應(yīng)重視地球物理方法在寧鄉(xiāng)式鐵礦找礦勘查中的應(yīng)用

劉云勇, 閆金梅, 萬傳輝

(中南冶金地質(zhì)研究所,湖北 宜昌 443003)

應(yīng)重視地球物理方法在寧鄉(xiāng)式鐵礦找礦勘查中的應(yīng)用

劉云勇, 閆金梅, 萬傳輝

(中南冶金地質(zhì)研究所,湖北 宜昌 443003)

寧鄉(xiāng)式鐵礦是中國重要的鐵礦類型,在找礦勘查中地球物理方法應(yīng)用幾乎是空白。針對兩種成因類型的磁鐵赤鐵礦層,測定了部分磁性、電性參數(shù)值,結(jié)合少數(shù)應(yīng)用實(shí)例綜合分析,認(rèn)為地球物理方法對寧鄉(xiāng)式鐵礦能取得較好的找礦效果,應(yīng)在今后的找礦實(shí)踐中予以應(yīng)用,這將對寧鄉(xiāng)式鐵礦特別是隱伏礦找礦具有現(xiàn)實(shí)意義。

寧鄉(xiāng)式鐵礦;地理物理方法;應(yīng)用可行性分析

寧鄉(xiāng)式鐵礦是中國重要的鐵礦類型和最主要的沉積型鐵礦,廣泛分布于全國十一個(gè)省市。經(jīng)過勘查評價(jià)的礦產(chǎn)地212處,查明鐵礦資源儲量38億t,約占全國鐵礦總資源儲量的7%,占全國沉積型鐵礦資源儲量的73.5%。

因它屬于沉積型赤鐵礦,礦石類型以鮞狀赤鐵礦石為主,礦石礦物為赤鐵礦、水針鐵礦、褐鐵礦、菱鐵礦組合,一般認(rèn)為不含磁鐵礦和硫化物,地球物理方法找礦效果不佳,找礦勘查中的應(yīng)用除湘南大坪鐵礦進(jìn)行過地面磁測外,幾乎是空白。筆者在中國寧鄉(xiāng)式鐵礦找礦勘查技術(shù)調(diào)研中,發(fā)現(xiàn)了兩種成因類型磁鐵赤鐵礦層,且分布廣泛,并測定了有限的巖礦石磁性、電性參數(shù)值。根據(jù)測定結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析認(rèn)為(表1-表3),磁鐵赤鐵礦層磁鐵礦含量高,磁性強(qiáng),可引起礦致磁異常,磁法應(yīng)用能夠取得理想的找礦效果;鐵礦層具有低電阻、高極化率特征,而圍巖則相反,二者電性相差甚大,電法應(yīng)用的可行性及找礦效果值得在找礦勘查實(shí)踐中進(jìn)一步探討。這種認(rèn)知,將改變地球物理方法在寧鄉(xiāng)式鐵礦找礦勘查中“無用武之地”的看法,對尋找寧鄉(xiāng)式鐵礦,特別是尋找隱伏寧鄉(xiāng)式鐵礦具有重要的示范和指導(dǎo)意義。

