周明磊，汝亮，朱裕振，于長(zhǎng)春，吳成平，高志軍，張文艷，邵玉寶

(1.山東省煤田地質(zhì)規(guī)劃勘察研究院，山東 濟(jì)南 250104； 2.中國(guó)地球物理學(xué)會(huì) 煤田地球物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)，山東 濟(jì)南 250104； 3.山東省煤炭資源數(shù)字化工程技術(shù)研究中心，山東 濟(jì)南 250104； 4.中國(guó)自然資源航空物探遙感中心，北京 100083)

0 引言

通過以往航空磁測(cè)和地面物探測(cè)量工作，在山東省齊河—禹城地區(qū)發(fā)現(xiàn)明顯的重磁異常。山東省煤田地質(zhì)規(guī)劃勘察研究院于2013年開始實(shí)施山東省地質(zhì)勘查項(xiàng)目，并于2015年在李屯地區(qū)發(fā)現(xiàn)了平均品位56.75%、單鉆孔見礦厚度119.67 m的矽卡巖型富鐵礦[1-4]。同期，中化地質(zhì)礦山總局山東地質(zhì)勘查院在齊河縣大張地區(qū)實(shí)施兩個(gè)鉆孔，全部見礦。2019年，山東省地質(zhì)調(diào)查院在潘店地區(qū)實(shí)施一個(gè)鉆孔，在1 444 m處揭露磁鐵礦體，揭示本區(qū)找礦潛力巨大?；谝延械牡刭|(zhì)及物探資料、前人也做了大量研究，如沈立軍等對(duì)該地區(qū)的成礦地質(zhì)情況進(jìn)行了初步研究[5]；2016年在該地區(qū)開展了1∶1萬高精度地面磁測(cè)，郭延明等對(duì)潘店—李屯地區(qū)的地磁異常進(jìn)行了研究，圈定了成礦靶區(qū)[6]；朱裕振等對(duì)該地區(qū)進(jìn)行了磁化率三維反演工作[7]；2017年在該地區(qū)開展了1∶5萬航空重磁測(cè)量，吳成平、于長(zhǎng)春等通過空、地磁場(chǎng)殘差計(jì)算與巖礦石的物性特征分析，總結(jié)了航空重、磁異常特征，進(jìn)行了巖性填圖及找礦預(yù)測(cè)工作等[8-9]。

該區(qū)上覆新生界厚度大于500 m，礦體埋藏較深，鐵礦體引起的物探異常信息較弱[8],找礦難度較大。本文在前期找礦勘探工作的基礎(chǔ)上[10-18]，依據(jù)區(qū)域地質(zhì)背景分析和最新鐵礦區(qū)巖(礦)石的物性特征測(cè)量結(jié)果[9]，結(jié)合航空重磁、地面高精度磁測(cè)與其他勘探資料，重新進(jìn)行精細(xì)化處理。分析了該區(qū)礦致異常的重、磁異常場(chǎng)平面及剖面特征，建立富鐵礦直接找礦標(biāo)志，確定了重點(diǎn)勘查區(qū)，為該地區(qū)尋找深部磁鐵礦體提供參考依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景及巖石物性特征

1.1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)位于魯西隆起區(qū)的西北邊緣，處于華北坳陷區(qū)與魯西隆起區(qū)的連接部位[19]。地層由老至新為寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系、新近系及第四系。構(gòu)造以斷裂構(gòu)造為主，斷層的性質(zhì)與產(chǎn)狀主要受齊廣斷裂、聊考斷裂等區(qū)域性斷裂構(gòu)造的控制。研究區(qū)為第四系全覆蓋、構(gòu)造基底為新太古界泰山巖群，燕山運(yùn)動(dòng)在本區(qū)活動(dòng)強(qiáng)烈，并形成以斷陷、斷隆為主要特征的構(gòu)造格局(圖1)。

