2016, Vol. 31
中酸性—酸性岩体与内生金属矿产的形成、赋存之间存在着密切关系，它早已在找矿实践中得到证实，并为广大地质工作者认可，因此寻找隐伏中酸性—酸性岩体是找矿重要突破口之一(赵斌等，1996；王登红等，2014).中燕山期与陆内造山作用有关的花岗质岩石是江西大型、超大型铜、金、银、钨、铅锌矿及稀有、放射性金属矿床的成矿母岩.而一定规模的岩浆岩(尤其是花岗岩)在地球物理场中都有明显反映，引起相应的地球物理异常.从图 1看，规模大的花岗岩群(带)引起大规模的重力低异常群(带)，规模小的独立岩体对应的是较为独立的重力低异常.全省87%的中、酸性岩体集中分布在-32.5×10-5m/s2等值线以下的区域重力场低值区，面积仅占全省总面积的59%；而占全省面积41%的区域场高值区中仅分布有13%的中、酸性岩体.花岗岩体明显地与重力低异常形成一种完全对应的关系，并不是一种巧合，这完全是由花岗岩体与围岩之间存在的负密度差所决定的.
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图 1 花岗岩类侵入体与布格重力异常图 Figure 1 Chart of Bouguer gravity nomaly and granite |
在全省布格重力异常图上，有一部分形态完整而又醒目的布格重力低异常，它们在地表没有出露的花岗岩体与之对应，在这一部分布格重力低异常中，有一些是由隐伏花岗岩体引起的，它们是寻找隐伏花岗岩体的重要信息.除了花岗岩体，火山岩在全省有一定的分布范围，但引起的重力异常特征不够明显；基性、超基性岩在全省呈串珠状分布，虽然岩体范围小，但由于其高密度的特征，其引起重力高容易与花岗岩体区分开.为了有效的圈定隐伏岩体，在结合其他资料情况下，还必须要有可靠的判别异常的方法和技术手段.目前在国内通过重力勘探地质体已经取得了丰硕的成果(张小路等，1990；彭聪，2005；涂广红等，2006；王亮等，2008；黄宗理等，2011；姚绍萍等，2012；王万银等，2013；严加永等，2015)，但没有一篇系统的总结花岗岩体与物性、海拔、各种重力异常等特征的关系，从而得出一套适合圈定隐伏岩体的准则，均局限于某种数值计算方法或岩体某个特征的应用，因此本文从总结花岗岩体的一系列特征规律出发，总结出一套适合在江西省圈定岩体的方法.
1 岩体物性特征图 2,表 1江西省不同时期花岗岩体的密度统计(言会，2007)显示，花岗岩类侵入体密度从最新的喜马拉雅期到最老的晋宁期，以密度逐渐增加的趋势变化，喜马拉雅期为2.42×103 kg/m3，燕山期—加里东～澄江期，密度在2.60×103 kg/m3左右变化，澄江期与晋宁期，密度值分别2.70×103 kg/m3和2.72×103 kg/m3.因此花岗岩类侵入体按密度值大致可分为三个数据组，第一组为喜马拉雅期的2.42×103 kg/m3，这一期岩体分布极少，且规模极小，在省内没有单独引起重力低异常；最后一组为澄江、晋宁期，这一时段岩体的密度值达到2.70×103 kg/m3以上，密度值已达到甚至高于变质岩密度，与围岩之间的负密度差微乎其微，或根本没有负密度差.因此，由这一阶段花岗岩体引起的重力低异常难以探明；第二组燕山期——加里东—澄江期的岩体密度值在2.57～2.64×103 kg/m3之间，花岗岩类引起的重力低异常以这一时段发育的岩体为主.这一时段共经历了加里东～澄江期、印支～华力西期和燕山期等几次较为强烈的岩浆活动，在省内发育了大量的花岗岩类侵入体.从各期花岗岩平均密度与地层平均密度看，加里东期至燕山期花岗岩与古生界及更早地层之间，在赣北存在-0.01～-0.17×103 kg/m3的负密度差，除神山群外，赣南亦存在-0.04～-0.08×103 kg/m3的负密度差.江西省的酸性花岗岩体密度均小于变质岩密度，如北部的横山、大茅山、古阳寨、丰顶山、蒙山和南部的玉华山、会仙峰、笔架山、信丰坳等岩体.部分已知花岗岩体统计显示，花岗岩与围岩密度差变化在-0.05～-0.14×103 kg/m3之间.
