大兴安岭北部十五里桥地区磁场特征及成矿预测

杨 亮,邰振华,孙 桐,商宇航,李向文

(1.黑龙江科技大学矿业工程学院; 2.东华理工大学地球物理与测控技术学院;3.中国地质调查局哈尔滨自然资源综合调查中心)

引 言

十五里桥地区位于黑龙江省塔河县开库康-依西肯一带,区域共涉及闫王店岛、双合站、开库康、下鱼亮子、绥安站、瓦干、十五里桥、腰站林场、依西肯等9个1∶5万标准图幅,面积1 839 km2,属典型森林沼泽浅覆盖区。该区直接获取综合地质信息难度大,一定程度上制约了找矿等地质工作。前人在该区找矿方法上做了大量的实践与研究,往往以小比例尺化探等异常为基础,系统开展大比例尺化探、物探、地表工程查证等工作[1-3],这种方法亦取得了较好的找矿效果,先后在该区发现了二十一站、宝兴沟、十五里桥等多处金(铜)矿床及矿化点[4-6]。然而,随着地质找矿工作不断深入,找矿突破难度越来越大,对综合信息提取和成矿预测提出了更高的要求。以往找矿工作中对小比例尺物探的应用与解译较少,存在缺乏多元化找矿依据、找矿预见性不足等问题。因此,本文以前人的航空磁测数据为基础,补充开展了开库康幅的地面高精度磁法测量,进而总结磁场特征,建立成矿预测模型,圈定成矿预测区,以期为十五里桥地区进一步找矿勘查部署提供有益补充。

1 成矿地质背景

1.1 地质概况

研究区大地构造位置处于天山-兴蒙造山系东段额尔古纳地块东北部,漠河前陆盆地东南部,阿木尔坳陷、二十二隆起、腰站坳陷交接部位[6]。研究区地层主要有中生界上侏罗统、下白垩统及第四系[7](见图1)。上侏罗统沉积岩地层最为发育,从下到上依次为开库康组(J3k)、二十二站组(J3er)、漠河组(J3m),三者在区域上面积最大,呈整合接触,岩性主要为各粒级的陆源碎屑岩,总体表现为粒度逐渐变细。下白垩统主要有甘河组(K1g)、光华组(K1gn)、龙江组(K1l),前者主要分布在研究区东南部,出露面积较小,主要为中基性火山岩;光华组、龙江组主要分布在研究区西南部十五里桥一带,相伴产出,前者以酸性火山岩为主,面积较小,后者以中性火山岩为主。新生代除第四系外还有古近系-新近系孙吴组(E-Ns),主要分布在研究区东南部,零星出露,角度不整合于各地质体之上,岩性主要为弱胶结(或半胶结)的砂砾、砂夹砂质黏土。第四系松散堆积物大面积出露于开库康和依西肯地区。

1-第四系 2-孙吴组 3-甘河组 4-光华组 5-龙江组 6-漠河组 7-二十二站组 8-开库康组 9-白垩纪二长花岗岩 10-花岗斑岩 11-花岗闪长岩 12-实测/推测断裂 13-金矿床 14-水系甲类综合异常及编号 15-水系乙类综合异常及编号 16-水系丙类综合异常及编号 17-地面高精度磁法测量范围 18-地面高精度磁法测量测线及编号图1 十五里桥地区大地构造位置(A)及区域地质矿产图(B)Fig.1 Geotectonic position(A) and regional geological minerals map(B) in Shiwuliqiao Area

研究区内褶皱较发育,总体为形态宽缓的复褶皱,走向东西,多被中生代晚期火山活动、断裂活动破坏,致使地层产状紊乱。断裂发育,以北东向、北西向断裂为主。其中,北东向断裂及其次级断裂与成矿关系密切[8-10]。

研究区大面积岩浆岩较少,仅为早白垩世早期的秀水山岩体,岩性主要为二长花岗岩、似斑状花岗闪长岩等。岩脉广泛发育,岩性主要有闪长岩、闪长玢岩、花岗斑岩等,多呈岩脉、岩墙产出,走向多为北东向、北西向,与区域性构造线方向一致,是金成矿的主导因素[11-13]。