區(qū)內(nèi)巖漿巖為隱伏產(chǎn)出，根據(jù)鉆探揭露，侵入巖以中基性巖為主，主要為閃長(zhǎng)巖類和輝長(zhǎng)巖類。磁鐵礦體賦存于中基性巖漿巖與奧陶紀(jì)灰?guī)r的接觸帶上，為矽卡巖型礦床。奧陶系灰?guī)r在濟(jì)南出露較多，巖性主要為中—厚層狀灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖等，覆蓋區(qū)經(jīng)鉆探見到的灰?guī)r巖性與此基本一致。

據(jù)以往研究成果[20-21]，濟(jì)南周邊地區(qū)與磁鐵礦成礦條件密切相關(guān)的層段有北庵莊組、五陽山組、八陡組等，該層段多發(fā)育含鈣質(zhì)較高、厚層狀、塊狀、性脆的純灰?guī)r，東風(fēng)鐵礦、王舍人莊鐵礦等濟(jì)南周邊鐵礦大多產(chǎn)出于該層段。另外，角礫巖的發(fā)育有利于層狀巖體與多層巖體的發(fā)育，含GaO高、含MgO略高的灰?guī)r對(duì)成礦有利。奧陶系灰?guī)r應(yīng)為研究區(qū)必要的成礦因素，為控礦圍巖。

圖1 齊河—禹城及周邊地區(qū)區(qū)域構(gòu)造[1]Fig.1 Regional structure sketch of Qihe-Yucheng and surrounding areas[1]

1.2 物性特征

通過鉆孔巖心物性測(cè)試可知[9]，研究區(qū)磁鐵礦密度最大、磁性最強(qiáng)、電阻率最低，磁化率均值為 96 200×10-5SI，密度平均值為 4.18×103kg/m3，電阻率平均值為63 Ω·m。沉積巖磁性普遍較弱，個(gè)別泥巖、粉砂巖和砂巖由于含有磁性礦物而具有弱磁性；新近系沉積巖為低密度巖層，密度平均值為1.93×103kg/m3；寒武、奧陶系地層中灰?guī)r密度平均值為2.71×103kg/m3。變質(zhì)巖的磁性變化較大，大理巖、角閃片巖、黑云片巖類磁性弱，泰山巖群磁性較強(qiáng)；變質(zhì)巖的密度較大，常見值為(2.94～2.97)×103kg/m3。侵入巖中閃長(zhǎng)巖和花崗閃長(zhǎng)巖等磁化率平均值為4 267×10-5SI，閃長(zhǎng)巖類密度為(2.52～2.83)×103kg/m3；花崗巖類磁化率均值約為400×10-5SI，密度為(2.61～2.62)×103kg/m3。

2 重磁異常特征

2.1 礦致異常的航空重磁異常特征

研究區(qū)航磁異常走向近NNE20°，由多個(gè)磁異常組合而成(圖2a、圖2b)，異常帶寬而緩，最大長(zhǎng)度約33 km，寬度約5～8 km。航磁異常自北向南可分為3個(gè)主要的封閉異常，分別為李屯磁異常、潘店磁異常及大張磁異常。由多處鉆孔鉆探結(jié)果可知，磁異常區(qū)下方深部均見閃長(zhǎng)巖、輝石閃長(zhǎng)巖、輝長(zhǎng)巖等中基性巖體和磁鐵礦體。巖心物性測(cè)量結(jié)果表明中基性巖體和磁鐵礦體磁性較強(qiáng)，推斷這3個(gè)區(qū)域磁異常主要由中基性巖體引起，局部疊加的磁異常多數(shù)由磁鐵礦引起，為礦致異常。

