地质物化探综合方法在甘肃北山红柳沟铜镍矿的应用

王小红 ，杨建国 ，王磊 ，谢燮 ，姜寒冰

（中国地质调查局西安地质调查中心，自然资源部岩浆作用成矿与找矿重点实验室，陕西西安 710119）

20世纪90年代，在汤中立院士岩浆硫化物矿床成矿理论指导下，甘肃省地质矿产局地质队伍在北山南部地区普查发现了黑山铜镍矿床，拉开了该区寻找铜镍矿的序幕。中国地质调查局西安地质调查中心自2003年进行“北山成矿带找矿重大疑难问题研究”开始，连续承担甘蒙北山地区多个科研-勘查项目。在黑山铜镍矿床外围相继发现了怪石山、红柳沟、三个井等多处铜镍矿点及十余个矿化基性-超基性岩体（王立社等，2008；谢燮等，2013a，2013b）。笔者论述地质物化探综合方法在甘肃北山红柳沟铜镍矿靶区圈定中的应用，供进一步找矿参考。

1 成矿地质背景

白云来等（2002，2004）讨论甘肃北山镍铜成矿系统的构造背景为裂谷系统基性-超基性岩。杨合群等（2006，2008，2012）将北山地区的基性-超基性岩类分为两大类，即板内环境下侵入的与铜镍矿化有关的基性-超基性岩和洋壳环境下形成的与铬铁矿化有关的基性-超基性岩；明确了北山铜镍成矿构造背景为晚古生代裂谷带。杨建国（2012a，2012b）对黑山铜镍矿床中黑山角闪辉长岩11颗锆石的年龄值为（358.4±5.9）～（399.3±6.2）Ma，加权平均值为（374.6 ±5.2）Ma（95%可信度），属于晚泥盆世；怪石山铜镍矿床中辉长岩加权平均值为（358.6 ±3.9）Ma，属早石炭世早期；大山头岩体中辉长岩加权平均值（359.3±5.7）Ma，属早石炭世早期；这些年龄信息证实该区镍铜成矿环境为北山晚古生代裂谷。

甘肃北山岩浆铜镍矿产地主要分布于北山裂谷带北缘方山口-庙庙井-双鹰山断裂带两侧，赋存于分异强烈的基性-超基性杂岩中，主要矿床为黑山铜镍矿。近几年，陆续发现的多处铜镍矿点（怪石山、大山头、三个井、红柳沟、铭扬等）与黑山铜镍矿处于同一成矿带上，位于黑山与怪石山铜镍矿床的西延部分（图1）。因此，研究区具有形成铜镍矿的有利构造地质背景。

图1 北山岩浆铜镍成矿带及其邻区基性超基性岩分布略图Fig. 1 Distribution Sketch map of basic ultrabasic rock

2 含矿岩体特征及浅部矿化

2.1 基性-超基性岩特征

红柳沟基性-超基性岩体出露面积为5～20 km2，以辉长岩为主。其中分异出0.1～0.3 km2具铜镍矿化的基性-超基性岩体，岩相组合为橄榄辉长岩、橄榄辉石岩+辉石岩+二辉橄榄岩+橄榄苏长辉长岩，岩体m/f平均值为2.38～3.35。铜镍矿化主要发育于橄榄二辉岩、二辉橄榄岩、橄榄紫苏辉长岩中（图2）。

图2 红柳沟基性-超基性岩体地质略图Fig. 2 Geological sketch map of the Hongliugou mafic-ultramafic complex

辉长岩主要分为2期，早期暗色辉长岩和晚期浅色辉长岩，早期辉长岩辉石含量大多超过60%，晚期辉长岩辉石含量为30%～40%，两期辉长岩为侵入接触关系。根据矿物粒度将早期辉长岩划分为伟晶状辉长岩、中粒辉长岩和中细粒辉长岩3个相带，基性-超基性岩体周围多发育伟晶状辉长岩。超基性岩以橄榄角闪苏长岩、橄榄辉长苏长岩、辉石岩为主，大多呈小岩株和岩脉产出，岩体岩相分异明显，且多处于断裂带及相对低洼处，岩石蚀变破碎较强，呈碎裂状、蜂窝状等。根据野外观察及岩石组合特征，岩体最早侵入的为浅色辉长岩相，其与敦煌群云母石英片岩，黑云花岗片麻岩呈明显的侵入接触，其次为橄榄二辉辉长岩、橄榄岩、辉橄榄岩、辉石岩、伟晶状辉长岩和纯橄岩等岩相，其应为深部分异，分期侵入到浅色辉长岩之中。

