大興安嶺北部十五里橋地區磁場特征及成礦預測

楊 亮,邰振華,孫 桐,商宇航,李向文

(1.黑龍江科技大學礦業工程學院; 2.東華理工大學地球物理與測控技術學院;3.中國地質調查局哈爾濱自然資源綜合調查中心)

引 言

十五里橋地區位于黑龍江省塔河縣開庫康-依西肯一帶,區域共涉及閆王店島、雙合站、開庫康、下魚亮子、綏安站、瓦干、十五里橋、腰站林場、依西肯等9個1∶5萬標準圖幅,面積1 839 km2,屬典型森林沼澤淺覆蓋區。該區直接獲取綜合地質信息難度大,一定程度上制約了找礦等地質工作。前人在該區找礦方法上做了大量的實踐與研究,往往以小比例尺化探等異常為基礎,系統開展大比例尺化探、物探、地表工程查證等工作[1-3],這種方法亦取得了較好的找礦效果,先后在該區發現了二十一站、寶興溝、十五里橋等多處金(銅)礦床及礦化點[4-6]。然而,隨著地質找礦工作不斷深入,找礦突破難度越來越大,對綜合信息提取和成礦預測提出了更高的要求。以往找礦工作中對小比例尺物探的應用與解譯較少,存在缺乏多元化找礦依據、找礦預見性不足等問題。因此,本文以前人的航空磁測數據為基礎,補充開展了開庫康幅的地面高精度磁法測量,進而總結磁場特征,建立成礦預測模型,圈定成礦預測區,以期為十五里橋地區進一步找礦勘查部署提供有益補充。

1 成礦地質背景

1.1 地質概況

研究區大地構造位置處于天山-興蒙造山系東段額爾古納地塊東北部,漠河前陸盆地東南部,阿木爾坳陷、二十二隆起、腰站坳陷交接部位[6]。研究區地層主要有中生界上侏羅統、下白堊統及第四系[7](見圖1)。上侏羅統沉積巖地層最為發育,從下到上依次為開庫康組(J3k)、二十二站組(J3er)、漠河組(J3m),三者在區域上面積最大,呈整合接觸,巖性主要為各粒級的陸源碎屑巖,總體表現為粒度逐漸變細。下白堊統主要有甘河組(K1g)、光華組(K1gn)、龍江組(K1l),前者主要分布在研究區東南部,出露面積較小,主要為中基性火山巖;光華組、龍江組主要分布在研究區西南部十五里橋一帶,相伴產出,前者以酸性火山巖為主,面積較小,后者以中性火山巖為主。新生代除第四系外還有古近系-新近系孫吳組(E-Ns),主要分布在研究區東南部,零星出露,角度不整合于各地質體之上,巖性主要為弱膠結(或半膠結)的砂礫、砂夾砂質黏土。第四系松散堆積物大面積出露于開庫康和依西肯地區。

1-第四系 2-孫吳組 3-甘河組 4-光華組 5-龍江組 6-漠河組 7-二十二站組 8-開庫康組 9-白堊紀二長花崗巖 10-花崗斑巖 11-花崗閃長巖 12-實測/推測斷裂 13-金礦床 14-水系甲類綜合異常及編號 15-水系乙類綜合異常及編號 16-水系丙類綜合異常及編號 17-地面高精度磁法測量范圍 18-地面高精度磁法測量測線及編號圖1 十五里橋地區大地構造位置(A)及區域地質礦產圖(B)Fig.1 Geotectonic position(A) and regional geological minerals map(B) in Shiwuliqiao Area

研究區內褶皺較發育,總體為形態寬緩的復褶皺,走向東西,多被中生代晚期火山活動、斷裂活動破壞,致使地層產狀紊亂。斷裂發育,以北東向、北西向斷裂為主。其中,北東向斷裂及其次級斷裂與成礦關系密切[8-10]。

研究區大面積巖漿巖較少,僅為早白堊世早期的秀水山巖體,巖性主要為二長花崗巖、似斑狀花崗閃長巖等。巖脈廣泛發育,巖性主要有閃長巖、閃長玢巖、花崗斑巖等,多呈巖脈、巖墻產出,走向多為北東向、北西向,與區域性構造線方向一致,是金成礦的主導因素[11-13]。

