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原文来源：
高精度重力方法在“大塘坡式”锰矿找矿中的应用
李家斌，朱大友，屈念念，张西君
贵州松桃“大塘坡式”锰矿电性结构特征及识别研究
王品丰
贵州松桃高地隐伏超大型锰矿床主要特征与找矿实践
导读：
“大塘坡式”锰矿床产于南华系下统大塘坡组第一段黑色含锰岩系中，现已成为中国最重要、资源潜力最大的锰矿类型。“大塘坡式”锰矿床形成于南华纪裂谷盆地环境，矿床主要分布于裂谷盆地中的次级断陷沉积盆地中心，受古断裂控制，具有规模大、沉积稳定的特征。
超大型矿床地质特征及其找矿方法，特别是隐伏矿床的找矿方法是大家关心的内容。为了便于读者了解更多的“大塘坡式”锰矿床地质特征和物探找矿方法有效性，本推文以《高精度重力方法在“大塘坡式”锰矿找矿中的应用》为主线，特从《贵州松桃高地隐伏超大型锰矿床主要特征与找矿实践》中摘录了相关地质内容图件和《贵州松桃“大塘坡式”锰矿电性结构特征及识别研究》摘录了主要研究成果介绍和AMT、MT法成果图件，经整理后一并插入到《高精度重力方法在“大塘坡式”锰矿找矿中的应用》文章的相关章节中，以满足读者全面了解大塘坡式”锰矿地质特征需求。
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1 区域地质矿产概况
研究区位于黔湘渝毗邻地区，华南板块中扬子地块与华夏地块间的江南造山带西南段（图1），中-新元古代之间的格林威尔造山运动使华夏地块与扬子地块相连形成统一的华南地块且与东冈瓦纳古陆相连，导致Rodinia超大陆形成。新元古代时期Rodinia超大陆开始裂解，产生较强烈的岩浆活动，使华南地块与其余的Rodinia超大陆分离，华夏地块与扬子地块之间的南华裂谷作用开始，直至加里东造山运动后南华裂谷盆地才最终关闭。
图1 松桃区及邻区锰矿床分布示意图（王品丰，2017）
1-实测古断裂；2-推测古断裂；3-锰矿床；4-省界
新元古代初期，由于南华裂谷盆地拉张作用，导致地处裂谷盆地中的黔湘渝毗邻地区形成一系列次级断陷盆地。研究区内的南华纪“大塘坡式”锰矿床是在南华裂谷盆地形成过程中，一系列次级拉张、断陷小盆地中发生的古天然气渗漏事件的沉积产物，时间在662~667Ma。锰矿床在空间分布上明显受古断裂控制（图1）。
图2 贵州松桃高地隐伏超大型锰矿床区域地质与南华纪早期地堑盆地分布叠合图（袁良军等，2019）（附大地电磁和高精度重力测量剖面位置）
1—第四系; 2—志留系; 3—奥陶系; 4—寒武系; 5—震旦系; 6—南华系上统南沱组; 7—南华系中统大塘坡组; 8—南华系中统铁丝坳组;9—青白口系; 10—角度不整合地层界线; 11—向斜轴线; 12—实测及推测断层; 13—Ⅳ级地堑盆地; 14—地层产状; 15—含锰岩系露头;16—钻孔位置及编号－锰品位( %) /矿体厚度(m) ; 17—锰矿床(点)
图3 松桃—印江地区下震旦统大塘坡组一段(含锰岩系)柱状对比图（牟军2014）
1-大塘坡二段；2-大塘坡一段；3-铁丝坳组；4-青白口系；5-含砾砂岩；6-含炭质含砾砂岩；7-含砾粉砂岩；8-含砾粉砂质粘土岩；9-含砾粘土岩；10-变余砂岩；11-粉砂质绢云板岩；12-砂岩；13-凝灰质砂岩；14-含凝灰质粉砂质黏土岩；15-粉砂质黏土眼；16-含凝灰质粘土岩；17-炭质页岩；18-含锰炭质页岩；19-菱锰矿；20-测线；
黔湘渝毗邻区南华纪“大塘坡式”锰矿是古天然气渗漏沉积型锰矿床。Rodinia超大陆裂解导致南华裂谷盆地和一系列的次级断陷盆地形成。由于裂解作用，使地壳浅层断裂系统逐渐与下地壳或地幔贯通，壳幔源的无机成因天然气上涌，沿断裂在盆地中发生小规模的天然气渗漏，裂解作用继续发展，使地壳浅层断裂系统与壳幔继续贯通，壳幔源的无机成因天然气发生大规模上涌，并作用于深部富锰的岩石，形成的富锰、含硫气液沿断裂上升，在断陷盆地中心部位发生古天然气渗漏沉积，形成古天然气渗漏沉积型菱锰矿体（图4）。
