潘 彤，喻忠鴻，薛國(guó)強(qiáng),*，劉紅濤，周楠楠，孟軍海

(1.青海省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局，青海 西寧 810001;2.青海省第三地質(zhì)勘查院，青海 西寧 810000;3.中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所 中國(guó)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029;4.中國(guó)科學(xué)院地球科學(xué)研究院，北京 100029;5.中國(guó)科學(xué)院大學(xué) 地球與行星科學(xué)學(xué)院，北京 100049)

0 引 言

柴達(dá)木盆地南緣和北緣蘊(yùn)藏豐富礦產(chǎn)資源，近年來(lái)隨著地勘工作開(kāi)展，新發(fā)現(xiàn)一批大中型金、銅、鎳、鉛鋅等多金屬礦床，使該地區(qū)成為中國(guó)重要的極富潛力的金屬礦成礦帶之一，也成為眾多學(xué)者研究的熱點(diǎn)區(qū)域[1-3]。由于柴達(dá)木盆地南緣和北緣構(gòu)造帶的地質(zhì)演化具有復(fù)雜性和多旋回性的特征，所以對(duì)該地區(qū)地質(zhì)演化和柴達(dá)木盆地發(fā)展過(guò)程有待進(jìn)一步深入研究[4-6]。隨著地表礦產(chǎn)資源的不斷減少，深部成礦與找礦潛力研究越來(lái)越受到重視，深部礦產(chǎn)資源預(yù)測(cè)和找礦技術(shù)方法的深入研究面臨重大挑戰(zhàn)[7-8]。

在柴達(dá)木盆地南緣和北緣區(qū)域地質(zhì)調(diào)查中，開(kāi)展過(guò)大量不同比例尺的重力測(cè)量、航空磁測(cè)、地面高精度磁測(cè)、1∶50 000重電綜合物探等工作，取得了大量的物探成果，對(duì)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造和成礦地質(zhì)環(huán)境研究，圈定異常，劃分與成礦有關(guān)的巖體、地層及矽卡巖帶、礦化蝕變帶，發(fā)現(xiàn)礦床、礦(化)點(diǎn)等起到了重要支撐作用；另外，在局部小范圍礦床(點(diǎn))勘查過(guò)程中，投入了大量磁法、常規(guī)電法、電磁法、重力測(cè)量等技術(shù)方法，在發(fā)現(xiàn)異常、異常查證、驗(yàn)證工程的布置、礦床規(guī)模的擴(kuò)大等階段均發(fā)揮了重要作用。

雖然柴達(dá)木盆地南緣和北緣總體找礦程度偏低，對(duì)新方法、新技術(shù)的引入和研究不足，但是近年來(lái)在部分礦床進(jìn)行了深部找礦探索，開(kāi)展了深部地球物理勘查工作，少量異常得到了深鉆驗(yàn)證。其中，夏日哈木鎳銅、錫鐵山鉛鋅、野馬泉鐵多金屬等礦床的地質(zhì)和地球物理深部找礦研究程度相對(duì)較高，因此，本文對(duì)上述3個(gè)典型礦床的成礦地質(zhì)背景和地球物理勘查深部找礦進(jìn)展進(jìn)行系統(tǒng)介紹，并對(duì)地球物理方法在本區(qū)金屬礦找礦中的應(yīng)用前景和方向進(jìn)行探討。

1 地質(zhì)與地球物理特征

柴達(dá)木盆地及周緣隸屬秦祁昆成礦域(Ⅰ級(jí)成礦帶)昆侖成礦省、阿爾金-祁連成礦省(Ⅱ級(jí)成礦帶)，包括柴達(dá)木盆地北緣Pb-Zn-Mn-Cr-Au-白云母成礦帶、柴達(dá)木盆地Li-B-K-Na-Mg-鹽類-石膏-石油天然氣成礦帶、東昆侖(造山帶)Fe-Pb-Zn-Cu-Co-Au-W-Sn-石棉成礦帶等5個(gè)Ⅲ級(jí)成礦帶及11個(gè)Ⅳ級(jí)成礦亞帶(圖1)[9-10]。

Ⅲ-21為北祁連Cu-Pb-Zn-Fe-Cr-Au-Ag-硫鐵礦-石棉成礦帶；Ⅲ-22為中祁連Fe-Cu-Cr-Ni-W-Mo-Pb-Zn-P-Sb-石墨-紅柱石-菱鎂礦成礦帶；Ⅲ-23為南祁連Pb-Zn-Au-Cu-Ni-Cr成礦帶；Ⅲ-24為柴達(dá)木盆地北緣Pb-Zn-Mn-Cr-Au-白云母成礦帶；Ⅲ-25為柴達(dá)木盆地Li-B-K-Na-Mg-鹽類-石膏-石油天然氣成礦帶；Ⅲ-26為東昆侖(造山帶)Fe-Pb-Zn-Cu-Co-Au-W-Sn-石棉成礦帶；Ⅲ-28為西秦嶺Pb-Zn-Cu(Fe)-Au-Hg-Sb成礦帶；Ⅲ-29為阿尼瑪卿Cu-Co-Zn-Au-Ag成礦帶；Ⅲ-30為北巴顏喀拉—馬爾康A(chǔ)u-Ni-Pt-Fe-Mn-Pb-Zn-Li-Be-白云母成礦帶；Ⅲ-31為南巴顏喀拉—雅江Li-Be-Au-Cu-Zn水晶成礦帶；圖中礦床圖例大小不一表示不同規(guī)模礦床圖1 柴達(dá)木盆地南緣和北緣Ⅲ級(jí)成礦帶及主要礦床分布Fig.1 Distribution of the Level Ⅲ Metallogenic Belt and Main Deposits in the Northern and Southern Margins of Qaidam Basin

1.1 區(qū)域地質(zhì)概況

1.1.1 地 層

依據(jù)2013年《青海省礦產(chǎn)資源潛力評(píng)價(jià)研究成果報(bào)告》[11]，研究區(qū)隸屬秦祁昆地層大區(qū)，主要包括柴達(dá)木盆地北緣地層區(qū)、柴達(dá)木地層區(qū)、東昆侖地層區(qū)等。區(qū)內(nèi)地層出露較全，有古元古代、中元古代、新元古代、古生代、中生代和新生代地層。研究區(qū)在漫長(zhǎng)的地質(zhì)歷史中經(jīng)歷了多次不同級(jí)別、多種類型的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。