1.2 區域礦產及化探特征

區域礦產主要有寶興溝金礦床、十五里橋金礦床及二十一站銅金礦床。寶興溝金礦床礦體產于二十二站組砂巖地層內及其與淺成侵入體接觸部位,圍巖蝕變類型主要為硅化、碳酸巖化、絹云母化,成因類型為中低溫巖漿熱液型金礦床[8-9]。十五里橋金礦床礦體賦存于中生代陸相火山巖內,金礦化與石英細脈、網脈關系密切,伴生銀,圍巖蝕變主要為硅化、綠泥石化、碳酸鹽化等,屬淺成低溫熱液型金礦床[10]。此外,研究區外圍有二十一站銅金礦床,金礦體分布于花崗閃長巖與二十二站組碎屑巖內外接觸帶內,銅礦體分布于第二期侵入的花崗閃長斑巖周圍[12]。上述礦床成礦熱液系統應屬同一成礦系統,受漠河前陸盆地和早白堊世火山-巖漿活動控制[13-14]。

區域內系統開展了1∶5萬水系沉積物測量等化探工作。水系及土壤成礦元素地球化學特征表明,Au元素的富集系數高、變異系數大,成礦有利度高,為本區最有利的成礦元素,次為Ag、Cu元素或伴生元素,Pb元素為重要的有益組分,As、Sb、Hg等元素為尋找金的指示元素。區域內共圈定各類水系單元素異常368處、綜合異常28處(見圖1)。其中,甲類綜合異常2處,乙類綜合異常9處,丙類綜合異常17處。寶興溝金礦床位于HS-18號水系甲類綜合異常內,十五里橋金礦床位于HS-22號水系甲類綜合異常外圍[1,15]?；焦ぷ鞒晒麨楸敬未欧ǖV產預測提供了重要佐證。

2 工作方法及數據一致性處理

研究區涵蓋9個1∶5萬標準圖幅,面積共計1 839 km2。本文磁法數據由2部分構成:研究區北東部開庫康幅數據來自地面高精度磁法測量,其他8個圖幅數據為收集的1∶5萬航空磁測數據。

2.1 巖石磁性參數測量

按不同地質單元、不同巖性,研究區共采集11類、361塊巖(礦)石標本,每種巖性不低于30塊,所有標本規格均滿足6 cm×6 cm×6 cm。標本磁性測定采用GSM-19T型質子磁力儀,標本置于高斯第二位置進行測量,計算、統計巖(礦)石磁化率κ、剩余磁化強度Mr。標本共檢查測量36塊,檢查率為10.0 %,磁化率相對均方誤差為11.8 %,剩余磁化強度相對均方誤差為17.2 %。

2.2 地面高精度磁法測量

在開庫康幅及相鄰圖幅少部分范圍內,開展了地面高精度磁法測量工作,測線方向為0°,線距2 000 m,點距100 m,總面積約290 km2,共1 594個物理觀測點。磁法測量儀器為加拿大GEM公司生產的GSM-19T型質子磁力儀(6臺),測量目標為總磁場;利用GEMLink5.0軟件導出采集數據、日變改正。

2.3 數據一致性處理方法

地面高精度磁法測量數據與航空磁測數據的觀測高度不同,理論上前者相當于后者的向下延拓結果。開庫康幅72勘探線的地面高精度磁法測量數據與航空磁測數據對比結果見圖2。由圖2可知:2種數據的變化趨勢相近,前者的幅值總體小于后者,即前者可視為后者的向下延拓異常。其中,12～17號點的極值錯位,源自磁源深度增加引起的異常范圍外擴,也可由向下延拓校正。因此,若將航空磁測數據向下延拓至地面,2種異常數據具有一致性,開庫康幅的地面高精度磁法測量數據與其他幅的航空磁測成果可聯合使用。

圖2 開庫康幅72勘探線的地面高精度磁法測量數據與航空磁測數據對比結果Fig.2 Comparison of the ground high-precision magnetic survey data and aeromagnetic survey data along Kaikukangfu No.72 Exploration Line

