高精度磁法在蘇丹紅海州佛地宛鐵礦找礦中的應用

杜漢卿，劉占途，張文華，霍印峰

（1.中國冶金地質總局地球物理勘查院，河北 保定 071051；2.中鋼集團天津地質研究院，天津 300181）

1 礦區(qū)地質概況

蘇丹的佛地宛（Fodikwan）鐵礦床產(chǎn)于紅海州的紅海山脈（北緯21°44’33”；東經(jīng)36°42’42”），礦區(qū)位于國際港口蘇丹港以北，穆罕默德高勒港以西50 km處。

礦區(qū)所處大地構造位置為撒哈拉地臺的阿拉伯－努比亞地盾。區(qū)域主要出露元古宇基底巖系，由下而上分別為［1］：①中、古元古界Kashebib群：主要為花崗片麻巖、角閃巖、石英巖和混合巖；②新元古界Hafirdeib群：主要為一套變質巖和變質中酸性火山巖構成；③新元古界Awat群：主要巖性為礫巖、粗砂巖、泥巖、流紋巖、英安巖和安山巖。區(qū)域的火成巖均為新元古代形成，有較早的巖基狀花崗巖、以輝長巖為主的中基性侵入巖、較晚的巖株狀花崗巖；與火山活動同期的次火山巖亦很發(fā)育（圖1）。

佛地宛鐵礦區(qū)出露巖石以新元古代火山巖為主，分布在礦區(qū)的中部靠近鐵礦體的部位，主要巖性為安山巖，安山玢巖；有些部位的火山巖呈侵入產(chǎn)狀，或沿斷裂、裂隙穿插于地層及花崗巖中，推測為火山構造中的侵出體，或為次火山巖體?；鹕綆r的周圍為元古代花崗巖體占據(jù)，主要巖石類型為斑狀花崗巖、黑云母花崗巖、鉀長花崗巖。

礦區(qū)內不同方向的斷裂十分發(fā)育，控礦的斷裂為NE向斷裂，走向40°～60°，傾向SE，地表出露約800 m，鐵礦體產(chǎn)于該組斷裂之中；成礦后有一組斷裂切錯鐵礦體，走向310°，向SW傾，傾角較小，近于水平，鐵礦體被切錯，西盤向北平移，斷距近100 m，推斷該斷裂為右行逆掩性質。

佛地宛鐵礦床共由3個鐵礦體構成。礦體主要產(chǎn)于安山巖－次安山巖中的斷裂構造及裂隙中，嚴格受斷裂的控制。地表出露的鐵礦體呈脈狀，走向25°，傾向SE，傾角30°～50°。鐵礦石的品位變化較大，不穩(wěn)定，礦石w（TFe）最高64.93％，最低43.84％，平均55.29％；赤鐵礦石的品位較高，而磁鐵礦石的品位較低。礦石中w（S）＝0.026％～0.047％，w（P）＝0.17％～1.98％；w（TiO2）＝0.72％～2.67％。

礦石為中粗粒狀結構，以致密塊狀構造為主。礦石的礦物成分簡單，以赤鐵礦、磁鐵礦為主，磁性不均勻；其次為褐鐵礦，脈石礦物較少。

圖1 蘇丹佛地宛秩礦區(qū)域地質略圖Fig.1 Regional geological map of Fodikwan iron deposit in Sudan

礦床圍巖蝕變的類型有青磐巖化、綠泥石化、綠簾石化、鈉長石化、高嶺土化、碳酸鹽化、硅化等。蝕變的分帶特征不很明顯，在空間上與鐵礦化具有著較密切的聯(lián)系，是成礦過程中的產(chǎn)物。由礦床地質特征判斷，佛地宛鐵礦床屬與元古代火山作用有關的火山－次火山熱液裂隙充填型鐵礦床。

2 礦區(qū)巖（礦）石的物性特征

礦區(qū)巖、礦石物性參數(shù)統(tǒng)計結果（表1）說明：該區(qū)除磁鐵礦礦石具有高磁特征外，其他巖（礦）石多為中低磁背景。由于礦區(qū)赤鐵礦－假象赤鐵礦與磁鐵礦的混染比較嚴重，導致礦石的磁性非常不均勻，在赤鐵礦－假象赤鐵礦含量高的部位往往顯示為無磁性或者是弱磁性。

根據(jù)磁化率實測結果（表1）顯示，工作區(qū)內不含磁鐵礦的巖（礦）石的磁化率很低，磁場上一般沒有異常反映；含磁鐵礦的巖石磁性強，往往形成寬度不大的窄、陡異常。

