綜合物探在卻勒塔格地區銅鎳礦勘查中的應用與研究

張靜，陶鵬飛，胡尊平，李大海，李延清，陳實，牛輝

（新疆維吾爾自治區地質調查院，新疆 烏魯木齊 830000）

據“小巖體成大礦”理論[1-3]，認為形成超大-大型銅鎳硫化物礦床的地質體多為面積小于1 km2的鐵鎂-超鐵鎂質的基性小雜巖體[4-5]。因此，在尋找基性-超基性巖漿熔離型銅鎳硫化物礦床過程中，鐵鎂-超鐵鎂質小巖體不容忽視，如形成大型礦床的紅旗嶺7號巖體面積僅為0.007 8 km2[6-7]。本次選擇卻勒塔格研究區，出露基性-超基性巖體為0.37 km2，與鄰區天宇、白石泉具相似地質構造條件和成礦環境[8]，也是新疆東天山地區重要的銅、鎳、金、鐵、鉛鋅等大型礦床集中區[9-10]，具備一定的找礦潛力。

1 研究區概況

研究區位于天山-興蒙地層大區，中天山地層分區之博羅科努地層小區，東北部屬覺羅塔格地層小區，橫跨小熱泉子裂谷、冰達坂-米什溝弧-陸碰撞帶（圖1）。研究區位于板塊結合部位，跨越多個構造單元，發育康古爾斷裂、阿奇克庫都克斷裂、卡瓦布拉克斷裂，與基性-超基性巖體關系密切。發育庫米什背斜（忠寶鎢礦、彩花溝銅礦）、克孜勒塔什塔格背斜（小熱泉子銅礦）。

圖1 區域地質礦產特征Fig.1 Regional geological and mineral characteristics

通過研究區地表工程揭露，發現基性-超基性雜巖體巖性組合復雜，分異程度高，基巖出露條件較差。綜合物探方法在金屬礦產勘查中具有顯著效果，尤其在隱伏區[11]。在目標巖體與圍巖具有較好物性參數差異的情況下，可有效解譯本區基性-超基性雜巖體的形態和分布規律，為本區尋找銅鎳礦提供重要依據。

研究區侵入巖從中性巖至超基性巖均有發育（圖2），其中，基性-超基性巖體為重點研究對象，主要見于區內雜巖體，呈較不規則長條狀沿阿其克庫都克斷裂展布，巖體呈NW 向展布，分異演化較完整。地表呈不規則蠶豆狀，長約1.4 km，寬0.3～0.5 km，出露面積約0.37 km2。與成礦有關的基性-超基性雜巖體主要由橄欖巖、輝石橄欖巖、輝石巖、橄欖輝石巖、輝長巖、閃長巖構成。

圖2 研究區地質圖Fig.2 Geological map of the study area

據巖石組合、巖漿活動、接觸關系可將巖體的形成劃分為3個階段，每個階段基性程度不同的巖漿有規律的侵位。第一階段：侵位中性-基性侵入巖，為巖漿房上部巖漿侵位地表，巖性主要為閃長巖、輝長巖。第二階段：侵位超基性侵入巖，為巖漿房下部巖漿上侵就位形成，巖性為橄欖巖。第三階段：為最晚一期巖漿上侵，形成超基性巖，巖性主要為輝石巖。

2 地質-地球物理特征

研究區內各類地質體的物性差異是開展地球物理工作的前提，是推斷地質體分布規律的基礎。通過野外實測和收集前人物性統計成果，得到該區巖（礦）石密度、磁化率、極化率、電阻率等參數進行綜合統計分析（表1，2）。

表1 研究區巖（礦）石物性參數統計表Table 1 Statistical table of physical parameters of rock(ore)in the study area

磁性參數特征基性-超基性雜巖體磁性較強，其中橄欖巖、輝橄巖磁性最強，磁化率常見值在5 000×10-64πSI以上，為強磁性巖礦石；銅鎳礦石、輝長巖、輝石巖、二輝輝石巖磁化率值也較高，常見值為800×10-6～1 100×10-64πSI；區內大部分沉積巖和變質巖為無-弱磁性，常見值為100×10-6～700×10-64πSI，當具一定規模和厚度時能夠引起寬緩的異常。巖礦石剩磁也具相同特征，推斷研究區強磁異常可能由基性-超基性雜巖體引起。因此，可利用磁測成果研究本區銅鎳礦及基性-超基性巖體分布、走向和埋深等。

表2 研究區主要巖芯電物性參數統計表Table 2 Statistical table of electrical physical parameters of main cores in the study area

電物性橄欖巖、輝橄巖、輝石橄欖巖極化率值極高，橄欖巖均值為40.07%，輝橄巖為27.37%，輝石橄欖巖巖心為7.28%。出現極高極化率的原因推測與巖石富含硫化物或鎂鐵-超鎂鐵質有關。蝕變輝長巖巖心、輝長巖巖心、大理巖巖心、閃長巖巖心、二輝輝石巖極化率值分別為2.05%、1.86%、1.8%、1.03%和0.91%，在研究區屬中等極化率范圍。砂巖、凝灰巖、花崗巖、輝石巖等極化率均值（小于0.5%）較低。

