胶东三山岛西岭金矿区NW向断裂带的确定：综合物探证据

doi:10.11872/j.issn.1005-2518.2019.01.025

胶东三山岛西岭金矿区NW向断裂带的确定：综合物探证据

刘诗鹏, 王树亚, 冯欣欣, 殷传印

1. 山东黄金地质矿产勘查有限公司，山东莱州 261400

Intergrated Geophysical Constraint to the NW-trending Fault Zone in the Xiling Gold Deposit，Sanshandao，Shandong Province

LIU Shipeng, WANG Shuya, FENG Xinxin, YIN Chuanyin

1. Shandong Gold Geology and Mineral Resources Co. ，Ltd. ，Laizhou 261400，Shandong，China

收稿日期: 2017-08-20 修回日期: 2018-03-29 网络出版日期: 2019-03-11

Received: 2017-08-20 Revised: 2018-03-29 Online: 2019-03-11

作者简介 About authors

刘诗鹏（1987-），男，山东莱阳人，工程师，从事水文地质、工程地质与环境地质调查工作807342439@qq.com 。

摘要

三山岛西岭金矿区位于渤海之滨，与北部海域金矿区相互连接，形成金资源量近千吨的巨型金矿床，矿床为地下与海底开采。区域内断裂发育，分布有NE向和NW向断裂，其中NE向断裂为控矿构造，而NW向断裂多具有不同程度的导水性，对矿床安全开采影响重大。基于矿区地质条件与地球物理特征，采用高精度磁测法和音频大地电磁（AMT）法在矿区东部进行了勘查试验，根据显示的磁性异常与电性异常，在平面上解译了NW向断裂(F-1、F-2)与NE向断裂（F-3、F-4），在L1剖面上解译了4条断裂，在L2剖面上解译了3条断裂。综合判断解译信息，NW向F-1断裂在平面与剖面上都反映良好。同时，与北部海域NW向构造研究资料进行对比分析，结果显示西岭矿区F-1推断断层与北部海域B-F4断层特征一致，吻合较好，推断西岭矿区NW向F-2断裂被F-3断裂错断。研究结果说明综合物探方法在该区域可行有效，为下一步钻孔验证NW向断裂存在，判断断裂富水及导水性质，以及未来矿床开发利用提供了地球物理依据。

关键词： 综合物探 ; 断裂 ; 西岭金矿区 ; 三山岛 ; 胶东 ; 海底开采 ; 音频大地电磁法

Abstract

The Xiling gold deposit of Sanshandao is located in the coast of Bohai sea.It connected with the north sea area gold deposit and they explore a huge gold deposit of nearly 1 000 t of gold resources.The deposit need to be mined underground and undersea.The faults in the region are well developed and distributed in NE and NW directions.The NE-trending faults are ore-controlling structures.The NW-trending faults in the region have different degrees of water conductivity，it has a great impact on the safe mining of the deposit，so it is very important to ascertain the spatial distribution of the NW trending faults.In view of geological conditions and geophysical characteristics of the area，the exploration test in the east of mining area by using high precision magnetic method and audio magnetotelluric （AMT） method to conducted.According to the magnetic anomalies and electrical anomalies，the NW-trending faults F-1，F-2 and NE-trending faults F-3 and F-4 were interpreted in plane，four faults were interpreted in L1 section and three faults were interpreted in L2 section.Comprehensive judgment interpretation information shows that the NW-trending F-1 fault responds well both in plane and profile.Comparing with the NW trending structure research data in the north sea area，the results show that F-1 fault of Xiling gold deposit was agree well with B-F4 fault of north sea features.It is inferred that the NW-trending F-2 fault in Xiling mining area is broken by the F-3 fault.The study shows that the comprehensive geophysical prospecting method in the area is feasible and effective.It provide a geophysical evidence for verifying the existence of the new fault structure and judging the water-rich and water-conducting properties of the fault for the next drilling，also provided the basis for future development and utilization of mineral deposits.