(1)柴達(dá)木盆地北緣地層區(qū)。地層出露最為齊全，從古元古界至新生界均有出露。古元古界達(dá)肯達(dá)坂巖群中有與混合巖化作用有關(guān)的白云母、綠柱石等偉晶巖型礦床，分布于青海省茫崖市冷湖鎮(zhèn)北多羅什爾、烏蘭縣沙柳泉等地區(qū)；萬(wàn)洞溝群的碳質(zhì)巖石是金礦源層，在區(qū)內(nèi)已形成著名的灘間山礦集區(qū)。寒武系—奧陶系是海相火山巖型鐵礦的賦礦層位，并在酸性火山巖建造相對(duì)發(fā)育的地段有多金屬、金和鈷等礦床形成。柴達(dá)木盆地北緣蛇綠混雜巖帶內(nèi)鉛鋅礦的形成主要與灘間山群海相火山巖有關(guān)，在其下部火山-沉積巖系中已發(fā)現(xiàn)著名的錫鐵山鉛鋅礦床，是青海省重要工業(yè)基地，此外還有青龍灘含銅硫鐵礦床等。石炭系為陸棚淺海相夾濱海相碎屑巖和碳酸鹽巖沉積，是區(qū)內(nèi)第一個(gè)成煤期，生成濱海相煤層。侏羅紀(jì)地層在區(qū)內(nèi)沉積盆地廣泛分布，其中早侏羅世是湖沼發(fā)育時(shí)期，區(qū)內(nèi)大煤溝組普遍發(fā)育沉積含煤碎屑巖和工業(yè)煤層，是成礦帶內(nèi)重要的成煤期。

(2)柴達(dá)木盆地地層區(qū)。中生代之前的地層基本未出露，但柴達(dá)木盆地內(nèi)第四系、第三系地層發(fā)育完全，從下更新統(tǒng)至全新統(tǒng)均有出露。因此，該區(qū)有豐富的第四系鹽湖礦產(chǎn)和第三系石油、天然氣礦產(chǎn)，是柴達(dá)木盆地乃至青海省獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)礦產(chǎn)之一。第三系地下鹵水型鹽湖礦產(chǎn)主要有鉀、硼、鋰礦等，是與第三系石油、天然氣共(伴)生的鹽湖礦產(chǎn)，其地質(zhì)勘探工作程度較低，僅達(dá)到預(yù)查階段。通過(guò)大量的資料查閱與綜合分析研究，第三系地層中的油田水主要分布在盆地西部第三系褶皺構(gòu)造部位，屬較深湖、淺湖、濱湖相沉積環(huán)境。在縱向上，深部中新統(tǒng)、漸新統(tǒng)油田鹵水中K+、B2O3、Li+等較富集，上部上新統(tǒng)次之；地層中油田水以分布井段長(zhǎng)、延伸面積大、鹵水礦層較穩(wěn)定、厚度大、儲(chǔ)水地段壓力高(自噴)、有益組分含量高為特點(diǎn)。因此，第三系地下鹵水型鹽湖礦產(chǎn)成礦條件好且資源潛力巨大，是柴達(dá)木盆地西部不可忽視的鹽類礦產(chǎn)沉積區(qū)。

(3)東昆侖地層區(qū)。地層出露較全，元古界金水口巖群是沉積變質(zhì)型鐵-石墨礦的賦礦地層，已發(fā)現(xiàn)有那西郭勒鐵石墨礦床。薊縣系狼牙山組、祁漫塔格群及上石炭統(tǒng)締敖蘇組的碳酸鹽巖地層與華力西期—印支期酸性巖體的接觸帶是區(qū)內(nèi)矽卡巖型礦床的產(chǎn)出部位。在上述地層與巖體的接觸帶附近常形成大型矽卡巖型(鐵)多金屬礦床，如尕林格鐵多金屬礦床、野馬泉鐵多金屬礦床、四角羊鐵多金屬礦床、虎頭崖鉛鋅礦床等。石炭紀(jì)以后地層含礦性普遍不佳，且礦化信息匱乏，晚石炭世和早中侏羅世地層含有高碳質(zhì)層和煤線或薄煤層。

1.1.2 構(gòu) 造

(1)褶皺構(gòu)造。研究區(qū)內(nèi)前震旦紀(jì)結(jié)晶基底褶皺形成于晉寧運(yùn)動(dòng)，分布于柴達(dá)木盆地南緣，以短軸構(gòu)造和穹隆構(gòu)造為主，如向陽(yáng)溝復(fù)向斜、白日其利背斜。早古生代地槽型褶皺形成于加里東運(yùn)動(dòng)，總體具線狀全型褶皺特點(diǎn)，分布于柴達(dá)木盆地南緣和北緣，如阿達(dá)灘復(fù)背斜等。晚古生代地槽型褶皺形成于海西—印支運(yùn)動(dòng)，多呈線狀緊閉全型褶皺，分布于東昆侖山南坡，如二道溝向斜、馬爾爭(zhēng)復(fù)背斜等。蓋層褶皺發(fā)育于造山期海相、陸相蓋層中，主要有短軸褶皺、隔檔式褶皺、斷層褶皺和構(gòu)造盆地等形式，分布于柴達(dá)木盆地周邊，如歐龍布魯克破殘褶皺、牦牛山構(gòu)造向斜盆地、野馬泉向斜、清水河隔檔式褶皺。

(2)大型變形構(gòu)造。研究區(qū)斷裂構(gòu)造發(fā)育，具有規(guī)模大、密集成帶和活動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)，主體構(gòu)造線主要呈NWW向，NE向次之。主要構(gòu)造帶有宗務(wù)隆山—夏河甘加逆沖走滑構(gòu)造帶、阿爾金左行走滑構(gòu)造帶、柴達(dá)木盆地北緣逆沖走滑構(gòu)造帶、昆北逆沖走滑構(gòu)造帶、昆中逆沖走滑構(gòu)造帶、興海—苦海逆沖走滑構(gòu)造帶、鄂拉山左行走滑構(gòu)造帶、昆南逆沖走滑構(gòu)造帶、昆侖山口—甘德逆沖走滑構(gòu)造帶。

