哈密某銅鎳礦富集區重力三維反演解釋推斷成果及功效

于淑莉，龐雨桐，王慶國，任乖雅，李 飛，劉聰娟

（陜西地礦物化探隊有限公司，陜西 西安 710043）

目前對該區域的研究多以地球化學與地質學為主。對于該礦區的成礦、巖性以及年代鑒定研究比較深入。哈密礦區是2002年檢查地球化學異常時發現的一處巖漿銅-鎳礦場床（2003年，三金柱等），梁光河等（2007年）首次進行了大地電磁測深法，根據結果反演出該區域存在數個異常低值帶。

李奇祥等（2010年）指出該礦區雜巖體與四頂黑山在形成時間上存在差異，并非同一構造環境的產物。哈密礦區存在大量的輝長巖外，還含有大量的橄欖巖[1]。三金柱等（2010年）在對東天山該礦區銅鎳礦區兩個鎂鐵超鎂鐵巖體的鋯石U-Pb定年及地質意義中指出該礦區存在大型銅鎳硫化物礦床，而鋯石U-Pb年代鑒定的結果顯示該區域巖體存在不同巖漿活動時期的產物。劉帥（2012年）的研究中表明東天山地區分布的銅鎳硫化物礦床可以分為兩大類，熔離型礦床和火山通道型礦床[2]。黃山、黃山東、土墩礦床屬于熔離型礦床。香山、葫蘆、圖拉爾根、白石泉、天宇礦床屬于火山通道型礦床。也指出該礦床還有明顯的巖漿后期熱液疊加改造成礦作用。而東天山地區分布的銅鎳硫化物礦床礦化都主要發生于基性-超基性巖類中。

近年來，三維重力反演成為重磁數據處理的發展趨勢，本文根據所收集到的數據對該區域進行三維解釋推斷、三維空間圖件制作等方面，力爭取得較大成效。

1 地質特征

1.1 區域地質特征

哈密某銅鎳礦富集區位于哈薩克斯坦—準噶爾板塊（Ⅰ級）、準噶爾微板塊（Ⅱ級）東南緣，跨哈爾力克—大南湖古生代島弧帶（Ⅲ級）和覺羅塔格晚古生代溝弧帶（Ⅲ級）。

地層區劃屬天山興蒙地層大區（Ⅰ級）-北疆地層區（Ⅱ級）-南準噶爾北天山地層分區（Ⅲ級），跨哈爾里克-大南湖地層小區（Ⅳ級）和覺羅塔格地層小區（Ⅳ級）。

成礦單元劃分屬準噶爾成礦省，從北至南依次跨大南湖-卡特卡爾(凹陷)煤-U-鹽類-菱鐵-天然堿礦帶、康古爾-土屋-黃山Cu-Ni-Au-Mo-Pb-Zn-RM礦帶、阿齊山-雅滿蘇-沙泉子Fe-Mn-Au-Cu礦帶等三個四級成礦帶[3]。

區域上斷裂和褶皺發育，總體構造格架呈北東-南西向展布。晚古生代侵入巖漿構造活動強烈，以石炭-二疊紀中酸性侵入巖漿為主，巖石類型以（橄欖）輝長巖、石英閃長巖、花崗閃長巖、二長花崗巖、正長花崗巖為主。

主要出露地層由老至新分別為：長城系星星峽群（Chx）、上志留-下泥盆統紅柳溝組（S3D1h）、下泥盆統大南湖組（D1d）、下石炭統干墩組（C1g）和雅滿蘇組（C1y）、侏羅系煤窯溝群（J1-2mg）和洪山組（J3h）、古近-新近系桃樹園組（E3N1t）、第四系（Q）。

區域上侵入巖比較發育，面積約占工作區總面積的1/3，以中酸性巖類為主，其次為基性、超基性巖類，多為華力西期產物，受區域深大斷裂控制而多呈東西、北西西和北東東向長軸狀產出，見圖1。

它們的展布受板塊構造的時空演化所制約，并具明顯分帶性。

圖1 區域侵入巖分布圖

（1）哈爾里克花崗巖帶。沿康古爾塔格-黃山斷裂帶以北分布，侵入巖多為華力西中期產物，為多期次、多階段的巖基。巖石類型主體為鈣-堿性系列的花崗閃長巖類,屬于活動大陸邊緣洋殼俯沖階段的產物[4]。在東段奧莫爾塔格還見有堿性花崗巖,形成于碰撞后期構造應力松弛階段，是島弧造山帶演化后期的一個重要特征。

