大冶鐵礦接替資源勘查項(xiàng)目中“空、地、井”磁法測量的應(yīng)用

高寶龍, 陶德益, 詹應(yīng)林, 范志雄, 周 逵

(中國冶金地質(zhì)總局中南地質(zhì)勘查院,武漢 430081)

大冶鐵礦接替資源勘查項(xiàng)目中“空、地、井”磁法測量的應(yīng)用

高寶龍, 陶德益, 詹應(yīng)林, 范志雄, 周 逵

(中國冶金地質(zhì)總局中南地質(zhì)勘查院,武漢 430081)

大冶鐵礦項(xiàng)目屬2004年度危機(jī)礦山接替資源勘查項(xiàng)目九個試點(diǎn)項(xiàng)目之一。該項(xiàng)目的實(shí)施,不但取得了深部找礦的重大突破,解決了接替資源問題,同時也為全國危機(jī)礦山深部找礦工作的開展起到了示范作用。論文重點(diǎn)介紹了1/1萬高分辨率航空磁測、1/2000高精度地面磁測、井中三分量磁測等磁法工作在勘查工作中的應(yīng)用效果,特別是“空、地、井”磁測聯(lián)合勘查,深部弱信息提取技術(shù),精細(xì)反演技術(shù)、井-地磁測聯(lián)合反演技術(shù)等幾個方面值得借鑒和推廣。初步統(tǒng)計(jì),大冶鐵礦參考磁異常布置的32個鉆孔中,19個孔見礦。因此,本文認(rèn)為在深部找礦(-600m)過程中,磁法工作依然大有可為。

大冶鐵礦 “空、地、井”磁測 精細(xì)反演解釋 深部找礦

Gao Bao-long,Tao De-yi,Zhan Y ing-lin,Fan Zhi-xiong,Zhou-kui.Application of aerosurface and borehole magnetic exploration to the prospecting of exhausted m ines in the Daye iron m ine [J].Geology and Exploration,2010,46(3):0483-0490.

0 引言

大冶鐵礦是我國著名的大型鐵(銅)礦床,是武鋼重要的富鐵礦原料基地之一。礦區(qū)位于湖北省黃石市鐵山區(qū)境內(nèi),行政區(qū)劃隸屬湖北省黃石市鐵山區(qū)。西北距武漢市104km,東距黃石市區(qū)25km,東南距大冶市15km,礦山專線鐵路3km有標(biāo)準(zhǔn)軌距鐵路專線與武(漢)九(江)鐵路相連,有公路與武(漢)黃(石)公路相接。沿鐵路向西在武漢與京廣鐵路,向東南在九江與京九鐵路相連。東至黃石市與長江相通,水陸交通十分方便。礦區(qū)地理坐標(biāo)為:東經(jīng)114°51′37″～114°55′22″,北緯30°11′33″～30° 14′14″,面積11.83km2。

歷年來大冶鐵礦累計(jì)探明鐵礦石資源/儲量16195.5wt,年產(chǎn)鐵精礦在120wt以上。但經(jīng)過48年大規(guī)模的開采,目前保有儲量嚴(yán)重不足,礦山主體資源消耗殆盡,急需進(jìn)行深部找礦,解決接替資源問題,以延長礦山服務(wù)年限,從而促進(jìn)企業(yè)和地方經(jīng)濟(jì)持續(xù)、穩(wěn)定、健康發(fā)展,保障社會穩(wěn)定。“湖北省黃石市大冶鐵礦接替資源找礦”是全國危機(jī)礦山接替資源找礦首批九個試點(diǎn)項(xiàng)目之一。該項(xiàng)目的實(shí)施過程中開展了1/1萬高精度航磁、地面高精度磁測和井中磁測等物探工作(劉玉成等,2006),中國冶金地質(zhì)總局中南地質(zhì)勘查院、中國國土資源部航空物探遙感中心(簡稱航遙中心,下同)和中國地質(zhì)大學(xué)等單位對該區(qū)磁測資料也作了大量的綜合研究工作(劉玉成等,2006;于長春等,2007;熊盛青等, 2007;李淑玲等,2007;劉雙等,2008;張大蓮等, 2008;習(xí)宇飛等,2008),認(rèn)為該區(qū)磁測工作獲得的異常具有很大的找礦潛力。

通過該項(xiàng)目的實(shí)施,實(shí)現(xiàn)了危機(jī)礦山深部找礦的重大突破,起到了示范的作用,取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

