程莎莎，彭莉红，孙栋华，王志宏，陈伟

(1.核工业航测遥感中心，河北 石家庄 050002； 2.河北省航空探测与遥感技术重点实验室，河北 石家庄 050002; 3.中核集团 铀资源地球物理勘查技术中心重点实验室，河北 石家庄 050002)

0 引言

青城子矿集区位于辽宁省东部丹东地区，地处华北陆块区的东北缘，是我国重要的铅锌、金银多金属成矿单元，区内已发现青城子铅锌矿、高家堡子银矿、小佟家堡子金矿、林家金矿、白云金矿等矿床，累计探明铅锌储量160万t、金300余t、银4 000余t[1-3]；近年来，又在青城子西北部石家沟地区发现了钼矿床[3-5]。随着矿产资源的不断被发现和持续开采，目前矿集区内已知资源越来越少。矿集区被作为老矿区列为严重危机矿山，已知矿区及其周边的“攻深找盲”工作是下一步工作的重点。同时，矿集区地形复杂、植被茂密，给矿产勘查工作带来了巨大困难。前人在矿集区已经开展了部分地球物理工作，取得了一定的找矿认识。如祝铭等[6]曾利用重磁资料进行了青城子矿集区侵入岩分布的研究；柴源[7]通过重磁资料和区域地质资料进行了三维建模，确定了中生代侵入岩体的深部地质结构与三维构造形态，进而划分了找矿远景区；刘志远等[8]利用重力资料认为矿床分布于重力梯度带或不同方向梯度带的交接部位[6-7,9-10]。

因受制于方法本身的限制和矿集区地形地貌的影响，前人工作多围绕已知矿床周围开展，对外围地段探测工作量较少，找矿工作不具系统性；且相关工作多侧重于中浅部，对深部的地质调查工作开展较少。因此急需寻求一种探测深度大、效率高、绿色环保且对低阻金属矿产效果好的物探技术方法。电磁法具有探测深度大、精度高、对低阻体反映灵敏的特点。基于飞行搭载平台的航空电磁法，无须技术人员到达地面现场，速度快、通行性好、绿色环保。近年来，航空电磁法日益发展成熟，在国内进行了大规模推广应用，在基础地质调查和多金属矿找矿领域方面效果显著[8,11-16]。

在青城子矿集区开展了高精度航空大地电磁、航空瞬变电磁和航磁数据数据采集，通过分析矿集区航电、航磁异常特征，对青城子深部地质结构进行研究分析，确定了主要侵入岩体的深部地质特征以及断裂的深部延伸情况。该工作对查明含矿地质体的空间展布规律具有积极的指导意义，为矿集区“攻深找盲”工作提供了依据，也为危机矿山找矿工作提供了方法技术示范。

1 矿集区地质背景及物性特征

1.1 地质背景

矿集区位于辽宁省东部丹东地区，地处华北陆块区东北缘的辽吉裂谷。该裂谷是中国北方重要的铅锌金银多金属矿集区[17]。矿集区出露地层主要有古元古界辽河群里尔峪组、高家峪组、大石桥组及盖县组，东南地段见少量侏罗—白垩系小岭组，南部可见印支期花岗岩与高家峪组呈侵入接触关系，中部见辽吉花岗岩呈岩枝状与高家峪组呈侵入接触关系[9]。

区内岩浆岩主要包括古元古代花岗岩类、印支期和燕山期花岗岩类以及各种脉岩。古元古代侵入岩主要分为两类：一类为钾长花岗岩、混合岩，如周家堡子岩体；另一类为斜长花岗岩(钠质花岗岩)，有大顶子、方家隈子和石家岭岩体。印支期侵入岩以双顶沟和新岭岩体为代表，岩性为斑状花岗岩和花岗斑岩。燕山期岩浆岩以姚家沟花岗斑岩体为代表，此外，区内还大量发育煌斑岩、辉绿岩、闪长(玢)岩、石英斑岩、花岗斑岩等脉岩[9]。青城子矿集区内的铅锌、金银矿床主要发育在双顶沟与新岭岩体周边的辽河群大石岩组与盖县组的接触带上，构成矿田内的铅锌、金银矿区[7,18-20]。

矿集区经历了多次构造运动，不同期次构造相互叠加，不同性质、不同方向的断裂相互交切形成构造封闭空间。这种类型的构造在该区铅锌银金矿的成矿中起了重要作用，它们既为火成岩脉的侵位提供了构造薄弱带，又为含矿热液的运移提供了通道。其中，青城子断裂控制青城子矿区铅锌矿床的分布，尖山子断裂控制白云、林家三道沟、小佟家堡子等一系列金银矿床的分布[3,18,21-22](图1)。

