(qū)內(nèi)明顯的NEE及NW向構(gòu)造格架，多組NEE向和NW向構(gòu)造雁形排列，造成區(qū)內(nèi)棱塊狀重力異常分布特征。

圖2 重磁異常場等值線圖

4.2 磁場分布特征

依據(jù)磁場規(guī)模、磁場強(qiáng)度、異常形態(tài)、異常軸(走)向等將研究區(qū)內(nèi)的磁場劃分為4個磁場區(qū)(圖2d、e)。(1)高石臺腦-新窯灣溝地區(qū)為大面積平緩升高的正磁場，磁場強(qiáng)度一般在20～60 nT，異常形態(tài)多為寬緩的帶狀；(2)山水溝-拉牌溝北地區(qū)為平靜的正磁場，磁場強(qiáng)度一般在0～20 nT，異常形態(tài)多為透鏡體狀；(3)折火-小鐵山地區(qū)為正負(fù)變化的磁場區(qū)，主要特征為平緩的負(fù)磁場背景上疊加一系列起伏變化的正、負(fù)磁異常，局部異常特別發(fā)育，多呈條帶狀或孤立的團(tuán)塊狀，磁場強(qiáng)度變化較大，異常走向多呈北東東向；(4)瞧馬溝地區(qū)為急劇升高的正磁異常場，磁場強(qiáng)度一般在120～300 nT，個別異常峰值可達(dá)900 nT，區(qū)內(nèi)局部異常發(fā)育，異常形態(tài)多為透鏡體狀。正負(fù)相間的剩磁異常分布區(qū)及其分布特征大致反映了白銀廠奧陶紀(jì)火山穹窿構(gòu)造及NEE向、NE向、NW向的同生斷裂構(gòu)造格架(圖2f)。

5 異常推斷解釋

5.1 巖性分布情況

重力異常是地質(zhì)集合體物質(zhì)組成和相對密度等特征的綜合反映。一般情況下在巖漿巖分布地區(qū)重力高反映的是該區(qū)域存在著相對富集的鐵鎂質(zhì)成分，重力低反映的是該區(qū)域存在著相對富集的硅鋁質(zhì)成分，硅鋁質(zhì)與鐵鎂質(zhì)成分相對有序的混合區(qū)通常為中間變化區(qū)域。而巖漿巖的磁性由受地磁場磁化的感磁與巖漿巖成巖時獲得的熱剩磁構(gòu)成，由于多期次的火山熱液活動，火山巖地區(qū)的磁場表現(xiàn)為雜亂、幅值較大、正負(fù)相間、呈緊密鋸齒狀磁異常的特征。通常巖漿巖的磁性強(qiáng)度與鐵鎂質(zhì)的成分含量成正比，所以基性巖漿巖表現(xiàn)為強(qiáng)磁性，而中酸性巖磁性較弱。因此，巖漿巖特有的巖石重、磁性特征為應(yīng)用重、磁力資料研究區(qū)內(nèi)火山巖巖性、巖相分布特征奠定了基礎(chǔ)(劉永勝，2014)。

