渭北韩城-富平一带重磁异常特征及其地质找矿意义.pdf

陕西地质 GEOLOGY OF SHAANXI第 41 卷 第 1 期2023 年 6 月Vol.41 No.1June，202319渭北韩城-富平一带重磁异常特征及其地质找矿意义基金项目：陕西地矿集团有限公司科研专项资金项目（KY202109）。作者简介：张焕侠，女，51 岁，高级工程师，主要从事地质与物探相结合的矿产勘查、研究及技术管理工作。Email：铁矿石为大宗商品及战略物资。当前我国铁矿石对外依存度高，国家铁矿资源安全问题凸现。为切实增强我国战略性矿产资源保障能力，自然资源部在组织实施新一轮找矿突破战略行动（2021-2035）中突出紧缺战略性资源的找矿工作。全球铁矿床的主要成因类型有条带状铁质建造型（简称BIF）相关型（包括苏必利尔湖型和阿尔戈马型）、沉积型、火山沉积型、岩浆型、接触交代热液型5种，其中 BIF 相关型和火山沉积型两种铁矿类型占全球资源总量 80%以上（赵军宏等，2018）。我国具有工业意义的铁矿床中，以沉积变质型铁矿（又称受变质沉积型铁矿床，可进一步分为受变质铁硅质建造型及受变质碳酸盐建造型铁矿床）最重要，储量占全国总储量的 57.8%。截至 2018 年底，陕西省共发现铁矿产地 187 处，其中已查明铁矿床 68 处，累计查明铁矿石资源储量12.10108t，保有资源储量 10.95108t，在全国排名第 15 位、西部地区排名第 6 位。具工业意义的铁矿产地主要分布在陕西南部的汉中市、安康市和商洛市辖区，三地区铁矿产地数量占全省铁矿产地总数的73.26，铁矿石资源储量占全省铁矿石总资源储量的96.55。陕西省铁矿成因类型中，以岩浆分结型、海相沉积型、火山-沉积受变质型最为重要，其中火山-沉积受变质型累计查明资源量占全省铁矿累计查明资源量的 27.44%1。火山-沉积受变质型铁矿主要分布在勉略宁（阳）地区，在渭北分布有韩城市阳山庄中型铁矿及西北庄小型铁矿，在华县潼关等地也有零星分布。火山-沉积受变质型铁矿主要产于新太古代鱼洞子岩群、涑水杂岩（涑水群）、太华岩群及元古宙秦岭岩群、宽坪岩群等含矿地层，成矿受原岩含矿建造控制；含矿岩石主要为条带状磁铁石英岩，少数为赤铁石英岩、磁铁矿石英砂岩等，具有典型的条带状构造；系条带状硅-铁石英岩建造经后期变质作用及混合岩化进一步叠加、改造而成。该类铁矿规模较大，矿体多呈似层状、透镜状产出，其产状与围岩产状基本一致2。大量找矿实践证明，重、磁异常是重要的铁矿找矿标志。陕西省150万航磁T异常图在渭北韩城张焕侠，刘建利，屈挺，李飞，任乖雅，王庆国，于淑莉（陕西地矿物化探队有限公司，陕西 西安 710043）摘要：铁矿石为大宗商品及战略物资，当前我国铁矿资源安全问题凸现。火山-沉积变质型铁矿是陕西省重要铁矿类型之一，涑水群为该类型铁矿的赋矿地层之一。渭北韩城合阳蒲城富平航磁异常带幅值高、规模大，多个异常圈闭中心呈串珠状排列，地表主体为新生界地层。该磁异常带是否整体对应赋存磁铁矿的隐伏涑水群，如果存在，其展布形态如何，一直为陕西地质同行心中存疑。本文结合区域地质构造演化、航磁 T 三维反演结果及 1 5 万重、磁、电综合物探剖面反演解释结果，首次为该地区航磁异常带整体对应隐伏涑水群及其展布形态提出了推断依据，同时认为隐伏涑水群整体形似褶皱，NE-SW 向展布，西北翼陡，东南翼缓。该认识推断有助于陕西省火山-沉积受变质型铁矿中阳山庄式铁矿的找矿预测，对陕西省铁矿找矿有着深远意义。关键词：渭北；重磁异常；三维反演；隐伏涑水群；硅铁质建造中图分类号：P31;P611;P631 文献标志码：A 文章编号：1001-6996（2023）01-0019-0720张焕侠等：渭北韩城-富平一带重磁异常特征及其地质找矿意义合阳蒲城富平一带呈现一条整体连续的 NE-SW向航磁异常带，异常幅值高，规模大。