1.2 物性特征

研究区主要出露古元古界辽河群大石桥组和盖县组，局部出露里尔峪组。辽河群大多数岩段属于无磁性岩层，强磁性岩石主要集中于里尔峪组内，大石桥岩组和盖县岩组岩性磁性偏低；盖县组二段、大石桥组一段、大石桥组三段、里尔峪组为高阻特征，盖县组一段、大石桥组二段为低阻特征。片岩为明显的低阻特征，大理岩则为明显的高阻特征。

侵入岩整体上磁性偏高，电阻率较高。中—基性侵入岩磁性较强，酸性侵入岩磁性相对较弱，从侵入体的形成时代看，中生代(燕山期)花岗岩的磁性较强，古元古代花岗岩磁性均较弱且与围岩磁场无明显差异，岩体边部的矽卡岩接触带多为强磁性体；中生代侵入岩体一般具有高阻特征，特征明显，不同期次侵入体具有不同的电性特征。据前人资料可知，古元古代花岗岩电阻率在区内最高[9]。

2 数据采集与处理

2.1 数据采集

采用航空瞬变电磁、航空大地电磁和航空磁测方法的组合，建立高效、高分辨率、大深度探测的攻深找盲新技术。

航空瞬变电磁法集浅层高分辨率电阻填图及中深部探测于一体，对低阻体反映灵敏，已被广泛用来探测多金属矿[8,13,19]。本次工作采用VTEMPlus系统开展数据采集，测线间距为200 m。采用沿地形缓起伏飞行；线圈平均离地高度为58.7 m，平均飞行速度为80.31 km/h；航空瞬变电磁数据质量采用背景场dB/dt动态噪声水平评价， 最大为0.00108 pV/(A·m4)，最小为0.0007 pV/(A·m4)。同时采集航磁数据。

航空大地电磁法探测深度大，对横向电阻率变化为敏感[11-12,14,23-24]，易实现二维、三维反演。本次工作采用ZTEM系统开展数据采集。该系统只采集音频段(25～720 Hz)天然场源磁场信号，通过倾子将磁场的垂直分量与水平分量联系起来，可以快速获得地下三维电导率构造信息。数据采集时测线间距为400 m，线圈平均离地高度为97.2 m，平均飞行速度为95.04 km/h；采用不同观测频率的信号强度来评价数据质量和可靠性，当信号强度低时不进行测量。

通过提取多参数信息，经过相互比对和补充，获取了地表出露岩体在深部的延伸情况、地表无岩体出露地段的深部是否存在隐伏岩体等信息，并为矿床的成因研究提供深部地质结构依据。

2.2 数据处理

航空TEM数据经数据预处理和数据处理后，进行各种解释性转换处理工作。本次资料解释采用时间常数和视电阻率参数[8,11-15,25-29]。dB/dt及B场的时间常数采用移动窗口法计算求得；电阻率深度成像(RDI)通过对测量的dB/dt数据进行反褶积将电磁响应衰减数据快速转化为相同意义上电阻率深度断面信息。

航空大地电磁数据经数据预处理后，进行倾子计算以及二维、三维反演。 三维反演采用ZTEM_MT3Dinv软件，反演时把地形和电磁接收线圈离地高度作为约束参数，因此地形对反演结果的影响较小。反演时中心区剖分尺寸为200 m×200 m，垂向剖分初始间距为10 m，且随深度增加呈几何增长，其增大因子为1.08。选择25～600 Hz频段内的倾子x分量和y分量的实、虚部进行反演。初始电阻率设为1 000 Ω·m，电阻率范围为1～1 000 000 Ω·m。反演时相对误差设置为20%，倾子噪声设置为1%。经过20次迭代得到反演结果[30-31]，RMS为1.2%。

航空磁测资料解释使用参数为磁化极及磁矢量反演。磁矢量反演在处理过程中ΔT总场数据被转化为磁三分量矢量数据，其反演结果不仅有3D矢量信息还包括标量的MVI视磁化率信息[16,24,32-36]。

1—第四系；2—侏罗-白垩系小岭组；3—盖县组二段；4—盖县组一段；5—大石桥组三段；6—大石桥组二段；7—大石桥组一段；8—高家峪组三段；9—高家峪组二段；10—高家峪组一段；11—里尔峪组；12—白垩纪细粒二长花岗岩；13—侏罗纪中细粒二长花岗岩；14—三叠纪中细粒似斑状二长花岗岩；15—古元古代中细粒二长花岗岩；16—断裂；17—铅锌矿；18—金矿；19—银矿；20—钼矿；21—航空电磁、航磁测量航迹；22—研究区范围1—Quaternary; 2—Jurassic-Cretaceous Xiaoling formation; 3—second member of Gaixian formation; 4—first member of Gaixian formation; 5— third member of Dashiqiao formation; 6—second member of Dashiqiao formation; 7—first member of the Dashiqiao formation; 8—third member of the Gaojiayu formation; 9—second member of the Gaojiayu formation; 10—first member of the Gaojiayu formation; 11—Lieryu formation; 12—Cretaceous fine-grain monzonitic granite; 13—Jurassic medium-fine grain monzonitic granite; 14—Triassic medium-fine grain-like porphyritic monzonitic granite; 15—Paleoproterozoic medium-fine grain monzonitic granite; 16—fault; 17—lead-zinc deposit; 18—gold deposit; 19—silver mine; 20—molybdenum mine; 21—aeronautical electromagnetic and aeromagnetic survey track; 22—survey area图1 青城子矿集区地质Fig.1 Geological map of Qingchengzi mining area

