2017, Vol. 32
众所周知，地面高精度磁测技术是国内外发展最早的地球物理找矿方法，被广泛地间接应用于多金属矿勘查中，在圈定岩体、断裂、划分不同岩性区以及查明与成矿相关的地质构造等方面发挥了重要作用(柳建新等，2016)；李水平等人(齐文秀，1995；梁德超等, 1999, 2000；李才明等，2004；李水平等, 2012, 2014, 2016；杨学明等，2013；杨剑等，2014)对金矿勘查中的地面高精度磁测方法进行了应用研究，认为对于矽卡岩型金矿、中基性脉岩型金矿、铁建造(BIF)型金矿以及火山岩型金矿，由于探测目标体与围岩之间磁性差异明显，产生的磁异常强度较大，高精度磁测间接寻找这些类型的金矿床是比较有利的，而对于那些探测目标体与围岩之间磁性差异不大、引起的磁异常较弱的金矿床，如构造蚀变岩型金矿，应用高精度磁测圈定目标体则显得较为困难，仅能作为一种先行的基础调查工作(齐文秀，1995；吴国学，2007)，为选择找矿有利靶区(或找矿远景区)、指示金矿成矿关系或成矿环境、大致圈定赋矿有利地带(段)提供异常信息，不能够确切指示构造蚀变带及金矿(化)体浅地表呈现位置和指导地表工程、钻探工程定位.
地面微磁测技术比地面高精度磁测技术具有更高的精度和分辨率，由德国学者于20世纪50年代提出，是指采用高精度、密测点，来研究特定小区或小地段磁场精细结构的一种专门性磁测工作(管志宁，2005)；劳脱巴赫(Lauterbach)等自1952年起在微磁测量方面进行了一系列的工作并发表了有关的文章，认为它可以成为地质工作中的辅助手段之一，去研究埋藏较浅的岩层和矿体的构造、结构、岩性以及年青的沉积方向等(张翼翼，1960)；前苏联专家采用50 m×10 m、25 m×5 m以及更密的测网，在库雷科利区对铝土矿进行了较多的地面微磁测研究，并在深部发现了石质铝土矿透镜体(列维亚金等，1991)；Rybakov M(Rybakov et al., 2005)等对死海海岸附近的坑洞进行了微磁测量方法的可行性研究，认为该方法可以检测浅层空隙和洞穴.我国地球物理工作者将地面微磁测量应用于确定火山口位置、考古、坑道探测等方面，也取得了良好的效果，如管之宁等在陕西省西乡柳树店地区利用磁各向异性与微磁测方法(网度1 m×1 m)确定了火山口位置(管志宁等，1992)，刘士毅等在陕西西安秦始皇陵物探考古工作中，进行了测网为5 m×5 m的高精度ΔT磁测，有效地圈定了地宫宫墙的轮廓(刘士毅等，2005)；张立军等利用微磁测量技术(2 m×2 m网度)找到了伪满时期遭掩埋的探矿坑道(张立军和高飞，2001).
应用地面微磁测量寻找构造蚀变岩型金矿，目前国内外还没有关于这方面的相关研究报道；构造蚀变岩型金矿所赋存的构造破碎蚀变带，一般不仅规模较小，而且与围岩的磁性差异也较小，因而引起的磁异常强度较弱，高磁异常难以反映出构造破碎蚀变带和金矿脉引起的磁场细节特征；为了获取构造蚀变带和金矿脉引起的精细磁场结构，了解其异常分布特征，确定岩石隐伏矿化的浅地表标志，笔者首次将具有高密度、高精度、高分辨的微磁测量方法应用于构造蚀变岩型金矿床的探测研究.
坦桑尼亚维多利亚湖东部构造蚀变岩型金矿床的成矿类型和成矿条件大体相似，金矿体均受剪切带或构造蚀变带严格控制(崔小军等, 2014, 2015)，坦桑尼亚穆索马地区的尼亚斯若瑞(Nyasirori)金矿为河南省地矿局第二地质矿产调查院近年来在坦桑尼亚发现的一个中型构造蚀变岩型金矿床((332)+(333) 金资源量近10 t)，矿区地形平坦，矿体隐伏较浅，笔者以该金矿床为例，在矿区内选择单元测区，通过微磁测量在该矿区和其周边矿区中的实际应用，结合矿区构造破碎蚀变带和金矿体的产出特征，来研究该方法在构造蚀变岩型金矿床上的探测效果.
