綜合物探法在小秦嶺地區中酸性巖體圈定及空間解析中的應用

楊 淵， 張 林， 史朝洋, 張瑾愛

(陜西省礦產地質調查中心，西安 710068 )

0 引言

東秦嶺特別是秦嶺造山帶北部和華北地塊南緣地區，是中國重要的多金屬成礦帶[1]。東秦嶺造山帶屬于秦嶺造山帶東段，晚中生代構造巖漿事件在該區域非常發育，形成了大量的花崗巖[2]，蟒嶺花崗巖體出露于北秦嶺構造帶位于欒川斷裂帶以南、商丹斷裂帶以北的秦嶺地區。蟒嶺巖體西側地區是北秦嶺的一個重要的礦集區，分布有南臺、馬河、西溝、高溝和桃官坪等幾個中小型以鋁為主的多金屬礦床，其周邊還分布有銀廠溝、寺溝等鉛鋅礦床。礦集區除鉬礦床成礦元素之外還伴生有其他多金屬元素[3],其成礦作用與中生代花崗質巖漿活動密切相關。半個多世紀以來，國內眾多科研院所和生產部門對東秦嶺地區中生代的花崗巖及與其有關的鉬(鎢)多金屬礦床的時空分布、物質來源及演化、礦床地質特征、成礦作用過程與地球動力進行了研究，取得了不小成果[4-5]

前人對蟒嶺巖體以及西部小巖體在時間上有一定的認識，北秦嶺地區與鋁礦相關的巖體的巖石類型主要為二長花崗巖，也見花崗斑巖(南臺巖體)，利用LA-ICPMS鋯石U-Pb定年得到成礦小巖體的形成年齡為157±1Ma～150±3Ma[6]，與蟒嶺花崗巖體形成時代接近，略早于蟒嶺花崗巖體二長花崗巖148±1Ma～144±1Ma[7]，均屬于晚侏羅世,明蟒嶺巖體與其在西部小巖體在形成年齡上相近。但以往本地區地質調查工作僅局限于地表，未見在深層空間對巖體進行系統性的研究分析，沒有對隱伏-半隱伏巖體產狀及賦存狀況有清晰地認識，也沒有較大比例尺的綜合物探測量工作，筆者借助于綜合地球物理手段，對小秦嶺地區蟒嶺巖體及其西部小巖體的地球物理特征展開研究，著重探討蟒嶺巖體西部三個小巖體(圖1中黑色圖框)桃官坪巖體、崎頭山小巖體和西溝小巖體之間的關系，以及三個小巖體與東部蟒嶺巖體在空間和時間上的關系。

圖1 研究區地質特征Fig.1 Geological characteristics of the study area

研究區內巖漿活動以燕山期侵入巖為主，主要的巖體有四個，自西向東依次為：桃官坪巖體、西溝巖體、崎頭山巖體以及東部最大的蟒嶺巖體。巖性主要為中-細粒黑云母花崗巖，局部有二長花崗斑巖、二長斑巖、花崗斑巖小巖體(脈)圍繞主要巖體分布。此外，還分布有石英脈、花崗斑巖脈、閃長巖脈、閃長玢巖脈及云斜煌斑巖脈等脈巖。桃官坪巖體、西溝巖體受南北向斷裂構造影響，闖溝巖體位于前兩者之間，畸頭山巖體位于東端，巖體分枝多呈團塊狀交錯，形態復雜。

1 巖石物性特征

通過對采集的物性標本測定統計分析(表1)，結合測區地質資料，綜合分析了巖石和地層的物性特征和變化規律。對測區內不同地層單元的密度、磁性、電性特征對比，建立了主要地層單元的物性模型，為重磁剖面反演及綜合解釋提供物性借鑒。

1)從密度來看，元古界四岔口巖組地層綜合密度為2.71 g/cm3，變化范圍為2.59 g/cm3～2.80 g/cm3，廣東坪巖組地層綜合密度為2.84 g/cm3，變化范圍為2.59 g/cm3～3.04 g/cm3，五峰山巖組地層綜合密度為2.84 g/cm3，變化范圍為2.64 g/cm3～3.18 g/cm3，燕山期侵入巖體密度為2.58 g/cm3，變化范圍為2.48 g/cm3～2.72 g/cm3。通過物性對比可以看出，中上元古界四岔口巖組與廣東坪、五峰山巖組密度差明顯，地層與巖體密度差更大，因此存在資料解釋推斷的物性條件。