3 磁場特征

3.1 磁性參數特征

研究區巖/礦石標本磁性參數統計結果見表1。由表1可知:研究區內各地質單元磁性差異明顯,上侏羅統地層磁化率(平均值2.13×10-6SI)明顯低于下白堊統火山巖地層(平均值6.54×10-6SI)、早白堊世侵入巖(平均值4.37×10-6SI);上侏羅統地層剩余磁化強度(平均值14.25×10-3A/m)低于下白堊統火山巖地層(平均值607.85×10-3A/m),略高于早白堊世侵入巖(9.58×10-3A/m)。巖/礦石磁性是由所含磁性礦物的類型、含量、顆粒大小等因素決定的[15-16],因此各地質單元較大的磁性差異間接表明各地質單元的物源不同,同一地質單元不同巖性也存在磁性差異。上侏羅統地層中磁化率表現為開庫康組(5.20×10-6SI)明顯高于二十二站組(0.65×10-6SI)和漠河組(0.53×10-6SI);而剩余磁場強度恰好相反并總體表現為大致相當?；鹕綆r地層中甘河組中基性火山巖磁化率(8.66×10-6SI)高于龍江組中性火山巖(3.43×10-6SI～8.57×10-6SI),剩余磁場強度亦明顯高于龍江組。下白堊統火山巖地層磁法參數特征上能得到較好的區分,數值最高的往往是甘河組,而龍江組安山巖高于其他巖性。研究區內早白堊世花崗質巖石磁化率基本一致,而花崗斑巖剩余磁場強度(15.34×10-3A/m)高于花崗閃長巖(9.58×10-3A/m)。寶興溝金礦床礦石及圍巖磁性參數為研究區最低,且礦石略低于圍巖,因寶興溝金礦床賦存在于二十二站組或與早白堊世淺成侵入巖接觸部位,因此可以推測,二十二站組中低磁中有高磁條帶分布的區域為寶興溝式金礦化體的成礦有利部位。十五里橋金礦床礦體賦存于以安山巖為主的火山巖地層中,本次雖未測得礦石磁性參數,但龍江組磁性參數較高,有利于成礦[17]。

表1 研究區巖/礦石標本磁性參數統計結果Table 1 Statistics of the magnetism parameters of rock/ore specimen in the study area

綜上,研究區各地質單元在磁性參數上具有明顯差異,火山巖地層表現為高磁化率、高剩余磁場強度,早白堊世侵入巖次之,沉積巖地層以低磁化率、低剩余磁場強度為主要特征;寶興溝式金礦化體發育于低磁中有高磁條帶分布的區域,十五里橋式金礦化體表現為龍江組磁性參數較高,有利于成礦。

3.2 磁場特征

研究區以正負交替磁場為主,總體呈西高東低特征,磁異常值-60～800 nT,中部、北部為磁場平緩區,西南、東南局部梯度較大。其中,沉積巖地層總體呈低磁特征,磁異常值-60～60 nT,等值線圓滑,梯度變化較小;早白堊世侵入巖磁異常值60～120 nT,異常面積較小,等值線較圓滑,梯度變化較大,多以串珠狀或條帶狀產出;早白堊世中基性火山巖地層磁異常值80～340 nT,等值線形態變化較大,高磁異常形態主要呈不規則狀,梯度變化較大。

研究區可分為5個磁場分區(見圖3)。Ⅰ磁場分區位于西北部開庫康一帶,磁異常值-40～60 nT,磁異常等值線平滑,梯度變化較小,地表主要出露開庫康組礫巖和第四系。Ⅱ磁場分區位于西北部,磁異常值60～200 nT,軸向以北東向為主,北西向次之,梯度變化較大,地表主要出露龍江組、光華組及北東部的早白堊世秀水山巖體。Ⅲ磁場分區位于西南部,磁異常值60～220 nT,異常較復雜,地表主要出露龍江組,其次為漠河組、二十二站組地層及少量侵入巖。Ⅳ磁場分區位于中部,磁異常值-40～120 nT,異常變化較緩,地表主要出露漠河組、二十二站組地層,早白堊世花崗閃長巖及面積較小的白堊世侵入巖呈圓株狀高值穿插于其中。Ⅴ磁場分區位于東部,磁異常值-80～800 nT,梯度變化大,地表主要出露甘河組、孫吳組、二十二站組。

1-磁場分區與編號 2-磁異常及編號 3-解譯構造及編號 4-成礦預測模型及編號 5-Ⅱ級成礦預測區及編號 6-Ⅲ級成礦預測區及編號 7-金礦床圖3 十五里橋地區磁場分區Fig.3 Magnetic field zones in Shiwuliqiao Area

3.3 磁異常特征及線性構造解譯

研究區共圈定12處高磁異常、4處負磁異常(見圖3)。其中,M-3號、M-9號、M-10號、M-14號磁異常規模相對較大。M-3號磁異常位于Ⅱ磁場分區內,為局部高磁異常,磁異常值120～200 nT,沿北東向條帶狀分布,向上延拓2 000 m后,該異常仍然存在,推測由光華組火山巖與隱伏巖體引起。M-9號磁異常位于Ⅲ磁場分區內,為相對高值異常,磁異常值120～240 nT,呈不規則狀,向上延拓2 000 m,該異常特征依然明顯,推測由龍江組火山巖引起。M-10號磁異常位于Ⅲ磁場分區內,磁異常值100～180 nT,為軸向近東西的橢圓狀,梯度變化較大,但向上延拓2 000 m后,該異常消失,推測由巖脈引起。M-14號磁異常是Ⅴ磁場分區的最高值,該異常為正磁場中的高磁異常,磁異常值大于160 nT,呈近圓狀,梯度變化較大,經上延處理后,磁異常幅值減小,上延2 000 m處理后,磁異常仍然存在,推測由甘河組火山巖引起。