1.2 区域矿产及化探特征

区域矿产主要有宝兴沟金矿床、十五里桥金矿床及二十一站铜金矿床。宝兴沟金矿床矿体产于二十二站组砂岩地层内及其与浅成侵入体接触部位,围岩蚀变类型主要为硅化、碳酸岩化、绢云母化,成因类型为中低温岩浆热液型金矿床[8-9]。十五里桥金矿床矿体赋存于中生代陆相火山岩内,金矿化与石英细脉、网脉关系密切,伴生银,围岩蚀变主要为硅化、绿泥石化、碳酸盐化等,属浅成低温热液型金矿床[10]。此外,研究区外围有二十一站铜金矿床,金矿体分布于花岗闪长岩与二十二站组碎屑岩内外接触带内,铜矿体分布于第二期侵入的花岗闪长斑岩周围[12]。上述矿床成矿热液系统应属同一成矿系统,受漠河前陆盆地和早白垩世火山-岩浆活动控制[13-14]。

区域内系统开展了1∶5万水系沉积物测量等化探工作。水系及土壤成矿元素地球化学特征表明,Au元素的富集系数高、变异系数大,成矿有利度高,为本区最有利的成矿元素,次为Ag、Cu元素或伴生元素,Pb元素为重要的有益组分,As、Sb、Hg等元素为寻找金的指示元素。区域内共圈定各类水系单元素异常368处、综合异常28处(见图1)。其中,甲类综合异常2处,乙类综合异常9处,丙类综合异常17处。宝兴沟金矿床位于HS-18号水系甲类综合异常内,十五里桥金矿床位于HS-22号水系甲类综合异常外围[1,15]。化探工作成果为本次磁法矿产预测提供了重要佐证。

2 工作方法及数据一致性处理

研究区涵盖9个1∶5万标准图幅,面积共计1 839 km2。本文磁法数据由2部分构成:研究区北东部开库康幅数据来自地面高精度磁法测量,其他8个图幅数据为收集的1∶5万航空磁测数据。

2.1 岩石磁性参数测量

按不同地质单元、不同岩性,研究区共采集11类、361块岩(矿)石标本,每种岩性不低于30块,所有标本规格均满足6 cm×6 cm×6 cm。标本磁性测定采用GSM-19T型质子磁力仪,标本置于高斯第二位置进行测量,计算、统计岩(矿)石磁化率κ、剩余磁化强度Mr。标本共检查测量36块,检查率为10.0 %,磁化率相对均方误差为11.8 %,剩余磁化强度相对均方误差为17.2 %。

2.2 地面高精度磁法测量

在开库康幅及相邻图幅少部分范围内,开展了地面高精度磁法测量工作,测线方向为0°,线距2 000 m,点距100 m,总面积约290 km2,共1 594个物理观测点。磁法测量仪器为加拿大GEM公司生产的GSM-19T型质子磁力仪(6台),测量目标为总磁场;利用GEMLink5.0软件导出采集数据、日变改正。

2.3 数据一致性处理方法

地面高精度磁法测量数据与航空磁测数据的观测高度不同,理论上前者相当于后者的向下延拓结果。开库康幅72勘探线的地面高精度磁法测量数据与航空磁测数据对比结果见图2。由图2可知:2种数据的变化趋势相近,前者的幅值总体小于后者,即前者可视为后者的向下延拓异常。其中,12～17号点的极值错位,源自磁源深度增加引起的异常范围外扩,也可由向下延拓校正。因此,若将航空磁测数据向下延拓至地面,2种异常数据具有一致性,开库康幅的地面高精度磁法测量数据与其他幅的航空磁测成果可联合使用。

图2 开库康幅72勘探线的地面高精度磁法测量数据与航空磁测数据对比结果Fig.2 Comparison of the ground high-precision magnetic survey data and aeromagnetic survey data along Kaikukangfu No.72 Exploration Line