（2）沿康古爾塔格-黃山板塊碰撞帶形成的鎂鐵-超鎂鐵質侵入巖帶。呈北東東-南西西向帶狀分布，屬華力西早期產物，分布于主斷裂的低序次斷裂旁側，具多階段侵入特點。

（3）覺羅塔格島弧花崗巖帶。分布于康古爾塔格斷裂帶以的覺羅塔格地區，以華力西中期花崗巖為主。較大的巖體多為復式巖體，以富含Na質為特征，屬鈣-堿性火山-深成巖系列，具陸殼改造成因特點，形成于島弧深成巖漿作用。

該區域火山巖分布較廣，志留系、泥盆系、石炭系皆有出露。其中上志留統紅柳溝組、下泥盆統大南湖組、下石炭干墩組和下石炭雅滿蘇組中均有分布,其中上志留統紅柳河組、下石炭干墩組和下石炭雅滿蘇組火山巖出露較少,主要成凝灰質火山碎屑巖夾層產出，局部見少量的細碧巖、火山熔巖夾層。泥盆系火山巖發育，尤以下南湖組火山活動最強，巖性變化復雜。

受板塊構造作用影響，工作區變質作用以區域動力、熱力變質作用為主，糜棱巖化、混合巖化廣泛發育。變質作用具明顯分區（帶）性。以康古爾塔格-黃山深大斷裂為界可明顯的分為兩個區（帶），這兩個變質區（帶）在空間上呈近東西向延伸，與區域構造線的方向一致[5]。北部區域變質相屬葡萄石-綠纖石相，并廣泛發育接觸變質作用及交代變質作用；南部區域變質相屬綠片巖相；沿深大斷裂，特別是康古爾塔格-黃山深大斷裂，動力變質作用極其強烈，形成規模巨大的韌性剪切帶，帶內出現角閃石、綠簾石、鐵鋁榴石、十字石、藍晶石及硅線石等特征礦物組合及混合巖類和混合花崗巖，變質程度為低角閃巖相和角閃巖相。

1.2 區域礦產特征

區域地層發育齊全，構造復雜多樣，巖漿活動強烈頻繁，巖漿巖廣為分布，成礦條件良好，礦產類型多，尤其是銅、鎳、鉬、金、鋰輝石、鐵、鉛鋅已成為工作區重要的礦產類型。區域礦產的空間分布形式具有“南鐵北銅東鎳中間金”的特點，即阿齊山-雅滿蘇鐵（銅）、銀多金屬成礦帶，中天山地塊鐵（鉛鋅銀）成礦帶，吐哈盆地南緣銅成礦帶，康古爾剪切帶金成礦帶和銅鎳成礦帶，見圖2。

圖2 區域礦產類型及分布簡圖

1.3 區域物性特征

巖石密度特征：新疆東天山地區巖礦石密度特征如下。

沉積巖的密度變化范圍為2.44×103kg/m3～2.72×103kg/m3，為中等密度值；火山巖的密度變化范圍為2.61×103kg/m3～2.82×103kg/m3，為中等密度值，其中安山巖密度值較高，最高達2.82×103kg/m3；侵入巖的密度從酸性→中性→基性→超基性表現出逐漸增大的特點：花崗巖密度最低，均值為2.62×103kg/m3，花崗閃長巖密度平均為2.68×103kg/m3，閃長巖密度為2.78×103kg/m3，輝長巖密度平均為2.86×103kg/m3，超基性巖密度最高，均值達2.93×103kg/m3。中基性～基性巖為區內的高密度巖層。變質巖類密度一般與變質程度、原巖性質有關。隨著變質程度的提高，密度相應增大，原巖密度較大者，其變質巖密度相應較大。表中變質巖的密度變化范圍為2.63×103kg/m3～2.9×103kg/m3，屬中高密度。

綜合分析可見，區內正常的沉積巖和變質巖一般形成重力背景場；火山碎屑巖的密度與火山膠結物的基性程度密切相關，一般隨著基性程度的增高，巖石密度也會隨之增大。區內安山巖的平均密度為2.76×103kg/m3，屬中偏高密度，因此可以推測，區內中酸性火山巖一般形成重力背景場，中基性-基性火山巖可引起局部重力高；區內侵入巖中，酸性～中酸性巖類一般形成重力背景場，而中基性侵入巖-超基性侵入巖可引起局部重力高值區。