通過將研究區(qū)內(nèi)的磁異常及布格重力異常數(shù)據(jù)進(jìn)行二維小波多尺度分解，從三階磁異常逼近結(jié)果可以看出(圖3a)：北東部的中高異常場與寒武系中統(tǒng)黑刺溝組中基性火山熔巖、同質(zhì)凝灰?guī)r分布區(qū)相對應(yīng)；中部為平靜的低緩磁異常區(qū)，局部疊加橢圓狀、不規(guī)則狀正、負(fù)異常，大致與奧陶系中統(tǒng)白銀廠群中酸性火山巖的分布范圍相一致；南西部的高磁場區(qū)與寒武系中統(tǒng)黑刺溝組基性火山熔巖及局部侵入的基性輝綠巖分布范圍相一致。中部平靜的低緩磁異常區(qū)與南西部高磁場區(qū)的梯度變化非常大，說明其分別反映的奧陶系中統(tǒng)中酸性火山巖與寒武系中統(tǒng)黑刺溝組基性火山巖、基性侵入巖接觸面產(chǎn)狀較陡。不同層次的磁異常細(xì)節(jié)結(jié)果反映出引起磁異常的地質(zhì)體從深部到淺部具有分枝現(xiàn)象，其中三階逼近異常和細(xì)節(jié)異常能基本完整地反映研究區(qū)內(nèi)的火山巖巖性、巖相分布特征(圖3b)：研究區(qū)西南部中低正磁場疊加緩慢升高的正磁異常反應(yīng)了寒武系中統(tǒng)黑刺溝組內(nèi)的細(xì)碧巖、細(xì)碧凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)千枚巖(β+Mp)的分布范圍；而高的正磁異常反應(yīng)了黑刺溝組內(nèi)的細(xì)碧巖(β)、細(xì)碧玢巖(φ)的分布范圍；中東部及南東部低緩的正磁場反應(yīng)了寒武系上統(tǒng)香毛山組沉積巖(Ms)及奧陶系中統(tǒng)白銀巖群中性火山巖(α)的分布范圍；中部低緩的負(fù)磁場疊加急劇升高的正磁異常和急劇降低的負(fù)磁異常反映了大面積分布的銅多金屬礦含礦母巖酸性火山巖(π、Mpπ)，急劇升高或降低的磁異常通常反映了酸性火山熔巖的分布范圍，代表了火山噴溢相，其周圍呈環(huán)狀分布的低緩磁異常梯度帶反映了酸性凝灰?guī)r的分布特征，代表了火山噴發(fā)相。

圖3 重磁場異常數(shù)據(jù)二維小波分解圖

研究區(qū)不同尺度的布格重力異常逼近結(jié)果反映出區(qū)域布格重力場整體上具有東低西高的特征(圖3c)；顯示出研究區(qū)內(nèi)東、西部具有不同密度的基底，其西部整體較高的重力場可能代表了基底為鐵鎂質(zhì)成分含量較多的巖石組合或存在規(guī)模較大的基性隱伏侵入體；東部較低的重力場可能反映了硅鋁質(zhì)成分含量較多的基底。重力三階細(xì)節(jié)異常圖反映出在一定深度上研究區(qū)內(nèi)整體表現(xiàn)為低緩的負(fù)布格重力場(圖3d)，其上疊加的低緩正重力異常大致上反映了不同性質(zhì)的相對密度較大的火山熔巖和各類侵入體。區(qū)域重力場和磁場特征均顯示區(qū)內(nèi)中酸性火山巖建造構(gòu)造為一個在中上寒武世火山巖建造構(gòu)造基礎(chǔ)上形成的繼承性的火山穹窿構(gòu)造，這一地球物理證據(jù)為白銀廠地區(qū)火山噴發(fā)旋回的劃分和時代的厘定提供了基礎(chǔ)資料。

5.2 斷裂構(gòu)造分布特征

區(qū)內(nèi)火山機(jī)構(gòu)通常發(fā)育于兩組斷裂的交匯處、大斷裂或深大斷裂處，這些規(guī)模較大的斷裂構(gòu)造為火山噴溢或巖漿侵出提供了通道和空間；同時火山噴發(fā)活動派生的次級放射狀、環(huán)狀斷裂構(gòu)造也為含礦熱液的循環(huán)、遷移和成礦物質(zhì)的交代富集、沉淀提供了有利的場所。斷裂構(gòu)造常常使其兩側(cè)的地質(zhì)體產(chǎn)生空間錯位或因后期巖漿侵入、交代蝕變而形成物性差異，在重磁異常圖上常表現(xiàn)為急劇變化的梯度帶、不同類型重磁異常的分界、沿一定走向呈串珠狀出現(xiàn)的局部重磁異常分布帶、重磁異常軸線的錯動或重磁異常等值線同形扭曲等(張春灌等，2021)。