1 区域地质概况位于坦桑尼亚西北部、肯尼亚东南部的维多利亚湖(Lake Victoria)绿岩带是世界典型绿岩带之一，在坦桑尼亚境内，环维多利亚湖分布着八个绿岩带, 其中维多利亚湖东部有两个绿岩带, 分别为穆索马—马拉(Musoma-Mara)绿岩带和乞力马费扎(Kilimafedha)绿岩带，研究区位于穆索马—马拉(Musoma-Mara)绿岩带的西端(图 1)，主要绿岩地层为尼安萨系(Nyanzian)，由基性熔岩、铁镁质火山岩及凝灰岩组成，局部可见少量的条带状铁建造单元(BIF)；绿岩带受区域变质作用和构造活动影响，岩石变质程度为绿片岩相(李水平等，2016).
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图 1 坦桑尼亚维多利亚湖太古宙绿岩带分布图(熊秋军等，2013)(修改)
1-绿片岩；2-花岗岩；3-湖泊；4-省、市；5-绿岩带编号；6-研究区位置. ① 穆索马—马拉(Musoma-Mara)绿岩带; ② 乞力马费扎(Kilimafedha)绿岩带; ③ 马巴莱(Mabale)绿岩带; ④ 卡哈马(Kahama)绿岩带; ⑤ 卢瓦马加扎(Rwamagaza)绿岩带; ⑥ 盖塔(Geita)绿岩带; ⑦ 恩泽加(Nzega)绿岩带; ⑧ 伊兰巴-赛肯克(Iramba-Sekenke)绿岩带. Figure 1 Distribution of the Lake Victoria archeangreenstone belt in Tanzania 1-The green schist; 2-granite; 3-lake; 4-Province, city; 5-greenstone belt number; 6-Position in the study area. |
区域上主要发育着NE和NW两组构造活动带，受此影响，区内次生断裂带、剪切带、褶皱等各种类型和规模的构造相当发育，从而为该区金矿床的形成、分布提供了优越的成矿地质条件(程华等，2015).
目前穆索马—马拉绿岩带已发现的大型金矿，如布亨巴(Buhemba)、马拉(Mara)、尼亚斯若瑞(Nyasirori)均为构造蚀变岩型金矿.
2 矿床地质特征尼亚斯若瑞金矿床分布在坦桑尼亚维多利湖东部马拉—穆索马(Mara-Musoma)绿岩带上.矿区内绿岩带地表覆盖相对较薄，但基岩出露情况较差，金矿体大部分呈隐伏—半隐伏状态，矿区内共发现金矿脉12条，其中规模大、质量好的数条金矿脉主要集中分布在矿区中部.金矿体主要分布于剪切构造破碎带中，其空间展布严格受剪切构造破碎带控制，且整个破碎带的金矿化是不均匀的.
主矿脉M1位于矿区中部，延伸长度约1300 m，蚀变带宽度5~10 m，总体倾向约168°，倾角45°~87°，总体呈西部缓倾东部陡倾.该矿脉东部有零星露头，西部几乎为全隐伏.
矿体形态一般呈脉状、透镜状，沿走向及倾向有膨缩、尖灭再现及分枝复合现象；矿体产状总体呈上陡下缓，并随破碎带产状变化而变化.
矿区矿石类型主要有黄铁绢英蚀变岩、黄铁矿化碎裂蚀变岩和黄铁矿化石英脉3种；矿石结构主要有自形—半自形晶粒状结构、它形晶粒状结构、聚粒状结构和碎裂结构等；矿石构造主要有浸染状构造、细脉状构造及块状构造等.
金在矿石中主要呈自然金产出，载金矿物主要为黄铁矿、毒砂和石英；矿区矿化蚀变类型主要有绢英岩化、硅化、碳酸盐化、绿泥石化等.
3 微磁测量工作方法与技术选择矿区内主要金矿脉分布区域做为单元测区，进行高密度、高精度微磁测量(图 3)，圈定的单元测区地形平坦，适合开展微磁测量；野外观测仪器使用测量精度±1 nT、分辨率0.1 nT的WCZ-1型高精度质子旋进磁力仪，测量地磁场总场强度(F)，工作前对仪器进行了噪声测试和一致性试验，上线观测仪器与日变观测仪器达到秒级同步，日变观测采样间隔设定5 s；测网网度20 m×5 m，测线方向南北，测线方向和线距用上海华测GPS(RTK)测定，点距用测尺或皮尺进行确定，红布及小木桩做标识；野外测量严格保持探头高度(三节测杆2 m)一致，探头指示方向(取赤道)一致，探头取向方向(取南北)保持一致，特别注重避开流动干扰(人与车辆等).测量数据室内各项改正(日变改正、正常场IGRF改正等)时其精度控制在0.1 nT内，数据处理软件使用中国地质大学刘天佑教授开发的MAGS43.0，基点和日变站沿用矿区高磁测量时所选择的，日变仪器开始于早校点之前、终止于晚校正点之后，早、晚校正点日变改正后其差值不允许超过2 nT.微磁质量检查采用“三同三不同”方式，即观测方法相同、观测结果的整理方法相同及点位相同，观测时间、操作员、仪器不同，微磁测总均方误差为±1.09 nT.以磁场总强度变化ΔT为磁测异常基础数据(林晓星和王平，2012)，绘制ΔT微磁异常等值线平面图以及其他图件.