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图 2 不同时期花岗岩密度柱状图 Figure 2 Density Column Map of Granite in different period |
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表 1 江西省部分花岗岩与围岩密度对比表 Table 1 Comparison table between partial Granite and surrounding rock of jiang xi province |
江西省86个花岗岩体的海拔统计显示，93%的花岗岩体(山顶)海拔高程在201～1400 m之间(图 3)，其中77.9%的花岗岩体海拔高程大于600 m，充分说明绝大部分花岗岩体分布在中高山区.一般情况下，海拔越高的山体岩体越大，如九岭山、武功山、罗霄山、雩山、武夷山、幕阜山等几处大型山脉均由花岗岩体组成.
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图 3 江西省部分岩体海拔、布格重力异常统计图 Figure 3 Patial granite’s statistical graph of elevation、bouguer gravity anomaly in JiangXi Province |
出露花岗岩体的高程与布格重力异常具有一定的相关性，两者相关系数为-0.678(见图 4).布格重力异常随着岩体海拔升高而降低的趋势明显，因而江西省布格重力异常与全省岩体海拔大体呈镜象关系，这种现象是由于花岗岩体的密度一般都低于围岩，山地质量主要由岩体的质量亏损予以补偿，这是形成镜象关系的主要因素.
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图 4 花岗岩类侵入体重力异常的几种类型 Figure 4 Several types of gravity anomaly of granitoid intrusion |
各类岩浆岩出露面积大小不一、形态各异、物性差异大，所引起的重力异常的大小及形态亦复杂多变.
2.1 出露岩体上曲线圈闭良好的重力低异常由侵入体引起的圈闭良好的剩余重力低异常主要表现为：异常等值线圈闭完整，异常形态与岩体出露平面形态和范围相近，异常中心与岩体中心位置比较接近，异常幅值大、梯度大，异常等值线密集，在剩余重力异常图上显得特别醒目，如图 4a鹅湖岩体、4b云山岩体.
2.2 半隐伏—隐伏花岗岩体引起的重力低异常半隐伏花岗岩体引起的重力低异常特点是重力低异常等值线圈闭良好，形态完整，异常幅值大，梯度陡.大部分岩体出露中心与异常中心位置不一致，异常等值线形态与岩体出露形态不相同，异常范围比岩体出露面积大很多(几倍甚至几十倍)，如蒙山岩体图 4c.
隐伏岩体同样有圈闭良好、形态完整、异常幅值大、梯度陡的重力低异常.如德安县的彭山地区，布格重力异常极值约为-46×10-5 m/s2，64 km×64 km窗口滑动平均剩余重力异常为-16.57×10-5 m/s2，异常等值线圈闭良好如图 4d，形态完整，是一处非常典型的布格重力低异常.但此处没有酸性岩体出露地表，仅出露一些白云母花岩脉群.
2.3 复式花岗岩体引起的重力异常对于复式花岗岩体，九岭岩体最具代表性，它具有规模大(面积可达4400 km2)，侵入期次多，岩性复杂，岩浆活动强烈等特征(图 4g1).早在前震旦纪晋宁岩浆活动期，九岭岩体就有三次侵入活动，形成了一个面积达4000多平方公里的巨型富斜花岗岩岩体，它由七个大小不等却基本相连的岩体组成；在印支活动期，侵入岩体为二云母花岗岩，出露于宜丰天宝、甘坊等地，出露面积300多平方千米；到了燕山活动期，九岭地区岩浆侵入活动强烈，以二云母花岗岩和二长花岗岩为主，岩体出露较为分散，出露面积较大的有古阳寨、九仙汤等地.通过多次岩浆活动，一个规模庞大、岩性复杂的九岭复式岩体从而形成.
