新疆可可托海航磁调查方法及主要成果

刘前坤， 尹航， 张凯淞， 王明， 徐璐平， 李皎皎

(中国国土资源航空物探遥感中心，北京 100083)

0 引言

新疆可可托海位于阿尔泰—准噶尔成矿带，是国务院《找矿突破战略行动纲要(2011—2020年)》圈定的19个重点成矿带之一。已有研究表明[1-4]，研究区及周边富含铁、铜、铅、锌、金和稀有金属等多种矿产资源。由于该区自然地理条件恶劣、地形条件复杂、交通困难，地质调查程度整体较低且进展缓慢。

研究区及邻区的航空物探勘探始于1963年，以后各个时期均开展了不同比例尺的航空物探工作。至今开展的6个区块的航空物探均以多金属矿产勘查为主要目的，分别为1960—1964年准噶尔盆地边缘地区1∶10万航空(磁、放)测量，1963年新疆塔克扎勒阿尔曼太山地区1∶10万(磁、放)航空测量，20世纪80年代的准噶尔地区1∶20万航空磁测，新疆富蕴地区1∶2.5万物探综合站飞行航空测量，2006—2007年新疆富蕴县中北部地区1∶2.5万航空物探(磁)测量。

研究区已开展的航磁测量工作主要集中在20世纪60年代和80年代前后，受测量设备及导航定位精度等因素影响，航磁数据精度较低，研究区东部和北部还存在航磁空白区。为做好重要成矿带地质调查工作，加快该地区矿产资源和基础地质调查进度，深化对找矿远景区地质背景和成矿规律的认识，提交可供开展后续勘察的新矿产地和找矿靶区，中国地质调查局国土资源航空物探遥感中心(简称航遥中心)2015年在新疆可可托海开展了1∶5万高精度航磁测量工作。

1 区域地质概况

新疆可可托海航磁调查研究区位于准噶尔盆地北缘，阿尔泰山南麓,东北两面同蒙古国交界，西邻富蕴县。大地构造位置处于西伯利亚板块和哈萨克斯坦—准噶尔板块结合部位(图1)。区内构造变形复杂，地层单元众多，岩浆活动强烈，是我国新疆西部地区构造最为复杂的地区，也是多金属和有色金属矿产成矿的有利地段，蕴含丰富的矿产资源。研究区内的可可托海3号伟晶岩脉是我国重要的稀有金属和宝石矿床，受到国内外地质学家的广泛关注[5-7]。我国许多学者分别从矿物学、岩石学、包裹体、微量元素以及同位素等不同角度对伟晶岩脉的演化和成因进行了大量研究工作[8-21]。

1.1 地层

区内出露地层主要有奥陶系、志留系、泥盆系、石炭系、二叠系、侏罗系、白垩系、古近系、新近系和第四系。古生界除大量正常沉积的碎屑岩和碳酸盐岩外，还有多期次复杂多变的火山熔岩及火山碎屑岩。中生界主要岩性为泥岩、砂岩和粉砂岩等。新生界地层主要分布于盆地和山前地区，岩性主要为陆相碎屑岩泥岩、泥质粉砂岩、砂质砾岩、砾石、砂土及石膏等。

1.二级构造单元； 2.三级构造单元； 3.四级构造单元； 4.断裂； 5.研究区范围; Ⅰ-1.阿尔泰弧盆系： Ⅰ-1-1.阿尔泰晚古生代陆缘弧，Ⅰ-1-12.哈龙早古生代岩浆弧，Ⅰ-1-2.阿尔泰南缘增生弧，Ⅰ-1-22.额尔齐斯晚古生代构造杂岩带； Ⅰ-2.查尔斯克—乔夏哈拉缝合带； Ⅰ-3.准噶尔弧盆系唐古巴勒—卡拉麦里古生代复合沟弧带： Ⅰ-3-11.萨吾尔—二台晚古生代岛弧带，Ⅰ-3-12.洪古勒楞—阿尔曼太沟弧带，Ⅰ-3-22.谢米斯台—库兰卡兹干古生代复合岛弧带