研究區(qū)主要發(fā)育NW向、NE向、近NS向、NEE向等4組斷裂，基于重磁梯度張量數(shù)據(jù)利用歐拉齊次方程反演后其延深可達(dá)2000 m以下(圖4)。其中，NEE向斷裂主要為F1、F2，斷裂帶規(guī)模較大、延伸距離較長；F1位于研究區(qū)中部的折火-拉牌溝地區(qū)，分布穩(wěn)定，基本未受其它方向斷裂構(gòu)造的切割，推測其為基底斷裂；F2位于F1南部的牌樓溝-銅廠溝地區(qū)，局部受近南北向斷裂切割發(fā)生錯斷，推斷其為F1基底斷裂派生的次級斷裂。綜合斷裂的地質(zhì)特征、平面特征、重磁場特征以及其對研究區(qū)成礦的控制作用進(jìn)行考慮，推測NEE向斷裂F1、F2是主要的巖漿通道，控制著區(qū)內(nèi)火山巖巖性、巖相的分布特征。近NS向斷裂主要為F3、F4、F5、F6、F7，規(guī)模相對較大且延深穩(wěn)定，主要受F1、F2斷裂切割、錯斷，斷裂帶長3.9～5.1 km，形成時間稍晚于NEE向斷裂，其與NEE向斷裂F1、F2共同形成研究區(qū)棋盤網(wǎng)格狀的構(gòu)造分布特征，這兩組斷裂為研究區(qū)內(nèi)主要的控巖、控礦斷裂。其余NW向、NE向、NNE向小斷裂均屬派生的次級斷裂或同生斷裂，在局部地區(qū)呈放射狀、環(huán)狀分布，其為含礦熱液的遷移和成礦物質(zhì)的交代、富集、沉淀提供了有利的空間，控制著礦體的形態(tài)和規(guī)模。

圖4 研究區(qū)重磁異常數(shù)據(jù)構(gòu)造反演結(jié)果Fig.4 Structural inversion results of gravity and magnetic anomaly data in the study area

5.3 火山機(jī)構(gòu)

識別火山機(jī)構(gòu)及其各類次級火山構(gòu)造，對于研究區(qū)內(nèi)找礦有著重要的現(xiàn)實意義。一般情況下受火山熱液交代作用影響近地表的火山口常表現(xiàn)為中間低、四周高的典型的磁場分布特征(劉永勝，2014)。但是，由于絕大部分火山口常分布于兩組斷裂的交匯處、大斷裂或深大斷裂處，即易于巖漿侵出或火山噴溢的部位，其周圍通常為侵入巖、次火山巖發(fā)育地段，火山噴發(fā)口附近的巖石通常具有較高的剩磁，由此造成火山口周圍往往易形成呈一定規(guī)律分布的圓形或似圓形正負(fù)伴生的局部異?，F(xiàn)象(高維等，2016)。大規(guī)模的火山熔巖噴涌會在火山活動時形成熔巖臺地和火山錐，造成火山下的巖漿房出現(xiàn)相應(yīng)的質(zhì)量虧空現(xiàn)象，所以規(guī)模較大的火山口會引起等軸狀局部負(fù)布格重力異常(蘭學(xué)毅等，2012)。基于以上火山巖地區(qū)重磁場異常場的分布特征，可以較為準(zhǔn)確地識別和圈定出研究區(qū)內(nèi)火山機(jī)構(gòu)的分布范圍和特征。