九岭地区以双桥山群地层为主，该地层密度约为2.68～2.74×103 kg/m3，与晋宁期侵入的富斜花岗岩密度(2.69～2.72×103 kg/m3)比较接近，因此，晋宁期侵入的花岗岩体与其围岩双桥山群之间的密度差不足以引起太大的重力低异常.在九岭重力低异常中，剩余布格重力异常低极值约为-20.0×10-5 m/s2(见图 4g2)，共包含了三个局部重力低和两个局部重力高，其中西部局部重力高异常正好位于九岭地区中部双桥山群地层出露区，东部重力高对应晋宁期岩体，三个局部重力低异常分别对应于印支和燕山期侵入的三处岩体(群).
2.4 重力高与重力低异常相伴同时出现的花岗岩体宁冈岩体为加里东期富斜花岗岩，属早期侵入体，密度较大，与围岩之间负密度差不很明显，所以重力低异常较弱.从图 6f宁冈岩体异常可以看出，重力高与重力低同时出现在该岩体上，这种异常的表现为何会这样呢？通过对异常的研究分析后认为：宁岗岩体在长期的物理及化学作用下，岩体厚度大减薄，而且岩体各处厚薄不一，加上岩体超覆在中奥陶纪的灰岩之上；因此，在岩体较厚部位仍然以较弱的重力低异常出现，在岩体较薄之处，宁冈岩体的重力场源已大大小于下覆奥陶纪地层，所占的份量已退居次席，而其下部的奥陶纪地层作为主体场源随之以重力高反映出来.通过野外观察证实，宁冈岩体地表普遍存在一层具有一定规模的岩体风化壳，由长石风化而成的高岭土已成为当地的陶瓷工业原料.出现这类异常的还有麦斜、玉华山、大平等岩体，它们都存在有岩体的超覆现象.
2.5 相邻岩体重力异常特征横山岩体、苏山岩体、张岭岩体三个相邻岩体位于江桥-横山乐口岩浆带，合称五里街岩体.都呈岩基状产出，岩性组合为黑云母二长花岗岩-黑云母花岗岩，同位素年龄值为151~167 Ma，为燕山期第二、三阶段产物.三个岩体表现为一个完整的布格重力低异常，剩余异常图上仍然显示为一个完整的剩余重力低异常，根据已知资料证实三个岩体在地表虽然相邻而不相连，但岩体的隐伏部分却在深部相连(图 5).
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图 5 相邻侵入体重力异常 Figure 5 Gravity anomaly of adjacent granitoid intrusion |
五里街岩体南侧阳储岭岩体和黄岗山岩体，表现为较大规模的重力低异常附近出现较小的局部重力低封闭异常.
3 岩体圈定 3.1 定性分析(1) 在布格重力异常图上，对应地表无花岗岩出露之处有等值线密集、梯度陡、有一定幅值的局部重力低异常，或出现等值线弯曲.这类重力异常在窗口滑动平均剩余异常图上会有等值线密集、梯度陡的剩余重力负异常，在重力垂向二阶导数图上也会有等值线密集、梯度陡的明显负异常，可采用两者的半极值作为岩体边界.
(2) 当岩体厚薄不一，且发生岩体超覆在高密度地层之上时，有可能形成重力高、重力低相伴的情况，因此不能仅仅以重力低作为岩体界限.
(3) 如果多个相邻出露的岩体之间表现为一个完整的布格重力低异常，各种剩余异常图上仍然显示为一个完整的剩余重力低异常，表明岩体在地表虽然相邻而不相连，但岩体的隐伏部分却在深部相连.
(4) 在具有较大规模的重力低异常附近出现较小的局部重力低异常，可能是由隐伏在大花岗岩附近的小花岗岩体(株)引起.
3.2 多尺度剩余重力异常综合考虑地质、航磁、遥感等已有资料，初步估计岩体的规模，计算多尺度剩余重力异常.目前比较流行提取剩余重力异常的方法有不同高度向上延拓(曾华霖等，2005)、小波多尺度分析(侯遵泽等，1997；吴咏敬等，2012)、多尺度窗口滑动平均(E1-Sayed，et al，1995；孟军海等，2001)、不同波长低通滤波，本文通过多尺度窗口滑动平均求取剩余重力异常半极值，通过对比已知地质体和多窗口滑动平均重力异常，选取一个最适合工作区的滑动平均窗口计算剩余重力异常值.