李屯地區(qū)布設(shè)鉆孔6處，其中見礦鉆孔ZK1見富鐵礦119.67 m、ZK6見富鐵礦95 m、ZK5見富鐵礦58 m、ZK0701見富鐵礦化。這4個(gè)見富鐵礦鉆孔與李屯異常疊加的局部磁異常密切相關(guān)，該局部異常在航磁ΔT化極剩余磁異常圖和航磁ΔT化極垂向一階導(dǎo)數(shù)圖上清晰顯示為次級(jí)正異常。經(jīng)綜合分析，認(rèn)為3個(gè)鉆孔對(duì)應(yīng)的異常為典型的礦致異常。

a—航磁ΔT等值線；b—航磁ΔT化極等值線；c—航磁ΔT化極剩余磁異常等值線；d—剩余重力異常；e—航磁ΔT化極垂向一階導(dǎo)數(shù)；f—剩余重力異常垂向一階導(dǎo)數(shù)a—airborne magnetic total field; b—contour map of airborne magnetic reduce to pole field;c—residual magnetic anomaly of airborne magnetic reduce to pole field; d—residual gravity anomaly map;e—vertical first derivative of airborne magnetic reduce to pole field; f—vertical first derivative of residual gravity anomaly圖2 航空重磁異常平面特征Fig.2 Plane distribution map of airborne gravity anomaliy and aeromagnetic anomaly characteristics

潘店地區(qū)布設(shè)鉆孔1處，PZK1見礦57 m。潘店航磁異常長(zhǎng)約11 km、寬8～9 km，異常極大值較小、約180 nT；化極及延拓后磁異常軸線偏移距相對(duì)較大，反映含鐵強(qiáng)磁性體埋藏較深。潘店地區(qū)見礦鉆孔位于航磁ΔT異常北側(cè)梯度帶的中間部位，在航磁ΔT化極剩余磁異常和航磁ΔT化極垂向一階導(dǎo)數(shù)磁異常的正異常中心附近位置，和李屯地區(qū)鐵礦見礦位置所處磁異常部位的情況較類似，認(rèn)為PZK1對(duì)應(yīng)的局部磁異常為典型的礦致異常。

大張地區(qū)布設(shè)鉆孔10處，其中主要見礦鉆孔ZK001見礦26 m。大張航磁異常長(zhǎng)約9 km、寬6～7 km，異常峰值較大、達(dá)540 nT，化極后磁異常軸線偏移距離相對(duì)較小，反映了含鐵強(qiáng)磁性體埋藏較淺。大張地區(qū)見礦鉆孔位于航磁ΔT化極垂向一階導(dǎo)數(shù)和航磁ΔT化極剩余磁異常的正異常中間偏南的梯度陡變部位，鐵礦見礦位置所處磁異常的部位和李屯、潘店地區(qū)的情況略有不同。

區(qū)內(nèi)剩余布格重力異常整體呈SN向展布(圖2d)，在區(qū)內(nèi)形成3個(gè)重力高值區(qū)，分別對(duì)應(yīng)大張巖體、潘店巖體和李屯巖體。李屯、潘店、大張地區(qū)見礦位置均位于剩余重力異常和剩余重力異常垂向一階導(dǎo)數(shù)等值線密集區(qū)或重力梯級(jí)帶部位。

2.2 礦致異常的地面磁測(cè)異常特征

根據(jù)1∶1萬高精度地磁結(jié)果(圖3)，李屯地磁異常和潘店地磁異常在形態(tài)上和航磁異常大致相同，地磁異常反映了更多的細(xì)節(jié)。李屯地磁異常范圍較大、異常中心峰值高達(dá)400 nT，潘店磁異常幅值相對(duì)較小、最大值為180 nT。

a—ΔT化極等值線；b—ΔT化極剩余磁異常等值線；c—ΔT化極垂向一階導(dǎo)數(shù)a—ground magnetic reduce to pole field contour map; b—residuamagnetic anomaly map of reduce to pole field; c—vertical first derivative map of magnetic reduce to pole field圖3 高精度地磁異常等值線Fig.3 Contour map of high precision ground geomagnetic anomaly

李屯地區(qū)見礦鉆孔均位于李屯地磁ΔT異常和地磁ΔT化極異常的中間部位，在地磁ΔT化極垂向一階導(dǎo)數(shù)的中心附近位置，結(jié)合前面的航空重磁異常特征，認(rèn)為該區(qū)見礦鉆孔對(duì)應(yīng)的異常為典型的礦致異常。