3 磁场特征

3.1 磁性参数特征

研究区岩/矿石标本磁性参数统计结果见表1。由表1可知:研究区内各地质单元磁性差异明显,上侏罗统地层磁化率(平均值2.13×10-6SI)明显低于下白垩统火山岩地层(平均值6.54×10-6SI)、早白垩世侵入岩(平均值4.37×10-6SI);上侏罗统地层剩余磁化强度(平均值14.25×10-3A/m)低于下白垩统火山岩地层(平均值607.85×10-3A/m),略高于早白垩世侵入岩(9.58×10-3A/m)。岩/矿石磁性是由所含磁性矿物的类型、含量、颗粒大小等因素决定的[15-16],因此各地质单元较大的磁性差异间接表明各地质单元的物源不同,同一地质单元不同岩性也存在磁性差异。上侏罗统地层中磁化率表现为开库康组(5.20×10-6SI)明显高于二十二站组(0.65×10-6SI)和漠河组(0.53×10-6SI);而剩余磁场强度恰好相反并总体表现为大致相当。火山岩地层中甘河组中基性火山岩磁化率(8.66×10-6SI)高于龙江组中性火山岩(3.43×10-6SI～8.57×10-6SI),剩余磁场强度亦明显高于龙江组。下白垩统火山岩地层磁法参数特征上能得到较好的区分,数值最高的往往是甘河组,而龙江组安山岩高于其他岩性。研究区内早白垩世花岗质岩石磁化率基本一致,而花岗斑岩剩余磁场强度(15.34×10-3A/m)高于花岗闪长岩(9.58×10-3A/m)。宝兴沟金矿床矿石及围岩磁性参数为研究区最低,且矿石略低于围岩,因宝兴沟金矿床赋存在于二十二站组或与早白垩世浅成侵入岩接触部位,因此可以推测,二十二站组中低磁中有高磁条带分布的区域为宝兴沟式金矿化体的成矿有利部位。十五里桥金矿床矿体赋存于以安山岩为主的火山岩地层中,本次虽未测得矿石磁性参数,但龙江组磁性参数较高,有利于成矿[17]。

表1 研究区岩/矿石标本磁性参数统计结果Table 1 Statistics of the magnetism parameters of rock/ore specimen in the study area

综上,研究区各地质单元在磁性参数上具有明显差异,火山岩地层表现为高磁化率、高剩余磁场强度,早白垩世侵入岩次之,沉积岩地层以低磁化率、低剩余磁场强度为主要特征;宝兴沟式金矿化体发育于低磁中有高磁条带分布的区域,十五里桥式金矿化体表现为龙江组磁性参数较高,有利于成矿。

3.2 磁场特征

研究区以正负交替磁场为主,总体呈西高东低特征,磁异常值-60～800 nT,中部、北部为磁场平缓区,西南、东南局部梯度较大。其中,沉积岩地层总体呈低磁特征,磁异常值-60～60 nT,等值线圆滑,梯度变化较小;早白垩世侵入岩磁异常值60～120 nT,异常面积较小,等值线较圆滑,梯度变化较大,多以串珠状或条带状产出;早白垩世中基性火山岩地层磁异常值80～340 nT,等值线形态变化较大,高磁异常形态主要呈不规则状,梯度变化较大。

研究区可分为5个磁场分区(见图3)。Ⅰ磁场分区位于西北部开库康一带,磁异常值-40～60 nT,磁异常等值线平滑,梯度变化较小,地表主要出露开库康组砾岩和第四系。Ⅱ磁场分区位于西北部,磁异常值60～200 nT,轴向以北东向为主,北西向次之,梯度变化较大,地表主要出露龙江组、光华组及北东部的早白垩世秀水山岩体。Ⅲ磁场分区位于西南部,磁异常值60～220 nT,异常较复杂,地表主要出露龙江组,其次为漠河组、二十二站组地层及少量侵入岩。Ⅳ磁场分区位于中部,磁异常值-40～120 nT,异常变化较缓,地表主要出露漠河组、二十二站组地层,早白垩世花岗闪长岩及面积较小的白垩世侵入岩呈圆株状高值穿插于其中。Ⅴ磁场分区位于东部,磁异常值-80～800 nT,梯度变化大,地表主要出露甘河组、孙吴组、二十二站组。

1-磁场分区与编号 2-磁异常及编号 3-解译构造及编号 4-成矿预测模型及编号 5-Ⅱ级成矿预测区及编号 6-Ⅲ级成矿预测区及编号 7-金矿床图3 十五里桥地区磁场分区Fig.3 Magnetic field zones in Shiwuliqiao Area

3.3 磁异常特征及线性构造解译

研究区共圈定12处高磁异常、4处负磁异常(见图3)。其中,M-3号、M-9号、M-10号、M-14号磁异常规模相对较大。M-3号磁异常位于Ⅱ磁场分区内,为局部高磁异常,磁异常值120～200 nT,沿北东向条带状分布,向上延拓2 000 m后,该异常仍然存在,推测由光华组火山岩与隐伏岩体引起。M-9号磁异常位于Ⅲ磁场分区内,为相对高值异常,磁异常值120～240 nT,呈不规则状,向上延拓2 000 m,该异常特征依然明显,推测由龙江组火山岩引起。M-10号磁异常位于Ⅲ磁场分区内,磁异常值100～180 nT,为轴向近东西的椭圆状,梯度变化较大,但向上延拓2 000 m后,该异常消失,推测由岩脉引起。M-14号磁异常是Ⅴ磁场分区的最高值,该异常为正磁场中的高磁异常,磁异常值大于160 nT,呈近圆状,梯度变化较大,经上延处理后,磁异常幅值减小,上延2 000 m处理后,磁异常仍然存在,推测由甘河组火山岩引起。

