利用3D磁反演与放射性测年技术界定并描述含金矿及伴生矿化的岩体结构特征：以埃塞俄比亚西部梅特克尔带埃甘博地区为例

《Journal of African Earth Sciences》：3D magnetic inversion and radiometric studies for the delineation and characterization of litho-structural features hosting gold and associated mineralization: A case study from the Egambo area, Metekel Zone, Western Ethiopia

　　摘要：本研究通过整合地面磁法、放射性数据、探槽地球化学数据以及钻孔数据，对埃塞俄比亚西部盾状地带的埃甘博地区的结构控制型金矿化及其相关矿化现象进行了研究。主要目标是明确控矿的岩构控制因素，描述热液蚀变特征，并确定前寒武纪绿岩带中与矿石相关的构造几何形态。探槽地球化学数据显示，金浓度在0.0026至5.03 ppm之间变化（平均值为0.96 ppm），表明从背景值到高品位矿化区存在显著差异。钻孔数据则显示，在大约19.7–142.2米深度范围内，金浓度在1.48至2.28 ppm之间较为连续，这为地下矿石的连续性提供了依据。这些区域还伴随着砷、锑、铁和硒等元素浓度的升高，反映出该地区属于硫化物丰富的热液系统。磁法数据显示出-63至48 nT之间的残余异常，划分出了四个受主要NEE–SSW向剪切带及次级断层系统控制的岩构域。放射性数据结果显示钾含量较高（>0.49%），当量铀含量处于中等水平（8.7–13.4 ppm），而当量钍含量较低（1.3–4.7 ppm），这些都表明该地区存在强烈的钾质蚀变现象。高K/eTh比值区域与磁异常低值区及构造走廊在空间上相吻合，说明这些区域是热液流体流动和蚀变的场所。欧拉反演结果显示，金矿化的源头深度在0至200米之间，其中150–200米深度处有较强的聚集现象，这与钻孔中的矿化带位置一致。三维磁法反演得出的磁化率体在垂直方向上延伸至约200米深度，标准化均方根误差为0.30；正向建模则将浅层矿化源头的顶部定位在30–39米深度（均方根误差为0.57）。综合分析表明，金矿化主要集中在经过钾质蚀变的NEE–SSW向剪切带中，这些剪切带还具有硅化、碳酸盐化和硫化物富集等特征。总体而言，本研究证明，通过整合地球物理和地球化学方法，可以为前寒武纪地层中结构控制型金矿化的勘探提供可靠的预测框架。

引言：埃甘博地区属于埃塞俄比亚西部盾状地带，位于布伦镇以西，属于阿拉伯-努比亚盾状地带的南部段。这一金属成矿区从埃塞俄比亚延伸至以色列，从埃及延伸至阿拉伯半岛（Abu-Alam等人，2019年）。该盾状地带因存在与新元古代造山作用相关的结构控制型金矿系统而闻名于世。阿索萨地区的金矿化现象，尤其是在泛非片岩带以及其上的第三纪火山岩序列中，通常被认为属于结构控制型矿化。剪切带、断层以及岩性接触面等变形构造是热液流体迁移及金元素沉积的通道（Bullock & Morgan，2018年）。因此，明确这些岩构特征的几何形态和连续性对于优化勘探目标、降低地下预测的不确定性具有重要意义。地球物理方法是一种有效的手段，可用于探测这类隐伏构造。磁法数据对与构造破坏、侵入体以及热液蚀变过程相关的地下磁化率变化极为敏感，包括岩石的去磁现象。相比之下，放射性数据，尤其是钾、当量铀、当量钍及其比值，能够为了解与矿化系统相关的岩性变化和蚀变模式提供重要信息。在全球多个结构复杂的金矿区，人们已成功运用这些数据的整合方法来识别蚀变晕圈以及结构控制型的矿化带（A. Abubakar等人，2023年；Alao等人，2024年；F. Abubakar等人，2025年；Ordó?ez等人，2025年；F. Abubakar等人，2026年）。尽管埃塞俄比亚西部的绿岩带，包括梅特克尔带，具有很高的成矿潜力，但以往的勘探工作主要集中于手工采矿和砂金开采，很少运用现代地下成像技术。因此，埃甘博地区控制原生金矿化的地下构造框架至今仍不甚清楚。本研究通过结合地面磁法和放射性数据以及成熟的地球物理原理，旨在弥补这一缺陷，从而更准确地描述和识别控制金矿化的地下岩构因素，进而提升该地区的勘探效率（Blakely，1996年；Dentith & Mudge，2014年；Naeem等人，2023年）。这种方法有助于发现仅凭地表观测难以察觉的隐伏地质特征，从而填补地表与地下岩构特征之间的空白，为该地区的矿产勘探提供可行的理论框架。此外，本研究还提出了一种可推广的地球物理与构造整合方法，可用于识别类似前寒武纪地层中的结构控制型金矿化现象及其相关矿化体。