根據磁異常特征及線性構造解譯標志,基于磁異常的方向導數處理結果區內解譯出線性構造19條(見圖3),按期次由老至新依次為近東西向(如F1斷裂)、北東向(如F2斷裂)、北西向(如F3斷裂)、近南北向(如F4斷裂),北東向與北西向線性構造存在相互切割現象,可能為同期構造。

4 成礦預測

4.1 成礦預測模型

研究區以金(銀)成礦作用為主,綜合已知礦床的地質、礦產、化探等信息,最大限度提取與礦化有關的磁場信息,建立成礦預測模型。

4.1.1 M1成礦預測模型

寶興溝金礦床位于研究區中南部,處于M10號磁異常北部梯度帶部位。該區內出露地層以二十二站組為主,可見西北側小面積出露漠河組(見圖4-a)),二者巖性均為巖屑長石砂巖;斷裂發育,其中北東向次級斷裂為主要控礦構造;早白堊世巖漿活動頻繁,主要有石英閃長巖、閃長玢巖、花崗細晶巖等巖脈。寶興溝金礦床共發現2條礦化蝕變帶,礦體主要賦存于二十二站組砂巖與早白堊世淺成侵入體接觸部位,礦石構造為浸染狀構造和細脈浸染狀構造。該區磁場總體呈南高北低特征,磁異常值20～80 nT,梯度變化相對較大,經向上延拓處理后,磁異常等值線圓滑,低磁異常部位磁異常值增加,高磁異常部位磁異常值減小,但減小相對緩慢,推測磁性體頂部埋深相對較大、延伸較大;磁場解譯F1、F2斷裂穿過其中。該區發育HS-18號水系甲類綜合異常,主成礦元素為金、銀,單元素異常多,異常強度高、規模大。

1-第四系 2-甘河組 3-龍江組 4-漠河組 5-二十二站組 6-花崗斑巖 7-花崗細晶巖 8-閃長玢巖 9-二長斑巖 10-光華組 11-金礦床 12-水系甲類綜合異常及編號 13-水系乙類綜合異常及編號 14-磁異常及編號 15-成礦預測模型圖4 成礦預測模型Fig.4 Mineralization prediction model

4.1.2 M2成礦預測模型

十五里橋金礦床位于研究區西南部,處于M9號磁異常北西側梯度帶部位。該金礦床賦存于以安山巖為主的龍江組地層中(見圖4-b)),礦體受北東向構造控制,巖脈較發育。該礦床發現8條礦體,金礦化與石英脈關系密切,礦石結構主要有半自形-他形粒狀結構、碎裂結構、交代溶蝕及交代殘余結構等。該區磁異?？傮w呈東高西低特征,磁異常值120～180 nT,梯度變化相對較大,經向上延拓處理后,磁異常等值線圓滑,低磁異常部位磁異常值增加,高磁異常部位磁異常值減小,但減小相對緩慢,推測區內磁性體頂部埋深相對較淺,具有向下增大趨勢。該區發育HS-16號水系甲類綜合異常,主成礦元素為金、銀,異常強度高、規模大,F4-1、F1-2和F3-2斷裂穿過其中。

綜上分析,成礦有利部位往往處在高磁異常梯度帶部位,對應磁異常值沉積巖為20～80 nT、火山巖為120～180 nT;成礦地質條件優越,斷裂發育,水系異常元素多、強度高、規模大。

4.2 成礦預測區評價

根據成礦預測模型及相關標準[18-19],共圈定出Ⅱ級成礦預測區3處,Ⅲ級成礦預測區5處(見圖3)。其中,Ⅱ級成礦預測區成礦地質條件優越,綜合信息強度高,找礦潛力較大。

4.2.1 下魚亮子Ⅱ級成礦預測區(Y2)

