吴 玄，刘铁华

(中铁第四勘察设计院集团有限公司 地质路基设计研究院，湖北 武汉 430063)

1 引 言

近百年的统计数据表明，近地表发现矿床的概率越来越小，矿产勘探逐渐向深部(500～2 000 m)和“难进入”地区转移。随着深部找矿难度越来越大，对深部地质体的准确探测显得越来越重要。现阶段对深部地质体开展探测主要依靠的是地球物理手段，包括重磁电震。探索出一套符合地区地质规律的行之有效的地球物理探测手段是开展深部地质地球物理找矿的关键。

夏河-合作地区位于甘肃省甘南藏族自治州境内，地处青藏高原的东北端，甘肃、青海、四川三省交界处。该区大地构造位于西秦岭造山带的西北端，为西秦岭褶皱带北部断褶带与中部裂陷槽之间的过渡部位，主要覆盖同德-泽库弧后前陆盆地与刘岭前陆盆地，东北方为祁连岩浆弧，西北方为柴达木地块，西南方为可可西里-松潘前陆盆地，地质构造复杂，成矿条件优越[1-3]，是一个新近发现的金矿矿集区，已探明早子沟金矿(142 t)、加甘滩金矿(>100 t)等数十个金矿床。

随着该地区地表地质调查工作的不断推进，埋深较浅的金矿体相继被发现，地表浅部矿产勘查工作接近尾声。为进一步满足国家矿产资源需求，促进该地区矿产资源可持续发展，在该地区开展深部地球物理找矿迫在眉睫。

与其他方法相比，重力勘探具有测量简单、覆盖面积广泛、成本低、快速高效、抗干扰能力强的特点，是前期开展地球物理找矿的重要方法。本文结合区域地质资料以及前人研究成果，通过对重力资料进行异常分离、边界识别、人机交互解释、密度成像等处理，对夏河-合作地区重力异常特征做了研究，识别了可能的隐伏岩体的范围、深度、形态，为该地区开展深部找矿提供了依据。

2 区域研究背景

研究人员在此开展了大量的研究，取得了丰硕的成果。2003年周会武等[4]在综合分析总结夏河-合作地区典型金矿床的基础上，得出了构造蚀变型、细粒浸染型金矿为区域主要金矿类型。2009年吕新彪等[5]利用环境扫描电镜、电子探针等手段，对区域内枣子沟金矿矿化特征、控矿构造、物源进行了探究，认为该矿为典型中低温热液型金矿，矿体严格受断裂构造控制。2012年柳生详等[6]通过总结区域矿床特征，得出区域主要控矿因素是地层、断裂、岩浆岩。2013年隋吉祥等[7]、靳晓野等[8]对区域上枣子沟、老豆金矿的成矿时代与赋矿形式展开了研究，认为金矿成矿时代与岩浆岩活动时代相近，成矿与岩浆活动相关，赋存形式为自然金与“不可见金”。2019年李建威等[3]通过对区域典型矿床矿化特征、地球化学特征、侵入岩形成演化过程总结，认为还原性侵入岩相关成矿系统是夏河—合作地区重要成矿系统，成矿潜力巨大。

归结起来，如图1所示，夏河-合作地区成矿模式主要是以夏河-合作断裂为界线，断裂以南为库泽前陆盆地，是金砷锑汞中低温元素成矿带，区域上已知的典型矿床主要有早子沟金矿、加甘滩金矿、早仁道金矿、隆瓦寺院金矿、桑曲金矿、也赫杰金矿、直合完干金矿、早仁道金矿、索拉贡玛金矿等[2, 9, 10]。以上金矿成矿条件类似，均受断裂构造控制。断裂以北为中秦岭陆缘盆地，是多金属成矿带，发育铜、铁、钨、锡、钼、铅、锌、铋、金、砷等以中高温元素为主的矿化，矿化受岩体边缘接触带及不同方向断层交汇部位控制[11]。构造与岩体是控制成矿的关键因素[12]。

图1 夏河-合作成矿模式

但是现阶段的地质工作主要集中在地表地区以及夏河-合作核心地带，难以对深部地质找矿展开有效指导。为了快速了解地区深部地质状况，进一步指导深部找矿，对夏河-合作地区重力数据进行了分析与研究。