1.1.3 巖漿巖

(1)侵入巖。研究區(qū)巖漿活動(dòng)頻繁，時(shí)間延續(xù)長(zhǎng)，既有地質(zhì)歷史中地幔演化的深成鎂鐵、超鎂鐵質(zhì)侵入巖，又有造山作用過(guò)程中陸殼生長(zhǎng)的花崗巖。巖漿巖帶明顯受區(qū)域構(gòu)造控制，以近EW向、NWW向巖帶為主。研究區(qū)中元古代鎂鐵—超鎂鐵質(zhì)巖體零星分布于柴達(dá)木盆地北緣、東昆侖巖帶，巖石具片麻狀構(gòu)造；中—晚寒武世、奧陶世—中志留世、晚志留世—早泥盆世侵入巖分布在柴達(dá)木盆地北緣巖帶；中泥盆世—早石炭世、晚石炭世—中三疊世侵入巖分布較廣，主要分布于東昆侖、柴達(dá)木盆地北緣巖帶，巖體與成礦關(guān)系密切，巖漿與地層接觸帶附近常形成矽卡巖型或熱液型礦產(chǎn)；晚三疊世、晚三疊世—侏羅紀(jì)、白堊紀(jì)侵入巖廣泛分布于柴達(dá)木盆地北緣、東昆侖一帶，巖體規(guī)模大，巖石類型復(fù)雜，成因類型多樣，構(gòu)造環(huán)境各異。

(2)火山巖。研究區(qū)火山巖分為4期，包括元古代、早古生代、晚古生代和中生代。古元古代火山巖分布于柴達(dá)木盆地周邊，巖石普遍變質(zhì)較深，多為斜長(zhǎng)角閃巖、角閃片巖，原巖主要為拉斑玄武巖及流紋巖，具有高Al、低Ti的特征，以鈣堿性系列為主，次為堿性系列；中元古代火山巖的巖石類型較為復(fù)雜。早古生代火山巖主要分布在東昆侖山，柴達(dá)木盆地北緣等地區(qū)也有零星出露；寒武紀(jì)—奧陶紀(jì)火山巖在祁連山、阿爾金山、昆侖山及柴達(dá)木盆地北緣等均有出露。晚古生代火山活動(dòng)從早期陸相中心式噴發(fā)開(kāi)始，逐漸演化為晚期海相裂隙-中心式噴發(fā)(溢)。其中，泥盆紀(jì)火山巖主要產(chǎn)于海陸交互相晚泥盆世地層中；石炭紀(jì)火山巖多為海相裂隙-中心式噴發(fā)，巖性以玄武巖、安山巖為主；二疊紀(jì)火山巖集中沿東昆侖山展布。中生代火山巖極為發(fā)育，分布甚廣，并具有一定的空間演化趨勢(shì)。例如，祁漫塔格—喀雅克登塔格地區(qū)以流紋巖及流紋質(zhì)角礫巖為主；鄂拉山地區(qū)以安山巖、英安巖及同成分火山碎屑巖為主，局部出現(xiàn)堿性玄武巖及堿性流紋巖。

1.2 成礦類型劃分

研究區(qū)主要成礦類型包括沉積變質(zhì)型、巖漿熔離型、噴流沉積型、構(gòu)造蝕變巖型、矽卡巖型、熱液脈型、斑巖型、隱爆角礫巖型、花崗巖型、偉晶巖型，其次有礫巖型、巖漿型、陸相火山巖型、沉積型、石英脈型等[12-13]。以成礦時(shí)代劃分，中元古代成礦類型單一，主要是沉積變質(zhì)型，以那西郭勒鐵石墨礦床為代表[14]；早古生代早期主要是噴流沉積型鉛鋅礦，以錫鐵山鉛鋅礦床為代表[15]，其次是巖漿型鉻鐵礦和沉積型釩礦；志留紀(jì)—泥盆紀(jì)以巖漿熔離型鎳銅鈷礦和構(gòu)造蝕變巖型金礦最為突出，典型代表礦床分別為夏日哈木鎳銅礦床[16]和灘間山金礦床[17]，其次是偉晶巖型銣鈮鋰鈷礦、花崗巖型銣鈮鉭礦、石英脈型鎢礦和矽卡巖型鐵多金屬礦；晚古生代主要是噴流沉積型銅鈷礦、中低溫?zé)嵋盒凸V和礫巖型金礦，代表礦床分別為督冷溝銅鈷礦床[18]、苦海汞礦床[19]和尕日力根金礦[20]，其次是構(gòu)造蝕變巖型金礦；中生代礦床主要有矽卡巖型、熱液型、斑巖型鐵多金屬礦、構(gòu)造蝕變巖型金礦、偉晶巖型鈮鉭礦，典型礦床眾多，如卡而卻卡銅多金屬礦床[21]、虎頭崖銅鉛鋅礦床[22]、尕林格鐵多金屬礦床[23]、四角羊?？囝^鐵多金屬礦床[24]、野馬泉鐵多金屬礦床[25]、五龍溝金礦床[26]、果洛龍洼金礦床[27]、阿斯哈金礦床[28]、哈日扎銀多金屬礦床[29]、那更康切爾銀礦床[30]、銅裕溝銅礦床[31]等，其次有陸相火山巖型鉛鋅銀礦、花崗巖型鈮鉭礦等。

通過(guò)對(duì)柴達(dá)木盆地南北緣主要礦床類型以往地球物理勘查工作的梳理和總結(jié)，初步歸納了物探在不同類型礦床勘查中的作用，并初步提出了在不同勘探階段有效的物探方法及組合建議[32]，結(jié)果如表1所示。

表1 不同礦床類型有效物探方法及組合Tab.1 Effective Geophysical Prospecting Methods and Combinations for Different Types of Deposit