1 地質(zhì)概況及地球物理特征

1.1 地質(zhì)概況

大冶鐵礦位于淮陽山字型構(gòu)造的前弧西翼與新華夏系構(gòu)造體系第二隆起帶與沉降帶的聯(lián)合部位之鄂城—大磨山次級隆起帶的北段,相當(dāng)于傳統(tǒng)構(gòu)造區(qū)劃的下楊子褶皺帶西部大冶復(fù)式向斜構(gòu)造的北翼部位,隸屬于長江中下游富鐵富銅成礦帶的西段。

礦區(qū)內(nèi)出露地層主要為三疊系下統(tǒng)大冶群,零星出露二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M、大隆組。第四系殘坡積及堆積物零星分布,主要在低洼地段。區(qū)內(nèi)控礦地層為富含鈣、鎂質(zhì)的下三疊統(tǒng)大冶群灰?guī)r,工業(yè)礦體主要賦存在大冶群第四段至第五段中。礦床的形成與區(qū)內(nèi)燕山早期巖漿侵入活動關(guān)系密切,該期形成的中細(xì)粒含石英閃長巖、黑云母透輝石閃長巖常構(gòu)成礦體的直接頂、底板圍巖,巖體示意圖(圖1)。

經(jīng)過幾十年的開采和研究工作(翟裕生等, 1982;盧峰,2003;劉玉成等,2006;王瑜等,2007;林建華等,2008),對大冶鐵礦的成礦模式及賦存部位有了更清晰的認(rèn)識。大冶鐵礦床為一大型屬高溫?zé)嵋航佑|交代型(矽卡巖型)鐵礦床。本礦床主要賦存于燕山期中細(xì)粒含石英閃長巖(或黑云母輝石閃長巖)與三疊系下統(tǒng)大冶群灰?guī)r(已變質(zhì)為大理巖及白云質(zhì)大理巖)的接觸帶上。礦體呈透鏡狀、似層狀、脈狀、囊狀等,形態(tài)產(chǎn)狀受接觸帶構(gòu)造的控制(圖2)。

1.2 巖礦石的磁性特征

已往工作中已在本區(qū)及其外圍采測了大量的巖礦石物性標(biāo)本,積累了豐富的資料,也有不少學(xué)者對大冶鐵礦的磁性特征進(jìn)行了研究(徐柏安,1990;朱永剛等,2006)。本次工作有針對性地對巖礦體露頭、礦區(qū)鉆孔巖芯的磁化率作了測量,同時采集了一定數(shù)量的定向標(biāo)本測定余磁。根據(jù)本次磁性測量結(jié)果,結(jié)合收集到的已往磁性資料,經(jīng)分析、整理,磁性統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1①。從表中結(jié)果可以得出本區(qū)各類巖礦石磁性特征的基本規(guī)律:

圖1 鐵山巖體及成礦構(gòu)造示意剖面圖Fig.1 Schematic section of Tieshan rock mass and metallogen ic structures

圖2 大冶鐵礦接觸帶控礦示意圖Fig.2 Schematic diagram of contact zones controll ing ore distribution in the Daye iron m ine

表1 大冶鐵礦礦區(qū)巖礦石磁性參數(shù)統(tǒng)計(jì)表Table1 Statistics of magnetic parameters of rocks in the Daye iron m ine

本區(qū)沉積巖類(主要為大理巖)是無磁或弱磁性的,磁化率常見值為21×10-5SI,剩余磁化強(qiáng)度近似于零。因此在沉積巖上不會產(chǎn)生磁異常。不同巖性的侵入巖具有較強(qiáng)的磁性,磁化率變化范圍500×10-5～12000×10-5SI。斑狀花崗閃長巖、透輝石閃長巖、細(xì)斑含石英閃長巖、粗斑含石英閃長巖、閃長巖、黑云母透輝石閃長巖,磁化率依次增強(qiáng)。各類閃長巖均能引起一定強(qiáng)度的磁異常,其中黑云母透輝石閃長巖磁性較強(qiáng),能引起上千納特的磁異常,是本區(qū)深部找礦的主要干擾因素。