3 深部地质结构解析

3.1 断裂构造

断裂构造的推断主要依据航磁资料，辅以航空电磁资料，并结合地质资料进行综合研究。首先对已知断裂进行分析。

青城子断裂南起朱家堡子，穿过青城子铅锌矿、本山铅锌矿、姚家沟钼矿等，走向约为330°，长8 km左右，控制着青城子铅锌矿体的分布[6]。本次推断断裂F1与青城子断裂基本吻合。图2平面图中，青城子断裂呈NW向展布，区内延伸约25 km，走向NW向。在断面图中，断裂南倾，倾角较陡；电阻率剖面(图3a)中表现为一柱状高阻体；磁化率剖面(图3c)中浅部出现不连续、错断现象。在电阻率空间分布图中(图4a)，浅部表现为串珠状电性异常带，海拔-2 000～-1 000 m时，断裂北东侧多为低阻电性特征，南西侧多为高阻电性特征。磁化率空间分布图中(图4b)，浅部表现为串珠状强磁异常带；中深部为弱磁异常条带，海拔-3 000～-2 000 m时，断裂仍有反映。

尖山子断裂南起杨家岭，穿过小佟家堡子金矿、桃源金矿，延至白云金矿，断裂延长15 km，断裂总体走向335°，倾向NE，倾角60°～80°[6]。本次推断断裂F2与已知尖山子断裂基本吻合。图2平面图中，尖山子断裂呈NW向展布，区内延长25 km。在断面图中，断裂北倾，倾角较陡；电阻率、反演磁化率剖面图中均表现为明显的不连续现象(图3)。磁化率空间分布图中(图4b)，浅部反映为串珠状强磁异常带，随着深度增加，断裂带磁场特征不尽一致，在海拔-1 000 m处，中段磁场强度逐渐增大，南东、北西两侧磁场强度则逐渐减小，在海拔-2 000～-3 000 m处，断裂北西段表现为弱磁场特征，其余地段则反映为强、中强磁场特征。在电阻率空间分布图中(图4a)，浅部北西、南东段多表现为高阻电性特征，中段则为中低阻电性特征，海拔-1 000～-2 000 m时，断裂北西段多表现为低阻电性特征，南东段多为中高阻电性特征(图4a)。

图2 研究区推断断裂平面分布(图a中白色条带为电力线干扰)Fig.2 The inferred plane distribution of faults in the study area (the white strips in figure a are power line interference)

图3 L6260线综合解释断面Fig.3 Sectional view of comprehensive interpretation of L6260 line

图4 研究区推断断裂空间分布Fig.3 Inferred spatial distribution of faults in the study area

基于已知断裂(青城子断裂、尖山子断裂)在测量资料中的明显特征，将不同异常区的分界线、异常场梯度带、串珠状异常带以及异常走向发生错动的地方推断为断裂。共推断断裂12条，其中 F1、F2、F5、F7、F8分别与青城子断裂、尖山子断裂、大磨岭断裂、二道沟断裂、喜鹊沟—二道沟断裂基本吻合， 本次利用测量资料对其走向、位置重新进行了厘定。

3.2 侵入岩

区内侵入岩主要包括古元古代花岗岩类、中生代花岗岩类。古元古代花岗岩磁场整体反映为弱磁场特征与围岩磁场无明显差异，但与围岩相比，具有明显的电性差异，为明显中高阻特征，电阻率一般位于100～500 Ω·m之间。本次古元古代花岗岩主要利用航空瞬变电磁、航空大地电磁资料圈定其分布范围及特征，三叠系二长花岗岩、侏罗系二长花岗岩两者地球物理特征较为相似，均为较强磁场、中高阻电性特征，电阻率大于1 500 Ω·m。以上岩体推断解释时利用航空电磁法、航磁资料，同时依据侵入体所处位置，结合已有地质资料进行推断解释。

3.2.1 古元古代岩体

古元古代花岗岩，区内主要出露中部石家岭岩体、南部方家隈子岩体、大顶子岩体等。由已知物性资料可知，该岩体与围岩相比具有明显的电性差异，但无磁性差异，岩体整体呈高阻特征，电阻率一般大于6 000 Ω·m。分布范围与地质图中出露范围基本一致，其根部应位于矿集区南侧。