1 寧鄉(xiāng)式鐵礦基本地質(zhì)特征

寧鄉(xiāng)式鐵礦區(qū)域構(gòu)造位置多為臺褶帶、臺坳、褶斷區(qū)。除湖南大坪等少數(shù)幾個(gè)鐵礦分布區(qū)有巖漿巖出露外,絕大多數(shù)處于以碳酸鹽巖和碎屑巖為主的沉積巖分布區(qū)。鐵礦產(chǎn)于泥盆系上統(tǒng)地層中,含礦巖系為含鐵礦層的泥砂質(zhì)碎屑巖夾少量泥灰?guī)r。自下而上有四層鐵礦,分別命名為Fe1、Fe2、Fe3、Fe4。Fe1、Fe2產(chǎn)于上統(tǒng)下段層位;Fe3、Fe4賦存于上統(tǒng)上段層位。其中Fe3為主要工業(yè)礦層,其次是Fe2或Fe4。控礦構(gòu)造為復(fù)式褶皺的次級褶皺,無論是背斜或向斜均有鐵礦產(chǎn)出,含礦巖系分布于褶皺翼部,隨其曲折蜿蜒,控制礦體形態(tài)和產(chǎn)狀。礦床規(guī)模以大中型礦床居多,占總資源儲量的88.41%。礦體多呈層狀、似層狀,具有多層礦、礦層薄、延伸穩(wěn)定、規(guī)模較大等特點(diǎn)。礦石自然類型以鮞狀赤鐵礦石為主,次有鮞綠泥石菱鐵礦石、磁鐵赤鐵礦石、混合礦石;工業(yè)類型為需選煉鐵礦石。具有鐵品位較低(平均38.6%)、磷含量高(平均0.646%)、低硫(平均0.146%)、酸性礦石為主(占總資源儲量85%)的特點(diǎn)。礦床成因類型為前海相沉積礦床,受沉積作用和沉積環(huán)境控制[1]。

2 磁法應(yīng)用找礦效果分析

調(diào)查發(fā)現(xiàn),寧鄉(xiāng)式鐵礦中含磁鐵礦并能引起礦致磁異常的磁鐵赤鐵礦層有兩種成因類型:

2.1 巖漿作用接觸變質(zhì)改造型磁鐵赤鐵礦層

這一類型鐵礦產(chǎn)于有巖漿巖的分布區(qū)。以湘南大坪鐵礦為例。該鐵礦是寧鄉(xiāng)式鐵礦中進(jìn)行過地面磁測,并取得較好找礦效果的礦床。由于通天廟花崗巖體的侵入,接觸帶附近含礦巖系和赤鐵礦層發(fā)生接觸變質(zhì)改造作用,原沉積的赤鐵礦層礦物成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造均發(fā)生變化,赤鐵礦大部分轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶磁鐵礦,形成磁鐵礦石或磁鐵赤鐵礦石。據(jù)原湖南冶金局地質(zhì)勘探公司206隊(duì)資料,從接觸帶向外,由磁鐵礦石—磁鐵赤鐵礦石—赤鐵礦石分帶,礦石磁化率隨之依次降低。磁鐵礦石中磁鐵礦含量40%～50%,磁化率0.179～0.233 SI,最高達(dá)0.612 6 SI以上,磁場強(qiáng)度一般1 000～5 000γ,并有余磁存在;磁鐵赤鐵礦石中磁鐵礦含量20%～35%,磁化率0.006 4～0.087 2 SI,磁場強(qiáng)度一般500～1 000γ,由于礦石中磁鐵礦含量變化大,磁化率值不規(guī)律;赤鐵礦石磁化率低,屬微弱磁性或無磁性,一般不會引起或局部引起<100γ低緩弱磁異常。鐵礦層圍巖砂泥質(zhì)碎屑巖(已角巖化),基本無磁性。

圖1是大坪鐵礦磁測平剖圖。磁異常帶與磁鐵礦層磁鐵赤鐵礦層分布帶的延向、規(guī)?；疽恢?高磁異常與礦層露頭對應(yīng),主要礦體多有磁異常反映,在找礦勘查中,地面磁測發(fā)揮了很好的找礦效果。

圖1 大坪鐵礦磁測平剖圖

Fig.1 Cross sectional drawings of magnetic anomaly of Daping iron ore

與大坪鐵礦類似的還有湘南茶陵鐵礦、贛西烏石山鐵礦。前者有鄧阜山花崗巖體和錫田花崗體侵入,后者有燕山期黑云母花崗巖體侵入。接觸帶附近原沉積赤鐵礦層亦發(fā)生接觸變質(zhì)改造作用,形成磁鐵赤鐵礦層,并具有類似的分帶現(xiàn)象。雖未進(jìn)行過磁法測量,但從礦石類型來看,應(yīng)該能引起礦致磁異常。

據(jù)此認(rèn)為,寧鄉(xiāng)式鐵礦附近若有巖漿侵入,接觸帶附近形成具有高磁化率值的磁鐵赤鐵礦層是可能的。同時(shí)根據(jù)接觸帶磁鐵赤鐵礦層與原赤鐵礦層空間分帶的依存關(guān)系,亦可能找到相應(yīng)的赤鐵礦層。開展磁法測量工作將會收到好的找礦效果。