該成礦預測區位于下魚亮子牧場南部、大西爾根氣河南岸,M-3號磁異常東南部,面積約13.2 km2。地表出露地層為上侏羅統漠河組一段和二段,主要巖性為灰色細粒巖屑長石砂巖,局部夾中粗粒巖屑長石砂巖。巖漿活動頻繁,主要為早白堊世花崗斑巖,呈不規則狀巖株狀;脈巖較發育,有閃長玢巖、花崗斑巖、二長斑巖等(見圖5-a))。磁異常值40～160 nT,梯度變化較大,與M-3號磁異常東側梯度帶位置一致,經上延處理后,磁異常面積減小,上延2 000 m處理后,磁異常仍然存在。F4-1、F2-2斷裂在該成礦預測區內通過。HS-9號綜合異常位于其內,Au、Ag、Cu、Sn、Mn等異常發育,異常強度高、規模大。綜上,該成礦預測區成礦地質條件優越,綜合信息強度高,具有一定金、銅找礦潛力,有望發現寶興溝式、二十一站式銅金礦床。

1-第四系 2-甘河組 3-龍江組 4-漠河組 5-二十二站組 6-花崗斑巖 7-花崗閃長斑巖 8-花崗細晶巖 9-閃長玢巖 10-二長斑巖 11-斷裂 12-火山口 13-水系乙類綜合異常及編號 14-磁異常及編號 15-Ⅱ級成礦預測區及編號圖5 十五里橋地區Ⅱ級成礦預測區綜合地質圖Fig.5 Comprehensive geological map in Grade Ⅱ mineralization prediction area in Shiwuliqiao Area

4.2.2 二十一站東Ⅱ級成礦預測區(Y4)

該成礦預測區位于黑龍江省塔河縣境內十五里橋幅南西側,十五里橋金礦區北側,面積約13.0 km2;南部地表出露地層為漠河組各粒級巖屑長石砂巖,北部為龍江組安山巖;次火山巖脈發育,主要為安山玢巖脈(見圖5-b))。該成礦預測位于M-9號磁異常西南側梯度帶位置,磁異常值80～200 nT,梯度變化大,經上延處理后,磁異常減小,上延2 000 m處理后,磁異常仍然存在。F1-4、F2-3、F4-1斷裂在該成礦預測區內通過。HS-28號水系乙類綜合異常位于其內,Au、Ag、Cu、Cd等異常發育,異常面積大,強度高。野外調查過程中發現安山巖礦化蝕變較強,可見黃鐵礦化、綠泥石化、碳酸鹽化等。綜上,該成礦預測區內成礦地質條件較好,綜合信息強度高,具有一定金、銀找礦潛力,有望發現十五里橋式金礦床。

4.2.3 腰站林場Ⅱ級成礦預測區(Y6)

該成礦預測區位于十五里橋幅中南側,寶興溝金礦床南部,腰站林場南部,面積約12.1 km2。地表出露地層為二十二站組灰黑-灰綠色細-中粒砂巖屑長石砂巖,外圍西南部可見花崗閃長巖,呈小巖株狀;巖脈較為發育,主要巖性有花崗斑巖、閃長玢巖、花崗細晶巖(見圖5-c))。該成礦預測區位于M-10號磁異常南側梯度帶位置,磁異常值40～140 nT,梯度變化較小,向上延拓2 000 m的磁異?；鞠?。F2-3、F3-2斷裂在該成礦預測區內通過。HS-24號水系乙類綜合異常位于其內,Au、Ag、Cu、As、Sn、Mn、W等異常發育,異常面積大,強度高。野外調查過程中發現石英脈1處,與二十二站組砂巖接觸部位巖石中可見黃鐵礦化、硅化等蝕變。綜上,該成礦預測區成礦地質條件優越,綜合信息強度高,具有一定金找礦潛力,有望發現寶興溝式金礦床。

5 結 論

1)磁性參數分析表明,十五里橋地區各類地質單元磁場區分明顯,火山巖地層表現為高磁化率、高剩余磁場強度,早白堊世侵入巖次之,沉積巖地層表現為低磁化率、低剩余磁場強度;沉積巖中低磁場強度中有高磁條帶分布、龍江組火山巖磁性參數較高為成礦有利部位。

2)成礦預測模型分析表明,高磁異常梯度帶為成礦有利部位,沉積巖對應的磁異常值為20～80 nT,火山巖對應的磁異常值為120～180 nT。

3)圈定Ⅱ級成礦預測區3處,Ⅲ級成礦預測區5處。其中,Ⅱ級成礦預測區成礦地質條件較好,綜合信息強度高,找礦潛力較大。

致謝:原中國人民武裝警察部隊黃金第三支隊馬躍、賀小明、杜海雙、黃繼民等工程師在野外調查和數據處理過程給予了大量幫助,在此表示衷心的感謝和最誠摯的敬意。