由资料可知，古元古代岩体主要分布于中浅部，部分地段下延深度小于500 m，呈漂浮状形式存在。其中大顶子岩体由浅至深分布范围变化较小，且分布逐渐向西延伸；方家隈子岩体浅部出表出露范围较大，至深部其分布范围逐渐变小，至海拔-1 000 m左右岩体电性特征消失(图5)；石家岭岩体地表出露较小，至深部其分布范围逐渐变大且向北偏移，推测该岩体深部由于受构造影响，岩体破碎、蚀变发育等原因，整体反映为低阻特征(图6a)。

图5 古元古代侵入岩三维反演电阻率空间分布Fig.5 Spatial distribution map of resistivity in three-dimensional inversion of Paleoproterozoic intrusive rocks

前人曾推测，大顶子岩体与方家隈子岩体距离较近，可能为同一个岩体的两个露头，而石家岭岩体距离较远，推测可能在深部相连[26]。但本次测量资料显示，岩体均表现为明显的高阻电性特征，岩体之间则为中低阻电性特征，推测岩体作为独立岩体存在，测量范围内深部并未相连。

3.2.2 中生代岩体

印支期花岗岩，区内主要出露中部新岭岩体和南部双顶沟岩体。由航空电磁法资料可知，岩体与围岩相比具有明显的电性、磁性差异，岩体整体呈高阻、高磁特征，电阻率一般大于6 000 Ω·m，磁化率一般大于0.004 SI。

南部双顶沟岩体由浅至深分布范围、形态与地表出露形态基本一致，表现为较小的时间常数特征，岩体边界清晰。反演电阻率资料显示，双顶沟岩体为高阻特征；反演磁化率资料显示，随着深度的增加，岩体与围岩接触带地段磁性逐渐增强，岩体内部的磁场则逐步减弱，推测随着深度增加，接触带地段蚀变、铁磁性物质逐渐增强。中部新岭岩体分布范围相对较小，从浅至深均呈高阻特征，由测量资料可知，浅部由于蚀变、破碎等影响，整体反映为弱磁特征，但随着深度的增加，其磁性逐渐增强，且其分布范围逐渐增加且向西偏移，推测岩体中浅部岩体本身发育很强的硅化、黄铁矿化等强烈的热液蚀变，深部岩体硅化、蚀变相对较弱(图6)。

图6 中生代侵入岩三维空间分布Fig.6 3D spatial distribution map of Mesozoic intrusive rocks

前人部分地球物理资料推测双顶沟岩体与新岭岩体二者同期同源并具有相似性，两岩体深部可能相连[26]。但本次资料显示，两个岩体之间为明显的中低阻体特征，与岩体电性特征具有明显差异，推测深部为两个独立的岩体(图7)。

图7 侵入岩体三维成果Fig.7 3D view of intrusive rock mass

4 结论

1) 利用航空电磁、航磁测量资料，结合区内断裂、岩性物性资料，重新划分厘定断裂12条，其中 F1、F2、F5、F7、F8分别与青城子断裂、尖山子断裂、大磨岭断裂、二道沟断裂、喜鹊沟—二道沟断裂基本吻合， 本次利用测量资料对其走向、位置重新进行了厘定。

2) 本次测量资料对岩体深部范围进行了圈定，印支期双顶沟岩体、新岭岩体深部为两个独立岩体；古元古代大顶子岩体、方家隈子岩体、大顶子岩体也分别作为独立岩体存在，深部并未相连。

3) 前人资料可知，青城子断裂控制青城子矿区铅锌矿床的分布，尖山子断裂控制白云、林家三道沟、小佟家堡子等一系列金银矿床的分布，同时前人认为该区铅锌、金银矿床成矿作用主要与印支期花岗斑岩有关，即区内矿床空间上聚集于中生代岩体与断裂附近，受到二者的共同控制，其中断裂是区内成矿的主导因素，而岩浆侵入活动则是区内控矿的本质因素。本次通过对主要控矿断裂青城子断裂、尖山子断裂的走向 、位置进行了重新厘定，并圈定了研究区内主要侵入岩体的深部范围，以期对研究该区成矿条件、成矿预测提供积极的指导意义。

4) 航空瞬变电磁测量垂向探测精度高，航空大地电磁探测深度大，多种航空物探测量技术相结合，实现了相同深度互相印证，不同深度互相补充，可建立高效、高分辨率、大深度探测的攻深找盲新技术。且在本次航磁资料解释中，在航磁资料化极的基础上，对航磁数据进行了三维反演，建议今后航磁资料解释中采用三维反演结果以提供更加丰富的信息。