图1研究区构造单元划分

Fig.1Divisionoftectonicunitsinthestudyarea

1.2 构造

区内断裂构造发育，这与构造运动的多期性、复杂性有关。断裂走向主要为NW和NNW，主要有额尔齐斯断裂、红山嘴断裂、可可托海—卡拉先格尔断裂、纳尔曼得断裂和托让格库都克断裂等。其中额尔齐斯断裂为西伯利亚板块和哈萨克斯坦—准噶尔板块之间的缝合带，区域上构成一条巨大的韧性剪切带和混杂堆积带，东延向蒙古,西延向哈萨克斯坦。

1.3 岩浆岩

区内岩浆岩非常发育，分布广泛，沿断裂分布,且主要为侵入岩体，火山岩分布较少(图2)。

1.第四系； 2.泥岩、砂岩、夹石膏； 3.粉砂岩、泥岩、玄武岩； 4.中—酸性火山岩及其碎屑岩； 5.中酸性火山岩及其碎屑岩； 6.棕红色碎屑岩含钙质结核； 7.含煤沉积碎屑岩； 8.碎屑岩、中基性、中酸性火山熔岩； 9.碳酸盐岩夹细碎屑岩； 10.碎屑岩，局部地区为中基、中酸性火山岩； 11.砂质岩、泥质岩及少量碳酸盐岩； 12.泥质粉砂岩、变质砂岩、板岩、砾岩； 13.火山岩夹页岩、薄层灰岩； 14.基性火山岩、白云岩、结晶灰岩； 15.正长花岗岩； 16.碱长花岗岩； 17.花岗岩； 18.二长花岗岩； 19.花岗闪长岩； 20.英云闪长岩； 21.花岗闪长岩； 22.闪长岩； 23.辉绿岩； 24.蛇纹岩

图2地层、岩浆岩分布

Fig.2Distributionofstrataandmagmaticrocks

侵入岩体长轴方向基本与断裂走向一致，绝大多数岩体呈NWW向延展。岩体岩性以酸性为主，基性—超基性侵入岩及中性岩次之。前者主要有花岗岩、二长花岗岩、花岗闪长岩、英云闪长岩及正长花岗岩等中酸性侵入岩，基性—超基性侵入岩主要有辉长岩、辉绿岩等，中性岩主要为闪长岩。

侵入岩时代主要集中于志留纪、泥盆纪和石炭纪。中酸性侵入岩时代主要为志留纪、泥盆纪和石炭纪，基性—超基性侵入岩则主要产出于志留纪期间。闪长岩等中性岩时代主要为志留纪和石炭纪，少量产生于泥盆纪。测区内出露的蛇绿岩多沿NWW向断裂分布，蛇绿岩时代为奥陶纪和石炭纪。研究区内火山岩分布较少。

2 技术方法

根据测区实际情况，使用一架北京首航直升机股份有限公司飞机AS350-B3(B-7439)承担测量任务，历时6个月，在新疆可可托海镇、青河县、恰库尔图镇3地建立临时起降点，完成测区野外数据采集作业。使用仪器严格按照国家发布的《航空磁测技术规范》(DZ/T 0142—2010)[22]、《航空物探测量作业指导书》(QC7.5-06-2012C/0)[23]及中国国土资源航空物探遥感中心ISO 9001质量体系要求进行测试安装。

2.1 测网布置及测量比例尺

根据区域地质资料及以往航磁测量结果显示，区内地质构造线方向和磁异常走向主要呈NWW向，根据主测线方向应垂直或基本垂直于测区内主要地质构造走向的原则，兼顾不同测区的衔接，测线方向选择NE30°，即航向30°210°，根据切割线与测线垂直的原则，切割线方向为120°300°。测区测量比例尺为1∶5万，测线间距0.5 km，切割线间距10 km，测网疏密度为0.5 km×10 km。

