1 引言

云南北衙金矿是探明金储量超过两百吨的超大型金矿，勘查程度较高，利用工程手段已基本圈闭了北衙矿区的不同类型的矿体，地质资料丰富，为验证方法的有效性奠定了重要的基础.北衙超大型金多金属矿床分为五个亚类型：富碱斑岩接触带矽卡岩型、层间破碎带型、岩性界面型、脉型、残坡积型(和中华等，2013).其中，富碱斑岩接触带矽卡岩型矿床是北衙金矿区最重要的一种矿床类型，矿体规模最大.万硐山矿段是金铁多金属矿床，红泥塘矿段主要是以铁多金属矿为主，属矽卡岩型矿床.众所周知，矽卡岩型矿床具有重要的工业价值.从世界范围看，矽卡岩型矿床是世界钨的最主要来源(超70%的世界钨产量来自该类矿床)，是铜、铁、钼、锌的主要来源之一.这类矿床在我国也占有特殊地位，如矽卡岩型铁矿占富矿储量的第一位(38.0%)(张景森等，2009).因此，亟需开展矽卡岩型铁矿床的定位方法研究.

1982年之前，北衙矿区产出的矿石以铅锌矿为主，之后，随着勘查程度的提高，陆续开始提交数吨的金资源.1998年，查明金资源储量达到54吨，同时，提交了伴生矿产铁、银、铜、铅、锌资源量，截止到2013年，北衙矿床已探明金资源量达200吨以上，属于超大型金多金属矿床.研究人员(梁光河等，2000；晏建国等，2003；崔银亮等，2003；杨剑等, 2014, 2015)在北衙地区开展了大量的研究工作，取得了一批显著的成果，所做的研究是基于地球物理、地球化学及遥感异常的一种推测及假设，没有将不同的矿床亚类区分开进行独立的研究.

北衙金多金属矿床受岩体-构造-层位等控制，岩体与碳酸盐岩的接触蚀变带是矽卡岩型矿床成矿有利部位(晏建国等，2003；徐受民，2007；杨夕辉，2010；和中华等，2013；李俊，2013).运用多种地质、地球物理手段，提取异常信息，加以约束，确定具有找矿潜力的岩体接触带.在勘查岩体-构造-层位之间的空间接触关系方面，地震勘探及电法有显著优势，均取得较好的勘探效果(Farquharson and Craven, 2009；高锐等，2010；贾东等，2011；Dennis and Cull, 2012；Khalil and Monteiro Santos，2013；王绪本等，2013).众所周知，地震勘探方法分辨率高，精度达到数米，在石油勘探中扮演着举足轻重的角色，但在金属矿勘查方面，受制于其高的勘探成本、野外接受及处理解释的难度等因素影响，较少采用地震勘探.考虑到矿区的实际情况(人文干扰大，如高压电线、工程作业车、村庄及管道等)，采用抗干扰能力强的可控源音频大地电磁测深方法，应用路线地质资料的约束，展开解译，构建地层解译模型.以构建的地层解译模型为初始模型，正演计算修正的密度值为参数，开展重力异常约束反演，圈定岩体与围岩的接触关系，配合磁法异常信息的约束，确定有利的成矿部位.研究人员多对其中某些方法开展了深入的研究，没有将其进行整合研究(白大明等，2002；朱裕生等，2003；柳建新等，2004；王平康等，2010；Wang et al., 2013).研究人员(肖克炎等，1999；陈建平等，2008)利用多元信息技术，在矿产预测方面做了许多有益的探索，取得了一批重要的成果，是基于面上的大数据，开展找矿远景预测研究.本文在研究滇西北衙地质特点及成矿规律的基础上，通过地质地球物理等多元信息，解析不同级次的成矿要素问题，约束得出矿体就位模型，提出一套适应于北衙地区及类似成矿地质背景下的隐伏矽卡岩型铁矿床定位预测方法.