Keywords： integrated geophysical exploration ; fault ; Xiling gold deposit ; Sanshandao ; Jiaodong ; seabed mining ; Audio-frequency Magneto Tellurics(AMT)

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本文引用格式

刘诗鹏, 王树亚, 冯欣欣, 殷传印. 胶东三山岛西岭金矿区NW向断裂带的确定：综合物探证据[J]. 黄金科学技术, 2019, 27(1): 25-32 doi:10.11872/j.issn.1005-2518.2019.01.025

LIU Shipeng, WANG Shuya, FENG Xinxin, YIN Chuanyin. Intergrated Geophysical Constraint to the NW-trending Fault Zone in the Xiling Gold Deposit，Sanshandao，Shandong Province[J]. Gold Science and Technology, 2019, 27(1): 25-32 doi:10.11872/j.issn.1005-2518.2019.01.025

三山岛西岭金矿床是我国近年来发现的超大型金矿床，与北部海域金矿床相互连接^[1]，2个矿床金资源量近1 000 t，目前均尚未开发利用。对于地下开采的黄金矿山，尤其是海底开采的矿山来说，导水断裂带对矿山安全生产的影响格外显著^[2]。矿体开挖对海底断裂带、裂隙等构造有着不可避免的扰动，当断裂带与上部海水有水力联系时就会成为海水传输通道，使矿坑发生突水，造成严重危害^[3]。区域NW向断裂为成矿后断裂^[4]，多具有不同程度的导水性。

山东省第三地质矿产勘查院选择三山岛北部海域中有利的成矿区域开展了高精度磁法测量工作，确定了控矿断裂的大致位置^[5]。山东省物化探勘查院利用综合物探技术研究了三山岛断裂带与焦家断裂带深部断裂及岩体的分布关系，预测了成矿靶区^[6]。在井下生产时，三山岛金矿利用TSP地质超前探水法、TEM地质超前探测法等物探新技术进行超前探水工作，取得了良好的经济效益和安全效益^[7]。可见在查明断裂构造的过程中，地球物理勘探是重要的技术手段之一。利用综合物探技术查明西岭金矿床NW向断裂带，对今后该矿床的开发利用具有重要意义。为此，2017年山东黄金地质矿产勘查有限公司在西岭矿区进行了高精度磁测法和音频大地电磁（AMT）法勘查试验，结果显示，断裂构造反映较好，NW向断裂与北部海域NW向断裂南延部分相吻合，为下一步查明该断裂的富水性及导水性质提供了依据，也为分析矿区断裂特征，以及未来采矿方案规划时及时避让断层的不利影响提供了依据。

1 区域断裂特征及地球物理特征

1.1 主要断裂特征

（1）F1断裂。即三山岛断裂，是区域内主要的控矿、容矿断裂。该断裂位于莱州市三山岛—仓上—潘家屋子一带，大部分地段被第四系覆盖，地表出露长约12 km，宽度为20～400 m，平面上呈“S”形展布，总体走向40°～50°，倾向SE，倾角30°～40°，局部倾角可达80°，属于压扭性断裂。该断裂具有多次活动的特点，带内有多个结构面，有的结构面发育较完整，连续性好，在主裂面发育有5～10 cm厚的灰黑色断层泥，具有一定的隔水性。三山岛断裂由北向南控制了三山岛、新立和仓上等金矿。近年来，在新立深部、三山岛西岭矿区及北部海域矿区发现的特大型金矿床也受此断裂控制。

（2）F2断裂。位于新立矿段北部，在0～7线穿切含矿蚀变带（图1），目前有5个钻孔控制。该断裂走向NW290°，倾向NE或SW，倾角80°～90°。16ZK644控制最深达270 m，推测长度约为300 m。断裂带由3～5 m厚的碎裂岩组成，在其中部发育1～10 cm厚的深灰色断层泥。根据新立金矿井下开采情况，F2断裂导水性弱。F2断裂与三山岛矿区F3断裂的特征基本一致^[8]，向北西已延伸入海。在生产勘探和采矿过程中，对F2断裂进行喷浆处理，以确保矿山安全生产。

图1

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图1 区域构造分布图

Fig.1 Regional structure distribution map

1.金矿床蚀变带；2.陆地；3.海洋与河流；4.勘探线及编号；5.钻孔

（3）F3断裂。位于三山岛矿区32～36线之间，西北端延伸入海，延深大于600 m，走向约为300°，倾角陡，大于80°，局部近乎直立，倾向NE。断层破碎带宽5～20 m，局部宽约30 m。该断层活动至少有2次：一次为张性，使大量基性脉岩沿断层侵入；第二次为左行平移，使煌斑岩等破碎，并将其左行水平错开。根据F3断裂内的煌斑岩中含有黄铁绢英岩的捕虏体或角砾等特点，认为该断裂是成矿后活动较强的断裂。该断裂的多次活动，特别是成矿期后的活动对矿区内矿体的破坏作用十分明显。F3断裂延伸入海，由于第四系粉质黏土的隔水作用，海水没有大量导入，随着开采深度的增加，断裂带突水量呈下降趋势^[9]。