2.2 弱還原環(huán)境沉積型磁鐵赤鐵礦層

這一類型可引起磁異常的磁鐵赤鐵礦層是本次新發(fā)現(xiàn)的,在以往地質(zhì)勘查中沒有引起重視。以鄂西龍角壩鐵礦和楊柳池鐵礦為例。

這一類型鐵礦,當(dāng)時(shí)地質(zhì)勘查時(shí)厘定為Fe4礦層。其中上礦層為褐鐵礦鮞綠泥石礦層;下礦層為鮞狀赤鐵礦層。調(diào)查發(fā)現(xiàn),下礦層實(shí)際為磁鐵赤鐵礦層。礦石礦物為磁鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦、菱鐵礦、鮞綠泥石、黃鐵礦組合;脈石礦物為方解石、玉髓、粘土礦物。磁鐵礦含量17.3%～35.5%,在礦層中普遍產(chǎn)出,稠密浸染于赤鐵礦之間;赤鐵礦含量1.1%～34.4%,組成鮞?；蛏⒉加邗b粒間與磁鐵礦交互生長。鐵元素沉淀富集服從于鐵在沉積作用過程中的地球化學(xué)性質(zhì),形成的礦物組合取決于pH值、Eh值以及溶液中鐵離子活度等。據(jù)磁鐵礦與赤鐵礦的相互關(guān)系,二者形成于沉積作用的各自階段,赤鐵礦形成于氧化相,pH值7.2～8.5,Eh(V)>0.2,以化學(xué)沉積和膠體沉積形成;磁鐵礦形成于過渡相或弱還原相,pH值>7.8,Eh(V)-0.2～0.3。反映了從赤鐵礦到磁鐵礦氧化還原電位降低、堿性程度升高,而導(dǎo)致部分赤鐵礦溶解,重新以磁鐵礦結(jié)晶,并與赤鐵礦達(dá)到新的平衡[2]。

表1是本類型寧鄉(xiāng)式鐵礦部分礦石及鐵礦層圍巖的磁化率值。表中所示:

(1) 磁鐵赤鐵礦石磁化率變化于0.019 493～0.311 2 SI,平均值0.207 4 SI;而鐵礦層圍巖磁化率變化于0.000 011 2～0.000 241 2 SI,平均值0.000 100 3 SI,二者相差達(dá)2 000多倍。雖然在這類鐵礦地質(zhì)勘查中沒有進(jìn)行過磁法測量工作,但從礦石與圍巖磁化率的明顯差異特征,這類鐵礦應(yīng)能夠引起較高磁異常,在今后的找礦勘查中應(yīng)予以重視。

(2) 大多數(shù)寧鄉(xiāng)式鐵礦主要礦石類型為赤鐵礦石,磁化率變化于0.001 665～0.002 718 0 SI,平均值0.001 965 SI,明顯低于磁鐵礦石和磁鐵赤鐵礦石,大約是其1%,磁化率值相對穩(wěn)定,一般不會引起高磁異常。從有限的磁化率測定結(jié)果,赤鐵礦層與圍巖磁化率仍有較大差別,是圍巖的10～100倍,是否能引起低緩弱磁異常應(yīng)在找礦勘查實(shí)踐中進(jìn)一步探討。

(3) 寧鄉(xiāng)式鐵礦含礦巖系為含鐵礦層的泥砂質(zhì)碎屑巖夾少量泥灰?guī)r,上覆和下伏圍巖分別是灰?guī)r和石英砂巖。表2是不同類型圍巖磁化率差異分析,不同巖類磁化率差異較大,泥鈣質(zhì)頁巖磁化率相對較高,在0.000 167 0～0.000 241 2 SI之間,頁巖含粉砂后磁化率降低,但都大于灰?guī)r和石英砂巖;石英砂巖磁化率最低,變化于0.000 011 2～0.000 060 1SI,灰?guī)r略高于石英砂巖。但無論何種巖類,都大幅度低于磁鐵赤鐵礦石和赤鐵礦石。