目前仅在该异常带东北端出露的涑水群及周边发现了阳山庄铁矿及西北庄铁矿，在异常带中部及西南端主要为新生界第四系覆盖，尚未发现铁矿。阳山庄铁矿及西北庄铁矿赋矿地层均为太古界涑水群，矿石矿物主要为磁铁矿。该磁异常带中、西部是否也对应存在赋存磁铁矿的涑水群，如果存在，其展布形态如何，这些问题一直为陕西地质同行的心中存疑。笔者通过研究区域地质构造演化，并结合航磁 T 三维反演结果及重、磁、电综合剖面反演解释结果，推断区内韩城合阳蒲城富平航磁异常带整体对应一条 NE-SW 走向的涑水群，其在航磁异常带的东北端断续出露，在中部及西南端为隐伏存在。1.区域地质背景及 1 50 万重、磁异常特征1.1 区域地质背景研究区大地构造位置跨越鄂尔多斯地块东南缘及汾渭地堑北部（图1）。区内除韩城市龙门镇的阳山庄、上峪口、禹门口三处断续出露太古界涑水群（Ar3Ssc）及相伴出现一些古生界地层外，主要为第四系及三叠系地层，尤其在中部及南西部大面积覆盖第四系。区内构造线多呈北东-南西向。区域断裂包括韩城大断裂、阳山庄断裂等。出露的涑水群及早古代（-O）地层夹持在正、逆两条北东向断层之间。区内矿产资源以煤炭为主，已发现的磁铁矿为阳山庄铁矿及西北庄铁矿（图 2）。韩城合阳蒲城富平一带位于鄂尔多斯盆地与汾渭地堑结合部，成矿区带属鄂尔多斯成矿区之渭北铁、铝土矿成矿亚带。断续出露的涑水群长度约 9.14 千米，下部未见底，上覆震旦系霍山组，相伴出现寒武系2h，2-4及奥陶系O1-2j-m地层。涑水群主要岩性为混合片麻岩、混合岩化黑云更长片麻岩、角闪更长片麻岩，夹角闪斜长片麻岩、磁铁石英岩及脉状磁铁矿。岩群中 NE 向节理及裂隙发育，沿裂隙充填有磁铁矿脉、伟晶岩脉、石英方解石脉和云斜煌斑岩脉，磁铁矿脉密集成带时构成工业矿体。1.2 1 50 万重、磁异常特征区内 1 50 万航磁 T 异常总体呈西北低、东南高的特征，最大变化幅度达 540nT，西北部负磁异常最低幅值-200nT，东南部正磁异常最高幅值340nT。航磁 T 异常等值线总体走向为北东-南西，局部等值线走向近东西。西北部呈大片航磁负异常区，航磁局部异常不发育；东南部呈大片航磁正异常区，航磁局部异常发育，其中韩城合阳蒲城富平一带的 NE-SW 向航磁异常带最为显著。以 T 100nT 为限，该航磁异常带延伸长度逾 130km，宽10 30km，面积约 420km23，带内存在多个轴向一致、各具峰值且呈串珠状排列的磁异常。区内 1 50万布格重力异常总体特征为中部高、四周低，最低异常幅值-16010-5m/s2，最高异常幅值-8610-5m/s2，最大变化 7410-5m/s2。布格异常等值线总体走向 NE-SW，局部地段出现近东西走向。重力异常低幅值区主要集中在洛川宜君县、大荔县、韩城市等三个地区，重力异常高幅值区主要分布在黄龙铜川、蒲城合阳、韩城西等地围成的似三角形区域。阳山庄铁矿及西北庄铁矿对应的磁异常值约为 230 250nT，同时位于布格重力异常高、低值区过渡位置（图 3）。图 1 研究区大地构造位置图（据韩城矿区大地构造位置图修改）Figure 1.Geotectonic map of the study area（modified according to the geotectonic map of Hancheng mineralized area）1.水系；2.鄂尔多斯盆地边界；3.二级构造单元边界；4.三级构造单元边界；5.新生界断陷盆地；6.研究区边界21张焕侠等：渭北韩城-富平一带重磁异常特征及其地质找矿意义2.磁异常及磁性体关系分析研究区内阳山庄铁矿及西北庄铁矿均处于 NE 向的封闭航磁正高异常中，磁铁矿主要充填于古老的变质基底涑水群中成群带出现的 NE 向裂隙中，因此高磁异常对铁矿体及涑水群均具有明显的指示作用（图2、图 3）。