綜上所述,在本區(qū)開展磁法工作具備了基本的物理前提。

2 大比例尺高分辨率航空磁測①

本次航磁測量由航遙感中心于2005年完成。該方法是一種以找礦為目的,集直升機(jī)1∶1萬及以上大比例尺航空物探測量、數(shù)據(jù)處理、解釋為一體的技術(shù)方法(于長春等,2007;熊盛青等,2007)。該方法在大冶鐵礦應(yīng)用結(jié)果表明,獲得的航磁成果不僅填補(bǔ)了礦區(qū)以及周邊缺乏高精度、高分辨率磁場資料的空白,預(yù)測了多個找礦靶區(qū),同時還實(shí)現(xiàn)了直接找礦。

2.1 直升機(jī)測量系統(tǒng)及測量效果

采用國際領(lǐng)先的硬架式直升機(jī)航磁測量系統(tǒng),在該區(qū)完成1/1萬高精度航磁測量307.8km2。實(shí)際飛行測網(wǎng)疏密度為100m±10.9m、平均飛行高度為144m、測量總精度±0.16 nT、平面定位誤差小于2m、高度誤差小于5m,真正實(shí)現(xiàn)了“大比例尺、低飛行高度、高精度”。與1957年的1∶10萬航磁測量、1974年1∶5萬航磁測量、1976年1∶2.5萬航磁測量、1993年1∶2.5萬磁電放綜合站測量相比,2005年高分辨率航空磁測異常細(xì)節(jié)豐富,區(qū)內(nèi)四個強(qiáng)磁異常分別對應(yīng)著鐵門坎、龍洞、象鼻山、獅子山礦段。豐富的異常信息和高精度的數(shù)據(jù)質(zhì)量也為精細(xì)反演解釋工作提供了前提。

2.2 曲面位場數(shù)據(jù)處理技術(shù)

在處理大冶航磁資料工作中,創(chuàng)造性地采用了如下方法完成了曲面位場化極工作:首先對GPS高程網(wǎng)格數(shù)據(jù)進(jìn)行去條帶處理,形成較為圓滑的GPS飛行曲面。而后采用曲面位場處理系統(tǒng)曲化曲功能,將原△T磁場化到圓滑的GPS飛行曲面上。最后將原始DT M曲面、處理過的GPS曲面、曲化曲后的△T磁場網(wǎng)格數(shù)據(jù)作為曲面位場處理系統(tǒng)原始輸入數(shù)據(jù),完成本區(qū)曲面化極的處理。

2.3 精細(xì)反演解釋技術(shù)

針對所獲得的高精度磁異常并結(jié)合位場數(shù)據(jù)處理結(jié)果,對其進(jìn)行了精細(xì)反演解釋,包括自動反演技術(shù)、人機(jī)交互反演等。其主要內(nèi)容有:①詳細(xì)的巖礦石磁性測量及統(tǒng)計(jì)分析,為反演建模提供準(zhǔn)確的巖石磁性資料;②全剖面反演方法準(zhǔn)確把握地下磁性體的變化特征;③初始模型的建立是以已知地質(zhì)勘探剖面、已知鉆孔和自動三維反演結(jié)果為依據(jù);④通過地質(zhì)圖和磁異常聯(lián)合控制地質(zhì)體模型的走向及延伸邊界。通過上述精細(xì)反演解釋技術(shù)獲得了較好的效果。

2.4 應(yīng)用效果

據(jù)統(tǒng)計(jì)先后結(jié)合航磁異常反演情況共布置鉆孔7個,其中見礦鉆孔4個。ZK13-8孔于703m～732m見礦,累計(jì)見礦厚度11m,圖3中Fe2就是見礦的大致位置;ZK21-8孔于740m～840m深度見數(shù)層礦,累計(jì)鐵礦體厚14.6 m。

圖3 大冶鐵礦13勘探線航磁異常反演剖面圖Fig.3 Aero-magnetic anomalies for exploratory line No.13 and its inversion profile in the Daye iron m ine

3 地面高精度磁測

在該區(qū)開展了95.7km共61條剖面1/2000高精度磁測剖面。一方面驗(yàn)證了航磁異常,同時在龍洞-尖林山獲得了高精度的地面磁測數(shù)據(jù)。

3.1 數(shù)據(jù)的前期處理

從剖面異常數(shù)據(jù)看(圖4),地面異常受到地表人文及隨機(jī)干擾非常嚴(yán)重,鐵礦廠房、建筑物等都對地面測量造成嚴(yán)重的影響。處理時充分參考了航磁異常資料、井中磁測資料和已知鉆孔資料,對以往工作成果進(jìn)行了全面系統(tǒng)的研究、整理。更為重要的是,全面結(jié)合和高度重視早期ΔZ磁異常資料的二次開發(fā)利用工作。剔除干擾數(shù)據(jù),獲得最終的磁異常。