图4 裂谷盆地古天然气渗漏锰矿成矿系统与成矿模式图（ａ-剖面图；ｂ-平面图）（据周琦等，2017）
高精度重力测量剖面位于松桃李家湾－高地－道坨超大型锰矿床区，该区域南华纪大塘坡早期构造古地理与锰矿找矿预测参见图5，断陷盆地剖面特征参见图6，区域区域矿体厚度变化规律参见图7。
图5 松桃李家湾－高地－道坨超大型锰矿床南华纪大塘坡早期构造古地理与找矿预测图（袁良军等，2019）
1—实测及推测古天然气渗漏喷溢成矿系统相带分界线；2—实测及推测控制李家湾－高地－道坨Ⅳ级地堑盆地的同沉积断层与编号；3—剖面位置；4—见矿钻孔(含气泡状)；5—见矿钻孔(不含气泡状)；6—见矿厚度＜0.5m钻孔；7—未见矿钻孔；8—柱状对比连线；9—钻孔编号/含锰岩系厚度(m)；10—中心相；11—过渡相；12—边缘相；13—大塘坡组黑色页岩；14—矿床(点)；15—居民地
图6 松桃李家湾－高地－道坨IV级地堑盆地(A－B)含锰岩系对比图（袁良军等，2019）
图7 松桃李家湾－高地－道坨南华纪地堑盆地锰矿体厚度与含锰岩系厚度等厚线图（袁良军等，2019）
1—见矿钻孔(含气泡状菱锰矿)；2—见矿钻孔(不含气泡状菱锰矿)；3—矿化钻孔；4—未见矿钻孔；5—含锰岩系厚度等厚线；6—矿体厚度大于10m；7—矿体厚度为410m；8—矿体厚度为04m；9—居民地
2 区域重力场特征
根据以往区域重力调查成果资料显示，本次试验工作区域位于大兴安岭—太行山—武陵山大型重力梯级带西侧，布格重力异常受该重力梯级带影响较大，布格重力异常等值线以近SN向展布为主，其间存在一定波状起伏(图8)。
图8 研究区布格重力异常图（李家斌等，2016）
试验工作区域内布格重力异常全为负值，其试验剖面东侧布格重力异常值相对较大，西侧布格重力异常值相对较小，从东向西呈现出由大变小的趋势。试验剖面上布格重力异常值变化趋势与区域布格重力异常变化趋势一致，其异常形态相对简单，为一条近SN向的重力梯级带。上述特征基本反映了试验剖面附近有一条规模较大的断裂通过，该断裂为含矿气液上升提供了通道。
3 矿床物性特征
试验工作的物性数据是通过实测钻孔岩心密度取得的，由于钻孔岩心风化程度均较低，从而保证了所取得的密度资料真实可靠。试验工作的密度采测单元最小为组，在采测的所有岩(矿)石中密度最大的为“大塘坡组”(Nh1d)底部的菱锰矿，其密度值为3.64g/cm3。密度最小的为“留茶坡组”(Z2l)的硅质岩，其密度为2.67g/cm3。对比贵州东南部岩(矿)石物性参数，本次采测的各组地层与以往采测结果有较大差异，本次采测的各组地层密度均大于以往采测结果，且相差较大，结合“大塘坡式”锰矿床中菱锰矿、白云岩透镜体的碳、硫同位素地球化学特征研究、成矿系统和区域成矿理论，认为这种密度差异主要源于形成菱锰矿沉积的同时，含矿气液中过饱和的HS-促使含矿气液中的黄铁矿在断陷盆地中沉积，黄铁矿的沉积整体抬升了受含矿气液影响地层的密度值。在野外采测地层物性的过程中也发现钻孔岩心中含有肉眼能识别的黄铁矿颗粒，这也印证了本次物性工作采测的所有地层均受含矿气液影响这一推断。根据表1和表2所示，本次测区内受含矿气液影响的地层与未受含矿气液影响的相同地层间存在较大的密度差异，同时不同地层间密度也存在一定差异，这种差异保证了在该区域内开展高精度重力试验工作的地球物理前提。
表1高精度重力方法有效性试验剖面物性统计（李家斌等，2016）
表2高精度重力方法有效性试验剖面物性对比统计（李家斌等，2016）