区内多个轴向一致且各具峰值的磁异常呈串珠状排列，共同形成了一条整体连续的 NE-SW向磁异常带，说明引起异常之源应为同一性质地质体太古界涑水群（同时可能还存在多个磁性体叠加）。只有深部太古界涑水群的 NE 向展布，才会形成区域上的 NE 向正磁异常带4。图 2 研究区 1 50 万地质图Figure 2.Geological map of the study area at a scale of 1 500，000 1.第四系全新统冲积层；2.第四系上更新世风积层；3.第四系更新统；4.新近系保德组、静乐组并层；5.侏罗系延安组-安定组；6.三叠系延长组；7.三叠系二马营组；8.三叠系刘家沟组；9.二叠系孙家沟组；10.二叠系石盒子组；11.二叠系山西组；12.石炭系本溪组、太原组并层；13.奥陶系马家沟组、桃曲坡组、赵老峪组并层；14.奥陶系贾汪组、马家沟组并层；15.寒武系霍山组；16.太古界涑水群（杂岩）；17.各种断裂；18.磁铁矿图 3 研究区 1 50 万航磁 T 异常（左）及布格重力异常（右）示意图Figure 3.Schematic diagram showing geomagnetic T anomaly（left）and Bug gravity anomaly（right）at a scale of 1500，000 in the study Area 22张焕侠等：渭北韩城-富平一带重磁异常特征及其地质找矿意义3.隐伏涑水群存在的证据3.1 地质证据（1）韩城合阳蒲城富平磁异常带基底证据韩城、合阳、蒲城、富平同属鄂尔多斯盆地东南缘，均位于汾渭地堑北部，且韩城、合阳与山西省中条山隔“堑”（此处为运城盆地）相望。涑水群在陕西省韩城市东北局部断续出露，但在山西境内多处连续分布，尤以中条山为最。中条山涑水群主要出露于山脉西北侧，主体呈北东向展布，分布于闻喜、夏县一带的涑水河流域，延伸达 100km，与上覆古元古代绛县群和中条群以构造关系接触5。近年来先后在中条山发现了多个与涑水群有关的铁矿，其中包括垣曲县同善铁矿（鞍山式）及新绛县北张铁矿（贯入脉型），主要矿石矿物均为磁铁矿6。鄂尔多斯盆地在早元古代末期（吕梁期）固结为统一的克拉通地块，为华北陆块的一部分，其时韩城、合阳及中条山一带（现今汾渭地堑两岸）具有相同的结晶基底，即太古界变质基底，阜平群、集宁群7（图 4）其形成时代及岩石组合与“涑水群”具有明显的相似性8-9。同时，有学者研究认为中条山涑水杂岩（涑水群）与小秦岭鲁山太华杂岩（太华群）属同一地质体5。根据区域地质特征，韩城合阳蒲城富平航磁异常带基底应为太古界涑水群。（2）汾渭地堑构造演化证据由区域地质构造演化可知，华北陆块在中生代开始活化，燕山期形成 NE 向褶皱，喜山期形成汾渭地堑（系）。受古亚洲洋构造域、太平洋构造域、特提斯构造域影响，华北陆块在中生代开始活化。燕山期，华北地块内部开始发生强烈的陆内 NNE NE 向褶皱和逆冲变形，形成一系列复式向斜和背斜，逆冲断裂极为发育。韩城富平区从三叠世末期直至古新世（E1）一直处于隆起剥蚀状态。中新世（N1）以来，受印度板块与欧亚板块碰撞作用影响，华北地块南部和北部边界处在 NW-SE 的拉张应力下开始裂解，沿着燕山期逆冲断层和破碎带形成 NE 向正断层，分别形成了运城盆地和大同盆地雏形。自上新世（N2）开始，随着应力的加强，断陷活动由南北两端向华北地块内部发展，并发生了顺时针旋转扭动，逐渐形成以汾渭地堑为代表的一系列断陷盆地。汾渭地堑位于山西复背斜轴部稍偏北的位置。第四纪以来，NE 向地堑沉降速率的增长速度明显，强化了垂直作用，加速了地堑的形成、发展10-12。“汾渭地堑”为 3 个相互斜列的独立地堑，分别为渭河一涑水地堑（形成于晚始新世以来）、汾河一浍水地堑（形成于上新世以来）和临汾地堑（形成于上新世以来）。