重力勘探在河南熊耳山地區金礦勘查區找礦預測研究

郭甲一，程寶成，王西榮，仁政勇，胡靜波，蔡仲明，孫紅濤，謝白楊

(1.河南省有色金屬地質勘查總院，河南 鄭州 450052； 2.河南省有色金屬深部找礦勘查技術研究重點實驗室，河南 鄭州 450052；3. 河南省有色金屬深部找礦工程技術研究中心，河南 鄭州 450052； 4.安徽地質實驗研究所，安徽 合肥 230001；5.中南大學地球科學與信息物理學院，湖南 長沙 410083； 6.中色國際礦業股份有限公司，北京 100029；7.河南省地質調查院，河南 鄭州 450002； 8.河南省有色金屬地質礦產局第二地質大隊，河南 鄭州 450016)

0 引言

河南省熊耳山—外方山地區位于華北板塊南部邊緣，是我國最主要的金礦產地之一[1]，不少學者對區內的金礦床進行了礦床地質地球化學特征、成礦年代學、成礦流體及其物質的來源[2]等多方面的研究，劃分出多個礦床的成因類型，如上宮斷控脈狀造山型金礦[5]、祁雨溝爆破角礫巖行金礦床[12]以及公峪構造蝕變巖型金礦床[7]等。前人對熊耳山—外方山礦集區著重于典型礦床的成礦作用的研究，從金礦產出的地質特征均傾向于一致的意見，即受構造控制，而重力測量是隱伏區查明構造特征的一個十分重要的技術手段和方法，在區域上，通過重力測量，可以達到查明區域上的控礦構造和容礦構造的分布特征，對于區域的成礦預測和整裝勘查區內繼續尋找同類型的金礦床，意義重大。

本次采用重力測量方法對區域進行了地球物理測量，結合已有的地質及地球物理資料，解釋分析了區域布格重力異常及剩余重力異常，圈定了2個布格重力異常分區，劃分了32個剩余重力分異常，推測出Ⅰ級斷裂構造5條，Ⅱ級斷裂構造26條，圈定出10個以重力成果為主的找礦有利靶區。

1 區域地質概況

河南省熊耳山—外方山地區金多金屬礦整裝勘查區位于華北陸塊南緣，屬華山—熊耳山構造帶的中段，區內總體構造呈NWW向展布，巖漿活動強烈，地質構造復雜。金、鉬、鎢、鉛、鋅、螢石礦床、礦(化)點星羅棋布，成礦地質條件優越(圖1)。

圖1 河南嵩縣整裝勘查區大地構造位置示意圖

工作區地層劃屬華北地層區、晉冀魯豫地層分區、華熊小區，具有穩定陸塊的雙層結構，盆地地層由基底和蓋層組成：基底為新太古界太華巖群；蓋層由老至新有長城系熊耳群高山組、薊縣系官道口群和汝陽群、寒武系、白堊系及新生界地層。太華巖群、熊耳群是金礦主要的賦礦圍巖。

本區地質構造復雜，褶皺斷裂極其發育。以早白堊世花崗巖基和被其侵吞后而殘留的新太古界太華巖群構成褶皺的核部，受構造應力影響，在核部及其兩翼均發育有韌性剪切帶；查區內斷裂構造以脆性斷裂為主，斷裂構造經歷了新太古代呂梁運動至古生界的燕山運動，長期復雜的構造演化歷史，使得本區構造呈現出多層次、多樣式、多機制、多階段的復雜變形、變位特征，總體構造線呈NW向，NE和NW直向的斷裂交織成網格狀，NE(E)向斷裂切割NW(W)向斷裂，而NNE向(近SN向)斷裂截切其他各組斷裂，各組斷層縱橫交錯。少量SN向、近EW向。

工作區出露的主要地層：中元古界熊耳群雞蛋坪組(Pt2j)、馬家河組(Pt2m)(圖2)。雞蛋坪組大面積出露于礦區，地層總體傾向NW320°～345°，傾角50°～60°。主要有中基性火山巖組成，主要巖性為安山巖，其次為玄武質安山巖、輝石安山巖夾流紋斑巖、球粒流紋斑巖及薄層英安巖，局部夾灰綠色玄武安山巖。安山巖呈灰色、灰綠色，紅褐色，隱晶質結構、變余結構，塊狀構造。