2.2 地表浅部矿化线索

通过在磁异常区进一步开展1∶1万地质填图和异常查证工作，圈定出红柳沟Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ号含矿基性-超基性杂岩体和3个铜镍矿点，经对地表槽探工程揭露，岩体内圈定出数十条铜镍矿体（矿化体）。矿（化）体多呈NW向分布，一般长50～300 m，宽为1～9 m不等，Cu、Ni平均品位分别为0.007%～0.670%、0.201%～1.280%。矿石以晶粒状结构、碎裂结构为主，构造以斑点状、浸染状、网脉状构造为主。硫化物呈稀疏浸染状、斑块状、细脉状产出（图3）。

图3 矿化岩体及矿石照片Fig. 3 Photoes of mineralized rock mass and ore

3 地球化学勘查

3.1 水系沉积物测量

水系沉积物调查通过异常检查、追索矿化源地进一步圈地远景区，是以找矿为主要目的的地球化学勘查手段（王瑞廷等，2023；孔祥超等，2023）。本次开展的大泉-荒草滩幅1∶5万水系沉积物测量，在红柳沟圈定的Cu-Ni-Co异常面积达30 km2以上，组合异常套合较好，且分带明显，在前期工作中，已经证实此异常为矿致异常。

3.2 综合地球化学异常特征

为了研究区域上不同元素在空间上的地球化学分布特征及分布规律，寻找有意义的矿产资源靶区，通过对元素数据的相关性分析和R型聚类分析，在大泉-荒草滩幅一带圈定20个综合异常，甲类5个（HS-3、HS-15、HS-16、HS-18、HS-19），其中Hs-3为红柳沟地区综合异常，该异常呈EW向带状分布，面积为55.89 km2，主要元素组合为Cu、Ni、Co、V、Zn和Mn，Cu、Ni与Co3种元素异常套合较好（图4），具有三级浓度分带，与红柳沟地区基性-超基性杂岩体地表出露范围一致，异常特征见表1。

表1 红柳沟铜镍成矿远景区化探综合异常特征表Tab. 1 The Synthetic Characteristic of anomalies for the stream sediment in Hongliugou Cu-Ni prospective area

图4 甘肃北山红柳沟地区（HS-3）综合异常区（HS-3）Cu-Ni-Co组合异常剖析图Fig. 4 Anomaly resolution map of No. HS—3 in Hongliugou area, Beishan Mountain, Gansu Province

4 地球物理勘查

大比例尺磁电测量是地质勘查工作中最常见及较有效的地球物理方法之一，尤其对寻找隐伏矿体有重要应用（何鹏等，2018；耿涛等，2023）。本次主要针对化探异常所圈定的铜镍钴等成矿元素异常和1∶5万高精度磁法测量磁异常重叠地段布设1∶1万高精度磁法剖面测量、激电中梯短导线测量等大比例尺磁电测量工作。

4.1 岩矿石物性特征

由红柳沟地区岩矿石物性参数统计表（表2）可以看出，矿化岩石具中低阻（100～800 Ω·m）、高极化率（5%～13%）电性特征。橄榄辉石岩属于高磁化率、高磁化强度，中阻高激化岩石，与其他岩石具有明显区别；而辉长岩属于低磁化率、低磁化强度，高阻—超高阻中等激化率的岩石；花岗岩属于低磁化率、低磁化强度高阻中等激化率的岩石，在电性上与其他岩石上存在区别；辉石岩属于中-高阻低磁低激化岩石，从而可以很好分辨各种岩石；围岩相比矿石物性差异比较明显，由此看来电法在本研究区内找矿方法是有效可行的。

表2 岩矿石物性测量结果统计表Tab. 2 Statistics of ores and rocks physical properties

4.2 1∶5万磁法测量成果

1∶5万高精度磁法测量，以150 nT为下限，在区内圈定长约为2 000 m，宽约为600 m的磁异常，具3个高值中心，异常极大值约为300 nT，异常等值线北密南疏，梯度不大，幅值不高。通过磁法测量发现了4个铜镍矿化岩体。

4.3 1∶1万磁法测量成果

针对1∶5 万地面高精度磁法测量圈定的磁异常（4个近等轴状中低等强度磁异常，异常强度最大值为—80～+180 nT）和踏勘发现的铜镍矿化岩体开展了1∶1万地面高精度磁法测量，异常重现性好，但异常形态及细节更加清晰。以3号岩体对应C3异常为例，1∶1万磁异常为正、负相伴的近等轴状异常（北负南正）（图5a），最大值为+470 nT，最小值为—100 nT，磁异常范围与矿化岩体基本一致。在正、负磁异常交替部位橄榄辉长岩和二辉橄榄岩中可见原生斑点状磁黄铁矿、黄铜矿和镍黄铁矿集合体。依据该地段发育1∶5万 Cu—Ni—Co—As 化探综合异常、磁异常强度与特征、分异较好的基性-超基性岩，以及岩体中见有磁黄铁矿+黄铜矿+镍黄铁矿原生金属硫化物组合这些综合指标，断定4个岩体应为含矿岩体。随后，经开展矿产评价，在圈定的4个磁异常区内发现了4处铜镍矿点，其中红柳沟3号杂岩体地表圈定出2条长为50～180 m、宽约为 10 m 的贯入型富铜镍矿体，Cu 品位为0.1%～0.67%，Ni 品位为0.42%～1.28%。