它们分别是祁吕贺山字型构造体系前弧弧顶东侧 3 个斜列背斜顶部的纵向地堑，三个地堑在形成以前分别为背斜13。由三个地堑的形成时代及位置来看，渭河一涑水地堑形成前的背斜为复背斜，汾河一浍水地堑形成前的背斜为其北西翼的次级背斜的可能性很大。据此推断，汾渭地堑两侧的涑水群地层应对应存在，只是存在是否出露与剥蚀的差异。具体而言，韩城一合阳一线的涑水群可与中条山涑水群中的运城永济段对应，蒲城及周边应存在与小秦岭的太华杂岩相同的太古界地层，稷山出露的涑水群可与垣曲夏县一带出露的涑水群对应（图 5）。3.2 航磁 T 三维反演证据为了推断韩城合阳蒲城富平一带的隐伏涑水群展布形态及其顶界埋深，本次工作以航磁 T 异图 4 鄂尔多斯盆地及周缘结晶基底构造略图（引自鄂尔多斯盆地地下水勘查报告，2006）Figure 4.The crystalline substrate structures in Ordos Basin and its peripheral area(according to the Groundwater Exploration Report of Ordos Basin，2006）1.加里东褶皱带；2.渣尔泰群、白云鄂博群等；3.五台群、滹沱群、中条群、下阿拉善群等；4.乌拉山群等；5.集宁群、阜平群等23张焕侠等：渭北韩城-富平一带重磁异常特征及其地质找矿意义图 5 汾渭地堑轮廓示意图（据宁崇质（1995）修改）Figure 5.A sketch profile of the graben between the Fenhe River and the Weihe River（modified from Ning Chongzhi（1995）1.太古界；2.元古界-中生界；3.新生界；4.花岗岩类；5.正断层；7.向斜；8.背斜；9.挤压构造带；10.地震及其发生的年代；11.8 级地震；12.7-7.9 级地震；13.6-6.9 级地震；14.5-5.9 级地震；15.4-4.9 级地震；16.温泉及水温；17.热水井及水温；18.地热异常区常为基础进行了磁性体及磁性界面的三维反演，并在合阳的圈闭磁异常处实测 1 5 万重、磁、电综合物探剖面（Y02）30km 进行磁异常查证。三维反演解释结果显示，在韩城富平区内存在一条 NE-SW 向、类似褶皱的磁性体隆起区，西北翼陡，东南翼缓（图 6）。该磁性体的走向与区域构造的 NE-SW 向的褶皱构造线一致，应为区域 NW-SE 向应力场的作用结果。根据区域地层序列及磁性参数，以及磁异常与磁性体的相关性，认为该磁性体的展布形态即为太古界涑水群的展布形态，其顶界即为涑水群顶界。同时，结合区内重力水平总梯度模及航磁水平总梯度模特征，推断韩城大断裂（F2）向西南可延伸到蒲城（图 6 中 F2 的虚线部分），断裂实测段及推断段整体与航磁三维反演结果中涑水群展布形态吻合较好，符合区域地质特征。结合大量钻孔资料14，可对本次推断的涑水群的顶界埋深进行约束性解释，并沿阳山庄、合阳县及蒲城县域内埋深相对较浅的三处图切剖面对涑水群顶界埋深反演。反演结果显示，韩城合阳蒲城富平磁异常带对应的涑水群地层在异常带北东端断续出露，向南西呈隐伏状延伸；图切剖面途经处，涑水群顶界在蒲城县域内最浅埋深浅于合阳县域内最浅埋深。3.3 1 5 万重、磁、电综合物探剖面证据结合Y02剖面的实测数据、地层层序及磁性参数，以及区域地质构造特征15，综合解释推断认为在剖面途经处的新生界地层下存在两条隐伏断层 F1、F2，二者均倾向南东，其中 F1 为逆断层，SE 82；F2为正断层，SE52；断层间地层为涑水群（Ar3Ssc）、震旦系霍山组及寒武系（Zh+）、奥陶系（O）、石炭系及二叠系（C+P），两条断层内涑水群（Ar3Ssc）顶界埋深由北西到南东似波浪状变浅，埋深约为24张焕侠等：渭北韩城-富平一带重磁异常特征及其地质找矿意义图 6 涑水群展布形态航磁 T 三维反演及韩城大断裂延伸推断示意图Figure 6.Extension inference of the Hancheng big fault and exhibition form of the Sushui Group from aeromagnetic T 3 D inversion 1.