圖2 整裝勘查區地質簡圖

區內斷裂構造發育。一組為NW向，另一組為NE向。NW向斷裂在區域上廣泛發育，走向NW—SE，傾向SW，顯示兩期活動的跡象：早期韌性變形形成了片理化帶，晚期自南向北脆性逆沖推覆。沿斷裂帶可見及碎裂巖、碎粉巖、碎糜巖等，巖石硅化、鉀化及其他蝕變強烈。NW向斷裂控制了本區所有礦床(點)的產出與分布位置，為本區重要的控礦、導礦構造，且本組斷裂對金等多金屬的形成具有一定的控制作用[4]。

礦區巖漿活動較強烈，礦區出露有燕山期花崗巖、海西中期正長巖及晉寧期閃長巖；礦區出露有合峪巖體、太山廟巖體、五仗山巖體、燕山期花崗巖脈主要侵入于熊耳群雞蛋坪組、馬家河組及合峪巖體內部[5]。

燕山期花崗巖與鉬、鉛、鋅、金、銀等金屬礦及螢石礦成礦關系最為密切。成脈狀產出的花崗斑巖、細晶花崗巖等[6]。

2 物性特征

根據工作區內出露巖性，針對工作區內地質單元的地層采集巖性534塊，根據工作方法中對巖性資料的測定及基本統計進行進一步分析，提取適合本次重力工作解譯所用的地層巖性密度統計值見表1。

表1 巖體及地層密度綜合統計

密度綜合分析可知：① 工作區內最高地層密度為閃長巖巖墻，密度為2.804 g/cm3；② 工作區內最低密度為巖體，巖體綜合密度為2.573 g/cm3；巖體密度范圍為(2.434～2.697)g/cm3；③ 合峪巖體密度比太山廟巖體大0.015 g/cm3，合峪巖體與五仗山巖體密度差異較小，但合峪巖體第二次侵入比五仗山巖體密度小0.007 g/cm3；④ 同一巖體中，第一次侵入密度較大；⑤ 地層與巖墻、巖體與巖墻均有較大的密度差，閃長巖巖墻密度較大；⑥ 本工作區內地層密度變化規律：閃長巖>安山巖>沉凝灰巖>二長花崗巖>正長花崗巖，巖性形成年代不同可能有部分差異。以上密度成果為本次重力解譯奠定了基礎。

3 重力異常解釋推斷及找礦靶區預測

3.1 布格重力異常特征

工作區布格重力異常值變化范圍為(-135.2～-75.4)×10-5m/s2，異常幅值相差59.8×10-5m/s2。異常形態不封閉，重力異常整體表現為工作區內北東部異常高，南西部異常低。布格重力梯級帶清晰地反映了巖體與熊耳群地層之間接觸帶，二者基本呈“U”字形分界，即南西部為巖體分布范圍，北東部是熊耳群分布區。根據重力異常特征，共劃分2個布格重力異常區(圖3)，為G-MZJ-01重力高，L-MZJ-02重力低。

圖3 布格重力異常分區圖

G-MZJ-01重力高區：位于工作區的北部，西北角部分重力最高，高達(-135.2～-75.4)×10-5m/s2，格重力異常值變化范圍為(-135.2～-75.4)×10-5m/s2，異常幅值相差59.8×10-5m/s2，整體異常形態不封閉。布格重力高是由高密度的熊耳山地層所致。重力高內含有多個條帶狀NE向的局部布格重力異常，多為局部重力高，異常形態基本為NE向條帶狀，局部異常SW向延伸多截止于巖體處，推測該條帶狀局部異常多為條帶狀閃長巖巖墻所致。在木植街東北方向，條帶狀異常形態變緩，推斷有局部巖體侵入。

L-MZJ-02重力低區：位于工作區的南部，整體異常形態不封閉，格重力異常值變化范圍為(-135.2～-75.4)×10-5m/s2，異常幅值相差59.8×10-5m/s2。重力最低處位于工作區西南角部分，推測整體重力低為巖體侵入所致。含有多個重力低的局部異常，部分局部異常封閉，異常形態呈圓狀或橢圓狀，東側異常形態不規則，局部異常受不同侵入期次巖體影響。

在G-MZJ-01重力高與L-MZJ-02重力低分界線兩側，NW向一側存在兩條規模較大重力梯級帶，推測可能在兩條梯級帶對應為馬超營斷裂南北兩側的反映。

3.2 局部重力異常特征

根據布格重力異常數據對區域場進行了求取，在此基礎上求取本區的局部重力異常，本次異常提取通過滑動平均求取局部異常作為解釋局部異常的基礎圖件。根據本區局部重力異常的計算成果，對每個局部重力高和重力低異常均進行統一編號(圖4)。重力異常以SY-01、SY-02……編號命名，在其前面冠以G、L來區分剩余高與剩余低。