埃塞俄比亚西部地处阿拉伯-努比亚盾状地带的新生代前寒武纪基底岩之上，这些基底岩形成于泛非造山运动期间，随后又经历了多期的构造活动改造（Abdelsalam等人，2002年；Stern & Johnson，2018年；T. Alemu，2021年）。这样的地质演化形成了复杂的构造框架，为矿化作用的形成创造了条件。埃塞俄比亚西部的金矿化现象，尤其是在贝尼尚古尔-古穆兹和沃尔莱加地区，与NEE–SSW向的剪切带密切相关（Braathen等人，2001年；Mammo，2013年；T. Alemu，2021年；Warkisa等人，2021年；Oljira等人，2022年）。图1显示，这些构造主要出现在西部绿岩带的绿片岩相岩石中，其特征为脆性-塑性变形、石英-碳酸盐脉状构造以及典型的造山型金矿床所具有的含硫化物热液蚀变特征（Abdelnasser，2025年）。埃甘博地区位于埃塞俄比亚绿岩带的西部，距离亚的斯亚贝巴约650公里。该调查区的UTM坐标范围为北纬1172000–1174000米，东经821200–822400米，而地理坐标则为北纬10.580–10.600度，东经35.90–35.940度（图2a）。该地区仅有一条未铺设的道路与布伦至德布雷泽伊特的主干道相连（图2b）。这里属于低地平原，气候炎热，气温可高达38摄氏度。当地的植被以金合欢林、热带草原草类、竹子以及混合森林为主。梅特克尔带内的主要河流有德贝萨河、阿希河、沙雷河和埃甘博河，还有几条溪流最终汇入贝莱斯-丁德尔河流系统。这些水体为当地农业以及常见的砂金开采活动提供了水源。本研究基于这样一个假设：埃甘博地区的金矿化及其相关矿化现象受NEE–SSW向剪切带和岩性接触面的结构控制，可通过整合地面磁法和放射性数据来有效识别。本研究的主要目标是明确并描述研究区内与金矿化相关的地下岩构框架及热液蚀变特征。具体而言，本研究旨在：（1）利用整合后的磁法和放射性数据，绘制剪切带、断层、岩性接触面以及风化层等岩构特征图；（2）通过磁法参数以及钾、当量铀、当量钍及其比值等放射性指标，识别并量化与热液蚀变相关的地球物理异常特征；（3）通过综合分析和三维磁法建模，确定变形构造及矿化带的几何形态和连续性。

区域地质：布伦地区，包括巴拉达、多比、埃孔蒂和埃甘博等地，其区域地质以新生代前寒武纪的变质岩和火成岩为主（图3）。主要的岩性单元包括角闪岩、石英长石片麻岩、黑云母片麻岩、玄武岩、大理石、变晶岩、黑云母花岗岩、石英岩以及绿泥石片岩。这些岩性反映了与泛非造山热事件相关的多期变质和岩浆活动历史。该地区的构造格架为……

地面磁法数据来源与处理：在本研究中，共使用Geometrics 856 Proton Precision磁力仪沿21条剖面采集了595组原始地面磁法数据，该仪器的分辨率可达0.1 nT，精度为0.5 nT。测量站之间的距离为20米，各剖面之间的间距为100米。这些数据在研究区的调查基线上呈空间分布，该基线的走向为N100E方向（图4）。对测得的总磁力值进行了昼夜变化校正以及IGRF 2015标准下的校正。

总磁异常：编制得到的总磁异常图（图5a）显示出了高磁异常区和低磁异常区，这些区域反映了研究区地下岩构单元的空间分布情况。为了更清晰地呈现构造趋势，并识别出可能由特定地质体引起的异常，人们对总磁异常网格应用了归零处理，从而得到了归零后的总磁异常网格图（图5b）。

归零处理：为研究区编制的归零处理后的磁异常图（图5b）……

讨论：综合地球物理分析结果表明，结构变形是埃甘博地区金矿化的主要控制因素。从残余磁异常图（图7a）和分析信号图（图10a）中提取的CET线状构造均显示出以NEE–SSW向为主的构造走廊，同时还存在N–S向、NW–SE向以及E–W向的次级构造走向。这些构造与埃塞俄比亚西部盾状地带的区域构造格架相一致（图1），并且也与……

结论：通过综合地球物理和地球化学方法的研究，成功验证了以下假设：埃甘博地区的金矿化现象确实受NEE–SSW向剪切带和岩性接触面的结构控制。研究结果证实，整合后的地面磁法、放射性数据、钻孔数据以及探槽地球化学数据能够有效地揭示该地区的地下岩构框架及相关矿化系统。磁法增强技术以及CET方法也为本研究提供了有力的支持。

CRediT作者贡献声明：Sofiya Abdulkadir：撰写——审阅与编辑，概念设计。Zelalem Demissie：撰写——审阅与编辑，软件应用，概念设计。Worash Getaneh：撰写——审阅与编辑，结果验证，概念设计。Abera Alemu：撰写——审阅与编辑，初稿撰写，可视化处理，结果验证，监督指导，软件应用，研究方法设计，数据整理，概念设计。Abebaw Anteneh：撰写——审阅与编辑，初稿撰写，可视化处理。

未引用参考文献：Abubakar, 2024; El Koundi等人，2024; Geophysical Software Solutions Pty Ltd, 2013; Laine和Peltoniemi, 2001; Woldetensae等人，2008。

数据获取：如需获取地面磁法数据和放射性数据，可向相应作者请求。

利益冲突声明：作为本文的作者，我们声明与这篇题为“基于三维磁法反演和放射性研究识别控制金矿化及相关矿化的岩构特征：以埃塞俄比亚西部梅特克尔带埃甘博地区为例”的论文不存在任何利益冲突。

人类与动物权益声明：本研究未涉及任何人类参与者或动物实验。

资金支持声明：本研究未获得任何来自公共机构或商业领域的资助。

利益冲突声明：作为本文的作者，我们再次声明，与这篇论文无关，不存在任何需要披露的利益冲突。

致谢：作者们衷心感谢埃塞俄比亚地质研究所提供的地质、地球物理和地球化学数据，这些数据最初是由一家挪威公司收集的，为本研究提供了重要支持。同时，我们也感谢各位编辑和审稿人提出的宝贵意见和建议，这些意见极大地提升了论文的质量。

Abebaw Anteneh | Abera Alemu | Worash Getaneh | Zelalem Demissie | Sofiya Abdulkadir
埃塞俄比亚亚的斯亚贝巴大学地球科学学院，邮政信箱1176，亚的斯亚贝巴，埃塞俄比亚