根据岩石物性特征（表3）及对应的柱状图（图9）可以看到，炭质页岩的的平均电阻率为26.98Ω﹡m，块状锰矿石的平均电阻率为22.66Ω﹡m，明显低于其他岩体，而极化率却明显高于其他岩体。因此，大塘坡组第一段（Nh1d1）表现的综合地球物理特征应该为低电阻率-高极化率的特征。其中，在整套地层中电性特征差异明显，特别是上覆大塘坡组第二段（Nh1d2）的粉砂质页岩和下伏铁丝坳组（Nh1t）含砾砂岩为明显的高电阻率特征，而这种物性差异的存在是识别大塘坡组（Nh1d1）地层位置的可靠的间接标志，为展开电法勘测创造了良好的前提条件。
表3 岩石物性特征统计（资料来源：贵州省103地质队）
图9 岩石物性特征统计柱状图（王品丰，2017）
综上所述，唯一存在的含锰岩系的大塘坡组第一段（Nh1d1），包含的炭质页岩、炭质菱锰矿以及含锰白云岩的组合，表现的综合地球物理特征应该为“低电阻率-高极化率-高密度”的特征。每一种属性的物性差异的存在都为展开地球物理勘探创造了良好的前提条件，其中地层垂向岩石组合类型与含锰岩系、含炭质页岩地层电性差异明显，具备音频大地电磁法测深的条件。需要注意的是：电阻率值无法区分含锰岩系与炭质页岩地层，只能圈定它们的综合低阻响应；如果需要进一步区分炭质页岩层与含锰岩系，可以尝试通过极化率和密度参数综合区分。
考虑各地层岩石成分比例，最后统计出研究区的地层电阻率特征如表4。研究区的地层由新至老大致可以分为三个电性层，分别是寒武系上统地层—寒武系下统变马冲阻上部的中高阻地层单元；寒武系变马冲组下部—南华系大塘坡组的中低阻地层；以及青白口系板溪群高阻地层。中间低阻电性层与上下高阻电性层差异明显，理论上应该很容易被电磁法勘探结果识别。
表4 地质断面与地电断面对比表（王品丰，2017）
4 高精度重力测量应用效果
经数据整理和处理得到高精度重力方法有效性试验剖面布格重力异常数据(图10)，期间利用了以往区域重力调查数据，消除了区域布格重力异常的线性影响，其试验剖面的布格剩余重力异常主要反映出浅表地质体及断裂构造。
图10 数据处理流程（李家斌等，2016）
从高精度重力方法有效性试验剖面布格重力剩余异常图可以看出(图11(a))，在剖面500m和6500m处存在两处变化幅度较大且变化相对剧烈的布格重力剩余异常，这反映出在剖面500m和6500m处存在断裂构造。布格重力异常水平一阶导数图(图11(b))显示，在500m和6500m附近存在两个较小的极值点。从布格重力剩余异常垂向二阶导数图(图11(c))中可以看出，~500m和6500~7000m之间垂向二阶导数数值相对较大，500~6500m之间垂向二阶导数数值相对较小，在500m和6500m处存在明显的异常陡变。结合布格剩余重力异常反演拟合图(图12)可知，500m和6500m处存在断裂构造，同时综合试验剖面地表断层分布情况(图11(d))，可进一步确定这两个布格重力剩余异常陡变带是由试验剖面所跨断层引起。这一对比结果印证了高精度重力所推断的断裂真实可靠。
图11 贵州省松桃县高精度重力反演拟合图（李家斌等，2016）
1．娄山关群；2．清虚洞组；3．杷榔组；4．变马冲组；5．九门冲组；6．留茶坡组；7．陡山沱组；8．南沱组；9．铁丝坳组；10．大塘坡组第二三段；11.大塘坡组第一段；12.锰矿矿层；13.地质界线；14.断层；15.钻孔孔深（m）/锰矿厚度（m）；16.矿钻孔编号。（a）布格剩余重力异常及其与见矿钻孔对比图；（b）布格剩余重力异常水平一阶导数图；（c）布格剩余重力异常垂向二阶导数图；（d）勘探线剖面图
图12 贵州省松桃县高精度重力方法有效性试验成果对比图（李家斌等，2016）
高精度重力方法有效性试验剖面布格剩余重力异常图(图11(a))显示，在推断的断陷内部存在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ3个布格剩余重力高值异常，这3个高值异常的幅值较大，结合本次物性调查成果，初步认为这3个布格重力高值异常由菱锰矿层及受含矿气液沉积影响的含黄铁矿地层共同引起。为了印证这一推断，将重力剖面数据反演计算结果(图12)与勘探线剖面图(图11(d))对比发现，反演结果与勘探线剖面图近似，这一信息印证了上述推断。同时，在本次试验工作剖面上，贵州省地质矿产局103地质大队组织施工了ZK305、ZK104、ZK005和ZK204钻孔，这4个钻孔均见达工业品位的菱锰矿，将试验剖面的布格剩余重力异常与见矿钻孔位置(图11(a))进行对比，发现4个见矿钻孔位置均在Ⅲ号布格剩余重力高值异常内，这进一步印证了布格剩余重力高值异常是由菱锰矿层及受含矿气液沉积影响的含黄铁矿地层共同引起的推断。