潘店地區(qū)見礦鉆孔位于潘店地磁ΔT異常和地磁ΔT化極異常的正異常中心偏邊部位置，在地磁ΔT化極垂向一階導(dǎo)數(shù)的中心附近位置，與航磁異常見礦位置基本一致，認(rèn)為該區(qū)見礦鉆孔對(duì)應(yīng)的異常為典型的礦致異常。

2.3 礦致異常的重磁剖面異常特征

圖4為HP5線(具體位置見圖2)反演推斷綜合剖面，剖面長(zhǎng)40.0 km，方位角為12.3°，點(diǎn)號(hào)為100～40 100點(diǎn)，該剖面所在位置全部為第四系覆蓋，第四系與新近系總厚度在600～1 000 m，ΔT剖面線上存在3處明顯的高磁異常，由南往北依次對(duì)應(yīng)大張磁異常、潘店磁異常和李屯磁異常。

區(qū)內(nèi)鉆孔見到鐵礦體埋藏較深，引起異常較小，通過正演計(jì)算李屯鐵礦體引起的磁異常值為146 nT，重力異常值為0.6 mGal，潘店鐵礦體引起的磁異常值為120 nT，重力異常值0.3 mGal，大張鐵礦體引起的磁異常值為139 nT，重力異常值為0.4 mGal，而區(qū)內(nèi)磁場(chǎng)值為-301～420 nT，相對(duì)重力值為-29.2～-4.5 mGal。

大張巖體重磁異常整體偏高，其峰值為剖面內(nèi)最高值，化極后大張磁異常峰值減小，李屯磁異常峰值增大。鉆孔資料顯示大張異常區(qū)內(nèi)新生界比李屯異常區(qū)薄150 m、巖體埋深相對(duì)較淺，其中李屯地區(qū)新生界厚度在750 m以上，巖體頂面埋深約900 m，巖體最厚處約3.5 km，導(dǎo)致重力異常不明顯；潘店異常區(qū)新生界厚約820 m，古生界底板埋深約1 480 m，巖體頂板埋深約1 500 m。 見礦鉆孔ZK1、 ZK001均位于磁ΔT化極異常曲線的峰值處，擬合結(jié)果顯示ZK1鉆孔所見磁鐵礦體可向西北延伸到3 km處。

圖4 HP5線重磁反演剖面Fig.4 Gravity magnetic inversion profile of line HP5

3 找礦預(yù)測(cè)

3.1 鐵礦重磁異常找礦標(biāo)志

通過對(duì)本區(qū)礦致異常的航空重磁和地面磁測(cè)異常特征分析，得出區(qū)內(nèi)鐵礦重磁異常找礦標(biāo)志為：① 剩余重力異常和剩余重力垂向一階導(dǎo)數(shù)等值線密集區(qū)或梯級(jí)帶位置；② 航磁ΔT異?？空惓Ｖ胁康牡戎稻€密集區(qū)或梯級(jí)帶部位；③ 航磁ΔT化極垂向一階導(dǎo)數(shù)靠正磁異常中部的等值線密集區(qū)或梯級(jí)帶部位；④ 航磁ΔT化極剩余磁異常和航磁ΔT化極垂向一階導(dǎo)數(shù)的中心位置；⑤ 地磁ΔT異常和地磁ΔT化極異常的中間部位或正異常中心偏邊部位置；⑥ 地磁ΔT化極垂向一階導(dǎo)數(shù)的中心附近位置。

3.2 找礦靶區(qū)