通過對比分析，廣東坪巖組和五峰山巖組巖石密度最大，四岔口巖組密度次之，巖體密度最小。

2)從磁性來看元古界四岔口巖組地層平均磁化率978(10-5SI)，變化范圍為17(10-5SI)～6 768(10-5SI)，從巖性來說除變基性凝灰巖和斜長角閃巖磁性較強外其余巖性均不超過100(10-5SI)，說明四岔口巖組多數巖石是弱磁性，少數變質基性巖磁性非常強。廣東坪巖組磁平均化率為461(10-5SI)，變化范圍為5(10-5SI)～4 326(10-5SI),磁性變化范圍大，強磁巖性較多，強磁巖性為斜長角閃巖和綠泥納長陽起片巖。五峰山巖組地層平均磁化率38(10-5SI)，基本屬無磁地層。燕山期侵入巖體平均磁化率為488(10-5SI)，變化范圍為5(10-5SI)～4 070(10-5SI)，說明中酸性巖體磁性不均勻，變化范圍大，基本呈現中等磁。總體來看，區內廣東坪地層磁性最強，四岔口地層磁性除斜長角閃片巖外基本屬于無磁，四岔口地層為無磁，中酸性巖體呈中等磁。

表1 綜合物探物性統計表

3)從電性來看，元古界四岔口巖組地層電阻率變化范圍大，極化率相對較高，但整體并不高。廣東坪巖組電性與四岔口相近電阻率變化范圍大，極化率相對較高，其中角閃片巖極化率最高達8.94%。五峰山巖組地層電阻率變化范圍大，極化率最低，說明五峰山組地層蝕變不強或者說無蝕變。燕山期侵入巖體電阻率變化范圍小，整體呈低阻，極化率較低，變化范圍小。總體來看，區內廣東坪和四岔口地層極化率較高，變化范圍較大，蝕變較強。五峰山組合巖體電阻率和極化率較弱，蝕變不強，說明五峰山組合花崗巖相對“干凈”，蝕變不強。

2 研究區重磁特征

由圖2(a)可以看出，異常整體呈北東向，“兩低夾兩高”展布特征。東部異常最低，西南部最高，中北部帶狀展布異常次之，西北部相對較低，各個異常區之間界線清晰，異常簡單明了。通過布格重力異常圖正負異常的展布特征，可將異常區分為兩個重力負異常區和兩個重力正異常區。

由圖2(a)可以看出，研究區分區明顯，界線清晰，結合物性工作認為布格重力高值區(紅色較深區)反映了巖體埋深較深無巖體侵入地層，或者說在該區域巖體所占比例較小。布格重力低值區即藍色區域反映了巖體埋深較淺且該區域隱伏-半隱伏巖體所占比例較大，地層所占比例較小。

從圖2(b)地面高精度磁測異常面圖分布即可將研究區分為三個區：①磁場平穩區;②強磁異常區;③磁場散亂區。磁場平穩區位于工作區西北部，平穩區內主要出露地層北部為中古元界四岔口巖組；強磁異常區位于工作區中部，異常走向不一致，中部有部分扭曲，呈直角狀，局部磁異常高達2 000 nT，東北部有大面積的負磁異常區。本區內主要出露中元古界地層的廣東坪巖組，中部強磁異常位置出露的是四岔口巖組和燕山期的二長花崗巖，強磁異常走向主要以南北向、東西向或者不規則走向；磁場散亂區，位于工作區東南部，區內磁場屬中等強度，異常較為獨立，無明顯條帶狀或者團塊狀異常出現，異常走向為北東向，說明蟒嶺巖體巖體形成初期有為北西向應力控制，本區主要出露燕山早期的二長花崗巖。

圖2 重磁異常圖Fig.2 Gravity and magnetic anomaly map(a)布格重力異常圖；(b)高精度磁測異常圖

3 隱伏-半隱伏巖體圈定

3.1 定性分析

對比圖1和圖2，我們可以發現，蟒嶺巖體所處范圍為巨大的布格重力低值區，該區域不僅重力異常低而且磁異常相對較低，與中酸性巖體物性特征一致。桃官坪、崎頭山和西溝三個小巖體所處區域為一個完整的相對較大的布格重力異常，說明該處三個小巖體雖在地表相鄰而不相連，但隱伏部分卻是連為一起。

圖3 巖體在布格重力圖上反映Fig.3 Granite reflected on Boug gravity diagram

3.2 剖面反演

為了解深部地質二維特征，我們在布格重力圖上截取了DD-16-01剖面(圖3)，進行重磁2.5D反演擬合(圖4)，從圖4可以看出，桃官坪、崎頭山和西溝三個小巖體在深處隱伏部分是相連的，而且在一定深度上三個小巖體的根部連為一體成為一個較大的巖體，并且該巖體與東部蟒嶺巖體相連。

3.3 電法工作驗證

為對隱伏-半隱伏巖體進一步確認，在圖1黑色框內進行了激電測量工作。物性工作顯示圍巖電性變化范圍大，且極化率大小和蝕變強弱有明顯關系，而巖體整體呈低阻低極化，說明中酸性巖體內并無太強的礦化蝕變。由此可利用圍巖與地層的電性差異，劃分隱伏-半隱伏巖體與地層的接觸關系，再根據測深斷面圖進一步梳理地層與巖體在深部的接觸關系。