2 地质概况

研究区位于金沙江-红河断裂以东，大理-宁蒗北东向构造带汇合处，属于上扬子陆块的盐源-丽江中生代边缘拗陷带，为晚生代及早中三叠世的前陆拗陷，图 1为研究区地质及地球物理工作实际点位图.研究区出露的地层有二叠系上统峨眉山玄武岩(P₂β)、三叠系下统晴田堡组(T₁q)、三叠系中统北衙组(T₂b)、第四系更新统蛇山组(Q₁s)、更新统(Qp)及全新统(Q₄).三叠系中统北衙组(T₂b)，主要岩性为白云质砂屑灰岩、白云岩、铁化砂屑灰岩、泥质灰岩、蠕虫状灰岩等.三叠系下统晴田堡组(T₁q)，出露于研究区东部，呈南北向分布, 为黄绿-深灰绿色薄-中层状长石砂岩、角岩化杂砂岩.二叠系上统峨眉山玄武岩(P₂β)，出露于研究区东部, 为灰绿-暗绿色玄武岩，地表风化强烈、破碎.北衙地区出露岩浆岩以喜马拉雅山期形成的浅成侵入富碱斑岩为主.北衙向斜是矿区的主要褶皱，位于松桂复式向斜的南部翘起端，属鹤庆-松桂复式向斜的次级构造，轴向北北东，为一宽缓短轴向斜，西翼出露地层T₂b³-T₂b⁵，倾向东；东翼出露地层T₂b¹-T₂b⁵、T₁q及P₂β，倾向西.

3 物性标本特征

研究区出露的岩石主要包括石灰岩、白云岩、砂岩、玄武岩、石英正长斑岩等，据此对工作区开展系统的物性测量，统计岩矿石的物性差异.采集各岩矿石标本173块，测量的物性参数包括密度、磁化率、电阻率及极化率.据统计，石灰岩与白云岩的电阻率、极化率、密度及磁化率等物性参数值较为接近，考虑到地球物理方法的分辨率，无法将两类岩石细分开，将北衙组石灰岩与白云岩归为碳酸盐岩一类考虑.铁矿石标本采自于万硐山采场，分布在岩体的外接触带.

从物性统计表 1总结研究区岩矿石的物性特征有以下特点：碳酸盐岩属于高电阻率，低极化率；砂岩为低电阻率、低极化率；玄武岩属中高电阻率、中低极化率；斑岩为中低电阻率、中高极化率；铁矿石为低电阻率、高极化率.各地层的岩石之间电阻率存在较大差异，可利用电阻率异常划分地层分布.斑岩的密度小于沉积岩的密度，在研究区属低密度体，引起低重力异常，利用岩体的低密度性质确定岩体的几何结构.铁矿石、玄武岩属高磁性体，沉积岩及斑岩磁性较弱.利用电磁测深法可解决玄武岩的分布情况，由其产生的高磁性影响就迎刃而解了，在剔除了玄武岩的干扰因素后，运用磁异常信息进一步确定矿床的有利富集部位.矿石与围岩(铁矿石与斑岩、碳酸盐岩)之间的极化率值差异达到2.37%，可利用极化率参数对矿体进行有效的定位.

4 厘定成矿有利区段

某种成因类型的矿床，产出在特定的地质环境，如接触交代矿床产在中酸性岩体与碳酸盐岩接触带及其附近(翟裕生等，2011).仅有极少数的接触带富集成矿，需地质及地球物理多元信息的约束，才能确定地质异常指示有成矿潜力的接触带.

4.1 平面区块优选

从图 2a可见，研究区的布格重力异常处于负值异常区，幅值分布在-251.8~-240.2 mGal，面积约为42 km².研究区西北部布格重力异常低，东南部布格重力异常高，呈弧形展布.由北往南，万硐山以东、桅杆坡、红泥塘、笔架山、金钩坝一带处于布格重力异常弧形梯度带上，其中，万硐山，北衙村位于中北部布格重力低异常带内.总的来看，研究区的布格重力异常与地形高程呈相反变化(王谦身等，2005).