圖4 大冶鐵礦15勘探線地質(zhì)磁法反演綜合剖面圖Fig.4 Surface-magnetic anomalies for exploration line No.15and it’s inversion profile in Daye iron m ine

3.2 弱磁異常的提取及剩余異常的擬合

弱磁異常的提取是定量反演的關(guān)鍵(劉天佑等,2006;劉天佑等,2007)。首先全面分析和總結(jié)大冶鐵礦區(qū)大量的巖礦石標(biāo)本資料,確定巖礦石的磁性范圍和常見值;其次對平面磁異常(ΔT和ΔZ)進(jìn)行離散小波多尺度分解和譜分析,以此來確定深部的磁異常及異常場源深度;再次遵循由已知到未知的原則,正演各個已知地質(zhì)體(已知礦體、巖體、采空區(qū)等)的磁異常,實(shí)測磁異常減掉各個正演異常之和就是剩余異常。這個過程不是一蹴而就的,而是通過多條相鄰剖面反復(fù)正演計(jì)算,同時充分利用考慮礦體開發(fā)前后對ΔT和ΔZ異常特征的影響而最終獲得的;最后根據(jù)接觸帶成礦的規(guī)律并結(jié)合相鄰地質(zhì)剖面及井中磁測異常,選擇利用礦體或異常干擾因素-黑云母透輝石閃長巖來擬合剩余磁異常。

3.3 應(yīng)用效果

對獲得的高精度磁異常采用離散小波多尺度分解與功率譜分析方法相結(jié)合的方法進(jìn)行深部弱信息的提取,并嚴(yán)格按照鉆孔控制地質(zhì)體及成礦規(guī)律進(jìn)行人機(jī)交互的精細(xì)2.5D磁測剖面反演,獲得較好的找礦效果。其中大冶鐵礦深部勘查第一鉆ZK15 -7孔于793.40～819.20m見30.55m的厚大磁鐵礦,實(shí)現(xiàn)了大冶鐵礦深部找礦的突破,就是地面高精度磁測精細(xì)反演效果的有利佐證,見圖4。

據(jù)統(tǒng)計(jì),本次工作先后共參照地面磁測反演情況并結(jié)合地質(zhì)規(guī)律布置鉆孔24個,見礦孔14個。

4 井中三分量磁測

對全區(qū)40個鉆孔開展了井中三分量磁測和磁化率測井,其中18個鉆孔發(fā)現(xiàn)磁異常。采用定性分析、半定量-定量解釋相結(jié)合,推斷其中11個鉆孔的磁異常為盲礦體引起,有待進(jìn)一步驗(yàn)證;依托該項(xiàng)目,還開展了井中磁測資料的解釋方法研究(范志雄等, 2006;劉雙等,2008;張大蓮等,2008),取得了較好的效果。根據(jù)三分量磁異常解釋結(jié)果施工的ZK19-1 -17孔累計(jì)穿礦厚度達(dá)40多米,見圖5、圖6。

5 地質(zhì)與“空、地、井”聯(lián)合解釋

圖5 大冶鐵礦19-1勘探線井中三分量磁測推斷解釋剖面圖Fig.5 I nterpretation section of three-component borehole magnetic data for exploration line No.19-1 line in the Daye iron m ine

與此同時,依托大冶鐵礦危機(jī)礦山項(xiàng)目的工作成果,國家危機(jī)礦山接替資源找礦科研項(xiàng)目《井-地磁測聯(lián)合反演技術(shù)示范》也取得了可喜的成果:①成功編制井-地磁測聯(lián)合反演解釋軟件,并通過國家危機(jī)礦山項(xiàng)目辦的驗(yàn)收,得到了項(xiàng)目辦專家的充分肯定;②對區(qū)內(nèi)11個鉆孔進(jìn)行的井-地磁測聯(lián)合反演研究,初步估算資源量達(dá)1000wt以上。

6 結(jié)語

航空磁測實(shí)現(xiàn)了“大比例尺、低飛行高度、高精度”,彌補(bǔ)了地面磁測抗干擾能力差的缺點(diǎn),獲得了高精度的磁測數(shù)據(jù),結(jié)合先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理方法及精細(xì)反演解釋技術(shù)實(shí)現(xiàn)了直接找礦;地面磁測工作充分利用了ΔT和ΔZ磁異常數(shù)據(jù),采用離散小波多尺度分解和譜分析技術(shù)進(jìn)行深部弱磁異常的提取,并

