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金川铜镍矿区地球物理特征及深部成矿预测

张建民  
【摘要】:加强矿产资源储备是国家经济持续稳定增长的重要保障,而勘查深部资源是实现资源保障的重要方向。金川铜镍矿床是我国最大的铜镍生产基地,在此开展深部勘查对增加资源储备具有重要意义。关于深部勘查,地质研究是基础条件,地球物理能够依据地下介质的物性差异进行找矿,方法手段多元、探测深度大、分辨率高,是重要的科学技术支撑条件。本文以地质研究为铺垫,通过对分辨率互补的地球物理位场勘探和电法勘探数据的处理和解释,对金川铜镍矿区深部的成矿有利部位进行了推断。1.通过系统收集和分析前人资料及卫星重力数据处理,野外踏勘,岩矿鉴定及物性测试,获得以下认识:(1)金川铜镍矿床位于区域北西向展布的重、磁异常梯级带上,处于华北板块与祁连地块的交接部位,与已知的龙首山陆缘带相对应,显示了其形成与深大断裂的发育有关。界面反演结果表明,龙首山处于地壳厚度的陡变带,地壳厚度约55 km,北东向的华北板块地壳厚度变化相对较小,反映了其稳定地块的属性;西南部的祁连地块地壳厚度较大,且不均一,说明该区构造运动复杂,曾受到强烈的推覆挤压作用,而导致不均一的变形。(2)铜镍矿床的产出与地层、构造和岩浆岩的关系密切,含矿岩体主要侵位于长城系白家嘴子组地层中,走向北西,倾向南西,倾角较大;与北西向构造关系最为密切,北西向断裂常起控矿作用,褶皱往往起改造富集作用;矿区超镁铁质岩体是成矿母岩,亦是围岩,矿体往往产出于岩体的下部。矿床成因不一,主要以深部熔离-贯入成矿为主。矿石矿物主要由雌黄铁矿、镍黄铁矿、黄铜矿、橄榄石、辉石等组成,完整矿物晶形较少,矿物裂隙发育,且常具有明显的蚀变现象,表明矿体形成具有多期次的特征,且曾受到强烈的后期改造作用。(3)基于密度、磁性和电阻率特征,矿区岩、矿石可大致分为三类,第一类是铜镍矿石,表现出高密度、高磁性、低电阻率的特征;第二类是超基性岩体,呈密度高、磁性强、电阻率中等的特征;第三类是超基性岩体的围岩,具有密度低、磁性弱、电阻率高的特征。这些物性特征的差异性,为研究区地球物理的勘查工作提供了前提条件。2.为获取更丰富的与矿相关的信息,对位场数据处理的方法进行了研究。(1)传统的位场数据分离方法仅强调区域场和局部场或多尺度分离的方法存在模态混叠的现象,为了更多且更有效地提取不同尺度的位场数据信息,一维和二维双树复小波被首次引入到位场数据的处理中,该方法具有近似的平移不变性、更多的方向选择性,以及限制数据冗余的特点,模型试验表明,该方法相比小波分析具有优越性,可以更好地实现多频率混叠信号的不同尺度信息分离。另外,基于数学形态学的基本算子,通过调整不同尺寸的形态学结构元素,提出了对一维和二维信号实现多尺度分解的形态学算子,模型试验表明,形态学算子能够很好地对不同尺度的信号进行分离,而且具有较高的计算效率。(2)针对传统位场数据边界识别方法常存在输出边界模糊、抗噪能力差、不能均衡强弱异常或在正负异常同时存在时具有虚假边界存在的问题,基于数学形态学良好的边缘刻画能力及抗噪性能,本文先构建了一种新的边界识别算子MMA,该算子可以利用其极大值有效地对位场数据的边缘进行识别,为了使其具有均衡强弱异常的能力,提出了MMAZ和MMAT两种均衡的边界识别滤波器,模型试验结果表明,相比倾斜角法、倾斜角的总水平导数、Theta图法等几种传统的边界识别滤波器,这两种滤波器不仅可以均衡不同幅值的异常,而且输出的边界更加收敛,同时在正负异常同时存在的情况下,没有虚假额外边界的产生,以及具有良好的抗噪能力。(3)反演是位场数据处理与解释中定位异常地质体空间位置、物性参数估计及地下构造推断的重要方法,对深部矿产勘查具有重要意义。针对位场数据反演常存在多解性、反演结果精度低以及计算效率低的缺点,本文采用光滑L0范数紧支撑聚焦方法及GPU并行计算,来快速地获取准确度高的位场数据反演结果。并通过不同埋深的两个地质体模型对该方法的效果进行了验证。3.利用这些位场处理方法对矿区的航磁异常数据进行了处理。边界识别结果显示,矿区北西向构造最为发育,北东向次之;已知含矿岩体的及矿区南延区正航磁异常的边界被确定。位场分离及反演结果均表明,矿区深部具有良好的找矿前景。4.为了更好地了解不同地球物理方法的深部探测能力及建立找矿模型,通过多个模型的重、磁模拟以及矿区以往实际的CSAMT数据反演结果,对深部异常体的位场异常特征及CSAMT的找矿指示进行了研究和总结。对于深部找矿,应该重视研究区航磁数据等值线宽缓的低正异常区域,但低正舒缓磁异常未必反映的是深部的超基性岩体,亦有可能是与超基性岩体具有几倍磁性差异的混合岩带或部分变质岩系等其他磁性略大的地质体,这是因为对于同等规模的异常体,由有效磁化强度不同而引起的磁异常差异在浅部表现的比较明显,差异较大,在深部则相反,差异较小。另外,鉴于研究区岩、矿体较大的倾角(50°~80°),该区磁异常变化基本可以忽略岩、矿体倾角的影响。在研究区异常幅值相同的不同区域,正异常水平距离的范围越大,则可能代表目标体埋藏越深,规模越大。相似特征的磁异常可能是分布复杂的磁异常体所引起的,对于深部找矿,要尽可能多地了解和结合丰富的已知地质、钻探等综合信息,从而能更为合理地给出有利的深部找矿位置。面对深部找矿,重力与磁法基本表现出相似的异常特征。电阻率差异反映出的破碎带亦是重要的找矿指示。结合地质、地球化学、遥感及其他找矿标志,建立了以地质-地球物理为主的找矿勘查模型。5.依据找矿勘查模型,结合矿区内实测的重、磁、电剖面数据的处理结果,对矿区及周边深部有利的找矿地段进行了分析,并圈定有利靶区6个。关于主矿区东部大范围的高磁异常区(东湾勘查区),在其深部未找到有利的找矿地段。


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