韩城大断裂实测段；2.韩城大断裂推断延伸段；3.1：5 万重、磁、电综合剖面F2F2Y02图 例123图 7 Y02 剖面重、磁、电综合解释推断图Figure 7.Comprehensive interpretation and inference of profile Y02 by gravity，magnetic and electrical method 图 例 Q：第四系；N：新近系；P+C：二叠系及石炭系；O：奥陶系；+Zh：寒武系及震旦系霍山组；Ar3Ssc：太古界涑水群25张焕侠等：渭北韩城-富平一带重磁异常特征及其地质找矿意义参考文献：1陕西省国土资源厅，陕西省非油气矿产资源储量简表（2018 年），20192董王仓等，中国矿产地质志陕西卷普及本，20213李六权，张毅.渭北航磁异常区成矿地质背景及铁矿资源潜力预测J.陕西地质，第 32 卷第 1 期，2014.64张焕侠，李飞，屈挺等.陕西省 1：20 万重磁数据处理及铁矿找矿选区研究成果报告R.陕西地矿物化探队有限公司，2023.5张瑞英.华北克拉通南部中条山地区涑水杂岩的组成与演化，西北大学.2015，56王爱武.中条山主要铁矿类型及特征华北国土资源，2011.67侯光才，张茂省，刘芳等.鄂尔多斯盆地地下水勘查报告，中国地质调查局西安地质调查中心，2006.108伍家善，耿元生，徐惠芬等.阜平群变质地质.19899沈其韩，张荫芳，高吉凤等.内蒙古中南部太古宙变质岩.中国地质科学院地质研究所所刊第 21 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arranged in a string of beads，mainly composed of the Cenozoic strata at the ground surface.Whether this magnetic anomaly zone corresponds to the concealed Sushui Group where magnetite occurs as a whole，and if so，how about their distribution?Based on regional tectonics，three-dimensional inversion results of 1100m 1400m（图 7）。4.结论及意义（1）渭北高磁异常对磁铁矿及太古界涑水群均具有明显的指示作用，区域地质构造演化、航磁 T三维反演结果及 1 5 万实测综合物探（重、磁、电）剖面反演解释推断结果，三者综合显示韩城合阳蒲城富平航磁异常带整体对应一条 NE-SW 走向的涑水群地层，其在航磁异常带的东北端断续出露，在中部及西南端隐伏存在，涑水群顶界埋深在蒲城县域内最浅埋深浅于合阳县域内最浅埋深。（2）渭北韩城合阳蒲城富平航磁异常带对应隐伏涑水群的推断有助于陕西省火山-沉积受变质型铁矿中阳山庄式铁矿的找矿预测。（3）对合阳及蒲城两处推断的涑水群进一步实施必要的重、磁等综合物探及钻探验证工作，对陕西省的铁矿找矿有着深远的意义。致谢：在论文撰写过程中，李百顺教授级高工提出诸多修改建议，编辑老师与审稿专家王根宝教授级高工认真审阅本文并提出中肯意见，在此一并表示感谢！