新疆北部喀拉通克礦區，是中亞造山帶的大型巖漿銅鎳硫化物礦床，具有悠久的開(kāi)采歷史。該礦區地處準噶爾盆地與阿爾泰造山帶的交匯部位，構造運動(dòng)強烈。然而，礦區近年資源開(kāi)采困難，深部找礦工作已成為礦區礦產(chǎn)勘查的重要目標。
中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所碩士生杜培笑、李揚、魏夢(mèng)怡在其導師吳晶副研究員及韓春明研究員、趙亮研究員的共同指導下，，在Earthquake Research in China 發(fā)表的Research Progress of Geophysical Exploration in Karatungk Mine in Northern Xinjiang, China一文中，匯總了新疆喀拉通克礦區地球物理探測研究的主要進(jìn)展。該文主要從喀拉通克巖體和礦床的地質(zhì)構造背景、重-磁-電-震等多種地球物理方法在該礦區勘查中的適用、已有研究進(jìn)展等方面進(jìn)行了論述。在此基礎上，探討目前地球物理方法在喀拉通克礦產(chǎn)研究中的局限，并介紹該團隊在礦區開(kāi)展的地球物理場(chǎng)觀(guān)測與反演工作。
喀拉通克銅鎳硫化物礦的主要礦石為鎳黃鐵礦、磁黃鐵礦和黃銅礦(圖1)。礦石礦物和圍巖及含礦巖體在巖石物理性質(zhì)存在顯著(zhù)差異，如銅鎳礦體較圍巖具有強磁性、高密度、高極化率和低電阻率的地球物理特征，可引起“三高一低”的綜合地球物理異常，巖體相對地層具有密度高、磁性強的物性特征等。
圖1 喀拉通克銅鎳礦田地質(zhì)圖與巖體群分布（Y1~Y11為鎂鐵—超鎂鐵質(zhì)含礦巖體，除Y1含礦巖體西北端、Y4及Y6~Y11含礦巖體出露地表外，其余含礦巖體均隱伏于地下）（引用自Qin et al., 2014）
重磁電是礦區地球物理探測的主要方法，但各方法亦各面臨一定的局限性。重力異常可與礦區巖體較好地對應，礦化程度較高的大型含礦巖體的剩余重力異常較高，異常強度較弱的情況須輔助鉆孔數據以驗證；單一磁力探測工作中較明顯磁異常往往指示銅鎳礦體，強度較小的磁異常根據深度不同須輔助化探和激發(fā)極化方法配合來(lái)評估異常體特性。重、磁聯(lián)合探測一般情況可有效圈定礦區異常體范圍，但易受到區域高密度高磁性的晶屑巖屑凝灰巖干擾，且覆蓋層及含礦巖體上層的石英閃長(cháng)巖易掩蓋其本身的強磁性而表現為弱磁性，影響觀(guān)測結果。
在礦區已開(kāi)展的地球物理勘探工作中，受?chē)鷰r物性變化較大及含碳質(zhì)地層的影響，礦體并不一定完全體現出“三高一低”的特點(diǎn)，利用重-磁-電-震等勘探手段進(jìn)行深部找礦的有效性和準確性還有待提高。喀拉通克礦區目前開(kāi)采深度最大約850米（Qin et al., 2014），進(jìn)一步找礦目標聚焦于更深部的隱伏礦體，反射地震勘探雖探測深度大，但在已有探測范圍內的結構分辨還遠不能滿(mǎn)足找礦需求，且在剖面解譯工作中存在一定干擾。因此，如何排除干擾并提高勘查分辨率是下一步礦區地球物理要解決的問(wèn)題。
近年來(lái)發(fā)展的短周期密集地震臺陣，旨在利用較小的臺站間距和大量的臺站覆蓋，依據噪聲成像方法揭示研究區的地殼精細結構，這亦是我們在喀拉通克礦區開(kāi)展的一項工作。作為方法學(xué)的嘗試，我們于2018年6月至2018年8月在喀拉通克礦區布設了二維短周期密集臺陣（圖2），共計100臺地震儀，臺陣長(cháng)約12km，寬約3km，臺間距約0.5km。目前我們獲取了礦區下方1.3km深度區間的速度結構（Du et al., 2020），分辨率為水平向約1.1km，垂向分辨在淺部約0.1km，淺層速度結構與已知含礦巖體分布可較好對應，后期需要提高對1公里以下深部的約束。
圖2 喀拉通克礦區短周期密集地震臺陣（KMA- Karatungk Mine Array）分布。黑色三角形為KMA臺陣分布，白色區域為礦區含礦巖體分布，黃色圓圈為礦區周?chē)卣鸹顒?dòng)性分布（2000/01~2019/07）。
未來(lái)，利用地震反射、折射、短周期密集地震臺陣、重力和大地電磁測深等多種觀(guān)測手段，加強巖石物理實(shí)驗研究，發(fā)展聯(lián)合成像方法，進(jìn)而獲取殼幔精細結構和精確礦體空間分布，并調查礦區地下物質(zhì)組成的物性材料屬性，是礦區需重點(diǎn)關(guān)注的研究方向。同時(shí)，結合巖石學(xué)、礦物學(xué)、早期地質(zhì)資料和地球化學(xué)研究結果，獲取喀拉通克礦區成礦的基本規律，從而指導礦區進(jìn)一步找礦工作，為以后的礦區研究工作提供重要借鑒。
參考文獻
秦克章, 田野, 姚卓森, 王勇, 毛亞晶, 王斌, 薛勝超, 唐冬梅, 康珍. 新疆喀拉通克銅鎳礦田成礦條件、巖漿通道與成礦潛力分析[J]. 中國地質(zhì), 2014, 41(3): 912-935.
Du P, Wu J*, Li Y, Wang J, Han C, Lindsay M.D, Yuan H, Zhao L, Xiao W. Imaging Karatungk Cu-Ni Mine in Xinjiang, Western China with a Passive Seismic Array[J]. Minerals, 2020, 10(7): 601. doi: 10.3390/min10070601.
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