電阻率基性-超基性巖電阻率主要表現為中低阻，圍巖表現為中高阻。基性-超基性巖體的電物性特征表現為高極化-中低阻特征，與圍巖有明顯差異，故在本區開展電法工作具備電物性基礎。

密度銅鎳礦石密度為3.38 g/cm3，遠大于其他巖石的密度。與成礦有關的基性-超基性巖也具高密度特征，均大于2.86 g/cm3。圍巖平均密度為2.7 g/cm3。區內礦石、賦礦巖石與圍巖密度差為0.1～0.6 g/cm3，當礦體和礦化巖石具一定規模和厚度時可引起明顯的重力異常；礦石與賦礦巖石密度差達0.52 g/cm3，密度差異較大，可由剩余重力異常特征合理解譯區分銅鎳礦體與基性-超基性雜巖體。值得注意的是，閃長巖密度為2.82 g/cm3，與基性-超基性雜巖體的密度差較小，會對重力解釋造成一定干擾，需結合磁異常及其他資料進行綜合解釋。因此，在研究區開展重力工作具良好的地球物理基礎。

綜合巖（礦）石物性參數特征，基性-超基性巖體是研究區尋找銅鎳礦體的有利巖體和構造。橄欖巖、輝橄巖、輝長巖、輝石巖磁化率均大于1 000×10-64πSI；橄欖巖、輝橄巖、輝長巖呈中低阻高極化特征；基性-超基性巖密度均大于2.86 g/cm3，與圍巖具明顯密度差。由此得出，基性-超基性巖具高磁-高重-高極化-中低電阻特征，也即“三高一低”特點，可引起重磁電同源異常。據物探圈定成果，結合地質、鉆探等資料，可研究本區銅鎳礦及基性-超基性巖體分布特征。

3 綜合物探成果分析

3.1 物探異常特征

礦區剩余重力異常分布有如下特點（圖3）：中部和西部為重力高值異常，南部為條帶狀低緩異常。研究區北部異常普遍較弱，異常整體走向為NW向，中部高值異常（G2）與巖體出露對應良好，地質體反映為基性-超基性巖體。

圖3 剩余重力等值線平面圖Fig.3 Plan of residual gravity isoline

通過分析區內巖（礦）石物性參數及物探成果圖，可看出中部高值異常G2為重磁同源異常，地表出露橄欖巖、輝橄巖、輝石巖、輝長巖，巖石密度大，礦化蝕變較強，重力高異常均為基性-超基性雜巖體的反映。西部中高重異常G1，地表出露閃長巖、石英閃長巖，礦化蝕變較強，閃長巖平均密度為2.82 g/cm3。由此推斷，該重力異常可能為閃長巖引起；東部G3 高重異常主要對應地表閃長巖，與G1異常類似。剩余重力成果體現巖礦石密度測量的有效性，有效圈定了中基性-超基性巖體的分布范圍。基性-超基性雜巖體部位（G2異常）剩余重力異常明顯，且呈良好套合關系，同時發生褐鐵礦化、孔雀石化、蛇紋石化等蝕變及破碎，該異常應作為重點勘查對象。

從△T化磁極后等值線平面圖可看出（圖4），磁異常集中在研究區中部及南部，異常走向與區域構造方向一致，為NW向。北部磁場異常等值線平滑，為低緩異常，地表與薊縣系卡瓦布拉克群砂巖、大理巖吻合；中部及南部為高值異常變化部位，呈磁異常變化較大的特征，地表出露基性-超基性雜巖體，套合關系較好。

圖4 磁異常化極后等值線平面圖Fig.4 Isoline plan after magnetic anomaly

高值異常（C5、C6）位于研究區中部，最大值為1 832 nT，與地表出露的基性-超基性雜巖體對應，主要巖性有橄欖巖、輝橄巖、輝石巖等。巖石礦化較好，具蛇紋石化、孔雀石化、褐鐵礦化、鎳華等。高磁異常的展布形態基本反映了區內基性-超基性雜巖體的空間分布特征，異常北側伴有明顯負異常，負異常區域地表對應大理巖、砂巖等，符合物性測量成果特征。說明該異常與基性-超基性巖侵入有關，與重力異常為同源異常。