宏觀上，全區(qū)的地磁異常主要集中在鐵礦出露的部位，正負背景場同時出現(xiàn)，異常展布方向多呈NE-SW向。

3 工作方法

在佛地宛鐵礦區(qū)內建立5個永久性的測量控制點，以此為基礎實施1∶5 000比例尺的磁法測量布網(wǎng)，同時開展了工區(qū)地形測量，獲得了工區(qū)的三維地形圖。

佛地宛鐵礦區(qū)鐵礦體與圍巖的磁性差異較為明顯，磁法測量能夠清晰地區(qū)分礦體與圍巖。佛地宛鐵礦區(qū)為1 km ×4 km的長方形區(qū)域，根據(jù)礦區(qū)鐵礦露頭走向NE的特點，布置測線的方向為NW向。共布測線81條，每條測線長度1 km，磁法勘測點共計4 131個點。磁法測量的網(wǎng)度為50 m×20 m，使用的儀器為GSM-19磁力儀。

表1 礦區(qū)巖（礦）石磁化率測定統(tǒng)計Table 1 Susceptibility parameter statistics of rock and ore of Fodikwan iron deposit

GSM-19磁力儀的主要性能指標：

靈敏度：0.1 n T；

分辨率：0.01 n T；

絕對精度：1 n T；

量程：20 000～120 000 n T；

梯度容限：＞7 000 n T/m；

采樣率：3～60 s/次。

對磁測數(shù)據(jù)進行了日變改正、正常場改正和高度改正。日變改正采用GSM-19磁力儀所配制的校準程序進行；正常場改正和高度改正由中國地質大學磁法勘探軟件系統(tǒng)（MAGS 2.0）自動完成。

對磁測數(shù)據(jù)反演時采用的參數(shù)主要是礦體的磁化強度、礦體的幾何參數(shù)。采用人機交互反演方法。目前在高精磁測應用方面比較成熟的定量方法是位場的二度半解譯，它主要采用二度半體逼近三度體的校正迭代反演技術與實時正演擬合技術，實現(xiàn)高精磁測人機聯(lián)作解譯。

4 磁異常特征及解釋推斷

4.1 磁法ΔT平面特征

在低緯度地區(qū)，觀測得到的磁場形態(tài)遠比在中、高緯度地區(qū)相同地質條件下復雜得多，具體表現(xiàn)為磁異常遠比地質構造復雜，負異常明顯，伴生異常增多；而中、高緯度地區(qū)的異常分布形態(tài)與地質構造的對應關系較為明顯［2］。佛地宛鐵礦區(qū)正負異常相伴而生，負異常明顯，如表2。

工區(qū)的負異常特征明顯，這是因為在以水平磁化為主的條件下，磁性體產(chǎn)生的ΔT異常主要由水平分量構成［3］。在解譯前，對ΔT異常做了化極和向上延拓處理。繪制出工區(qū)的地面高精度磁測ΔT等值線平面圖（圖2）和平面－剖面圖（圖3）。

從圖2，圖3可以看出，ΔT磁異?？傮w呈NESW向延展，磁異常的長軸方向與鐵礦體的走向基本一致。在該區(qū)有3個很明顯的正異常高值集中區(qū)，圍繞著正異常高值區(qū)的周圍有很明顯的負異常高值集中區(qū)。結合野外地質特征，3個明顯異常區(qū)中的2個高值集中區(qū)（包括正、負）與地表鐵礦體的分布相當吻合（正負異常高值集中在長1 000 m的區(qū)域內），異常總體長度約2 000 m，寬度500 m左右，走向為NE向，初步推斷為鐵礦體引起，磁場的ΔT正值的最大值為16 564.2 n T，負值的最大值為－7 298.73 n T。

表2 佛地宛鐵礦部分測點磁ΔT值統(tǒng)計表Table 2 Statistics ofΔT value at some points surveyed

隨后在3個異常區(qū)布置了3條精測剖面，剖面線垂直于異常走向方向布設，有效磁化強度方向向上。實測ΔT值經(jīng)化極處理并進行2.5維人機交互反演（圖4）。

通過反演推斷，認為鐵礦體的傾角較陡，規(guī)模較小，向深部延伸有限，磁性體最大延深為距地表200 m左右，由地表向下磁性體局部為板狀體，有些地段則呈長寬相近的形態(tài)產(chǎn)出，在礦體的延展方向上，磁性體的產(chǎn)狀也會發(fā)生改變，正如圖4的反演剖面顯示，磁性體既有向NW傾（300°）的，也有朝SE傾（120°）者，這與火山熱液鐵礦床的特點相符。