图 2b为研究区局部磁异常图，磁异常幅值主要分布在-2000~3000nt，以正磁异常为主.高磁异常可分为东、西两个条带.东部高磁异常带是指桅杆坡、笔架山以东一带，异常较为连续.西部高磁异常带是指万硐山、大沙地及金钩坝一带.

地表地质资料显示，桅杆坡至笔架山一带以东出露的岩石以玄武岩为主，对应高磁高重异常带，结合岩石的物性信息看来，玄武岩表现为高重高磁性，该高磁高重异常带应是二叠系玄武岩引起的.因此，对于矽卡岩型矿床来说，研究区东部的高磁高重异常带不是研究的重点.万硐山及红泥塘段地表出露斑岩体及三叠系的碳酸盐岩是满足矽卡岩型矿床的成矿地质条件的，该处显示为低重高磁的异常特性，可认为是有利的矽卡岩型矿床富集部位，故此划分两处有利区块，如图 2b黑线虚线框所示.其中，万硐山是已探明铁金矿体存在的区块，目前正开采利用.红泥塘的重磁异常形态特征都与万硐山有着一定的相似性，红泥塘段是否存在矿(化)体是研究的重点，需开展进一步的研究工作.

4.2 CSAMT地层解译模型

选取三个CSAMT测点分别位于红泥塘(图 3a)、大沙地(图 3b)以东及白沙嘴以南(图 3c).从图 3中可看出，4号、28号测点的视电阻率曲线总体形态为“K型”，探测到地层包括北衙组、晴田堡组、峨眉山玄武岩.3.3~3.9频段是低阻地表第四系覆盖的，2~3.2频段是下部北衙组碳酸盐岩T₂b的高阻表现，1.3-1.9频段是晴田堡组碎屑岩T₁q与二叠系峨眉山玄武岩P₂β的综合响应.86号测点测深曲线是峨眉山玄武岩的反应，受风化剥蚀作用，地表的玄武岩表现为低视电阻率，中低频段电阻率变化不大.图 3所示测深曲线形态符合实际地层情况.

图 4a，剖面西段出露的岩层是T₂b，电阻率结构模型中浅部电阻率异常显示为高阻异常，是北衙组碳酸盐岩的反应，该段剖面底部的高阻异常带由基底玄武岩引起，低电阻率的晴田堡组碎屑岩整合接触于高电阻异常的玄武岩顶界面之上.剖面中段浅部电性特征表现为高低阻相间的条带状或块状异常，是由北衙组碳酸盐岩地层引起.北衙组碳酸盐岩受构造应力的作用，不易变形，裂隙发育，往往构造裂隙、层间破碎带发育、岩溶构造发育(莫宣学等，2008).因此，在剖面的中段即北衙向斜核部，将高低阻相间的条带状或块状异常解释为北衙组碳酸盐岩.向斜核部的中间层电性是完整的低阻异常带，该异常是晴田堡组碎屑岩引起的异常，向斜核部底层电性特征表现为层状且连续性较好的中高电阻率异常带，由玄武岩引起.笔架山以东出露地层较为完整，根据地质线索对可控源资料逐层进行合理的地质解译.

图 4a，根据地质资料解译出三条断层F₁、F₄和F₂₃，推断三条隐伏断裂F₅、F₆和F₇.F₁断层在该处地表不可见，根据电性异常，认为F₁断层在该处存在，且在深部与F₄交汇到一处，切穿北衙组与晴田堡组地层.在笔架山以东峨眉山玄武岩地层里面，带状低电阻率异常穿插在块状的高电阻率异常体中，这些低阻异常可认为是由断层或斑岩体引起的，该区缺少形成矽卡岩型矿床的必要条件即矿质堆积层北衙组碳酸盐岩，将该低阻带解释成岩枝于寻找矽卡岩型矿床无意，本文解译为断层.