2.2 航磁测量系统

航磁测量系统主要包括空中测量系统、地面日变测量系统和航磁数据处理软件。

其中空中测量系统主要包含HC2000高精度航空氦光泵磁力仪、DSC-1航磁数字补偿及数据收录系统、HD01型双星座卫星导航定位系统、BG3.0型无线电测高仪； 地面日变测量系统是由HC-07型氦光泵磁力仪、DDS-I微机收录系统、3057型两笔模拟记录仪组成； 航磁数据处理软件为航遥中心开发的航空物探数据处理及解释软件系统(GeoProbe)，在野外作业期间即时处理每架次磁测数据，进行有关技术指标统计和测量质量检查、备份测量数据并绘制航迹、航磁ΔT剖面平面草图。

2.3 导航定位

测量飞行导航使用HD01型卫星导航定位系统进行导航定位，随时提供载体的空间位置、航向、速度、偏航距、待飞距及预达时间等信息。

飞行前，将测网专用设计软件计算得出的每条测线两个端点坐标(WGS84球心坐标系的纬度、经度)输入HD01导航文件中。在飞行过程中，领航员根据飞行计划，顺序地用测线两端点建立理论航迹。理论航迹建立后，HD01给出飞机到达进入点的距离、时间等有关信息，领航员依据这些信息来正确引导飞机进入测线。在测线飞行中，HD01可提供飞机的航向、速度、偏航距、待飞距及预达时间等信息，供飞行人员随时校准，保持正确的航向及较小的偏航距。设计全区测网平均疏密度保持在500±80 m以内，最大偏航距±80 m，对于偏航距大于±80 m并且长度在5 km以上线段应补飞。

为了确定HD01导航定位系统的定位精度，计划作业期间分别在开工前、中、后期对HD01导航系统进行3次地面静态定点观测，每次观测时间为2 h，要求平面定位精度统计均方差优于±10 m。

2.4 测量质量

2.4.1 静态噪声

研究区空中磁测系统共开展了3次静态观测，分别在可可托海镇、青河县和恰库尔图镇。用观测结果计算出的磁四阶差分静态噪声水平分别为5.569 pT、7.105 pT和2.662 pT。试验结果表明，在生产施工期间磁/力仪静态噪声水平均优于《航磁测量规范》中≤10 pT的要求。

2.4.2 动态噪声

全区航磁测量数据质量采用动态噪声水平值Si，按测线来评价质量。全区共飞行128有效架次，其中N21架次为二级资料，其余架次均为一级资料，一、二级资料占100%。优于设计要求一、二级资料(Si≤0.08 nT为一级，0.08 nT

2.4.3 定位精度

研究区空中磁测系统共开展了3次静态观测，分别在可可托海镇、青河县和恰库尔图镇。用观测结果计算出的平面定位精度分别为2.3 m、1.76 m和1.28 m，高度定位精度分别为2.25 m、2.42 m和1.88 m。以上统计结果表明，在生产施工期间导航卫星信号稳定，GPS导航定位系统工作正常，保持了较高的平面定位精度，优于总体设计书中要求的平面静态定位误差≤10 m的指标。

2.4.4 飞行高度

对新疆可可托海—萨尔托海地区全测区进行飞行高度统计，全区实际平均飞行高度162 m，优于“测线平均飞行高度180 m”的设计指标； 测线飞行高度小于180 m的测点占85.1%，优于“全区小于180 m的测点占75%以上”的设计指标。

2.4.5 测量精度

全区切割线与测线共有5 045个交叉点，在磁场水平调平前航磁测量总精度(交点差值均方差)为6.59 nT，参加计算交点数占总点数89.24%。全区磁场水平统一调平后，航磁总精度1.77 nT，参加计算交点数占总点数91.89%，满足设计“全区测量总精度优于等于2.0 nT”的要求。

研究区获取的航磁资料质量较高，各项技术指标均优于设计指标，原始资料均为一、二级资料，测量质量指标详见表1。

3 研究进展及成果

3.1 航磁数据

新疆可可托海航磁调查项目设计总的工作量为45 500 km测线，此次测量，全区共累计飞行128个有效架次，完成实物工作量45 992.6 km。其中测线43 316.4 km,切割线2 676.2 km。获得该地区高质量航磁测量数据，测量飞行各项技术指标均优于设计指标，原始资料均为一级资料。这为开展该地区研究区域大地构造，进行矿产找矿预测，提高该区基础地质研究程度等方面提供了重要的地球物理依据。