5 锰矿电性结构特征及识别研究
王品丰通过阅读文献、收集地质及地球物理资料，进行整理和分析总结，挖掘“大塘坡式”锰矿的地球物理找矿标志；总结了贵州松桃锰矿区的地电结构特征，结合成锰沉积盆地的典型地质构造特征，设计合理的理论模型，开展大地电磁正反演模拟计算，得出的结论是大地电磁勘探在锰矿区具有可行性和识别能力。
王品丰优选锰矿勘查程度较高、周缘含锰岩系出露较好、深部埋藏较为完整的松桃杨立掌－三阳锰矿区（图13、14）作为实际研究对象，开展AMT与MT联合探勘方法，获取锰矿区粗与细、深与浅的电性结构，采用反射系数成像实现了锰矿层的精细化识别。
图13 AMT与MT联合探勘实物材料图（王品丰，2017）
图14 MT与MT联合探勘线地质剖面图（王品丰，2017）
取得的主要成果有以下几个方面：
1、总结了“大塘坡式”锰矿的地球物理找矿标志。松桃锰矿区唯一的含锰岩系-大塘坡组一段（Nh1d1）的综合地球物理特征为低电阻率-高极化率-高密度特征。
2、对松桃锰矿区的深部电性特征进行了分析总结。尽管松桃锰矿区的地层多、岩性复杂，但从电性上划分仅为“高－低－高”三层结构。
3、特征模型正反演研究。探讨了大地电磁对区域构造、隐伏构造、含锰岩系低阻薄层以及成矿模式四个模型的识别能力，结果证明利用不同频段的大地电磁对松桃锰矿区构造及薄层具有一定识别能力，但对含锰岩系薄层的分辨率不高。
4、通过音频大地电磁(AMT)剖面获取测区2.5km电性结构，以及大地电磁(MT)剖面7km深部电性结构，整体均表现为“高－低－高”的电性结构。基本查明杨立掌断裂、三阳断裂以及猴子坳构造盆的深部结构形态，并发现在猴子坳下方2km深度，存在一个隐伏地堑为盆地沉积中心，为杨立掌－三阳成锰盆地提供了较好的聚锰条件。参见图15、16、17。
图15 音频大地电磁NLCG二维反演成果图（王品丰，2017）
图16 大地电磁TE模式NLCG二维反演成果图（王品丰，2017）
图17 大地电磁TM模式NLCG二维反演成果图（王品丰，2017）
图18 音频大地电磁反射系数成像（王品丰，2017）
图19 研究区综合解释断面图（王品丰，2017）
6 结论与建议
(1)依据重力异常所推断的断裂位置与矿产调查成果所认识的断裂位置吻合较好，高精度重力测量对于圈定有成矿潜力的断裂效果明显。
(2)推断Ⅲ号布格重力高值异常由菱锰矿层及受含矿气液影响的地层共同引起的结论与钻探成果吻合较好，高精度重力测量方法对于推断含矿气液沉积区域是经济有效的。
(3)AMT与MT联合探勘方法，获取锰矿区粗与细、深与浅的电性结构，电性上具有“高－低－高”三层结构特征。采用反射系数成像实现了锰矿层的精细化识别。低电阻率-高极化率-高密度特征是“大塘坡式”锰矿的地球物理找矿标志。
原文来源：
1，李家斌，朱大友，屈念念，等.高精度重力方法在“大塘坡式”锰矿找矿中的应用[J].中国地质调查，2016，（2）：15－20.
2，王品丰，贵州松桃“大塘坡式”锰矿电性结构特征及识别研究. 成都理工大学2017年硕士学位论文（指导导师：王绪本）.
3，袁良军，周琦，潘文，姚希财，陈甲才，田景江，沈红钱，谢小峰，张仁彪，谢兴友，郑超，覃永军，贵州松桃高地隐伏超大型锰矿床主要特征与找矿实践.贵州地质.2019年，36卷，第3期(总第140期)
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