大冶鐵礦磁法工作的成功應(yīng)用不是純粹單一的方法組合,而是將“空、地、井”三種磁測方法緊密結(jié)合在一起,揚(yáng)長避短、優(yōu)勢互補(bǔ),并緊密結(jié)合地質(zhì)成礦規(guī)律及施工鉆孔情況開展系統(tǒng)的綜合研究、精細(xì)解釋的結(jié)果。真正做到了地質(zhì)與物探的聯(lián)合解釋。進(jìn)行了精細(xì)的2.5D反演計(jì)算,獲得了較好的地質(zhì)找礦效果;井中磁測充分發(fā)揮距離場源近的特點(diǎn),有效指導(dǎo)了鉆探的施工并發(fā)現(xiàn)了多處井旁盲礦。

圖6 大冶鐵礦19-1勘探線ZK19-1-17孔驗(yàn)證情況剖面圖Fig.6 Verification section of exploration line No.19-1 in the Daye iron m ine

“空、地、井”三種磁測方法聯(lián)合應(yīng)用,地質(zhì)與物探的緊密結(jié)合,對大量地質(zhì)、物探資料全面系統(tǒng)地整理和研究,使得大冶鐵礦接替資源勘查項(xiàng)目取得了較好的地質(zhì)找礦成果和社會、經(jīng)濟(jì)效益,更為危機(jī)礦山項(xiàng)目中磁法工作的開展起到了示范作用。初步統(tǒng)計(jì),大冶鐵礦參考磁異常布置的32個鉆孔中,19個孔見礦。因此,本文認(rèn)為在深部找礦(-600m)過程中,磁法工作依然大有可為。尤其是在“空、地、井”磁測的聯(lián)合應(yīng)用、深部弱磁異常信息提取技術(shù)、精細(xì)的反演解釋推斷、井-地磁測聯(lián)合反演解釋技術(shù)幾個方面,值得在今后工作中不斷推廣應(yīng)用。

[注釋]

①中國國土資源航空物探遙感中心.2006.湖北黃石地區(qū)1∶1萬航空物探(磁)勘查成果報(bào)告

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Application of Aero-Surface and BoreholeMagnetic Exploration to the Prospect ing of ExhaustedM ines in the Daye Iron M ine

GAO Bao-long,TAO De-yi,ZHAN Ying-lin,FAN Zhi-xiong,ZHOU kui
(Central South Geological Survey of China Exploration&Engineering Bureau,W uhan 430081)

The Daye iron mine prospecting isone of the nine experimental subjects for the Prospecting of CrisisMines in 2004.Through this subject, deep concealed ores are exposed and it has become an example for other crisismines.This paper presents the application of 1/10000 aeromagnetic,1/ 2000 high-resolution surface-magnetic,and boreholemagnetic prospecting conducted in theDaye ironmine.It focuseson the following aspects:combinations of“aero-surface-borehole”magnetic prospecting,pick-up technique on weak information of deep mines,precise inversion techniques,and joint inversion techniques of surface and borehole magnetic data.All these techniques are worth to be further applied for reference and expanding.The preliminary statistics shows that among the 32 drillswhich were designed with reference to the magnetic abno rmities in the Daye iron mine,19 drills have revealed concealed ores.It demonstrates thatmagnetic prospecting can contribute much in efforts to search for concealed ores at depth(～600m)in exhausted mines.

theDaye ironmine,“aero-surface-borehole”magnetic prospecting,precise inversion and interpretation,ore prospecting to deep subsurface

book=5,ebook=55

P631.2

A

0495-5331(2010)03-0483-08

2010-04-25;[責(zé)任編輯]鄭 杰。

該項(xiàng)目得到了全國危機(jī)礦山接替資源找礦項(xiàng)目(編號:200442007)、全國危機(jī)礦山接替資源找礦新技術(shù)新方法項(xiàng)目(編號: 200799084)、中國冶金地質(zhì)總局中南局科研項(xiàng)目《磁測空、地、井聯(lián)合反演解釋研究》的資助。

高寶龍(1979年-),男,工程師,2006年畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(xué)(北京),地球探測與信息技術(shù)專業(yè),碩士研究生,從事礦產(chǎn)應(yīng)用地球物理工作,E-mail:blgao@126.com。