由圖5看視極化率等值線圖有明顯的分區性，以黑線為界東西部極化率存在明顯差異，西部普遍較高，東部極化率較相對較低僅局部有相對高值異常。激電異常主要以東西向或者近東西向走向為主。初步認為西部發生大規模低溫熱液蝕變，引起的激電異常主要為黃鐵礦化蝕變，西部地層具有明顯的體極化效應；東部地層低溫蝕變較弱，高溫熱液蝕變較強，這也從東部區域內有大量的鉬礦化可以證明。

圖4 剖面重磁正反演Fig.4 Inversion of gravity and magnetic sections(a)DD-16-01布格重力異常；(b)DD-16-01磁力異常；(c)DD-16-01反演模型；(d)DD-16-01地質解釋剖面圖

圖5 重點研究區視極化率異常圖Fig.5 Anomalies of apparent polarizability in key research areas

1)根據熱液礦床圍巖蝕變分布模式可知在靠近巖體位置主要發生的是高溫蝕變，蝕變礦床為銅、鉬、鎢等。距離巖體相對較遠位置發生的是中低溫蝕變，蝕變礦床為鐵、鉛、鋅等。本區東部局部有巖體出露，再結合重磁推斷的巖體及地層的關系認為，本區符合典型熱液礦床圍巖蝕變分布模型[8-10]。

2)區內除巖體外均為四岔口巖組，地表巖石和地層東西部無明顯差別，但電性顯差異明顯，說明此處存在一個內生動力源(高溫熱源)，該動力產生的作用與溫度和距離有直接關系，而此動力源即為中酸性巖體。

在地層和巖體邊部布設了一條對稱四極測深剖面(位置見圖5粉色線段)，圖6為地層與巖體在一定深度上激電測深斷面圖。由圖5、圖6可以看出，巖體在地表與地下一致呈現的是低極化，而地層在越往深處呈現的視極化率越高，說明在深部地層低溫蝕變變強。由此圈定了隱伏-半隱伏巖體(圖7)，該圈定的巖體與重力異常反映一致，巖體完整獨立，進一步說明所研究的三個小巖體在深處是連在一起的。

對比重力異常，激電異常圈定的巖體范圍較小，需說明的是，重力異常所反映的巖體埋深相對較深而激電測量的深度較淺，且重力測量比例尺為1∶50 000尺度，而激電測量比例尺為1∶10 000，在淺表細節上刻畫更為詳細。準確來講綜合物探方法效果都很好，僅是反映深度和反映的地球物理場不同而已，不存在何種方法更具有優勢。

圖6 激電測深斷面及推斷圖Fig.6 Imaginary sounding section and inference map(a)激電測量斷面圖；(b)激電測量推斷地質斷面圖

圖7 激電測量推斷巖體圖Fig.7 Inferred map of induced rock mass

圖8 巖體分布圖Fig.8 Distribution of rock mass

4 巖體空間關系

經綜合分析研究在桃官坪附近圈定了一個隱伏-半隱伏巖體，位置如圖8所示，該隱伏-半隱伏巖體規模較大，巖體相對完整。從平面圖上來看出露的桃官坪巖體、崎頭山巖體及西溝巖體都分布于綜合推斷的巖體外圍，在地表相鄰而不相連，但在巖體深處隱伏部分相連。而且在更深的位置三個小巖體與蟒嶺巖體相連，并且形成一個巖漿運移通道。(圖4剖面重磁正反演斷面圖可知,巖體深層空間隱伏深度在2 km～3 km)。

由此，我們認為從平面上來看蟒嶺巖體在空間上范圍更廣規模更大，其中很大一部分屬于隱伏巖體，且隱伏深度較深。從深層空間上來看蟒嶺巖體與西部三個小巖體在深部相連，與蟒嶺巖體同根同源，為“兄弟”關系，蟒嶺巖體深部模型示意如圖9所示。

圖9 蟒嶺巖體深部模型示意圖Fig.9 Schematic diagram of the deep model of the Mangling rock mass

5 結論

從地球物理特征來看,蟒嶺西部燕山期花崗巖具有低磁、低重、相對低極化的特征，本次物探工作使用大比例尺電、磁、重對巖體和地層進行了研究，結果顯示綜合物探手段可以很好地分辨隱伏-半隱伏巖體與地層；通過對照物探異常與地質填圖的對照，發現地質內容與物探內容是不同的，物探工作所反映的是具有一定深度的地質內容；通過測深及反演等物探手段可以了解深部巖體賦存狀況；在可靠的地球物理理論基礎下建立蟒嶺巖體深部模型，為將來三維地質反演以及研究深部構造演化提供借鑒，對將來深部找礦意義重大。