以彭禮貴等(1995、1998)依據(jù)火山巖相厘定的東西部兩個古火山噴發(fā)中心、中心噴發(fā)口為基礎(chǔ)，通過梳理已知古火山噴發(fā)中心和古火山噴發(fā)口的地球物理異常場特征，可建立起古火山口厘定的地球物理標(biāo)志。礦田中部磁異常表現(xiàn)為嵌套式環(huán)狀、似環(huán)狀的磁場特征，布格重力異常呈現(xiàn)環(huán)狀、似環(huán)狀，或圓形、似圓形的局部重力低異?；蛑亓Ω弋惓！４笾乱越媳毕蚍孔訙仙畲髷嗔?F5)為界，礦田西部折火地區(qū)的布格重力異常表現(xiàn)為規(guī)模較大的環(huán)狀、似環(huán)狀、似圓形的局部負(fù)異常(圖2c)，剩余負(fù)布格重力異常中心強(qiáng)度一般為(-0.6～-1.4)×10-6m/s2；分布在火山穹窿構(gòu)造西部的火山口周圍常形成強(qiáng)度較大，且具有一定分布規(guī)律的圓形或似圓形的正負(fù)伴生的局部磁異常(圖2e)，剩余正磁異常中心強(qiáng)度一般為30～136 nT，負(fù)磁異常中心強(qiáng)度一般為-36～-150 nT(圖2f)；而其東部的火山口表現(xiàn)為負(fù)異常周圍被環(huán)形升高的串珠狀正磁異常包圍，負(fù)異常中心強(qiáng)度值為-30～-337 nT(圖2f)；布格重力異常則變現(xiàn)為規(guī)模較小的等軸狀局部負(fù)異常，剩余負(fù)布格重力異常中心強(qiáng)度一般為-0.1～-0.7×10-6m/s2(圖2c)。據(jù)此推測可知研究區(qū)中部大范圍的嵌套式環(huán)狀、似環(huán)狀的磁場特征與大范圍、高幅值、邊界梯級帶更清晰的的負(fù)布格重力異常區(qū)帶大致反映了研究區(qū)奧陶系中統(tǒng)白銀廠群火山穹窿構(gòu)造的分布范圍；不同的重磁場特征反映穹窿構(gòu)造東西部的火山噴發(fā)具有不同的基底、源區(qū)和噴發(fā)方式，可劃分為兩個大的噴發(fā)中心；分布在噴發(fā)中心內(nèi)古火山噴口的展布明顯受斷裂構(gòu)造控制，一般分布在深大斷裂、大斷裂或兩組斷裂的交匯處(圖4)。東部的噴發(fā)中心位于折火地區(qū)，受NEE向F1、F2及近NS向F3、F4深大斷裂控制，大量產(chǎn)出的火山噴口相的石英角斑質(zhì)集塊巖、角礫巖以及次火山相的石英鈉長斑巖及廟廟山火山通道都是火山機(jī)構(gòu)存在的重要標(biāo)志；西部的噴發(fā)中心位于小鐵山地區(qū)及其北西部的東長溝、西溝到宋家趟南部等地區(qū)，受NEE向F1、F2及近NS向F5、F6、F7深大斷裂控制，也大量產(chǎn)出火山噴口相的含酸性集塊、角礫石英角斑凝灰?guī)r。

5.4 重磁異常與礦床的關(guān)系

重磁異?？梢蚤g接指示找礦。白銀廠銅多金屬礦田內(nèi)主要賦礦巖性石英角斑巖系與中基性火山巖以不整面接觸，為一繼承性的火山穹窿構(gòu)造。在基性火山巖上形成重、磁高背景場，而含礦酸性火山巖、次火山巖則表現(xiàn)為低背景上的高值場(圖3b、d)；其中，折腰山礦床的礦體分布于-0.2～3.8×10-6m/s2的剩余布格重力異常梯度帶上、火焰山礦床的礦體分布于-0.2～0.8×10-6m/s2的剩余布格重力異常梯度帶上、小鐵山礦床的礦體分布于-0.2～-0.1×10-6m/s2的剩余布格重力異常梯度帶上、四方山礦床的礦體分布于-0.2～0.05×10-6m/s2的剩余布格重力異常梯度帶上，而銅廠溝礦床的礦體分布于-0.2～-0.1×10-6m/s2的剩余布格重力異常梯度帶上(圖2c)；折腰山礦床的礦體分布于-10～4×10-6m/s2的剩余磁異常梯度帶上、火焰山礦床的礦體分布于-20～44×10-6m/s2的剩余磁異常梯度帶上、小鐵山礦床的礦體分布于-14～12×10-6m/s2的剩余磁異常梯度帶上、四方山礦床的礦體分布于-40～10×10-6m/s2的剩余磁異常梯度帶上，而銅廠溝礦床的礦體分布于0～12×10-6m/s2的剩余磁異常梯度帶上。整體來看，各礦區(qū)及成礦有利地段均處于研究區(qū)中部低緩磁異常場內(nèi)正負(fù)磁異常變化的梯度帶內(nèi)(圖2f)。