由視極化率和視電阻率等值線圖可知（圖5，6），低阻高極化異常均呈NW向條帶狀或團塊狀展布，自西向東，視極化率異常值整體呈降低特征，視電阻率異常值呈高低間隔特征。研究區中部、西部、北西部激電異常主要表現為低阻高極化特征，中部DJ21-3、DJ21-4 異常地表出露為基性-超基性雜巖體，與激電異常套合關系較好，巖石礦化蝕變強烈，最大視極化率異常值為21.5%。DJ21-4 異常后期由于閃長巖脈的穿插破壞致使有閃長巖出露區視極化率下降。西部DJ21-2異常地表出露石英閃長巖、閃長巖、大理巖脈、輝石巖脈等，最大視極化率異常值為11.3%，極值處對應輝石巖脈，視電阻率表現為低阻、重磁表現為高磁、高重，該異常在地表未見明顯礦化顯示，可能與深部隱伏含礦巖體或礦體有關。北西部DJ21-1異常地表出露大理巖等，最大視極化率異常值為13.7%，推測與地表巖石礦化蝕變、硫化物富集有關。北東部為兩條NW向條帶狀高阻低極化異常，地表對應花崗巖、大理巖、砂巖、石英閃長巖脈等，硫化物富集不明顯。

圖5 視極化率等值線平面圖Fig.5 Plan of apparent polarization isoline

3.2 綜合物探分析

在研究區中部重磁電同源異常部位，選擇有利位置布設一條激電測深剖面（圖2），以期了解巖（礦）體的深部空間電性分布特征（圖7）。剖面線走向22°，垂直于構造線，自南向北，地表出露依次為閃長巖、輝石巖、輝橄巖、大理巖、薊縣系等。

圖6 視電阻率等值線平面圖Fig.6 Plan of apparent resistivity isoline

基性-超基性巖與其他巖性相比，引起的物探異常值明顯不同(表3)，磁異常值范圍較大，且正磁異常值高，最大為1 055 nT；視極化率值范圍也較大，極大值為11.6%，同時表現為低阻特征，范圍為81～182 Ω·m；在剩余重力方面，表現為高重，范圍為117×10-8～302×10-8m/s2。綜上，基性-超基性巖在研究區主要異常部位表現為高磁、高極化、中低電阻、高剩余重力的物探特征。結合激電測深斷面圖（圖7），發現與物探剖面的測量結果一致。

表3 各類巖體引起的物探異常范圍Table 3 Geophysical anomaly range caused by various rock masses

從視極化率斷面圖可看出（圖7-a），由南向北可看到高-低-高-低的異常變化。其中第1 處高極化異常呈水滴狀，南傾斜臥在170號點下方，視極化率極大值為7.2%，地表出露輝橄巖、輝石巖、大理巖等。對應視電阻率為低阻特征，在剖面上對應1 處中高磁和中高重的小異常特征，異常寬約200 m，推測為埋深較大（中心埋深約250 m）的硫化物富集區。

圖7 AB線重磁電綜合剖面圖及測深斷面圖Fig.7 Gravity,magnetic and electric comprehensive section and sounding section of line AB

第2處高極化-中等電阻異常在212 號點位置，地表主要為基性-超基性巖體，視極化率極大值為5.9%，視電阻率表現為中等電阻特征，磁異常表現為變化強烈的上升階段，剩余重力表現平穩變化的上升階段。地表礦化蝕變嚴重，推測為小規模的基性-超基性巖體引起。同時，在巖體下部有一低極化率異常，該異常呈條帶狀，南傾，中心位置位于200 號點下方，異常值為1.2%～5.0%，視電阻率表現為低阻。推測該處為中基性的巖體。經ZK0001和ZK0002 兩處鉆孔驗證，上部為含礦基性-超基性巖體，其中賦礦巖石為輝石橄欖巖，金屬礦物主要為磁黃鐵礦，少量黃銅礦，巖心裂隙充填有細粒黃鐵礦等金屬硫化物，控制礦體視厚度4 m，Ni 品位0.26%～0.29%，平均品位0.27%。下部為大理巖和輝長巖互層，巖心松散破碎潮濕，含水豐富，造成電阻率下降。該結果與物探預期結果大致相符。

第3 處高極化異常在232 號點處，呈直立柱狀體，寬約200 m，視極化率極大值為9.5%，視電阻率在200 m以上表現為低阻特征，在200 m以下表現為變化的中高電阻率特征，變化范圍為70～400Ω·m。在剖面上顯示為高重、高磁異常特征，磁異常表現為極大值的下降段，也是梯度變化強烈段。地表對應有基性-超基性巖體及輝長巖，該異常應為基性-超基性巖體引起。

第4 處低極化-高電阻異常在260 號點下方，地表出露大理巖，磁異常表現為低弱的負磁異常，剩余重力表現為低重，與大理巖的物性特征相符。

5 結論與意義

（1）研究區的含礦巖體主要為基性-超基性巖，而該巖體與圍巖具明顯的物性差異是在本區開展綜合物探方法的基礎。

（2）綜合物探工作效果顯著，有效地指示了基性-超基性巖體在隱伏區的走向和大致分布范圍。

（3）電法測深成果準確推斷了隱伏巖體形態和走向分布。

（4）通過系統的物性參數測量，掌握了研究區基性-超基性巖與圍巖的物性情況，為將來在該地區的物探解譯評價工作提供依據。

（5）建立了研究區地球物理找礦模型，即高磁-高重-高極化-中低阻，為在研究區外圍找礦提供參考。