3 重力数据处理

如图2所示，重力数据覆盖整个研究区，包括整个夏河县以及合作市，部分覆盖同仁县、泽库县、碌曲县。

图2 重力数据覆盖范围

使用克里金插值法对地面实测1∶200 000重力数据进行了网格化处理，夏河-合作地区布格重力异常如图3所示。重力异常幅值在-412.43～-327.93 mGal之间变化，整体上较为平稳，呈现明显的西低东高的趋势，由西向东重力异常基本呈梯度上升趋势，符合我国整体重力异常规律。大致可以分为四个带，在图上颜色依次为蓝色、绿色、黄色、红色，蓝色带异常值主要在-412.43～-393 mGal，主要分布在测区西部、西南部，覆盖科才镇。绿色带异常值主要在-393～-376 mGal，主要分布在测区中部、中部偏西，覆盖多哇镇、桑科镇。黄色色带紧邻绿色带，异常值在-376～-363 mGal，覆盖甘加镇、夏河县、博拉镇、阿木去乎镇。红色带主要分布在测区的东北方，覆盖麻当镇、王格尔塘镇、合作市、勒秀镇，异常值在-363～-327.93 mGal。

图3 夏河-合作布格重力异常

实测的布格重力异常是多种地质体重力异常叠加在一起形成的总体重力异常，而不同埋深、不同形态的、不同物性的地质体重力异常在实测重力异常上表现程度不一样，这会给后续的解译工作带来极大的干扰。通过位场分离的技术，可以有效地分离不同深度地质体引起的重力异常[13]。这里使用的是小波分解和向上延拓的方法进行重力场的位场分离[14]。

布格重力异常位场分离过程中，小波变化的多分辨率分解能力可以将重力异常数据逐层分解为低频信息和高频信息。低频信息主要代表了重力异常的逼近分量即深部场，高频信息主要代表了重力异常的细节分量即浅部场以及可能存在的噪声[15, 16]。

据此对夏河-合作布格重力异常数据进行了五阶小波分解，得到了五阶分解的逼近和细节分量，结果如图4所示。

图4 研究区重力异常多维小波分解逼近场

由图4可以看到，随着小波分解的阶数上升，逼近分量和细节分量所包含的信息越来越少。小波分解五阶细节图上基本上只剩下两个团块状异常低值和两个团块状异常高值，五阶逼近图上主要信息为东北异常高值向西北异常低值平稳均匀过度，异常等值线平滑且近平行，因此可以判定，小波五阶逼近基本可以反映基底的变化，基底的重力异常分布特点为西南部低东北部高。随着阶数的升高，逼近分量的变化不大，主要是因为区域整体重力异常较为平整均匀。但是细节分量变化较为剧烈。一阶、二阶、三阶细节包含的信息较多，正负异常犬牙交错，大小、形态各异。四阶、五阶细节正负异常基本成片的团块状分布，轮廓信息较少，形态变化不明显。同时对小波分解的结果进行了场源似深度分析[17]，结果如图5所示，一阶到四阶细节所对应的场源似深度分别为1 501 m、3 676 m、7 016 m、11 559 m。结合信息量与场源似深度分析的结果，这里选取二阶逼近作为区域场，其剩余场为局部场。

图5 研究区重力异常多维小波分解逼近场

同样，使用向上延拓的方法可以得到上延局部场，这里选取上延4 km异常场作为区域场，对比小波分解得到的局部场与向上延拓得到的局部场，如图6所示，可以发现两者结果大体上相符，异常变化的细节两者都有很好的体现，异常的起伏趋势大体一致，幅值不同，但是小波分解得到的局部场对一些弱异常信息的提取和刻画明显更好，上延得到的局部场对整体的体现更完全。

图6 研究区场源似深度及重力局部场

4 岩体解译

岩石物性的差别是使用地球物理手段对该地区开展地质解译的依据和基础。根据重力异常开展解译主要依赖于不同岩石、地质体之间密度不同[18]。

4.1 岩矿石密度分析

为了得到准确的岩石物性数据，对夏河-合作地区岩石进行了岩石物性参数测量。本次样本岩性测试共采集了23个钻孔共113块岩石样本，测量了包括密度、电阻率、激化率在内的岩石物性参数，其主要密度参数见表1。