1.3 地球物理特征

1.3.1 區(qū)域電物性特征

表2為柴達(dá)木盆地北緣不同巖石類型的電性參數(shù)[33]。由表2可知：黃鐵礦化大理巖和碳質(zhì)千枚巖極化率(ηs)最高，平均值分別為7.70%和8.12%，其次為褐鐵礦化石英脈，極化率平均值為2.19%，其余巖石極化率平均值低于2%；碳質(zhì)千枚巖電阻率(ρs)最低，平均值為807.0 Ω·m，最低為349.0 Ω·m，其余巖石電阻率平均值大于1 000 Ω·m。

表2 柴達(dá)木盆地北緣不同巖石類型電性參數(shù)Tab.2 Electrical Parameters of Different Types of Rock in the Northern Margin of Qaidam Basin

表3為柴達(dá)木盆地南緣不同巖石類型的電性參數(shù)[34-35]。由表3可知：區(qū)內(nèi)各地層巖石在無(wú)礦化或碳質(zhì)的情況下，具有高電阻率、低極化率特征；各種侵入巖中，黃鐵礦化、褐鐵礦化、黃銅礦化、鉛鋅礦化花崗巖極化率較高，呈中高電阻率、高極化率特征；大多數(shù)侵入巖極化率低于4%，電阻率變化大，但以中高電阻率為主；各種礦石均呈低電阻率、高極化率特征，磁黃鐵礦化磁鐵礦礦石、磁黃鐵礦化黃銅礦磁鐵礦礦石、磁鐵礦化黃銅礦磁黃鐵礦礦石、黃銅礦化方鉛磁鐵礦礦石、閃鋅礦磁鐵礦礦石極化率平均值均大于38%，電阻率平均值為2.9 Ω·m；區(qū)內(nèi)含碳灰?guī)r、碳質(zhì)灰?guī)r及黃鐵礦化類巖礦石具有低電阻率、高極化率特征，是本區(qū)開(kāi)展電法工作的主要干擾。

表3 柴達(dá)木盆地南緣不同巖石類型電性參數(shù)Tab.3 Electrical Parameters of Different Types of Rock in the Southern Margin of Qaidam Basin

1.3.2 區(qū)域重力異常特征

從青海省北部1∶1 000 000布格重力異常圖(圖2)[32]可以看出，在青海省西北部阿爾金地區(qū)以及甘肅、青海、新疆三省區(qū)交接處，布格重力異常表現(xiàn)為NEE向展布的梯級(jí)帶，布格重力異常由北向南遞減，每千米變化達(dá)1.55×10-5m·s-2，該重力梯級(jí)帶與阿爾金NEE向斷裂帶有關(guān)。

柴達(dá)木盆地處于重力低異常區(qū)，異常分布范圍與柴達(dá)木盆地地理范圍基本一致。布格重力異?？傮w表現(xiàn)為NWW向展布的帶狀異常，該異常帶南、北兩側(cè)相對(duì)重力高，中間相對(duì)重力低。柴達(dá)木盆地南緣重力梯級(jí)帶等值線分布比較密集，北緣重力梯級(jí)帶等值線分布相對(duì)稀疏。重力低的區(qū)域?qū)?yīng)柴達(dá)木盆地中部，而重力高的區(qū)域?qū)?yīng)柴達(dá)木盆地北緣和南緣。該異常區(qū)的大地構(gòu)造位置屬于柴達(dá)木地塊和柴達(dá)木盆地。柴達(dá)木盆地重力低與盆地基底坳陷有關(guān)。

柴達(dá)木盆地南緣布格重力異常表現(xiàn)為NWW—EW向展布的重力梯級(jí)帶，布格重力異常由北向南遞減，每千米變化達(dá)1.83×10-5m·s-2，該重力梯級(jí)帶是昆中、昆南深大斷裂帶的直接反映。該異常區(qū)的大地構(gòu)造位置屬于東昆侖弧盆系祁漫塔格北坡—夏日哈木巖漿弧、祁漫塔格蛇綠混雜巖帶、昆北巖漿弧與鄂拉山陸緣弧和賽什塘—興海蛇綠混雜巖帶接合部。

1.3.3 區(qū)域航磁異常特征

從青海省北部1∶1 000 000航磁異常(ΔT)平面圖(圖3)[32]可以看出，航磁正異常主要分布在柴達(dá)木盆地周邊，形成多個(gè)高磁場(chǎng)區(qū)。

圖3 青海省北部1∶1 000 000航磁異常平面圖Fig.3 1∶1 000 000 Plane Map of Aeromagnetic Anomaly in the Northern Qinghai Province

(1)柴達(dá)木盆地西北緣阿爾金山高磁異常帶，呈NEE向延伸的條帶狀，異常為100～300 nT，最高達(dá)780 nT。異常主要由超基性巖及早古生代變質(zhì)巖引起，如青C-1966-0622航磁異常由含石棉超基性巖引起。

(2)柴達(dá)木盆地東北緣賽什騰山—綠梁山高磁異常帶，呈狹長(zhǎng)帶狀、軸向NW，呈斜列分布。正異常帶主要由早古生代變質(zhì)中基性火山巖和中酸性巖體引起，如青C-1966-0572航磁異常由隱伏二長(zhǎng)花崗巖引起，青C-1966-0477航磁異常由綠梁山超基性巖引起。

(3)柴達(dá)木盆地南緣東昆侖西段高磁異常帶，位于東經(jīng)94°30′以西至小灶火河、北緯36°以北地區(qū)，寬約30 km，呈條帶狀展布。異常高達(dá)300 nT，推斷由元古代地層和中酸性巖體引起。該異常帶以西沿那陵格勒兩側(cè)寬60 km范圍內(nèi)呈NW向展布的航磁異常由中酸性巖體引起，主要是花崗閃長(zhǎng)巖和二長(zhǎng)花崗巖。特別重要的是，野馬泉、肯德可克、尕林格、四角羊鐵及多金屬礦致航磁異常，這些礦致航磁異常位于高磁異常帶的北側(cè)負(fù)異常區(qū)。