2 地球物理特征

區域重力特征：區地殼性質相對活潑，厚度較薄，幔源斷裂發育，利于巖漿上涌和火山噴發；低值區地殼結構相對簡單，性質和厚度穩定，對應中新生代弧間盆地。兩者之間的梯級帶則對應了區內斷裂活動帶。工作區一帶布格重力北高西低，等值線整體呈近東西向展布，由北至南依次為哈爾克里-大南湖島弧高重力帶、覺羅塔格低重力帶，二者之間為康古爾塔格深大斷裂梯級帶，貫穿工作區中部。

哈爾克里-大南湖島弧高重力帶：整體呈北東走向，異常幅值較高，異常中心附近等值線稀疏、梯度較緩，異常北翼和南翼均為密集的重力梯級帶，場的急劇變化通常揭示著分布區地質體的變化，南翼重力梯級帶對應在康古爾塔格深大斷裂上。結合區域地質條件分析，該重力高表明帶內巖漿活動強烈，與帶內大面積火山巖分布吻合，根據地層特征、巖性密度參數特征可知，該帶火山巖以中基性為主，帶內的局部低重力圈閉可能為酸性侵入體，是尋找火山巖型銅礦的重要區帶。

康古爾塔格深大斷裂重力梯級帶：布格重力異常梯級帶北疏南密，北緩南陡，表明斷裂北傾，已發現的數個銅、鎳、金礦點皆分布于康古爾塔格深大斷裂帶內或兩側，是尋找隱伏基性-超基性巖型銅鎳礦、韌性剪切帶型金礦等礦種的重要區帶。

覺羅塔格低重力帶：走向近東西向，異常幅值較低，異常中心附近等值線稀疏、梯度較緩，異常翼部均為密集的重力梯級帶，場的急劇變化通常揭示著分布區地質體的變化。帶內大面積的低重力圈閉可能與紅柳溝以東以北的大規模酸性侵入巖有關，局部的高重力圈閉可能為干墩組的中基性火山巖，是尋找熱液型礦床的重要區帶。

3 反演處理

在2.5D反演的基礎上合成的一種三維反演模型。特點是每條剖面都有其相關性，反演出的形體會根據反演剖面的增多而更加趨近真實。三維定量反演是對地下空間異常體的參數進行定量計算。計算參數為地質體的幾何參數和物性參數，據此把三維反演方法歸納為兩類：物性反演和形體反演。

物性反演是將地下空間與觀測異常對應的地質場源區域剖分成長方體單元，通過反演方法確定各長方體離散單元的物性，由物性的分布確定場源的實際分布情況；而形體反演是在給定物性的基礎上，確定多邊形或者是多面體角點的坐標，通過多邊形或多面體來模擬場源的幾何形態。

3.1 2.5D反演

2.5D反演解釋推斷以實測布格重力異常和實測地形為基本反演依據，以剩余異常作為反演參考，旨在反演解釋推斷區內主要斷裂、侵入巖體、地層、礦體賦存位置及幾何形態等。根據反演剖面取得的地質塊體的基本幾何模型，在融合地質構造的基礎上進行解釋推斷。

3.2 三維反演解釋

是在2.5D反演的基礎上合成的一種三維反演模型。特點是每條剖面都有其相關性，反演出的形體會根據反演剖面的增多而更加趨近真實。

2.5D反演成果考慮了旁側效應,可以預設旁側距離，且相鄰測線聯系較為密切；由2.5D剖面構成的三維地質體更趨向于真實。

ModelVision實例（預5區）。

圖3 2.5D反演效果

圖4 3D反演效果

4 結論

圖5 剖面反演成果

1號和2號巖體，為基性-超基性巖體帶，預測有進一步成礦的可能；3號巖體，為基性-超基性巖帶，兩個新發現的銅礦化點都在該區域，其中新發現1號銅礦化點經鉆孔證實，已發現7m厚的銅鎳礦；4號和5號巖體，為相對低密度中酸性巖體，已知的鉬礦和銅礦點均在4號巖體北部邊緣。