6 結(jié)論

本文通過對白銀廠銅多金屬礦田內(nèi)的重磁異常數(shù)據(jù)進(jìn)行位場分離、小波分析及基于張量數(shù)據(jù)的三維歐拉反褶積自動確定地質(zhì)體位置和埋藏深度的定量反演計算，分析和討論了區(qū)內(nèi)重磁異常與巖性巖相分布、斷裂構(gòu)造、火山機(jī)構(gòu)及與礦床的關(guān)系，得到以下幾點結(jié)論：

(1)研究區(qū)內(nèi)重磁異常場分布具有明顯的分區(qū)性，剩余重磁異常分布范圍和分布特征大致反映了白銀廠奧陶紀(jì)繼承性的火山穹窿構(gòu)造及NEE向、NE向、NW向的斷裂構(gòu)造格架。

(2)基于二維小波多尺度分解的重磁異常較好地識別了區(qū)內(nèi)火山巖的巖性巖相和分布特征，不同層次的重磁力細(xì)節(jié)異常圖在一定程度上反映出引起重磁異常的地質(zhì)異常體具有一定的延深且分布穩(wěn)定，而且這些地質(zhì)異常體具有向深部復(fù)合的趨勢。

(3)通過二維小波斷裂分析發(fā)現(xiàn)研究區(qū)主要發(fā)育NW向、NE向、近NS向、NEE向等4組斷裂。其中，規(guī)模較大的斷裂有NEE向F1、F2及近NS向F3、F4、F5、F6、F7；NEE向F1、F2斷裂是主要的巖漿通道，控制著區(qū)內(nèi)火山巖巖性、巖相的分布特征，近NS向斷裂F3、F4、F5、F6、F7形成時間稍晚于NEE向斷裂，其與NEE向斷裂F1、F2共同形成研究區(qū)棋盤網(wǎng)格狀的構(gòu)造分布特征，這兩組斷裂為研究區(qū)內(nèi)主要的控巖、控礦斷裂。

(4)研究區(qū)東西部的火山口具有不同的重磁異常特征，說明東西部的火山噴發(fā)具有不同的基底、源區(qū)和噴發(fā)方式，可劃分為兩個大的噴發(fā)中心，火山機(jī)構(gòu)的分布明顯受斷裂構(gòu)造控制，火山口分布在深大斷裂、大斷裂或兩組斷裂的交匯處。

(5)礦田內(nèi)各礦床及成礦有利地段均處于研究區(qū)中部低緩重磁異常場內(nèi)正負(fù)磁異常變化的梯度帶內(nèi)。

致謝：甘肅省有色金屬地質(zhì)勘查局周俊烈教授級高級工程師、周宏高級工程師和甘肅省有色金屬地質(zhì)勘查局白銀礦產(chǎn)勘查院方春家教授級高級工程師在研究工作中給予幫助和指導(dǎo)，在此一并致以衷心的謝意。

[注 釋]

① 甘肅有色地勘局白銀礦產(chǎn)勘查院. 2021.甘肅省白銀市白銀礦田深部及外圍銅多金屬礦找礦預(yù)測工作總結(jié)[R].