(4)柴達(dá)木盆地南緣—東昆侖東段高磁異常帶，位于東經(jīng)94°30′至98°00′、北緯36°兩側(cè)，呈EW向展布，大多數(shù)由中酸性巖體引起。

2 典型礦床地球物理勘查進(jìn)展

已有資料和成果顯示，物探工作在不同地質(zhì)任務(wù)和不同勘查階段起到了關(guān)鍵或重要作用，有力支撐了柴達(dá)木盆地周緣金屬礦地質(zhì)找礦工作[32]，如已知礦集區(qū)綜合物探方法應(yīng)用、找礦空間拓展、不同找礦階段采用不同的方法組合、間接找礦與直接找礦并舉等。經(jīng)過(guò)多年找礦研究和礦業(yè)開(kāi)發(fā)，地表礦和淺部礦的發(fā)現(xiàn)已近尾聲，尋找深部有利找礦空間是成礦帶各礦區(qū)面臨的普遍問(wèn)題。如果能夠在地質(zhì)理論上有所發(fā)展,采用有效的地球物理技術(shù)方法，極有可能在礦山深部取得找礦突破。下面就夏日哈木鎳銅礦床、錫鐵山鉛鋅礦床和野馬泉鐵多金屬礦床等3個(gè)典型礦床的地球物理深部勘探進(jìn)展進(jìn)行介紹。

2.1 夏日哈木鎳銅礦床

夏日哈木鎳銅礦床位于柴達(dá)木盆地南緣格爾木市烏圖美仁鄉(xiāng)以南約60 km處，地形切割深，山勢(shì)陡峻，除山間大灘及沖溝被第四系覆蓋外，基巖出露良好，海拔為3 200～3 600 m。該礦床屬于阿爾金和東昆侖志留紀(jì)—泥盆紀(jì)后碰撞造山帶[36]，主要形成于后碰撞伸展形成的超基性雜巖內(nèi)；賦礦巖相主要是橄欖巖相和輝石巖相，輝長(zhǎng)巖相含礦性較差；橄欖石和斜方輝石分離結(jié)晶是成礦過(guò)程中硫飽和的重要機(jī)制。該礦床形成于后碰撞階段軟流圈地幔的上涌；軟流圈及巖石圈地幔部分熔融發(fā)生混合形成幔源巖漿，經(jīng)歷地殼混染和橄欖石、斜方輝石的分離結(jié)晶，導(dǎo)致巖漿中的S達(dá)到飽和，經(jīng)歷多次脈動(dòng)式侵位，從而形成了巖漿熔離型銅鎳礦床(圖4)[36]。

圖件引自文獻(xiàn)[36]圖4 夏日哈木鎳銅礦床成礦模式Fig.4 Mineralization Model of Xiarihamu Ni-Cu Deposit

夏日哈木鎳銅礦床礦體主要賦存在鎂鐵—超鎂鐵質(zhì)巖體中，賦礦巖相為橄欖巖相、輝石巖相；礦石主要以硫化礦為主，礦石金屬礦物主要為磁黃鐵礦，銅礦物主要為黃銅礦，鎳礦物主要為鎳黃鐵礦；礦石主要為粒狀結(jié)構(gòu)、交代結(jié)構(gòu)、海綿隕鐵結(jié)構(gòu)，以及浸染狀構(gòu)造、星點(diǎn)狀構(gòu)造、斑雜狀構(gòu)造。礦石中主要金屬硫化物為磁黃鐵礦，其次為磁鐵礦、鎳黃鐵礦、黃銅礦等。礦體能產(chǎn)生1 500～2 000 nT的磁異常，在電異常上主要表現(xiàn)為低電阻率、高極化率特征[37]。

2010～2013年間，青海省第五地質(zhì)勘查院在祁漫塔格夏日哈木地區(qū)新發(fā)現(xiàn)銅鎳硫化物礦床，鎳資源量達(dá)到百萬(wàn)噸級(jí)，是中國(guó)第二超大型鎳礦床。目前，礦區(qū)主要使用的物探方法是地面磁法、重力勘探、航磁法和電法[38]。根據(jù)青海省1∶500 000航磁異常圖，礦區(qū)位于東昆侖高磁異常帶，在區(qū)域磁場(chǎng)上為平緩正磁場(chǎng)區(qū)，在礦區(qū)部分異常區(qū)開(kāi)展了1∶10 000和1∶2 000高精度磁測(cè)。國(guó)內(nèi)地勘單位在該地區(qū)開(kāi)展了地面大功率激電中梯、對(duì)稱四極激電測(cè)深、頻譜激電、瞬變電磁、可控源音頻大地電磁測(cè)深、天然場(chǎng)源大地電磁測(cè)深、三維高密度電法等工作。

以礦區(qū)地球物理探測(cè)7線為例，剖面布置在夏日哈木含礦超基性巖體上，因此，顯示的磁測(cè)曲線總體呈高背景下幅值變化不大的異常形態(tài)(圖5)[39]。剖面只是在北部含礦巖體埋深較淺部位反映明顯，大約引起了800 nT的異常變化，而當(dāng)?shù)V體埋深較大時(shí)，磁異常特征與圍巖沒(méi)有太大的差異；在南部埋深超過(guò)40 m的超基性巖體與圍巖較陡的接觸部位反映明顯，大約引起了400 nT的異常變化，這與磁場(chǎng)衰減較快的特性，礦體產(chǎn)狀、規(guī)模、埋深、磁性強(qiáng)弱，及圍巖磁性差異大小、接觸面產(chǎn)狀陡緩形態(tài)等因素密切相關(guān)[圖5(a)]。

圖5 夏日哈木鎳銅礦區(qū)7線綜合勘查剖面Fig.5 Comprehensive Survey Section Views of Line 7 in Xiarihamu Ni-Cu Mining Area

為查明礦區(qū)的深部電性結(jié)構(gòu)，開(kāi)展了可控源音頻大地電磁測(cè)深，目的在于發(fā)現(xiàn)深部是否存在低阻介質(zhì)，為后期找礦提供依據(jù)。根據(jù)電阻率反演剖面和地質(zhì)剖面可知，低阻異常形態(tài)與銅鎳礦化體形態(tài)對(duì)應(yīng)較好。北側(cè)淺部低阻介質(zhì)規(guī)模較大，向南側(cè)深部延伸直至尖滅，由北向南低阻異常體埋深逐漸增大，且北端淺部礦體電阻率偏小，電阻率較低區(qū)域?qū)?yīng)高品位鎳礦體[圖5(b)、(c)]。