图5 基性-超基性岩体磁电异常套合图Fig. 5 Magnetoelectric anomaly pattern of basic-ultrabasic rock mass

4.4 激电中梯测量

笔者重点针对3号基性-超基性杂岩体开展了1∶1万激电中梯测量，并对地表见矿较好部位的异常采用激电测深剖面进行了解剖。结果表明，该3号矿化杂岩体出露区极化率均较高，ηs=7.5%～12.5%；电阻率变化很大，ρs= 300～2 100 Ω·m。以ηs≥9%和ρs≤600 Ω·m为异常下限，圈定出一个面积约 0.3 km2的中低阻、高极化率异常，与地表矿化基性-超基性岩体空间完全耦合（图5b）。激电测深剖面揭示，在地表以下50～400 m发育一个具中-低阻、高极化率电性特征、向南缓倾的厚板状异常体，该板状异常体有2个小分枝通达地表，与探槽揭露的2个贯入式铜镍矿体空间位置完全耦合（图5c），推断深部异常体是由硫化矿体引起，表明电法在该区开展该类型矿深部找矿效果良好（王文财等，2020）。

5 多元信息综合预测靶区

根据铜镍矿化基性-超基性岩体具有正负相伴、中等强度的磁异常，且异常形态多为近等轴状或椭圆状这一磁性特点，经开展大比例尺地面高精度磁法测量，能够快速锁定目标地质体（尤其是大辉长岩基中，利用磁法寻找较高基性岩相及超基性岩相可以起到事半功倍的效果）。结合化探异常、激电异常及遥感蚀变异常等其他相关叠加信息，磁异常中心地段地表可直接发现含铜镍超基性岩体小露头。

红柳沟含矿基性-超基性杂岩体是检查大山头辉长岩基中的1∶5万磁异常时发现的。该辉长岩体出露面积达40 km2，前期预研究成矿信息显示，其上套合有面积达60 km2的1∶20万Cu-Ni-Co-Cr组合化探异常。但化探异常和岩体面积大且无超基性岩出露信息，找矿目标难以确定。1∶5万矿产地质调查期间开展的地面高精度磁法测量，于该岩体上圈定出4个面积均为1 km2的近等轴状磁异常，缩小了找矿目标范围。经对4个磁异常中心进行踏勘，均发现了出露面积n×（10～100）m2的超基性岩露头及较大范围的球状风化橄榄辉长岩露头，并在橄榄辉长岩球形风化体中普遍见到了星点状和聚斑状磁黄铁矿和黄铜矿集合体，快速确定了该岩体为含矿岩体。利用工程手段对成矿有利地段圈定的靶位进行验证，在红柳沟铜镍矿点圈定出多条铜镍矿（化）体，实现了该区铜镍找矿新发现。红柳沟岩体与黑山铜镍矿床处于同一构造带上，具有与其相同的成矿地质背景。综合地、物、化、遥信息显示，岩体整体剥蚀较浅，深部推测有较好的找矿潜力。

6 结论

（1）水系沉积物测量对于进一步圈定找矿靶区和成矿有利地段有重要的作用，通过研究前人1∶20万化探资料及开展的1∶5万水系沉积物测量工作，优选出一批具有重要找矿线索的成矿元素异常，为物探工作打下良好的基础。

（2）在化探工作的基础上，利用大比例尺物探工作手段（激电中梯测量、激电测深）等方法进一步缩小找矿靶区，圈定矿体的空间分布形态，确定高极化、中高阻的典型物探特征作为地球物理找矿标志，为地质找矿勘探工程布设提供了直接依据。

（3）根据地-物-化相结合的综合找矿方法在甘肃北山营毛沱地区内圈定了多处找矿潜力较大的靶位（铭扬铜镍矿点、红柳沟铜镍矿点、三个井铜镍矿床和拾金滩铜镍矿点等），经工程验证见矿效果较好。实践表明，综合找矿方法的应用是找矿勘探的有效手段，在甘肃北山地区开展的找矿工作中得到了显著效果，这为今后在该区域内实施找矿工作提供了指导思想和理论依据。