1.2 地球物理特征

区内主要岩性有二长花岗岩、花岗闪长岩、斜长角闪岩、黑云斜长片麻岩、黑云变粒岩和黑云母片岩。相关岩（矿）石物性参数是物化探资料推断解释的基础^[10]，对主要参数叙述如下：

（1）磁性特征。荆山群禄格庄组主要岩性为黑云变粒岩、斜长角闪岩、黑云斜长片麻岩和黑云母片岩，各种岩性中所含铁磁性矿物及结构构造存在很大差异，导致磁性极不均匀。黑云变粒岩磁性微弱，一般小于50×4π×10^-6 SI，在磁场上表现为平稳低磁场特征。斜长角闪岩磁性较强，磁化率变化范围较大，在（26.8～35 960）×4π×10^-6 SI之间，平均值为923×4π×10^-6 SI，剩余磁化强度也较大，平均值为267×10^-3 A/m，变化范围为（0～9 225）×10^-3 A/m，表明斜长角闪岩磁性强但不均匀，在磁场上一般表现为杂乱跳跃的正磁场特征。黑云斜长片麻岩磁性介于二者之间，磁化率平均值为570×4π×10^-6 SI，属中等磁性，在磁场上一般表现为正磁场特征。二长花岗岩磁性相对较低，磁化率平均值为147×4π×10^-6 SI，变化范围为（6～288）×4π×10^-6 SI，在磁场上一般表现为平稳的正磁场特征。花岗闪长岩磁性相对较强，磁化率平均值为348×4π×10^-6 SI，剩余磁化强度也较强，平均值为145×10^-3A/m，在磁场上一般表现为杂乱的正磁场特征。

（2）电性特征。物性统计结果显示，岩（矿）石电阻率大致可分为高、中、低阻3类。高电阻率岩性主要有二长花岗岩和花岗闪长岩，其电阻率平均值一般在2 900 Ω·m以上，最高可达8 100 Ω·m，但由于其岩性、结构和构造的不同，造成电性不均匀，致使电阻率变化范围较大。黑云斜长片麻岩的电阻率变化范围较大，最高可达3 060 Ω·m，平均值为900 Ω·m，属中高阻电性特征；斜长角闪岩、黑云变粒岩和第四系松散沉积物的电阻率变化范围较小，较稳定，电阻率平均值约为300 Ω·m。

在收集以往地质、物化探参数资料的基础上，经统计整理后得到西岭金矿区岩（矿）石物性参数，如表1所示。由表1可知，磁性由强到弱的顺序为斜长角闪岩→片麻岩→变粒岩、片岩，电阻率由高到低的顺序为花岗岩类→黑云斜长片麻岩→斜长角闪岩。通过分析地层与岩体之间磁性及电阻率的差异，为高精度磁法和AMT法成果解释提供了物性依据。

表1 西岭金矿区岩（矿）石物性参数统计

Table 1 Statistical table of physical properties of rock and ore in Xiling gold mine

岩性	块数	电阻率ρ/（Ω·m）		磁化率K（4π×10^-6SI）		剩余磁化强度Jr（×10^-3A/m）
岩性	块数	平均值	变化范围	平均值	变化范围	平均值	变化范围
二长花岗岩	15	2970	203～8 100	147	6～288	17	0～45
花岗闪长岩	108	4250	625～7 470	348	0～2 188	145	0～838
斜长角闪岩	188	319	50～606	923	26.8～35 960	267	0～9 225
黑云斜长片麻岩	54	941	116～3 060	570	0～1 480	100	0～500
黑云变粒岩	30	-	-	52.4	0～859	9.27	0～197
黑云母片岩	30	559	237～1 090	23	0～235	14	0～357