以路线地质资料为依据，结合电阻率结构模型，厘清研究区主要地层的接触关系，解译断层，建立如图 4c所示的地层解译模型，为重力异常的拟合提供约束支撑.值得注意的是，在北衙向斜核部两侧的转折端均有两个垂向分布的低阻异常体.向斜构造的转折处，因空隙较大而有利于矿液的流动，是形成矽卡岩和矿体的有利部位(莫宣学等，2008).西转折端分布有红泥塘岩体切穿北衙组地层是有利的找矿空间，那么在北衙向斜的东转折端具有与红泥塘段类似的电阻率特征，同时，断裂F₁和F₄作为研究区的控岩断裂控制着岩体的分布，笔架山段是否同样存在找矿前景？

4.3 岩体解译模型

从图 4b重力异常Δg曲线看：重力异常Δg特征为西低东高，是负重力异常；向斜的西翼也就是红泥塘矿段重力曲线平缓，异常幅值低且变化不大；从向斜的核部到东翼，重力异常Δg开始急剧上升，这与下覆埋深逐渐变浅并出露到地表的玄武岩有很大的关联.地质资料显示，红泥塘出露的岩体走向近南北，倾向西，呈岩株产出，与北衙组地层侵入接触，倾角35°~40°，岩性为石英正长斑岩.结合电阻率结构模型揭露了红泥塘岩体的地下分布，如图 4c.

赋予各地层及岩体的密度参数是以物性测试统计的密度参数值为初始值，通过建立不同的模型进行正演试算，试图突出由岩体引起的重力异常.通过对初始密度值的修正，正演模拟结果的比对，确定北衙组碳酸盐岩密度参数为2.68 g·cm^-3，晴田堡组碎屑岩的密度值为2.72 g·cm^-3，峨眉山玄武岩的密度值为2.86 g·cm^-3，石英正长斑岩密度参数设定为2.55 g·cm^-3.以地层解译模型为初始模型，正演计算修正的密度为参数，斑岩体为主要拟合目标体，对该剖面的重力异常开展约束反演.

拟合过程中发现，图 4b中，在大沙地段Δg_m与Δg_c曲线的差别加大，拟合结果不理想，其他地段都能很好的拟合.试图通过修改各地层界面的几何结构缩小Δg_m与Δg_c值的差别.大沙地段Δg_m < Δg_c，将该局部重力低异常解释为北衙组碳酸盐岩不合理，应由低密度体引起.从研究区各地层的密度值来看，该低密度异常应由斑岩体引起的.顾名思义，大沙地存在隐伏的斑岩体是从红泥塘沿着岩层薄弱环节侵入过来，即大沙地的隐伏岩体是红泥塘岩体的分支.根据这种假设，重新修订模型进行人机交互式反演，多次调整岩体的几何结构，红泥塘至大沙地段始终呈现Δg_m>Δg_c，该假设模型仍存在问题.将红泥塘岩体与大沙地隐伏岩体分隔开为两个单独的岩体，建立模型，开展反演得到如图 5a所示的拟合曲线，Δg_m与Δg_c值已经较接近.

在电阻率结构模型西下角(图 4a)，中阻带将玄武岩切开，该中阻带是红泥塘岩体向上侵入的通道，并出露至地表.剖面中间段电阻率连续性好，表明玄武岩的完整性较好，没有中酸性岩体上升的通道，推测“悬浮”大沙地斑岩体从剖面北侧或南侧侵入.据此，建立岩体解译模型图 5b，圈定岩体与碳酸盐岩的接触关系.红泥塘至大沙地段存在北衙组碳酸盐岩及与其侵入接触的斑岩体，这些都是形成矽卡岩型矿床的必要成矿条件，两者接触带是有利的找矿空间.路线地质观测时，发现红泥塘岩体上接触带局部发育接触交代蚀变和褐铁矿化，为找矿提供了重要的线索.基于上述分析，给出图 5中虚线框所示成矿有利地段.