找礦靶區(qū)以不漏礦為原則，依據(jù)鐵礦重磁異常找礦標(biāo)志，主要按磁ΔT化極、磁ΔT化極垂向一階導(dǎo)數(shù)和磁ΔT化極總梯度模的高值異常(圖5)、結(jié)合鉆探和其他地質(zhì)研究成果(如隱伏中基性巖體空間分布特征)進(jìn)行圈定，最終圈定了找礦靶區(qū)6個(gè)(圖6)，其中A1區(qū)位于大張磁異常的南部，面積約14.5 km2；A2區(qū)位于潘店磁異常的西部，面積約8.7 km2；A3、A4區(qū)為李屯磁異常的局部異常區(qū)，面積分別約為17.1 km2、2.4 km2；A5區(qū)位于研究區(qū)的中東部，面積約5.6 km2；A6區(qū)位于研究區(qū)的東北部，面積約7.3 km2。截至2019年底，大張找礦靶區(qū)(A1)、潘店找礦靶區(qū)(A2)、李屯找礦靶區(qū)(A3)均見礦，為一級(jí)找礦靶區(qū)，其他靶區(qū)為二級(jí)找礦靶區(qū)。3個(gè)一級(jí)找礦靶區(qū)富鐵礦儲(chǔ)量嚴(yán)格按照鉆孔投影面積、厚度、密度和產(chǎn)狀計(jì)算估算推斷的資源量為4 297萬t，目前鉆探工作仍在繼續(xù)，齊河—禹城地區(qū)有望成為大型富鐵礦產(chǎn)地。

3.3 重點(diǎn)勘查區(qū)

為了縮小找礦靶區(qū)，提高鉆探見礦成功率，根據(jù)鐵礦重磁異常找礦標(biāo)志和見礦鉆孔與局部磁異常的位置關(guān)系，主要按磁ΔT化極垂向一階導(dǎo)數(shù)、磁ΔT化極剩余異常和磁ΔT化極總梯度模的中心部位以及重磁剖面反演結(jié)果及其他地質(zhì)勘探資料，參考剩余重力異常和剩余重力垂向一階導(dǎo)數(shù)的特征，在圈定找礦靶區(qū)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步確定重點(diǎn)勘查區(qū)7處(圖6)。重點(diǎn)勘查區(qū)是優(yōu)先布設(shè)鉆探孔位的區(qū)域。

目前，已在3處重點(diǎn)勘查區(qū)進(jìn)行了鉆孔驗(yàn)證并見礦，在1處重點(diǎn)勘查區(qū)的邊緣進(jìn)行了鉆孔(ZK3、ZK4)但未見礦，另外3處靶區(qū)尚未開展鉆孔驗(yàn)證。

圖5 航磁ΔT化極總梯度模等值線Fig.5 Total gradient amplitude contour map of airborne magnetic reduce to pole field

圖6 找礦靶區(qū)及重點(diǎn)勘查區(qū)Fig.6 Map of prospecting the target areas and key exploration areas

4 結(jié)論

本區(qū)礦床成因類型屬接觸交代(矽卡巖)型磁鐵礦床，磁鐵礦埋藏深，圍巖磁性較強(qiáng)，礦體引起的地球物理信息弱緩，找礦難度較大。本文通過對(duì)見礦鉆孔周邊的航空重磁異常平面特征、地面磁測(cè)異常特征和重磁剖面異常特征的綜合分析，得出本區(qū)的礦致異常特征，并以此為依據(jù)，總結(jié)找礦標(biāo)志，確定了找礦靶區(qū)和重點(diǎn)勘查區(qū)，為下一步找礦鉆探工作部署提供依據(jù)。

1) 本文依據(jù)1∶1萬地面高精度磁測(cè)、1∶5萬航空物探(磁、重)測(cè)量等工作，綜合分析航磁和地磁數(shù)據(jù)化極、垂向一階導(dǎo)數(shù)、求剩余、總梯度模以及航重剩余、垂向一階導(dǎo)數(shù)等方法處理結(jié)果，結(jié)合鉆探資料，總結(jié)出該地區(qū)富鐵礦找礦標(biāo)志為局部疊加的磁重同高異?；蚋叽女惓?。

2) 以大比例尺高精度磁重資料為主，結(jié)合地質(zhì)、鉆探資料進(jìn)行綜合分析，圈定了重點(diǎn)勘查區(qū)7處，為該區(qū)今后的找礦勘探工作部署提供依據(jù)。

3) 齊河—禹城地區(qū)有望建成山東省大型富鐵礦基地，對(duì)緩解我國(guó)富鐵礦資源所面臨的嚴(yán)峻形勢(shì)，提高我國(guó)鐵礦資源保障程度具有重要的戰(zhàn)略意義。