根据磁异常特征及线性构造解译标志,基于磁异常的方向导数处理结果区内解译出线性构造19条(见图3),按期次由老至新依次为近东西向(如F1断裂)、北东向(如F2断裂)、北西向(如F3断裂)、近南北向(如F4断裂),北东向与北西向线性构造存在相互切割现象,可能为同期构造。

4 成矿预测

4.1 成矿预测模型

研究区以金(银)成矿作用为主,综合已知矿床的地质、矿产、化探等信息,最大限度提取与矿化有关的磁场信息,建立成矿预测模型。

4.1.1 M1成矿预测模型

宝兴沟金矿床位于研究区中南部,处于M10号磁异常北部梯度带部位。该区内出露地层以二十二站组为主,可见西北侧小面积出露漠河组(见图4-a)),二者岩性均为岩屑长石砂岩;断裂发育,其中北东向次级断裂为主要控矿构造;早白垩世岩浆活动频繁,主要有石英闪长岩、闪长玢岩、花岗细晶岩等岩脉。宝兴沟金矿床共发现2条矿化蚀变带,矿体主要赋存于二十二站组砂岩与早白垩世浅成侵入体接触部位,矿石构造为浸染状构造和细脉浸染状构造。该区磁场总体呈南高北低特征,磁异常值20～80 nT,梯度变化相对较大,经向上延拓处理后,磁异常等值线圆滑,低磁异常部位磁异常值增加,高磁异常部位磁异常值减小,但减小相对缓慢,推测磁性体顶部埋深相对较大、延伸较大;磁场解译F1、F2断裂穿过其中。该区发育HS-18号水系甲类综合异常,主成矿元素为金、银,单元素异常多,异常强度高、规模大。

1-第四系 2-甘河组 3-龙江组 4-漠河组 5-二十二站组 6-花岗斑岩 7-花岗细晶岩 8-闪长玢岩 9-二长斑岩 10-光华组 11-金矿床 12-水系甲类综合异常及编号 13-水系乙类综合异常及编号 14-磁异常及编号 15-成矿预测模型图4 成矿预测模型Fig.4 Mineralization prediction model

4.1.2 M2成矿预测模型

十五里桥金矿床位于研究区西南部,处于M9号磁异常北西侧梯度带部位。该金矿床赋存于以安山岩为主的龙江组地层中(见图4-b)),矿体受北东向构造控制,岩脉较发育。该矿床发现8条矿体,金矿化与石英脉关系密切,矿石结构主要有半自形-他形粒状结构、碎裂结构、交代溶蚀及交代残余结构等。该区磁异常总体呈东高西低特征,磁异常值120～180 nT,梯度变化相对较大,经向上延拓处理后,磁异常等值线圆滑,低磁异常部位磁异常值增加,高磁异常部位磁异常值减小,但减小相对缓慢,推测区内磁性体顶部埋深相对较浅,具有向下增大趋势。该区发育HS-16号水系甲类综合异常,主成矿元素为金、银,异常强度高、规模大,F4-1、F1-2和F3-2断裂穿过其中。

综上分析,成矿有利部位往往处在高磁异常梯度带部位,对应磁异常值沉积岩为20～80 nT、火山岩为120～180 nT;成矿地质条件优越,断裂发育,水系异常元素多、强度高、规模大。

4.2 成矿预测区评价

根据成矿预测模型及相关标准[18-19],共圈定出Ⅱ级成矿预测区3处,Ⅲ级成矿预测区5处(见图3)。其中,Ⅱ级成矿预测区成矿地质条件优越,综合信息强度高,找矿潜力较大。

4.2.1 下鱼亮子Ⅱ级成矿预测区(Y2)