表1 寧鄉(xiāng)式鐵礦部分礦石及鐵礦層圍巖磁化率

表2 不同類型圍巖的磁化率差異分析

寧鄉(xiāng)式鐵礦具有多層礦特點(diǎn),Fe4及相當(dāng)層位分布普遍,在沉積作用過程中其沉積環(huán)境亦發(fā)生變化。受磁鐵赤鐵礦層發(fā)現(xiàn)的啟發(fā),隨著寧鄉(xiāng)式鐵礦深入調(diào)研,發(fā)現(xiàn)更多的磁赤鐵礦層是可能的,這為磁法應(yīng)用提供了廣闊空間。

3 電法應(yīng)用可行性分析

在寧鄉(xiāng)式鐵礦找礦勘查中,電法測量及找礦效果研究還未開展,作者測定了少量鐵礦石與圍巖的電阻率和極化率參數(shù)值,依此對電法應(yīng)用的可行性進(jìn)行探討。表3是寧鄉(xiāng)式鐵礦部分鐵礦石與圍巖電性參數(shù)值。

巖礦石電阻率取決于礦物成分、含量、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、所含水分等因素。理論上講,金屬硫化物和某些氧化物電阻率較低,具良好的導(dǎo)電性。從磁鐵礦石—赤鐵礦石—沉積巖類電阻率依次增大,但各自都有比較大的變化范圍。表3所示,磁鐵赤鐵礦石電阻率值0.42～7.2 Ω·m,平均值3.38 Ω·m,具有極低電阻率特征;赤鐵礦石電阻率值15.65～52.2 Ω·m,平均值30.7 Ω·m,比磁鐵赤鐵礦石高一個(gè)數(shù)量級;鐵礦層圍巖電阻率值隨巖性不同而差異較大,變化于5.2～1 278 Ω·m,平均值466.5 Ω·m,明顯要高得多,其中石英砂巖、石灰?guī)r更高,而粘土巖相對低。無論何種巖類都比鐵礦石電阻率值高數(shù)倍—數(shù)百倍。

巖礦石的極化率主要取決于其中所含導(dǎo)電礦物含量和結(jié)構(gòu),導(dǎo)電礦物含量越高,粒度越細(xì)致密,極化率越大;不含導(dǎo)電礦物巖石極化率小,一般不超過1%～2%。表2所示,磁鐵赤鐵礦石極化率值4.72%～6.56%,平均值5.61%;赤鐵礦石極化率值3.66%～4.15%,平均值3.89%;鐵礦層圍巖極化率值0.75%～2.0%,平均值1.309%,與鐵礦石相比顯著要低數(shù)倍之多。

表3 寧鄉(xiāng)式鐵礦部分鐵礦石與圍巖電性參數(shù)值

對比可見,鐵礦層具有低電阻、高極化率特征,圍巖則相反,二者電性相差幅度甚大。電法應(yīng)用的可行性及找礦效果,值得進(jìn)一步探討。

四川省地質(zhì)局202地質(zhì)隊(duì)曾對四川碧雞山鐵礦進(jìn)行過電法測井工作,其中CK3孔作了自然電位(ПC)、電阻率(KC)、電極電位(MЭП)、電解電位(ЭK)、電流(i)六種方法測定,測定結(jié)果見圖2。

電阻率(KC)(梯度):赤鐵礦層電阻率值30～100 Ω·m,鐵礦層圍巖電阻率值240～1 200 Ω·m,二者相差較大,礦層引起低電阻異常,圍巖引起高電阻異常。