5 矿(化)体定位预测

矽卡岩矿床中各种硫化物矿物，包括黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿和方铅矿等，可以形成强烈的极化率异常，激发极化法是发现隐伏型矿床的重要方法(张景森等，2009)，利用磁化率、极化率信息可以直接有效的确定矿(化)的存在与否.

从图 5a磁异常Δt曲线看：磁异常Δt为“两端高、中间低”.峰值1608 nT出现在红泥塘至大沙地矿段，该段属于高磁异常区，磁异常Δt幅值一般都在集中在350~1000 nT，异常形态呈“锯齿”状，在岩体的接触带上.从物性来看，斑岩、沉积岩属弱磁性，不足以产生如此高的局部磁异常.峨眉山玄武岩的磁性较强，但其埋深大，不可能产生该局部高磁异常.排除岩体、地层及玄武岩的影响，红泥塘至大沙地的局部高磁异常可能就是由矽卡岩化带或者磁铁矿(化)等引起的.

大沙地至笔架山以西，磁异常Δt幅值主要集中在200 nT上下.根据电阻率结构模型，在向斜核部的东转折端笔架山段是找矿远景区，该段磁异常形态表现为幅值小的台阶状，该异常可能是浅层的薄层矽卡岩化带或磁铁矿(化)或断裂引起的，由于异常幅值较小将该局部异常如图 4c所示将其解释为断层.笔架山以东磁异常Δt逐渐增大，出现峰值并随后衰减，下覆峨眉山玄武岩埋深逐步变浅并出露至地表，由玄武岩高磁性引起.

岩体解译模型及局部高磁异常的约束明显指示如图 5虚线框所划分的地段为具有找矿潜力的接触带，推测存在隐伏的矽卡岩化带或矽卡岩型铁矿床的可能性较大，跟进开展了激发极化法中梯装置剖面及测深工作.

从图 6a看，视极化率异常为“两端低、中间高”，红泥塘段视极化率幅值整体高于大沙地段.红泥塘段视极化率M_S幅值主要分布在2.1%~4.8%范围内，异常极大值达5.29%，属于高极化率异常.大沙地西段视极化率M_S幅值主要集中在2%左右，属中等极化率异常，大沙地东段视极化率幅值小，可认为没有有效的极化率异常.结合视极化率信息，进一步缩小探测范围，在红泥塘西至大沙地以西开展激发极化测深工作.

从激发极化法测深极化率图 6b看，极化率M呈现浅部低，深部高，极化率呈条带状或块状分布.高极值M>4%核心区，异常封闭，分布在红泥塘岩体与北衙组碳酸盐岩的下盘接触带，包括内接触带与外接触带，该接触带是形成接触交代型矿床的有利部位，将高极化率异常带解译为矿(化)体，结合岩体解译模型图 5b建立图 6c所示的矿体解译模型.

6 综合解译地质模型

图 7b勘探线地质剖面总体为一个宽缓的向斜构造，向斜核部为第四系覆盖，地层由下至上分别为二叠系玄武岩、下三叠统晴田堡组碎屑岩及中三叠统北衙组碳酸盐岩，向斜两翼发育多条近南北向断裂，岩体侵位于向斜西翼，岩性为石英正长斑岩，岩体与围岩接触带发育有矽卡岩蚀变现象，伴生有磁铁矿化、褐铁矿化、黄铜矿化、黄铁矿化，矿体形态呈条带状、似层状产出.