对于某个独立异常做三维反演时，当引起该异常地质体空间无法探明时，根据不同尺度窗口的滑动平均剩余重力异常对于不同深度地质体具有对应性，可采用下述方法获取初始模型.首先计算多个尺寸的滑动平均剩余重力异常等值线，然后再提取多个尺寸滑动平均剩余重力异常半极值线，叠加在一张图上，以窗口尺寸作为等值线标注值，绘制三维曲面图如图 6所示，则地质体会有三维立体效果，这对后续三维反演初始模型的设置具有参考意义.
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图 6 多尺度滑动平均剩余重力异常半极值图 Figure 6 Half-maximum value of moving average in different size window and second vertical derivative in different radius |
使用中国地调局发展研究中心开发的RGIS2014重磁电数据处理软件进行三维人机交互反演，反演数据采用滑动平均窗口计算所得的剩余重力异常值，密度参数由岩体中心部位标本观测所得.初始模型由该系统三维自动反演模块反演或和多尺度剩余重力异常图所得.
4 实 例 4.1 彭山隐伏岩体圈定重力低异常位于德安县彭山地区(见图 7)，该区出露的地层主要为南华系、震旦系、寒武系、奥陶系及志留系，前南华系筲箕洼组海相火山岩主要在穹窿核部及南缘有分布.上述地层均可成为不同矿化类型的围岩，但锡矿主要容矿围岩为南华-震旦系.区内构造位于瑞昌弧东南部，由南华-志留系沉积盖层组成北北东向的彭山穹窿构造和北北东向断裂带.地表出露花岗斑岩及石英斑岩脉、据钻孔揭露岩体离地表最浅处约50 m，当标高下降到地下300 m深度时，岩体呈橄榄状沿北东方向延伸如图 7，面积约为15 km2.
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图 7 江西省德安县彭山地区剩余重力、垂向二阶导数异常图 Figure 7 The chart of residual gravity anomalyand second vertical derivative in regionDeAn-PenShan |
岩体向地表四周倾斜，倾角20°～25°岩体内外接触带蚀变强烈，矿化发育.岩体岩性为黑云母二长花岗岩，属中上地壳硅铝层重融的S1型岩类.岩体同位素年龄为127 Ma.
剩余重力低以-4×10-5 m/s2等值线形成圈闭异常，不规则长椭圆状，长轴走向北西，在异常的两端形成两处圈闭异常，其极值分别为-6×10-5 m/s2和-13×10-5 m/s2，其中处于东南端的圈闭重力低异常，对应在彭山穹窿构造区，而北西端的圈闭重力低，处在彭山穹窿构造的北西端外围地区.采用Rgis三维立体反演得到一个长30 km，宽14 km，最深处12 km的纺锤型岩体，如图 8、图 9所示.
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图 8 江西省德安县彭山地区剩余重力异常三维反演模型-剖面显示图 图切剖面中实测曲线红色，理论曲线蓝色 Figure 8 Model and section of 3D inversion from residual gravity anomaly in the region of DeAn -PenShan. |
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图 9 大埠-盘古山地区隐伏-半隐伏岩体圈定 1—岩体界限；2—正剩余重力等值线；3—零剩余重力等值线；4—负剩余重力等值线；5—已出露酸性岩体；6—蚀变带；7—酸性岩脉；8—基性岩脉. Figure 9 Delineationing of Buried and partly buried ganite in region of DaBu-PanGuShan |
大埠-盘古山地区位于南岭东西向成矿带东段与近南北向于山岩浆构造带的交汇部位.岩浆活动方式主要为侵入，喷发溢流很少，多期多阶段活动特征明显，形成了大面积分布的岩浆岩体.其产出以岩基、岩株出露面积最大，岩瘤、岩滴分布数量最多.主要岩体有加里东期的马岭岩体，侵入马岭岩体的海西-印支期岩体，燕山期大埠、铁山垅、庵前滩、上坪等富含成矿物质的花岗.多为复式岩体，其中以燕山期岩浆活动最为强烈，不仅岩体规模较大，分布也极为广泛，其次为加里东期岩体，海西、印支期岩浆活动则相对较弱，岩体规模较小，分布局限，本次工作主要以寻找燕山期隐伏岩体为主.