4.2 磁化率三維反演及模型

圖2 佛地宛鐵礦區(qū)磁法平面等值線圖Fig.2 Plane isoline map of magnetic anomaly at Fodikwan iron deposit

圖3 佛地宛鐵礦區(qū)磁法平面－剖面圖Fig.3 Magnetic anomaly profile on plane of Fodikwan iron deposit

圖4 2.5維反演剖面Fig.4 2.5-demension inversion profile藍線：實測曲線 紅線：正演曲線 綠線：擬合曲線

磁化率三維成像技術以大量的不同磁化率的網(wǎng)格剖分單元的組合來模擬地下復雜的磁性體，每個網(wǎng)格單元與磁異常數(shù)據(jù)之間為線性關系。從刻畫地下復雜磁性體的靈活性和對觀測數(shù)據(jù)的擬合能力來說，磁化率三維成像技術相比于傳統(tǒng)磁測數(shù)據(jù)解譯手段具有非常大的優(yōu)勢［4］。為使磁測數(shù)據(jù)的解譯結果能夠刻畫復雜的磁性體，利用高精度磁測實測數(shù)據(jù)，運用磁化率三維成像技術反演磁測數(shù)據(jù)，建立鐵礦體的三維空間模擬圖像。通過三維建模，可以更好地研究礦體的空間形態(tài)特征，更好對礦體向深部的延伸方向及三維空間形態(tài)做出合理的判斷。

圖5 反演磁化率三維模型平面圖Fig.5 3-demension model for the inversed susceptibility plan

圖6 佛地宛鐵礦磁化率三維反演模型多角度效果圖Fig.6 Muti-angle view of 3-demension model for the inversed susceptibility of Fodikwan iron deposit

圖5為經(jīng)過反演計算得到的佛地宛鐵礦磁化率三維模型平面圖。通過與ΔT平面圖相對比，取0.08（模型計算系數(shù)）作為異常下限，在最大程度上與地表磁性異常相吻合。三維圖像顯示，鐵礦體在地表以下有近乎垂直的延伸，但是總體面積不大。

從三維反演模型多角度效果圖（圖6）可以直觀地看到，磁性體在深部總體呈垂直向下延伸的狀態(tài)，沒有明顯的傾斜方向，但是顯示出向30°方向側伏的趨勢。由此推斷，磁性體是沿主斷裂貫入的，鐵礦的形成與斷裂構造關系密切。

反演成像結果與已知的地質信息吻合得很好，且給出了深部礦體的空間分布信息，說明反演解譯取得了較好的效果。由此可見，基于地質基礎的高精磁測2.5維人機交互反演方法和磁化率三維成像技術聯(lián)合解譯深部地質體的方法能夠有效地集成近地表地質實測信息和高精磁測異常信息，從而可以對礦帶或礦集區(qū)范圍內三維地質體建模，這彌補了以往僅依靠一系列規(guī)則、連續(xù)性強的鉆孔或剖面數(shù)據(jù)推測地質體方法的不足，對于深部找礦、靶區(qū)圈定和定量資源評價等工作具有較現(xiàn)實的意義［5］。

5 結語

通過2.5維人機交互反演和磁化率三維反演模型兩種方法，聯(lián)合解譯佛地宛鐵礦區(qū)鐵礦體地表及其深部礦體特征，通過反演結果顯示出礦體的賦存狀態(tài)、規(guī)模大小和延伸深度。鉆孔最終驗證的結果與其解譯的結果相吻合。這表明，兩種方法聯(lián)合應用于蘇丹佛地宛鐵礦實測數(shù)據(jù)的解釋獲得了很好的效果。

［1］ Geological map of the Sudan（1∶2 000 000）［M］.Khartoum：Geological ＆Mineral Resources Departement of Sudan，1981.

［2］ 姚長利，管志寧，高德章，等.低緯度磁異?；瘶O方法——壓制因子法［J］.地球物理學報，2003，46（5）：690-696.

［3］ 趙百民，郝天珧，徐亞.低緯度磁異常的轉換與處理［J］.地球物理學進展，2009，24（1）：124-130.

［4］ 楊波.三維光滑磁化率成像反演及在大冶鐵礦的應用［J］.地球物理學進展，2010，25（4）：1433-1441.

［5］ 王功文，張壽庭，燕長海，等.基于地質與重磁數(shù)據(jù)集成的欒川鉬多金屬礦區(qū)三維地質建模［J］.地球科學——中國地質大學學報，2011，36（2）：360-366.