结合岩体解译模型图 5b与矿体解译模型图 6c，构建综合地质解译模型图 7a.对比勘探线地质模型图 7b不难发现，综合解译地质模型能较好的反映向斜构造、断层F1、F4、F23等展布情况，断裂F4与F1在一定深度斜交，给出了“F4是F1上盘的陡倾斜张性断裂”(莫宣学等，2008)的地球物理证据，同时，在笔架山以东解译了3条隐伏断裂.受制于地球物理方法分辨率，综合解译出的岩体几何结构不如工程控制的精细，但能分辨岩体的侵入通道，对于研究成矿模式确定找矿方向有着重要的指导意义.工程控制了KT1、KT2两个矿体，综合解译地质模型给出对应的厚大的深部矿体KT2.从勘探线地质模型看，矿体KT2产在岩体与北衙组碳酸盐岩的外接触带上，综合解译的矿体分布在岩体的内外接触带.万硐山矿段揭露的矽卡岩型矿体主要产自岩体与围岩的外接触带，岩体与围岩的内接触带不含矿或含少量的矿.图 7a对红泥塘石英正长斑岩体的解译不符合矽卡岩型矿床成矿特征的认识，进一步修改红泥塘岩体的下盘边界，建立新的模型对重力数据重新进行反演，可得到更为贴合实际地质情况的岩体解译模型，因此，研究矿床的成矿规律可提高地球物理方法的解译精度.对于浅层的薄矿体KT1，极化率剖面图 6b显示为一个规模较小的、中等幅值的极化率异常，未进行详细的解译工作.

7 勘探模式及方法组合

对比综合解译地质模型与勘探线地质模型，利用多元信息约束的方法解译出地层、构造、岩体、矿体的分布，取得了好的勘探效果.同时，优选在北衙矿区外围鹤庆县西邑镇，应用多元信息约束方法建议提交了钻孔验证方案，经钻探工程揭露及样品测试分析得出地下某深度范围内存在一定规模的隐伏矿(化)体，验证了该方法的有效性.

北衙式矽卡岩型铁矿床勘探模式及方法组合包括以下四部分的内容：

(1)明确矿床的成矿要素问题，匹配地球物理方法.可以通过电阻率的差异，从而获得深部地层构造展布；通过密度差异寻找岩体引起的局部重力低异常划分中酸性岩体与围岩的接触关系，初步提出找矿方向；可以通过磁性以及极化率差异直接针对矿体找矿.

(2)厘定成矿有利区段.通过面上的重磁特征，进行区块的优选；以路线地质资料为约束条件，根据CSAMT电阻率结构模型拟定地层接触关系，初步建立地层解译模型，为重力的拟合提供了约束支撑；以地层解译模型为初始模型，正演计算修正的密度为参数，对重力异常进行拟合，圈定岩体与围岩的接触关系，建立岩体解译模型，结合地表地质资料厘定成矿有利地段.

(3)矿(化)体的定位预测.结合局部高磁性信息的约束，确定具有找矿潜力的接触带.在成矿有利区段采用大功率直流激电法，利用视极化率剖面测量方式对成矿有利空间进行进一步明确，并跟进极化率测深，对异常进行修正，获得极化体纵向延展特征，建立矿体解译模型.

(4)建立综合解译地质模型.结合岩体解译模型及矿体解译模型，形成综合解译地质模型，利用钻探验证地球物理勘探模式及方法组合的有效性和可行性.

8 结论

(1)矿床是多种地质因素综合作用的产物，不同的矿床均有其特有的属性.矽卡岩型矿床的成矿先决条件是中酸性侵入岩及化学性质活泼的碳酸盐岩，其有效的找矿空间是岩体与围岩接触带及附近.在充分研究基础上，明确目标体的地质与地球物理多元属性，以岩石物性为纽带，明确地质体与地球物理场的关联性，将地质问题转化成地球物理问题.

(2)应用重磁电及地质等方法解译地层、构造、岩体及矿体，建立了综合解译地质模型，对比勘探线地质模型取得了良好的勘探效果.在北衙矿区外围开展方法有效性试验，验证该了方法的适用性.提出一套适应于北衙地区的隐伏矽卡岩型铁矿床定位方法，该方法弥补了单一方法的不足，形成了多尺度、多参数的综合找矿模式及方法组合，为矿区综合找矿评价、外围找矿及相似成矿地质背景的推广提供理论依据.

致谢

感谢云南黄金矿业集团股份有限公司提供勘探线资料，感谢审稿老师提出的宝贵意见.