3.2 岩石磁化率

本次共测定物性点150个(图3)，取得磁化率数据4 500个，测定密度数据400个，获得了安山玢岩、霏细岩、火山角砾岩、火山碎屑岩、花岗岩、闪长岩、辉长岩、灰岩、砂岩、粉砂岩、变粒岩、变质砂岩、混合花岗岩、片麻岩及片岩等各类岩矿石磁性参数，较好地了解了主要地层和主要侵入岩的磁化率特征(表2)。

1.沉积岩； 2.变粒岩； 3.片岩； 4.片麻岩； 5.混合花岗岩； 6.酸性火山岩； 7.基性火山岩； 8.酸性侵入岩； 9.中—基性侵入岩； 10.基性—超基性侵入岩

图3 可可托海岩(矿)石磁化率实测路线示意图

研究区地层较全，主要测到元古宇、古生界和少量中新生界，正常沉积岩和水成变质岩以无或弱磁性为主，而中性—基性火山岩和火成变质岩普遍具有较强的磁性。测区及周边地区侵入岩比较发育，以古生代为主，酸性—超基性侵入岩均有分布； 酸性侵入岩以弱磁性为主，较难引起磁异常； 中酸性与中性侵入岩以中等磁性为主，应能引起较强的磁异常； 基性—超基性侵入岩具有高磁特征，当其规模较大时，应能引起强磁异常。

3.3 高精度航磁测量

本次高精度航磁测量，由于飞行高度低、测量精度高，取得的航磁测量结果与以往进行对比得出以下结论。

(1)本次测量填补测区北部和东部部分地区航磁空白。测区地形条件复杂、邻近蒙古国国界，研究区的以往航磁测量工作大多是在20世纪60年代和80年代前后开展，测区的东北部和东部的部分地区未进行过任何航磁测量工作，此次测量工作获得了航磁空白区的高精度航磁数据，为加快该地区的矿产资源调查和基础地质调查进度提供了重要的基础航磁数据。

(2)区内磁场特征明显，规律性强，细节反映清晰，磁场信息丰富。通过新疆可可托海1963—2007年老航磁阴影图(图4)可见，测区大部分地区的航磁数据，主要是1982—1984年航遥中心在准噶尔地区开展的1∶20万航空磁测获得的，当时平均飞行高度740 m，定位方式是目视领航，精度较低。

图4 新疆可可托海老航磁阴影

此次测量工作全区实际平均飞行高度162 m，并且采用GPS导航定位，此次测量获取的新航磁阴影图(图5)，测区整体磁场特征明显，规律性强，特别是中、南部地区，较以往的航磁数据磁场信息更丰富，细节反映更清晰。

图5 新疆可可托海新航磁阴影

3.4 找矿效果

全区选编航磁异常478处，对13处重点异常进行地面查证，发现磁铁富矿1处、铜矿化蚀变带2条、重要找矿线索12处，获得良好的找矿效果。

3.4.1 磁铁富矿

在C-18航磁异常区内发现磁铁矿体2条(图6，图7)，其中1条长约100 m、宽度40～60 m，化验分析结果，矿石TFe最高品位为46.9%。2.5D反演结果，磁铁矿体宽约150 m、向下延深约500 m，估算资源量约1 500万t，可达小型铁矿规模。

图6C-18、C-19号航磁异常航磁等值线与剖面图

Fig.6AeromagneticcontourandprofileofC-18andC-19aeromagneticanomaly

图7 C-18号航磁异常发现磁铁矿石

3.4.2 铜矿化蚀变带

在C-19航磁异常区发现褐铁矿化和孔雀石化蚀变带(图8)，该带产于绢云母石英片岩和辉长岩的接触部位，孔雀石化则呈断续分布，矿化蚀变带不连续，长约3 400 m、宽为50～200 m。此外，地磁异常幅值可达1 631 nT、金元素含量最大达127×10-9， 因此认为该异常具有寻找铁铜金多金属矿的潜力。