图 10大致以-1×10-5 m/s2剩余重力异常为岩体边界，并综合考虑地质、15万高精度磁法重新厘定了铁山垄岩体(半隐伏)、庵前滩岩体(半隐伏)、马岭岩体(出露)、盘古山岩体(隐伏)、上坪岩体(隐伏).一般酸性岩体都处在剩余重力低内带，如铁山垄岩体、庵前滩岩体、马岭岩体、大埠岩体、上坪岩体，且岩体边界与剩余重力异常半极值边界吻合非常好.但盘古山酸性岩体上方却处于剩余重力低外带，根据王万银所述盘古山高磁高重的特征起因可能是基性岩体(王万银等，2014)，但结合本次开展工作发现，盘古山岩体围岩主要为泥盆-石炭系地层和一套基底变质岩，根据江西省物性手册统计石炭系-泥盆系地层的密度为2.65~2.85×103 kg/m3，且在盘古山矿区中部发现有北东走向石英闪长玢岩，区内东部发现玄武玢岩，钻孔ZK1001、ZK1201、ZK1401在深部均已揭露，产状与断层一致，走向北东，倾向南东厚度1～6 m，长、深1000 m以上，而盘古山岩体隐伏在100~1000 m深处，因此深部隐伏岩体的重力效应被浅表矿石及深部高密度玄武玢岩削弱而表现出剩余重力高特征.对比盘古山剩余重力高异常及地表有蚀变、酸性岩滴出露等特征，在盘古山南侧推断出长龙岩体，该岩体应与盘古山岩体应具有一定的相似性.
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图 10 上坪-铁山垄一带已知花岗岩标高及剩余重力异常三维反演模型-剖面图 图切剖面中实测曲线红色，理论曲线蓝色 Figure 10 The elevation contour of the given granite and the model and section of 3D inversion from residual gravity anomaly in the region of DaBu-PanGuShan |
对铁山垄-上坪岩浆热液带进行三维人机交互反演得一个东西向舒缓波状体，对岩体切南北、东西两组剖面可以看出，在铁山垄一带岩体标高迅速增大，铁山垄-上坪中间一带标高最低，上坪矿区隐伏岩体顶面略微抬深且局部凸起.这与该热液带花岗岩实际标高是吻合的，根据深部钻探工程所得花岗岩顶面标高所示，黄沙钨矿区隐伏岩体的顶面标高为200 m，坑尾窝隐伏岩体0 m，上坪隐伏岩体顶面标高为-300 m，南坑山北组隐伏岩体顶面标高0 m.反演所得岩体局部凸起部位有黄沙钨矿区、坑尾窝钨矿点、上下斋钨矿点等，因此岩凸部位为找矿有利场所.
5 结 论江西省隐伏中酸性岩体圈定工作表明：重力异常特征与岩体有着密切的关系，通过对重力异常特征的研究在区域上能为推断岩体分布提供很多有用的信息；绝大部分花岗岩体分布在对应重力低异常的中高山区.一般情况下，海拔越高的山体岩体越大，随着岩体海拔高程升高而降低的趋势明显，地形剧烈起伏一般意味着构造运动的剧烈，这易于岩浆岩向上运移聚富集，这与大岩体组成高海拔山区是相互验证的；不同出露类型岩体或不同类型的地质体，异常幅值、梯度、等值线密集都有其特有的特点，必须要有可靠的判别异常的方法和技术手段区分重力低异常是由花岗岩体引起的还是由其他地质体引起的，同时注意岩体的超覆会产生重力高与重力低异常相伴同时出现的特殊情况；综合剩余重力异常、垂向二阶导数异常圈定德安-彭山、大埠-盘古山地区隐伏岩体边界、剩余重力异常三维人机交互反演所得地质体与实际钻孔验证吻合性很好，因此对后续隐伏岩体的圈定有较好的指示作用.
致谢 感谢审稿专家提出的修改意见和编辑部的大力支持！| [1] | E1-Sayed M.Abdelrahman.1995. Determining depth with least squares method calculated by moving average residual gravity anomaly[J]. Journal of Geoscience, 12 (2) : 93–98. |
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