通過(guò)研究夏日哈木巖漿熔離型典型礦床已實(shí)施的物探工作有效性，重、磁、激電均為有效方法。其中，重、磁方法通過(guò)高密度、高磁異常劃分基性—超基性雜巖體，尋找部分含磁性礦物的鎳黃鐵礦，重力主要發(fā)揮間接作用，磁法發(fā)揮直接作用，兩者作用基本一致，可從平面上對(duì)巖體范圍進(jìn)行圈定；電法則通過(guò)低電阻率、高極化率異常尋找鎳黃鐵礦，發(fā)揮直接作用?？煽卦匆纛l大地電磁法也能較好地指示巖盆狀含礦巖體空間形態(tài)，受靜態(tài)效應(yīng)和近場(chǎng)效應(yīng)影響，該方法對(duì)深部的分辨率不高。

2.2 錫鐵山鉛鋅礦床

錫鐵山鉛鋅礦床位于柴達(dá)木盆地北緣，海拔為3 200～3 400 m，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，地形切割劇烈，無(wú)任何植被。賦礦地層為寒武系—奧陶系灘間山群火山-沉積巖組下部的碳酸鹽巖，由大理巖、鈣質(zhì)片巖、凝灰?guī)r與凝灰質(zhì)泥砂質(zhì)千枚巖、板巖夾硅質(zhì)巖、碳質(zhì)片巖等組成的一組巖層。含礦巖系是一套含長(zhǎng)石的海底火山巖系，地層底部有石英硅質(zhì)巖及重晶石-石英脈產(chǎn)出，含礦主巖不受單一巖性控制；含礦帶、礦體均賦存于含礦綠巖系一定層位中，呈帶狀分布，具有一定的層控性，礦區(qū)無(wú)大規(guī)模的巖漿侵入活動(dòng)。礦區(qū)位于韌性剪切帶中，礦體及綠片巖的形態(tài)特征顯示了韌性剪切帶的構(gòu)造特點(diǎn)。含礦綠巖系為一單斜構(gòu)造層，呈NW—SE向展布，與區(qū)域構(gòu)造線方向一致。褶皺構(gòu)造僅限于層間拖拉褶曲。由于斷裂擠壓，深部含礦地層發(fā)生倒轉(zhuǎn)造成陡立產(chǎn)狀。綠片巖中小型褶皺十分發(fā)育，分布范圍較廣，類型多且規(guī)模不一。

從物性特征來(lái)看，鉛鋅礦相對(duì)圍巖具有高密度、高極化率和頻散率、低電阻率的物性特征，具備開(kāi)展重力和電法的物性前提，形成高重力、高極化率、低電阻率組合異常。由于近礦的含碳圍巖也具有高極化率和低電阻率特征，對(duì)區(qū)分礦與非礦電異常產(chǎn)生干擾，但因其離礦體較近，可為尋找成礦有利地段提供間接作用。根據(jù)巖礦石測(cè)定結(jié)果，塊狀方鉛礦、似條帶狀黃鐵礦方鉛礦礦石的電阻率一般為0.2～52.7 Ω·m，最大不超過(guò)100 Ω·m，而極化率則高達(dá)66.4%。但作為礦體的圍巖，大理巖和綠色泥巖系的電阻率大于1 000 Ω·m，而極化率小于3%。這也說(shuō)明在錫鐵山地區(qū)進(jìn)行的電法工作具備充分的地球物理前提[40]。

錫鐵山鉛鋅礦床曾于20世紀(jì)80年代前開(kāi)展過(guò)電阻率法和小功率激電等物探工作。由于其淺部礦產(chǎn)資源幾乎開(kāi)發(fā)殆盡，找礦方向應(yīng)為礦山的深部及邊部[41]。2000年5月至6月，在礦區(qū)東翼中間溝地段采用大功率激電中梯、大功率瞬變電磁、高精度磁測(cè)等方法進(jìn)行了深部探測(cè)的研究工作。大功率瞬變電磁法在錫鐵山的深部及邊部找礦研究工作大致分成2個(gè)階段：2000～2005年為第1階段，主要是對(duì)已知礦帶兩翼外圍進(jìn)行200 m線距的大功率瞬變電磁法概查研究；2006～2008年為第2階段，礦體在瞬變電磁響應(yīng)電位曲線上表現(xiàn)為雙峰蓋帽特征(圖6)，為厚板狀低阻異常形態(tài)，左峰略高于右峰，表明厚板向左陡傾。瞬變電磁異常探測(cè)到的物理模型是礦體存在的空間，勘探結(jié)果的地質(zhì)模型主要是鉛鋅礦體、黃鐵礦體與近礦碳質(zhì)層的疊加顯示[42]。目前，TEM-1異常已部分得到有礦的驗(yàn)證，但并沒(méi)有完全得到控制。

2.3 野馬泉鐵多金屬礦床

野馬泉鐵多金屬礦床所處構(gòu)造單元為祁漫塔格山北坡巖漿弧帶。礦區(qū)第四系覆蓋厚、面積廣，礦帶多位于印支期中酸性侵入巖體與寒武系—奧陶系灘間山群及上石炭統(tǒng)締敖蘇組碳酸鹽巖外接觸帶矽卡巖中(圖7)。