在C-25航磁异常区发现孔雀石矿化(图9)蚀变带，孔雀石发育于辉长岩与安山岩的接触部位，矿化蚀变带宽10～20 m、长约500 m。

图8 C-19航磁异常发现孔雀石化

图9 C-25航磁异常发现孔雀石化

3.4.3 重要找矿线索

(1)金矿重要找矿线索。C-19异常查证20线960测点金元素含量为127×10-9，C-7异常查证20线2 480测点金元素异常为15.8×10-9，指示这2个航磁异常区具有较好的找金矿线索。

(2)Ti矿重要找矿线索。在C-15、C-17、C-20、C-22、C-23、C-25等6个航磁异常区发现多处Ti含量大于工业品位15 000×10-6，指示具有较好的Ti矿找矿线索，其中C-15异常区连续15个测点(约600 m)Ti含量大于10 000×10-6，最高达14 666×10-6； C-17异常区连续13个测点(约500 m)Ti含量大于10 000×10-6，最高达20 660×10-6(大于工业品位15 000×10-6)； C-20异常区连续28个测点(约1 100 m)Ti含量大于10 000×10-6，最高达16 273×10-6； C-22异常区连续5个测点(约200 m)Ti含量大于10 000×10-6，最高达18 720×10-6； C-23异常区连续50个测点(约2 000 m)Ti含量大于10 000×10-6，最高达17 314×10-6； C-25异常区连续20个测点(约800 m)Ti含量大于10 000×10-6，最高17 577×10-6。

(3)多金属矿重要找矿线索。在C-8、C-11、C-13、C-25这4个航磁异常区发现多金属元素异常，指示具有较好的多金属矿找矿线索。

C-8航磁异常区，发现褐铁矿化，并具有Zn、Cr、Co、V、Ti、Au元素异常，其中Ti元素连续已接近工业品位，Ti最高可达13 459×10-6； Cr最高可达1 398×10-6。

C-11航磁异常区，地磁异常幅值达8 000 nT，并有Cu、Cr、Ni、Co、Ti和V元素异常，其中Cu为144×10-6，Cr为1 017×10-6，Ni为115×10-6，Co为67.2×10-6，Ti为7 953×10-6，V为416×10-6。

C-13航磁异常区，地磁异常幅值近8 000 nT，并有Cu、Cr、Ni、V、Ti元素异常，其中最高含量Cu为161×10-6，Cr为480×10-6，Co为44×10-6，Ni为178×10-6，Ti为11 574×10-6，V为317×10-6。

C-25异常区除发现铜矿化蚀变带外，还发现约600 m宽的Ti、Co、V元素异常带，其中Ti连续20个测点(约800 m)Ti含量大于10 000×10-6，最高达17 577×10-6，Co最高达34.1×10-6，V最高达354×10-6。

4 结论

通过新疆可可托海航磁调查，获取了高质量数据，并在区域构造格架、成矿规律和找矿远景预测方面取得了一系列重要成果。

(1)新疆可可托海地区首次开展1∶5万高精度航磁测量工作，获取了一套高质量的原始数据，填补了研究区1∶5万高精度航磁资料的空白： 共完成了45 992.6 km测线测量工作，覆盖面积19 111 km2，测量总精度达到±1.77 nT； 形成了一套信息丰富、覆盖面积广的航磁系列图件，为加快该地区的矿产资源调查和基础地质调查进度，提供了重要的基础地球物理资料。

(2)全区共选编航磁异常478处，其中具有找矿意义的航磁异常217处，为地质矿产勘查提供了丰富的航空物探异常信息。

(3)实施过程中贯彻“边调查-边查证-边转化”的原则，对重点筛选的13处异常进行了三级查证，发现铜多金属矿化点2处、铁矿1处，重要找矿线索12处，为可可托海地区找矿工作提供了有力的基础支撑。