圖4 局部重力異常圖

局部重力異常總體特征是：局部重力異常峰值范圍在(-6.0～3.5)×10-5m/s2，局部重力高與局部重力低呈不規則相間分布，帶狀走向以NW向和NE向為主，與區內主要構造格架特征展布方向相對應，部分異常呈近EW向。

3.3 斷裂構造帶推斷

從工作區異常梯級帶方向來看，以N、NW向為主。利用RGIS2011軟件在布格重力異常基礎上，進行向上延拓250 m、500 m、1500 m、3000 m、5000 m線性增強和水平總梯度模處理，并對工作區布格重力異常進行向上延拓、水平一階導數、垂向二階導數等處理，根據構斷裂造的重力場標志，在綜合分析的基礎上推斷出31條斷裂構造(圖5)，其中Ⅰ級斷裂構造5條，Ⅱ級斷裂構造26條。依照由主要到次級、由西向東、由北向南的順序分別對其進行了命名，對區內的構造進行統一命名。

圖5 推測斷裂構造圖

3.4 本區異常類別的劃分原則

工作區布格重力異常值變化范圍為(-135.2～-75.4)×10-5m/s2，異常形態不封閉，重力異常整體表現為工作區內北部、東部異常高，南部、西部異常低，布格重力異常等值線展布方向在工作區內北部以NNW向為主，在工作區南部變為EW向為主。布格重力梯級帶基本表現在巖體與熊耳群地層接觸帶，基本以“V”字形分界。受本次工作圖幅限制，重力高與重力低異常均未封閉，異常幅值相差59.8×10-5m/s2。根據重力異常特征，共劃分2個布格重力異常區，為G-MZJ-01重力高，L-MZJ-02重力低。

G-MZJ-01重力高區：位于工作區的北部，西北角部分重力最高，整體異常形態不封閉，布格重力高是由高密度的熊耳山地層所致。重力高內含有多個條帶狀NE向的局部布格重力異常，多為局部重力高，異常形態基本為NE向條帶狀，局部異常西南向延伸多截止于巖體處，推測該條帶狀局部異常多為條帶狀閃長巖巖墻所致。在木植街東北方向，條帶狀異常形態變緩，推斷有局部巖體侵入。

L-MZJ-02重力低區：位于工作區的南部，整體異常形態不封閉，重力最低處位于工作區西南角部分，推測整體重力低為巖體侵入所致。含有多個重力低的局部異常，部分局部異常封閉，異常形態呈圓狀或橢圓狀，東側異常形態不規則，局部異常受不同侵入期次巖體影響。

在G-MZJ-01重力高與L-MZJ-02重力低分界線兩側，NW向一側存在兩條規模較大重力梯級帶，推測可能在兩條梯級帶對應為馬超營斷裂南北兩側的反映。

3.5 重力異常區劃分及解釋實例

3.5.1 重力異常區劃分

筆者圈定了L-SY-10、L-SY-13、L-SY-19、L-SY-24等為較好的研究區。L-SY-10區：形態呈“T”帶狀，雙峰值，最低為-1.2×10-5m/s2，圈定面積約8 km2，流紋巖層密度2.65 g/cm3熊耳群雞蛋坪組出露，推斷該異常為巖體沿推測NE向斷裂侵入；L-SY-13區：形態不規則，多峰值，最低為-1.4×10-5m/s2，中部局部剩余高，圈定面積約25 km2，太山廟巖體一期密度為2.573 g/cm3，流紋巖層密度為2.65 g/cm3，東北側出露雞蛋坪流紋巖所致，南側出露太山廟巖體一期，推斷該異常為太山廟巖體一期侵入雞蛋坪流紋巖所致；L-SY-19區：形態呈NE向長條帶狀，單峰值為-1×10-5m/s2，圈定面積約18 km2，安山巖密度為2.776 g/cm3，綜合巖體密度為2.55 g/cm3，地表出露安山巖，推斷該異常安山巖下隱伏巖體，或為古火山通道；L-SY-24區：形態不規則，峰值最低為-1.6×10-5m/s2，中部局部剩余高，圈定面積約24 km2，太山廟巖體五期侵入巖體密度為2.564 g/cm3，流紋巖層密度2.65 g/cm3，異常的東部和東北部出露雞蛋坪組流紋巖，西側太山廟巖體第五期侵入，推斷該異常為太山廟巖體第5次侵入的低密度花崗巖引起。