表1 矿区岩(矿)石标本密度测量值

密度测量的结果如图7所示，可以发现，区域围岩地层(各类板岩)密度介于(2.58～2.79)×103kg/m3之间，除了赤褐铁矿化粉砂质板岩密度为2.58×103kg/m3较小，大部分密度均大于2.70×103kg/m3；矿化相关的侵入岩：脉闪长玢岩、石英闪长玢岩、黑云母闪长玢岩等密度介于(2.65～2.722)×103kg/m3之间，大部分处于2.66×103kg/m3左右。含辉锑矿岩脉、辉锑矿矿石密度处于(2.81～2.99)×103kg/m3之间，大部分大于2.80×103kg/m3。整体上，岩体的密度相对较小，含辉锑矿的矿石密度相对较大，围岩地层处于二者之间。即从密度数据看，矿化相关侵入岩<围岩<矿体。

图7 矿区岩(矿)石标本密度测量值

4.2 地层密度分析

由区域地质图可以发现，如图8所示，区域内地层分布较为完整与均一，除侵入岩与第四系地层外，整体地层基本呈现较为平整、顺序排列。地层从东北到西南基本是从老到新排列，依次是石炭系下统巴都组、二叠系上统石关组、三叠系下统江里沟组、三叠系中上统大河坝组。

图8 研究区地质图

石炭纪巴都组主要在研究区东北角出露，主要以砂岩、粉砂岩、粉砂质板岩为主，部分含有细晶灰岩和砾屑灰岩。二叠纪石关组主要覆盖研究区东北方，岩性以灰色粉砂质板岩、砂质板岩为主。三叠纪江里沟组从西北到东南横贯整个研究区，岩性以粉砂质板岩、长石砂岩为主。三叠纪大河坝组主要在研究区西南部出露，岩性以长石砂岩和粉砂质、泥质板为主。新近纪和第四纪在研究区散乱分布，主要岩性以砂砾岩、砂砾石互层为主。根据岩石物性资料分析，区域岩石密度整体上呈现东高西低趋势，与区域重力异常较为吻合。

4.3 岩体解译

岩体由于其类型不同，在重力异常上的表现也不尽相同，表2总结和归纳了各种岩体在重力上的异常特征[19-21]。

表2 岩体重力异常特征

根据地质资料可知，夏河-合作地区内主要发育中酸性岩体，主要岩性有细晶闪长(玢)岩、闪长玢岩、黑云闪长玢岩、石英闪长玢岩、花岗闪长斑岩、斜长花岗斑岩，外围有辉绿玢岩，均为浅成侵入体，多具斑状结构。结合岩体异常特征和岩石物性资料分析结果可知，夏河-合作地区岩体密度相对较小，反映到区域布格重力异常图上为局部的重力异常低值。这里选取小波局部场作为重力异常场，对其进行了异常等值线提取，把异常-0.2 mGal、-0.4 mGal、-0.6 mGal、-0.8 mGal、-1 mGal的范围作为可能的岩体范围。结果如图9。

图9 研究区异常等值线

重力异常低值在全区均有出现，比较集中的几处为：①甘加镇-王格尔塘镇-麻当镇重力负异常，异常呈长条状分布，形似V字型。②夏河县-桑科镇重力负异常，异常呈团块状、椭圆状分布。③合作市-卡加曼乡东侧重力负异常，异常呈团块状分布。④博拉镇-阿木去乎镇西北侧重力负异常，异常形态为三角状分布。⑤科才镇东北侧重力负异常，异常呈团块状分布。除此之外，区域内还零散分布有一些重力负异常区。

结合已知的地质资料，将地质图上的岩体与等值线图进行叠加分析，如图9，可以清楚地看到地质资料已知的岩体多分布在合作市-桑科镇-多哇镇一线北侧，与重力异常解译岩体对应关系较好，这一线南侧基本没有地质资料记录的岩体。

4.4 岩体形态推测

合作市-桑科镇-多哇镇一线北侧岩体主要可以分为五个部分：

1)德合日二长花岗岩体-三索玛花岗闪长岩体：甘加镇-王格尔塘镇一线，如图10所示，异常等值线图中记为T1，T1区岩体的形态和位置与局部场等值线低值形态和位置对应良好，基本上岩体沿西北方向平移一段距离就可以与等值线位置、形态基本吻合，岩体与异常对应关系如图中黑色虚线所示，反映了此处岩体往深部延伸方向主要是西北向，平均位移距离6 314 m，结合场源似深度的结果3 676 m，可以估算T1岩体倾角在30.21°左右。