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2 综合物探推断解释

2.1 高精度磁法成果解释

在西岭矿区范围内进行了1/5 000高精度磁测，从高精度磁测ΔT等值线平面图（图2）上看，测区总体磁场值变化较小，呈现中北部高、南部低的磁异常特征，磁异常值在-100～200 nT之间变化；局部出现异常值较大的高磁异常和明显的串珠状低磁异常，经实地踏勘确定为干扰引起。在平面上共推断出4条断裂，其中NE向断裂2条，NWW向断裂2条，编号为F-1～F-4。其中，F-1断层位于三山岛金矿尾矿库东北部，走向115°，区内控制长度为900 m，在ΔT等值线平面图上，磁异常特征表现为条带状正磁异常带，两侧异常值相差约80 nT，推断为接触断层；F-2断层位于测区东部，走向115°，区内控制长度为600 m，在ΔT等值线平面图上，磁异常特征表现为条带状正磁异常带，两侧异常值相差约100 nT，推断为接触断层；F-3断层位于三山岛金矿尾矿库东部，走向40°，区内控制长度为1 200 m，在ΔT等值线平面图上，磁异常特征表现为条带状正磁异常带，两侧异常值相差约20 nT，推断为接触断层；F-4断层位于三山岛金矿尾矿库南部，走向71°，区内控制长度为1 100 m，在ΔT等值线平面图上，磁异常特征表现为条带状低磁异常带，两侧异常值相差约90 nT，推断为接触断层^{[11,12,13,14]}。

图2

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图2 西岭矿区高精度磁测 $∆$ T等值线平面图

Fig.2 High precision magnetic $∆$ T contour map of Xiling mine

1.推断断层；2. $∆$ T等值线

2.2 AMT法成果解释

为准确判断西岭金矿床NW向断裂，在矿区东部布设2条AMT测深剖面，编号为L1和L2。

（1）L1剖面位于三山岛尾矿库东部，测线长度为2 120 m，方位角34°。从电阻率反演剖面图（图3）上看，电阻率总体呈现西南高、东北低的特征。

图3

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图3 音频大地电磁测深（AMT）L1剖面电阻率反演断面图

Fig.3 L1 profile resistivity inversion section by audio-frequency magentotelluric sounding（AMT）

1.推断断层；2.电阻率等值线

0～-700 m深度为低阻层，电阻率值在30～600 Ω·m之间，推断为第四系和老地层；在1040～2480号测深点之间，深度-700 m以下，有高阻区呈扇形分布，电阻率值在600～3 500 Ω·m之间，推断为二长花岗岩；在高阻区，伴有低阻异常和条带状低阻梯度带，推断为断层。在1440号测深点附近，-300～-1 900 m深度之间，显示为条带状低阻梯度带，推断为断层，位置与磁法推断的F-4断裂吻合。在1740号测深点附近，-200～-1 200 m深度之间，显示为条带状低阻梯度带，推断为断层，编号为F-5。在2080～2400号测深点之间，-600～-1 300 m深度之间，显示为低阻异常区，并伴有条带状低阻梯度带，推断为断层，位置与磁法推断的F-1断裂吻合。在2640～2920号测深点之间，-500～-1 900 m深度之间，显示为低阻异常区，并伴有条带状的低阻梯度带，推断为断层，编号为F-6^{[15,16,17,18,19]}。

（2）L2线位于三山岛尾矿库北部，测线长度为1 960 m，方位角67°。电阻率反演剖面图（图4）显示：0～-500 m深度为低阻层，电阻率值在30～300 Ω·m之间，推断为第四系和老地层；在1240号测深点附近，-100～-500 m深度之间，有条带状高阻区分布，电阻率值在500～4 500 Ω·m之间，推断为二长花岗岩；-500 m深度以下，为高阻区，电阻率值在300～6 000 Ω·m之间，推断为二长花岗岩；在高阻区，伴有低阻异常和条带状低阻梯度带，推断为断层。在1280号测深点附近，-100～-1 800 m深度之间，显示为条带状低阻梯度带，伴有串珠状低阻异常，推断为断层，编号为F-7。在1480~1840号测深点之间，为低阻异常区；在1520号测深点附近，-1 100 m深度以下，伴有条带状低阻梯度带，推断为断层，位置与磁法推断的F-1断裂吻合。在2280号测深点附近，显示有串珠状低阻异常和条带状低阻梯度带，推断为断层，编号为F-8。

图4

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图4 音频大地电磁测深（AMT）L2剖面电阻率反演断面图