3.5.2 典型重力異常解釋實例

局部異常與礦產關系密切，大部分局部異常低是由于在構造發育地段，充填有低密度巖體引起的，與礦化有很大關系。因此尋找大規模的巖體與巖石礦化接觸面是一個找礦有利條件。本工作區以L-SY-24為例進行說明：

異常原因：該異常低主要是受太山廟巖體第五次侵入所致異常低，南、西邊緣推測與太山廟巖體第二次侵入接觸有關(但侵入巖體密度差別不大)，異常北側為馬家河安山巖(推測下部為密度較大的閃長巖巖墻)。

地質情況：異常中心東側顯示為局部重力高，出露巖性為雞蛋坪組流紋巖。北、西北側流紋巖與安山巖相接。

推斷：圖6所示雞蛋坪流紋巖下隱伏太山廟巖體，隱伏巖體吞噬流紋巖推測成環狀，在圖7a留有雞蛋坪流紋巖柱體，因此推測該區域存在巖體與地層的接觸面積較大，可能有利于成礦。諸如此類情況還有L-SY-13異常，該異常太山廟巖體一期侵入雞蛋坪流紋巖，推測侵蝕接觸面規模較大。

圖6 L-SY-24局部重力異常圖

圖7 L-SY-13局部重力異常解釋推斷圖

以上是已知礦點與局部異常、推測構造、推測巖體、地化異常的關系分析，現進一步總結出應用重力異常及推測結果對找礦靶區的遠景預測：①布格重力異常相對低及布格重力異常等值線同向扭曲或膨大區域；②局部重力低異常，剩余異常0值線；③推測構造交匯處，或重大隱伏斷裂；④巖體與圍巖接觸帶，特別是隱伏巖體對火山巖的吞噬區域；⑤結合金及相關元素異常。

3.6 找礦靶區預測

根據已知地質資料分析與實際調查測量成果，筆者在重力找礦靶區(圖8)圈定出3個較好的重力找礦靶區，7個次級組合。

I-1重力找礦靶區：該區處于重力異常邊界波動帶內，地表熊耳群火山巖出露。首先基礎為已知金礦點位置西側分布；其次異常要素為剩余重力低幅值變小且沿已知帶向東側延伸，且該區域所囊括閃長巖巖墻南側 F20NE向構造與NW向F18、F28、F27斷裂匯聚，且F27、F28可能未能穿過F20，重力推測合峪巖體一期侵入隱伏于該區域下，地化異常顯著；綜合可推測該區域為較好的重力找礦靶區。

I-2重力找礦靶區：該區處于重力異常邊界波動帶東南向延伸帶，地表北側熊耳群火山巖出露，南側太山廟巖體出露。該區域東北側有礦點出露，礦點出露處于剩余重力零值線正值側，推測零值線及負值側有更好的成礦條件；剩余重力異常要素為剩余重力低，F5、F27斷裂匯聚，重力推測太山廟巖體侵入吞噬合峪巖體，該區域太山廟巖體隱伏，地化異常次級；綜合可推測該區域為較好的重力找礦靶區。

圖8 重力異常及找礦靶區圖

I-3重力找礦靶區：該區最有益的找礦因素為太山廟巖體五期侵入巖吞噬熊耳群火山巖，中部及西側重力相對高推測為吞噬火山巖的邊部，總體及北側處于重力低，推測深部依然有巖體隱伏侵入，推測深部地質情況為侵入巖體與火山巖多次交互作用，為較好的重力找礦靶區。

4 結論

在1∶5萬重力資料分析的基礎上，結合以往地質資料，利用重力對區內五仗山巖體、合峪巖體和太山廟巖體的構造展布特征、礦體與地球物理重力場及磁場的關系進行了綜合分析研究，并取得以下主要地質成果：

1)圈定了2個布格重力異常分區，為G-MZJ-01重力高，L-MZJ-02重力低；基本劃定了工作區巖體與圍巖的分界線；根據剩余重力異常，將工作區劃分出了32個剩余重力分異常(其中重力高異常14個，重力低異常18個)，初步認定剩余重力異常L-SY-10、L-SY-13、L-SY-19、L-SY-24等為較好的研究區。

2)根據重力成果圖在工作區內推斷出I級斷裂構造5條，Ⅱ級斷裂構造26條。其中在區域上追蹤已知斷裂4條，南部巖體內新推斷出斷裂5條，北側補充斷裂9條，并對推測斷裂與已知礦點關系進行了分析，提取出多條對成礦有利的推測斷裂。

3)綜合分析了地質、礦產、重磁、水系沉積物測量成果等，圈定出10個以重力成果為主的找礦有利區。