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图 2 Nyasirori金矿区ZK001钻孔岩芯岩石磁化率曲线 Figure 2 The currt of ZK001 for magentic susceptibility of rocks in the gold mining, Nyasirori |
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图 3 Nyasirori金矿地面磁力测量ΔT磁异常图 1-磁测等值线；2-磁异常带；3-主要金矿脉分布区；4-找矿靶区；5-已揭露金矿点；6-断裂编号. Figure 3 The plan of ground ΔT magnetic isoanomaly of the gold mining in Nyasirori 1-Magnetic contour; 2-Magnetic anomaly zone Inferred fault and number; 3-Main gold vein area; 4-Target area; 5-Expose gold mining point; 6-fault number. |
矿区岩石磁化率参数是在钻孔岩芯上使用捷克生产的高灵敏度(10-7 SI)SM-30磁化率仪进行精确测定的，它能够测量出顺磁性、反磁性、铁磁性岩石之间磁化率的细微差别并精确地给出磁化率(李水平等，2013)；测定结果用数理方法进行了统计整理(表 1)，本次研究将构造破碎蚀变带内的金矿石、金矿化岩石、构造岩与蚀变岩统一归属为构造蚀变岩，对它们的磁化率数据合并在一起进行统计计算.从表中可以看出，探测目标物(构造蚀变岩)和围岩(变质凝灰岩)的磁化率数值均较低(κ＜0.5×10-3 SI)，为同一数量级，二者按磁性分级属无—微磁性；但构造蚀变岩和围岩的磁化率二者之间仍有三倍多的差异，说明只有应用高密度、高精度、高分辨的微磁测量手段才可能划分出与金矿密切相关的构造破碎蚀变带.
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表 1 Nyasirori金矿区岩(矿)石磁性参数统计特征 Table 1 The statistics of magentic susceptibility parameters of rocks in the gold mining, Nyasirori |
表 1为岩石磁性的统计特征，图 2为矿区内钻孔ZK001岩芯岩石磁化率测定曲线，它比较直观地反映了钻孔自上而下岩石磁性的空间变化特征及分布规律，从图中可以看出，整个井段内岩石磁化率数值是普遍较低的(κ＜0.80×10-3 SI)，具无—微磁性，42~101 m井段的岩石磁化率曲线贴近于纵轴，磁化率数值为整个钻孔中最低(平均磁化率κ为0.15×10-3 SI)井段，该井段反映了构造蚀变带内岩石(金矿石、矿化岩石、构造岩、蚀变岩)的磁性变化特征，说明岩石遭受碎裂、热液蚀变(绢英岩化、硅化、碳酸岩化、绿泥石化)及矿化后的退磁现象(郝天珧和江为为，1998)；与上部0~42 m井段和下部101~170 m井段的岩石磁化率(平均磁化率κ为0.50×10-3 SI)相比，还是具有一定的细微差异，0~42 m、101~170 m井段则反映了背景岩石(变质凝灰岩)的磁性特征.
ZK001岩芯岩石极化率测定曲线表明了构造蚀变带具有“高极化”特征，而低磁性部位与测定的高极化率部位二者基本相吻合，进一步说明了构造蚀变带引起的低磁场特征.
岩石磁化率统计的平均特性和钻孔岩芯岩石磁化率反映的离散特性均表明：构造破碎蚀变带内岩石比背景岩石(变质凝灰岩)磁性略低，因此，构造破碎蚀变带往往会形成比周围磁场相对较低的磁异常带，故低磁异常是构造破碎蚀变带和矿化指示标志.因此，在找矿靶区中选定的单元测区内，应用高密度、高精度微磁测量间接寻找探测目标物(构造蚀变带)和目的物(金矿体)具有一定的地球物理工作前提条件，可以从弱磁场区中分辩出构造破碎蚀变带和金矿脉所引起的磁场特征，达到间接发现金矿床的目的.