该成矿预测区位于下鱼亮子牧场南部、大西尔根气河南岸,M-3号磁异常东南部,面积约13.2 km2。地表出露地层为上侏罗统漠河组一段和二段,主要岩性为灰色细粒岩屑长石砂岩,局部夹中粗粒岩屑长石砂岩。岩浆活动频繁,主要为早白垩世花岗斑岩,呈不规则状岩株状;脉岩较发育,有闪长玢岩、花岗斑岩、二长斑岩等(见图5-a))。磁异常值40～160 nT,梯度变化较大,与M-3号磁异常东侧梯度带位置一致,经上延处理后,磁异常面积减小,上延2 000 m处理后,磁异常仍然存在。F4-1、F2-2断裂在该成矿预测区内通过。HS-9号综合异常位于其内,Au、Ag、Cu、Sn、Mn等异常发育,异常强度高、规模大。综上,该成矿预测区成矿地质条件优越,综合信息强度高,具有一定金、铜找矿潜力,有望发现宝兴沟式、二十一站式铜金矿床。

1-第四系 2-甘河组 3-龙江组 4-漠河组 5-二十二站组 6-花岗斑岩 7-花岗闪长斑岩 8-花岗细晶岩 9-闪长玢岩 10-二长斑岩 11-断裂 12-火山口 13-水系乙类综合异常及编号 14-磁异常及编号 15-Ⅱ级成矿预测区及编号图5 十五里桥地区Ⅱ级成矿预测区综合地质图Fig.5 Comprehensive geological map in Grade Ⅱ mineralization prediction area in Shiwuliqiao Area

4.2.2 二十一站东Ⅱ级成矿预测区(Y4)

该成矿预测区位于黑龙江省塔河县境内十五里桥幅南西侧,十五里桥金矿区北侧,面积约13.0 km2;南部地表出露地层为漠河组各粒级岩屑长石砂岩,北部为龙江组安山岩;次火山岩脉发育,主要为安山玢岩脉(见图5-b))。该成矿预测位于M-9号磁异常西南侧梯度带位置,磁异常值80～200 nT,梯度变化大,经上延处理后,磁异常减小,上延2 000 m处理后,磁异常仍然存在。F1-4、F2-3、F4-1断裂在该成矿预测区内通过。HS-28号水系乙类综合异常位于其内,Au、Ag、Cu、Cd等异常发育,异常面积大,强度高。野外调查过程中发现安山岩矿化蚀变较强,可见黄铁矿化、绿泥石化、碳酸盐化等。综上,该成矿预测区内成矿地质条件较好,综合信息强度高,具有一定金、银找矿潜力,有望发现十五里桥式金矿床。

4.2.3 腰站林场Ⅱ级成矿预测区(Y6)

该成矿预测区位于十五里桥幅中南侧,宝兴沟金矿床南部,腰站林场南部,面积约12.1 km2。地表出露地层为二十二站组灰黑-灰绿色细-中粒砂岩屑长石砂岩,外围西南部可见花岗闪长岩,呈小岩株状;岩脉较为发育,主要岩性有花岗斑岩、闪长玢岩、花岗细晶岩(见图5-c))。该成矿预测区位于M-10号磁异常南侧梯度带位置,磁异常值40～140 nT,梯度变化较小,向上延拓2 000 m的磁异常基本消失。F2-3、F3-2断裂在该成矿预测区内通过。HS-24号水系乙类综合异常位于其内,Au、Ag、Cu、As、Sn、Mn、W等异常发育,异常面积大,强度高。野外调查过程中发现石英脉1处,与二十二站组砂岩接触部位岩石中可见黄铁矿化、硅化等蚀变。综上,该成矿预测区成矿地质条件优越,综合信息强度高,具有一定金找矿潜力,有望发现宝兴沟式金矿床。

5 结 论

1)磁性参数分析表明,十五里桥地区各类地质单元磁场区分明显,火山岩地层表现为高磁化率、高剩余磁场强度,早白垩世侵入岩次之,沉积岩地层表现为低磁化率、低剩余磁场强度;沉积岩中低磁场强度中有高磁条带分布、龙江组火山岩磁性参数较高为成矿有利部位。

2)成矿预测模型分析表明,高磁异常梯度带为成矿有利部位,沉积岩对应的磁异常值为20～80 nT,火山岩对应的磁异常值为120～180 nT。

3)圈定Ⅱ级成矿预测区3处,Ⅲ级成矿预测区5处。其中,Ⅱ级成矿预测区成矿地质条件较好,综合信息强度高,找矿潜力较大。

致谢:原中国人民武装警察部队黄金第三支队马跃、贺小明、杜海双、黄继民等工程师在野外调查和数据处理过程给予了大量帮助,在此表示衷心的感谢和最诚挚的敬意。