自然電位(ПC):鐵礦層含金屬氧化物,具有較高的氧化還原電位,礦層異常曲線呈正異常。

電極電位(MЭП):該方法是金屬礦測井參數(shù)之一,鐵礦層與圍巖具有電極電位差,礦層異常曲線呈較高正異常。

電解電位(ЭK):赤鐵礦具有電子異電和活潑性較大特點(diǎn),從△VBП=f(i)關(guān)系來看,近似硫化物,礦層異常曲線呈較高正異常。

圖2 碧雞山鐵礦CK3孔電法測井曲線圖

Fig.2 Curve of electrical log of CK3 hole of Bijishan iron ore

1.泥灰?guī)r;2.砂巖;3.粉砂質(zhì)頁巖;4.泥質(zhì)頁巖;5.鐵礦層。

電流(i):視為電阻率參數(shù)之倒數(shù)值反映,礦層電流密度大。

從電法測井應(yīng)用效果來看,運(yùn)用物探測井方法尋找寧鄉(xiāng)式鐵礦是可行的,可通過大量實(shí)踐和綜合研究,總結(jié)出一套適合寧鄉(xiāng)式鐵礦的物探測井方法,更好地為地質(zhì)勘查提供信息。

4 結(jié)論

(1) 寧鄉(xiāng)式鐵礦存在巖漿作用接觸變質(zhì)改造型和弱還原沉積型兩種成因類型磁鐵赤鐵礦層,磁鐵礦含量高、磁性強(qiáng),可引起礦致磁異常,磁法應(yīng)用能夠取得理想的找礦效果。

(2) 寧鄉(xiāng)式鐵礦具有多層特點(diǎn),在成礦作用過程中其沉積環(huán)境亦發(fā)生變化,受磁鐵赤鐵礦層發(fā)現(xiàn)的啟發(fā),隨著寧鄉(xiāng)式鐵礦深入調(diào)研,發(fā)現(xiàn)更多的磁鐵赤鐵礦層是可能的,這為磁法應(yīng)用提供了廣闊的空間。

(3) 兩種成因類型磁鐵赤鐵礦層與赤鐵礦層具有空間依存關(guān)系,強(qiáng)磁性磁鐵赤鐵礦層的發(fā)現(xiàn),可為弱磁性赤鐵礦層的找礦提供間接信息。

(4) 鐵礦層具有低電阻、高極化率特征,而圍巖則相反,二者電性差別大,電法應(yīng)用的可行性及找礦效果,值得在寧鄉(xiāng)式鐵礦找礦勘查實(shí)踐中進(jìn)一步探討。

(5) 這一認(rèn)知將改變地球物理方法在寧鄉(xiāng)式鐵礦找礦勘查中“無用武之地”的看法,對尋找寧鄉(xiāng)式鐵礦,特別是尋找隱伏寧鄉(xiāng)式鐵礦,具有重要的示范和指導(dǎo)意義。

[1] 中南冶金地質(zhì)研究所.湖北省恩施—宜昌地區(qū)高磷赤鐵礦整裝勘查報(bào)告[R].宜昌:中南冶金地質(zhì)研究所,2016.

[2] 秦元奎,姚敬劬.五峰縣龍角壩鐵礦區(qū)磁性鐵礦層的發(fā)現(xiàn)及其地質(zhì)意義[J].資源環(huán)境與工程,2011,25(4):299-303.

(責(zé)任編輯：陳姣霞)

The Application of Geography Physical Method in the Explorationof Ningxiang Type Iron Deposit

LIU Yunyong, YAN Jinmei, WAN Chuanhui

(CentreSouthInstituteofMetallurgicalGeology,Yichang,Hubei443003)

The Ningxiang-type iron deposit is major iron ore type and widely-spreading in China.The authors find two genetic types of magnetic-hematite beds and determine part of the magnetic,electrical parameter values,based on the some application examples of integrated analysis results,the authors think geophysical method can achieve better results for prospecting of Ningxiang type iron deposits and should be applied in practice in future prospecting.This will be of practical significance to the Ningxiang type iron deposit,especially concealed ore deposit prospecting.

Ningxiang-type iron deposit; geography physical method; application feasibility analysis

2016-04-28;改回日期:2016-07-29

劉云勇(1968-),男,高級工程師,地質(zhì)礦產(chǎn)勘查專業(yè),從事地質(zhì)礦產(chǎn)勘查及研究工作。E-mail:330439402@qq.com

P618.31; P631

A

1671-1211(2017)01-0089-05

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2017.01.016

數(shù)字出版網(wǎng)址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20161208.1017.012.html 數(shù)字出版日期:2016-12-08 10:17