上石炭統(tǒng)礦體、碳質(zhì)灰?guī)r礦石及圍巖電阻率為5～800 Ω·m，整體呈中—低電阻率特征。其中，含碳灰?guī)r電阻率為5～50 Ω·m，呈極低電阻率特征；礦石及礦化體電阻率為10～300 Ω·m，呈低電阻率特征；上石炭統(tǒng)締敖蘇組其他巖性電阻率為300～800 Ω·m，呈中電阻率特征。電阻率測(cè)井結(jié)果顯示，磁鐵礦體和多金屬礦體的電阻率很低，為10 Ω·m以下，磁鐵礦化、多金屬礦化巖石的電阻率一般為50 Ω·m左右，非礦化圍巖的電阻率一般為200 Ω·m左右，與標(biāo)本的測(cè)量結(jié)果相吻合，數(shù)值相對(duì)較低。侵入巖電阻率一般為500～2 000 Ω·m，呈高電阻率特征。從電性特征來(lái)看，野馬泉鐵多金屬礦區(qū)上覆含礦地層與下伏巖體有明顯的電阻率差異。上覆含礦地層普遍含碳，呈明顯的低電阻率特征，礦區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，地形也較為平坦。這些地質(zhì)地球物理?xiàng)l件都非常適合電磁法深部找礦工作開(kāi)展。

圖件引自文獻(xiàn)[42]圖6 錫鐵山鉛鋅礦體首次驗(yàn)證的TEM-1異常Fig.6 TEM-1 Anomaly Verified Firstly by Xitieshan Pb-Zn Orebody

圖件引自文獻(xiàn)[43]圖7 野馬泉鐵多金屬礦床成礦模式Fig.7 Metallogenic Model of Yemaquan Fe-polymetallic Deposit

在經(jīng)歷了以磁異常為依據(jù)、鐵及鐵多金屬礦為研究對(duì)象的找礦工作后，野馬泉鐵多金屬礦區(qū)主要磁異常目前均已評(píng)價(jià)完畢。2012～2013年，青海省第三地質(zhì)勘查院在野馬泉地區(qū)開(kāi)展了1∶50 000重力面積性工作，工作面積約860 km2，獲取了大量物探基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料，厘定了礦區(qū)基礎(chǔ)地質(zhì)格架，研究了與成礦有關(guān)的地層、巖體等地質(zhì)要素的分布特征，為弱磁異常帶找礦工作奠定了基礎(chǔ)。2019年，西部礦業(yè)集團(tuán)有限公司和青海省第三地質(zhì)勘查院在野馬泉鐵多金屬礦區(qū)針對(duì)M1至M3磁異常之間的弱磁異常區(qū)以及剩余重力異常梯級(jí)帶，開(kāi)展了廣域電磁法工作(圖8)，在縱向上對(duì)巖體及地層的空間分布情況有了直觀認(rèn)識(shí)。經(jīng)驗(yàn)證，在深部巖體的接觸帶部位發(fā)現(xiàn)了銅多金屬礦體(圖9)，進(jìn)一步擴(kuò)大了野馬泉鐵多金屬礦區(qū)的礦體規(guī)模和找礦遠(yuǎn)景，為區(qū)內(nèi)已知礦區(qū)深部、邊部找礦工作提供了示范。

圖8 野馬泉鐵多金屬礦區(qū)剩余重力異常及廣域電磁法剖面布置Fig.8 Section Layout of Residual Gravity Anomaly and WFEM in Yemaquan Fe-polymetallic Mining Area

圖9 野馬泉鐵多金屬礦區(qū)GY3線綜合推斷解釋Fig.9 Comprehensive Inference Explanation of Line GY3 in Yemaquan Fe-polymetallic Mining Area

3 存在問(wèn)題及發(fā)展方向

3.1 存在問(wèn)題

(1)中大比例尺物探工作存在大量空白區(qū)。目前，1∶50 000物探工作只有磁法基本覆蓋了柴達(dá)木盆地周緣主要礦帶，且受地形影響還存在空白區(qū)；重力和電法只在祁漫塔格礦集區(qū)有少量開(kāi)展。物探基礎(chǔ)資料的缺乏在很大程度上制約了對(duì)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造特征和成礦規(guī)律的認(rèn)識(shí)。

(2)以往工作以傳統(tǒng)地面重、磁、電為主，對(duì)新方法新技術(shù)的引進(jìn)和應(yīng)用還不夠。地面重、磁、電方法雖然在找礦階段發(fā)揮了重要作用，但在找礦空間由地表轉(zhuǎn)向深部的情況下，這些傳統(tǒng)方法又面臨垂向分辨率不足的問(wèn)題。目前，已有的電磁法在地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜的金屬礦探測(cè)中存在應(yīng)用效果不佳的問(wèn)題。

(3)近地表精細(xì)探測(cè)不足。經(jīng)過(guò)多年的找礦工作，近地表尋找富礦、大礦難度越來(lái)越大，目前大多數(shù)地質(zhì)找礦工作多圍繞小規(guī)模礦開(kāi)展，對(duì)物探技術(shù)的精度要求越來(lái)越高，而現(xiàn)有的電磁法精度還無(wú)法滿足精細(xì)探測(cè)的要求。

(4)在物探數(shù)據(jù)處理和解釋過(guò)程中，多以單方法的反演解釋為主，地質(zhì)與物探之間、各物探方法之間的綜合解釋反演研究不足。

3.2 發(fā)展方向

(1)移動(dòng)平臺(tái)探測(cè)技術(shù)。柴達(dá)木盆地南緣和北緣地區(qū)地廣人稀，適合移動(dòng)平臺(tái)快速探測(cè)。另外，部分地段地形復(fù)雜，空中電磁探測(cè)應(yīng)用前景廣闊[44-46]。目前，基于飛行平臺(tái)探測(cè)技術(shù)存在如下瓶頸問(wèn)題：飛機(jī)承載質(zhì)量和發(fā)射功率/探測(cè)深度之間存在的矛盾；動(dòng)態(tài)環(huán)境下深部弱異常信號(hào)識(shí)別和提取技術(shù)；電磁動(dòng)態(tài)環(huán)境下噪聲分離和去除技術(shù)；多源多接收電磁數(shù)據(jù)三維反演問(wèn)題；各向異性、激電效應(yīng)、磁效應(yīng)、介電效應(yīng)等問(wèn)題。可能取得的突破包括：研發(fā)基于空氣中電場(chǎng)和磁場(chǎng)直接測(cè)量技術(shù)；研發(fā)針對(duì)航空電磁的數(shù)據(jù)處理和弱信號(hào)提取技術(shù)[47]；研發(fā)基于電磁系統(tǒng)影響范圍的Local Mesh、壓縮感知、自適應(yīng)約束的三維正反演技術(shù)[48]；考慮地形、各向異性、激電效應(yīng)和磁效應(yīng)的綜合地球物理探測(cè)、數(shù)據(jù)解釋和約束反演技術(shù)[49]。