5 矿区高精度磁异常特征构造蚀变岩型金矿中的热液蚀变通常受特定的构造控制，蚀变伴随着金的沉淀，使其成为找金的一个很好探测目标体(黄诚等，2014)；热液蚀变可以扩展矿床勘查的限制，缩小找矿目标.首先在矿区内开展了1：1万的地面高精度磁法面积测量(100 m×20 m)，对ΔT高磁数据预处理之后，进行了低磁纬度区化极、斜导数水平梯度和归一化总水平梯度导数计算，圈定了与构造热液活动有关的辉绿岩脉(李丽丽等，2014；英高海等，2016; 荆磊等，2017)，了解了区内隐伏—半隐伏的构造形迹，为在其周边选择弱磁场区(绿岩或蚀变岩区)做为有利找矿靶区提供了良好依据(程华等，2015)(图 3).
矿区内ΔT磁异常符合南半球低纬度区北正南负的磁场结构，总体呈北西向线性带状展布，展现了隐伏—半隐伏侵入岩(辉绿岩)脉沿断裂侵入引起的异常特征，指示了辉绿岩脉的延伸方向以及构造方向特征，北部F1、F2为平行的半隐伏断裂构造，南部F3、F4为隐伏的断裂构造，四条断裂均延伸至区外，其中F3与F4断裂的东南端在区外有交汇迹象.中西部F5为无磁性或微磁性岩脉充填的南北向断裂构造.
矿区内断裂构造发育，表明岩浆活动强烈，为大断裂带外侧的次级构造中寻找金矿指示了方向和靶区.
本区高精度磁法测量所获得的区域磁场结构清晰, 客观地反映了不同岩性的空间分布特征及构造延伸特征, 对研究金的成矿环境起到了重要作用.但高精度磁测由于精度、分辨率的限制，靶区内以大于三倍均方误差(15 nT)为等值线圈定的异常，仍比较粗略(等值线稀少)，只表现了异常的大致轮廓，不能精细地反映出构造蚀变带和金矿脉引起的地磁场微小变化特征.
6 单元测区微磁异常特征为了获得与成矿密切相关的构造蚀变带引起的微异常特征，在圈定的找矿靶区内，结合矿区地形地质特征，选择了单元测区，进行微磁测量，研究1~3 nT磁场的微小变化，来达到探测构造蚀变带和金矿脉的目的.
微磁测量数据经滤波处理，去掉浅层磁性不均匀产生的噪声后，绘制了微磁测量ΔT磁异常等值线图(图 4)，可以看出，微磁测区北部为ΔT微磁负值区，南部和东部为ΔT微磁正值区，微磁异常单元仍具有以北正南负的磁场结构特征，金矿脉和构造蚀变带整体上大致位于ΔT零值线附近，即ΔT微磁正负之间的梯度带上；在矿脉集聚区位置, ΔT微磁异常呈近东西向、北西向展布，具较小变化特征，其微磁异常分布形态与构造蚀变带和金矿脉之间有着良好的对应关系，充分显示了微磁测量在反映金矿化蚀变带和金矿脉的良好效果.同时微磁测量更加清晰地反映了北东部隐伏断裂F10的分布位置和延伸状态，而高磁异常图上对该断裂特征表现的比较微弱.
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图 4 微磁测量ΔT磁异常平面图 1-正等值线，2-负等值线，3-零等值线，4-金矿化蚀变带及编号，5-金矿脉及编号，6-推测断裂及编号. Figure 4 The plan of ΔT micromagnetic surveyisoanomaly of the gold mining in Nyasirori 1-Positive contour; 2-Negative contour; 3-Zero contour; 4-The gold mineralization alteration belt and serial number; 5-Gold vein and number; 6-Uncertain fault number. |
在单元测区微磁异常上布置了两条微磁剖面测量(00线和15线)，剖面方向南北，垂直于M1、M9构造蚀变带和矿脉方向，点距2 m，来进一步研究微磁异常与构造蚀变带、金矿体之间的产状、对应关系.
00线微磁ΔT剖面(图 5中的图a)上，磁异常曲线园滑，强度较弱，曲线呈不对称状，南端为负异常，北端为正异常，负异常中有一个低极值点，ΔT为-40 nT，正异常中有三个峰值点，ΔT分别为50 nT、20 nT、12 nT，负异常对应于构造破碎蚀变带和金矿体的延伸方向上，正异常中的两个峰值点(300、400号点)分别于对应于构造蚀变带和金矿体(M9、M1-Ⅰ)的头部或浅部位置，据此推测第三个峰值点(440号点处)，应该也为隐伏构造蚀变带或金矿脉的反映，可以继续进行钻探验证.