图10 T1岩体侧伏趋势示意图

2)德乌鲁-美武岩体：卡加曼乡-合作市一线东侧，如图11所示，异常等值线图中记作T2，其分布在重力数据测量范围之外，但是其形态与合作市-卡加曼乡重力负异常形态非常吻合，位置上经过平移也基本可以重合。其对应关系如图中黑色虚线所示，反映了T2岩体往深部延伸方向是西北向，位移在11 580 m左右，估算T2岩体倾角在18°左右。

图11 T2岩体侧伏趋势示意图

3)杂恰勒布-固仓-将其那梁-库日脑喀花岗岩体：夏河县-桑科镇一线东南侧，如图12所示，异常等值线图中记作T3，此处岩体地表露头非常破碎，杂乱分布，没有较为完整的形态和分布规律，因此较难直接确定其与重力负异常的准确对应关系。由于地表露头是深部完整岩体在地表的露头，所以深部岩体在形态应该较为完整，据此圈定了可能的岩体范围，推测岩体与重力负异常对应关系如图12所示，位移距离在5 185 m左右，据此估算的岩体倾角在35.34°左右。

图12 T3岩体侧伏趋势示意图

4)多哇镇附近，异常等值线图中记作T4，此处岩体露头零散分布，形似倒写的V,与重力负异常区整体形态较为吻合，推测的可能的岩体与负异常区对应关系如图13所示。从图13上看，此处岩体与异常并非简单的平移关系，而是扩散，考虑此处岩体产状应该较为陡峭，可能是一个直立的岩体，估算岩体倾角不小于70°。

图13 T4岩体侧伏趋势示意图

5)多哇镇西北部，异常等值线图中记作T5，由于岩体位于地质图的边缘，所以左侧不完整，仅以右侧来看与重力负异常对应较好，形态对应关系如图14所示。岩体与异常较为满足平移加扩散的关系，平移距离为7 364 m，估算岩体的倾角大约在26.53°。

图14 T5岩体侧伏趋势示意图

通过对比T1、T2、T3、T4、T5这五处岩体与重力负异常等值线，可以清晰地发现，岩体基本与重力负异常区有所对应，总体来说，对应效果良好。同时由于地质资料上岩体反映的是地表的岩体分布，而重力局部场负异常区是由深部岩体的重力异常引起，反映的是深部的岩体分布，所以两者之间有的能很好吻合，有的则需要位移一段距离，这一定程度上反映了岩体往深部的位置和延伸方向，合作市-桑科镇-多哇镇一线北侧岩体主要走向为北西向，与区域断裂走向相符，产状较为平缓，少数较为陡峭。

鉴于合作市-桑科镇-多哇镇一线北侧已知岩体与重力负异常良好的对应关系以及中酸性岩体重力异常特征，对合作-夏河区域深部岩体进行了解译，结果如图15所示。

图15 夏河-合作区域深部岩体解译

4.5 研究区人机交互解释与密度成像

结合地质钻孔以及电性剖面数据，对研究区进行了2.5D人机交互反演与密度成像，结果如图16、图17所示，模型正演曲线与实测重磁资料较为符合，密度成像低值区域与解译岩体结果吻合较好。

图16 重磁联合岩体解译

5 结 论

通过使用小波分解、向上延拓等方法对实测重力数据进行了位场分离的处理，得到了夏河-合作地区重力局部场异常，并对局部场进行了场源似深度分析，确定了局部场布格重力异常反映的深度范围。结合实测岩石物性参数与地表地质资料，对该地区布格重力异常局部场进行了解译。对地质图上已有的5大岩体在识别的基础上，对其深部延伸方向、倾向、倾角进行了计算，刻画了其深部形态，同时识别了14个在地表地质资料上没有显示但是重力异常较为明显的可能的隐伏岩体的范围，弥补了地表地质资料的不足，填补了区域深部岩体构造的空白。

通过对比解译岩体与已知岩体，可以发现重力对岩体的指示作用非常明确，借助于重力资料，可以较为准确地描述深部岩体的位置和大致形态，极大地弥补了地表地质资料的不足，对寻找隐伏矿体、岩体作用显著。同时结合地面岩体露头、密度成像资料还可以确定隐伏矿体岩体的大致倾向，可以较为完整地勾画出深部地质体的空间形态，进一步指导深部找矿工作的开展。