(2)多分辨電磁探測(cè)理論與技術(shù)。柴達(dá)木盆地南緣和北緣地區(qū)構(gòu)造復(fù)雜，礦種類型多，埋藏深度不一，發(fā)展多分辨電磁探測(cè)理論與技術(shù)十分必要。傳統(tǒng)的電磁探測(cè)方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)多分辨探測(cè)，必須研發(fā)新的探測(cè)方法才能得以實(shí)現(xiàn)。不論地質(zhì)體的尺度、埋深、電性差異有多么復(fù)雜，都應(yīng)該能夠進(jìn)行可分辨的探測(cè)。這就需要大功率多源激發(fā)技術(shù)[50]、弱信號(hào)提取技術(shù)[51-52]、噪聲源探測(cè)技術(shù)[53]、大尺度模型快速三維正反演技術(shù)的綜合應(yīng)用，因此，電磁數(shù)據(jù)三維反演勢(shì)在必行[54]。然而，航空電磁探測(cè)數(shù)據(jù)量龐大，且存在地形、各向異性、激電效應(yīng)等復(fù)雜地質(zhì)條件，傳統(tǒng)小模型主要基于直接解法，速度慢、效率低、占用內(nèi)存大[55]。因此，為實(shí)現(xiàn)大尺度復(fù)雜模型和龐大數(shù)據(jù)量的電磁數(shù)據(jù)三維正反演，需要依據(jù)迭代解法，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)正則化及多尺度反演，并將人工智能和壓縮感知技術(shù)應(yīng)用于反演成像中[56]。

(3)綜合地球物理數(shù)據(jù)聯(lián)合反演技術(shù)。由于柴達(dá)木盆地南緣和北緣礦化類型的多變性，地球物理勘探資料的多解性是亟待解決的問(wèn)題[57-58]。利用地球物理重力、磁法、電法、地震等聯(lián)合反演，考慮各向異性、激發(fā)極化、磁效應(yīng)、介電特征，并通過(guò)施加相關(guān)性約束可以極大減少解的非唯一性。同時(shí)，巖石物性研究與地質(zhì)解釋技術(shù)是建立地球物理反演與地質(zhì)解釋之間的橋梁?；趲r石物性數(shù)據(jù)，可以對(duì)地球物理探測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效地反演和地質(zhì)解釋，使得地球物理探測(cè)技術(shù)向探測(cè)目標(biāo)前進(jìn)一大步。

(4)人工智能與云計(jì)算技術(shù)。地球物理探測(cè)除自身方法技術(shù)更新之外，數(shù)據(jù)處理手段也需要向高效、實(shí)時(shí)顯示發(fā)展。為此，現(xiàn)代計(jì)算技術(shù)中的人工智能與云計(jì)算技術(shù)必將在地球物理數(shù)據(jù)處理、反演解釋和成像領(lǐng)域發(fā)揮積極作用[59-60]。

4 結(jié) 語(yǔ)

(1)柴達(dá)木盆地南緣和北緣隸屬著名的秦祁昆成礦域，在該區(qū)域已發(fā)現(xiàn)大量有色、貴金屬、稀有金屬和黑色金屬大中型礦床，成為青海省最重要的有色-貴金屬成礦區(qū)和金屬原材料供應(yīng)基地。該區(qū)域具有漫長(zhǎng)地質(zhì)構(gòu)造演化，多期造山-成盆事件誘發(fā)了區(qū)域內(nèi)強(qiáng)烈的殼幔物質(zhì)循環(huán)，造就了一系列成礦時(shí)代不同、礦種-礦化類型多樣、控礦條件-控礦要素豐富的成礦系統(tǒng)。由于該區(qū)地處交通不便的偏遠(yuǎn)荒漠戈壁區(qū)，因而基礎(chǔ)地質(zhì)礦產(chǎn)研究程度較低，已有礦產(chǎn)地的勘探深度多在300 m以淺，還有大面積覆蓋區(qū)有待進(jìn)行針對(duì)性的資源勘查。

(2)柴達(dá)木盆地南緣和北緣具備良好的資源稟賦、區(qū)域成礦條件和找礦潛力，其金屬礦找礦工作逐漸向沙漠淺覆蓋區(qū)、深部及地形復(fù)雜區(qū)轉(zhuǎn)變，需要物探在理論方法、儀器設(shè)備、處理解釋軟件等各方面進(jìn)行創(chuàng)新和深入研究，以滿足快速、經(jīng)濟(jì)、高效的精細(xì)探測(cè)需求；在深入研究本區(qū)典型成礦系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)綜合地球物理勘查技術(shù)方法的聯(lián)合應(yīng)用，采用快速地球物理掃面與礦床(區(qū))多方法解剖相結(jié)合，進(jìn)而建立有效實(shí)用的地質(zhì)-地球物理礦床勘查模型系列，為柴達(dá)木盆地南緣和北緣深部資源發(fā)現(xiàn)和找礦突破做出貢獻(xiàn)。

恰逢長(zhǎng)安大學(xué)七十周年華誕，我和我的團(tuán)隊(duì)合作撰寫(xiě)這篇論文以表祝賀之意，祝長(zhǎng)安大學(xué)在“雙一流”建設(shè)中取得更大成就!我們單位有許多長(zhǎng)安大學(xué)杰出校友。從他們?nèi)〉玫某煽?jī)來(lái)看，學(xué)校緊密與西北地質(zhì)環(huán)境相結(jié)合，辦學(xué)特色突出，學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)扎實(shí)、動(dòng)手能力強(qiáng)，到工作崗位能極快進(jìn)入角色，工作業(yè)績(jī)顯著！期待以后能與長(zhǎng)安大學(xué)有更多合作，攜手為國(guó)家礦產(chǎn)資源安全和可持續(xù)利用貢獻(xiàn)力量!