（上转第 18 页）18王凤瑞等：柴北缘布赫特山一带滩间山群火山岩岩石地球化学特征及构造环境分析参考文献：1青海省地质矿产开发局.青海省区域地质概论1：100 万青海省地质图说明书 M.北京：地质出版社，2007：7-1622郝国杰，陆松年等.柴达木盆地北缘前泥盆纪构造格架及欧龙布鲁克古陆块地质演化 J.地学前缘，2004，11（3）：3王惠初，陆松年等.柴达木盆地北缘滩间山群的构造属性及形成时代 J.地质通报，2003，22（7）4青海省地矿局.1991.青海省岩石地层 M.武汉：地质出版社，19975李峰，吴志亮，李保珠等.柴达木盆地北缘滩间山群新厘定 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island arc environment.Key words：Northern margin of Chai;Tanjian Mountain Group;island arc在 lg-lg 图中，5 个火山岩样品均位于 B 区，即消减带火山岩中（图 9）。在 Th-Hf-Ta 和 Th-Hf-Nb判别图解中，6 件样品均位于火山弧玄武岩区域内，其中 4 号样品位于 D 区中的钙碱性玄武岩区略靠近岛弧拉斑玄武岩区(图 10)。5.结论（1）布赫特山一带滩间山群火山岩以钙碱性为主，少量具有拉斑玄武岩趋势，岩性以安山岩为主；（2）主量元素具有低 Ti 的特点（TiO2平均值 1%）；稀土元素以轻稀土富集，具有明显的 Eu 负异常为特征，显示大离子亲石元素富集，亏损高场强元素；（3）在各种判别图解中也都落入了火山弧区域内（消减带）。综上所述，岩石地球化学等特征均显示，布赫特山一带的火山岩应形成于岛弧环境。（下接第 25 页）*aeromagnetic T and inversion interpretation results of gravity，magnetic and electrical integrated geophysical profiles at a scale of 1：50，000，the inference basis for the overall corresponding blind Sushui Group and its distribution shape along the aeromagnetic anomaly zone appearing at the counties of Hancheng，Heyang，Pucheng and Fuping is proposed in this paper for the first time.At the same time，the whole strata of the blind Sushui Group have shapes like a fold，with NE-SW spreading，steep angle at the northwest wing and slow southeast wing.The inference of this blind Sushui Group is helpful to the prospecting and prediction of the Yangshanzhuang type iron ore in the volcanic sedimentary metamorphic type of iron ore in Shaanxi Province.Key words：the northern side of the Weihe River;gravity and magnetic anomalies;3D inversion;blind Sushui Group;ferrosilicon construction