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图 5 第00勘探线地质-物探综合剖面图 (a)微磁ΔT异常剖面；(b)钻孔地质剖面图.1-构造蚀变带，2-第四系残坡积物，3-变凝灰岩，4-金矿体. Figure 5 The profile of line 00 for geology-geophysical survey of the gold mining in Nyasirori (a)The profile of ΔT micromagnetic anomaly; (b)Drilling geological profile. 1-Structural alteration zone; 2-The residual sediments; 3-Variable tuff; 4-Gold ore body. |
15线微磁ΔT剖面(图 6中的图a)上，ΔT磁异常微弱，曲线成锯齿状，同样也是南端为负异常，北端为正异常，负异常中有一个低极值点，ΔT为-20 nT，正异常中有四个峰值点，ΔT分别为9 nT、11 nT、15 nT、13 nT，负异常对应于构造破碎蚀变带和金矿体的延伸方向上，正异常中的三个峰值点(200、260、340号点)则分别于对应于构造蚀变带和金矿体(M9、M1-Ⅰ、M1-Ⅱ)的头部或浅部位置，据此推测第四个峰值点(440号点处)，应该也是隐伏的构造蚀变带或金矿脉引起，可以继续进行钻探验证.
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图 6 第15勘探线地质-物探综合剖面图
(a)微磁ΔT异常剖面; (b)钻孔地质剖面图. 1-构造蚀变带，2-第四系残坡积物，3-变凝灰岩，4-金矿体. Figure 6 The profile of line 15 for geology-geophysical survey of the gold mining in Nyasirori (a)The profile of ΔT micromagnetic anomaly; (b)Drilling geological profile. 1-Structural alteration zone; 2-The residual sediments; 3-Variable tuff; 4-Gold ore body. |
尼亚斯若瑞金矿周边PL10168矿区，与尼亚斯若瑞金矿具有相同的成矿条件和成矿环境，同样为第四系覆盖区，根据尼亚斯若瑞金矿床上的微磁异常反映特征，在PL10168矿区内布置了一条微磁测量剖面(点距2 m)进行类比(图 7)，可以看出，剖面内有一个正极值点和一个负极值点，其微磁异常特征与尼亚斯若瑞金矿床上的微磁异常特征相似，同样具有磁场强度低、宽度窄小特点，整条剖面上只出现了一处相对于背景场有较大磁场变化的地段(500~600号附近)，结合尼亚斯若瑞金矿上构造蚀变带所引起的微磁异常特征，推测该位置的微磁异常也是由构造蚀变带引起的，后被钻探工程证实，构造蚀变矿化带宽约17 m，金矿脉累计厚度约6 m，平均品位2.1 g/t.
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图 7 尼亚斯若瑞金矿周边矿权区00线地质-物探综合剖面图 1-残坡积物，2-蚀变凝灰岩，3-构造蚀变带，4-金矿体. Figure 7 The profile of line 00 for geology-geophysical survey of the gold mining area in Nyasirori 1-The residual sediments; 2-Altered tuff; 3-Structural alteration zone; 4-Gold ore body. |
依据在尼亚斯若瑞金矿床上的微磁测量研究，确立寻找构造蚀变岩型金矿的微磁测量流程为：
(1) 开展1：1万地面高精度磁力扫面测量(网度100 m×20 m)，指示区内隐伏—半隐伏断裂构造、圈定大断裂构造外侧的弱磁异常范围作为有利找矿靶区.
(2) 在有利找矿靶区内选择正负磁异常变化梯度相对较大的区域作为微磁单元测区，进行高密度、高精度微磁测量(网度20 m×5 m)，获取地磁场精细结构，有效地提取探测目标体引起的弱异常.
(3) 微磁平面异常上布置微磁剖面测量，根据剖面微磁异常的正负极值特征，定位构造蚀变带和金矿脉的位置、产状.
10 结论 10.1微磁测量以其高密度、高精度的特点，能够精细地反映构造蚀变带和金矿脉引起的磁场变化，从弱磁场区内获取出构造蚀变岩型金矿床的磁场结构，可以达到指导和追索发现构造蚀变带和金矿脉的目的.对坦桑尼亚其他绿岩带上以及我国绿岩带地区寻找构造蚀变岩型金矿也具有良好的示范和指导意义.
10.2微磁异常可以确定岩石隐伏矿化的地表标志，对于南半球、低磁纬度区来说，南北剖面上微磁异常的正极值点对应于构造蚀变带和金矿脉的头部(地表浅部)，负极值点对应于构造蚀变带和金矿脉的深部延伸方向.我国位于北半球，其异常特征与之相比会有所变化，与其不同.
10.3微磁测量应以特高精度磁测为观测精度级别，即总均方误差要小于2 nT，方能保证微磁测异常的可信度.
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