Fig.4 L2 profile resistivity inversion section by audio-frequency magentotelluric sounding（AMT）

1.推断断层；2.电阻率等值线

综合高精度磁测和AMT剖面测量结果，通过ΔT等值线平面图显示的磁异常梯度带，确定断裂的走向；通过AMT剖面电阻率断面图显示的“V”型低阻异常带，确定断裂的倾向及产状。

3 北部海域NW向断裂对比

北部海域矿区范围内进行了1/5 000高精度磁测，推断出B-F4、B-F5和B-F6共3条断裂，并重点对首采地段附近的B-F4断裂进行了1/1 000高精度磁测。经水文钻孔揭露控制，B-F4断裂位置与物探磁测解译结果基本一致，该断裂宽0.2～5.0 m，延伸大于400 m，走向115°，向北西延伸入莱州湾，主要倾向NE，局部反倾，倾角84°～88°，目前控制标高在-560 m以上。断裂破碎带由充填其中的数条闪长岩和闪长玢岩等脉岩及碎裂岩、构造角砾岩组成；充填其中的脉岩宽度为0.1～1.5 m，一般宽度为1.0 m，破碎，具蒙脱石化、高岭土化和绿泥石化蚀变；断裂浅部含灰白色断层泥，向深部逐渐减少。该断层至少有2次活动：一次为张性，使大量基性岩脉沿断层侵入；第二次为压性，使闪长岩等破碎，并将其左行水平错开。根据B-F4断裂内的闪长岩中含有黄铁绢英岩的捕虏体或角砾等特点，认为该断裂是成矿期后断裂。B-F4断裂位于北部海域金矿区28～30线之间，磁测解译的B-F5断裂位于海域金矿区46～50线之间，B-F6断裂位于海域金矿区66～72线之间，与B-F4断裂近平行且近等间距展布，总体走向约为115°，陡倾，目前尚未有工程控制。根据物探磁测解译结果和区域构造特征分析，推测的B-F5、B-F6断裂性质应与F3、B-F4断裂一致^[20]。

从空间展布情况（图5）分析，西岭金矿区F-1断层位于92～96线之间，位置与北部海域金矿床NW向B-F4断裂向南延伸部分相吻合；从产状特征分析，F-1断层倾向NE，倾角约为85°，与北部海域NW向B-F4断裂产状特征相似。结合该区地质资料综合分析认为，本次勘查所推断的F-1断层是北部海域金矿区NW向B-F4断裂向南东延伸部分，其在后期被本次推断的F-3断裂错断，形成了F-2断裂。

图5

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图5 西岭与北部海域金矿区物探推断断裂示意图

Fig.5 Schematic diagram of Xiling geophysical and northern sea inferred fault gold mining area

1.冲积物（亚砂土、砂质黏土）；2.海积砂；3.中粒含黑云二长花岗岩；4.中细粒含角闪黑云英云闪长质片麻岩；5.中细粒变辉长岩（斜长角闪岩）；6.黄铁绢英岩化花岗岩；7.黄铁绢英岩化花岗质碎裂岩；8.黄铁绢英岩化碎裂岩；9.物探推测断层；10.AMT测深剖面；

11.勘查区范围；12.物探工作区域

4 结论

（1）采用高精度磁测与AMT剖面测量相结合的综合物探方法，推断了三山岛西岭金矿区4条断裂，其中NWW向断裂2条（F-1、F-2），NE向断裂2条（F-3、F-4）。

（2）通过比较西岭金矿区NWW向F-1断裂，与北部海域金矿区B-F4断裂，发现二者位置及产状特征较一致，推断为同一条断裂，为2个金矿区范围内最大的NW向断裂，为下一步查明该断裂富水性及导水性质提供了地球物理依据。

（3）推断西岭金矿区NWW向F-2断裂是被F-3断裂错断。

（4）高精度磁法与AMT方法相结合可以相互验证，很好地控制深部断裂长度、深度、走向、倾向和倾角等信息，取得了良好的地质效果。

参考文献

原文顺序

文献年度倒序

文中引用次数倒序

被引期刊影响因子

[1]

宋英昕，宋明春，丁正江，等 .

胶东金矿集区深部找矿重要进展及成矿特征

[J].黄金科学技术，2017，25（3）：4-18.