高精度磁法在馮莊地區(qū)找礦中的實際應(yīng)用及啟示

趙少寧

（河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第一地質(zhì)大隊 河南 鄭州 450016）

河南省泌陽縣馮莊地區(qū)人口稠密，多集居于河谷兩岸沖積平原及山前低緩地帶，經(jīng)濟(jì)發(fā)展歷來以農(nóng)、林業(yè)為主；少數(shù)從事工礦業(yè)及經(jīng)商業(yè)。自上世紀(jì)八十年代以來，隨著鐵、金礦等一批礦山企業(yè)的建成投產(chǎn)，工礦業(yè)得以迅速發(fā)展，已成為縣域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)之一。此次物探調(diào)查對該地區(qū)今后的地質(zhì)勘探和找礦提供有利信息。

1 地區(qū)地質(zhì)概況

1.1 位置交通及自然地理條件

該區(qū)東西長約3.5km，南北寬約1.88km，面積約6.58km2。由以下地理拐點(diǎn)標(biāo)控制：

1：113°24′45″，32°41′00″

2：113°26′59″，32°41′00″

3：113°26′59″，32°40′00″

4：113°24′45″，32°40′00″

實際地面高精度磁測工作拐點(diǎn)坐標(biāo)如下：

1：X：3617860，Y：38444900

2：X：3617860，Y：38448400

3：X：3615980，Y：38448400

4：X：3615980，Y：3844900

該區(qū)地處桐柏山北麓，地勢總體南高北低，最高海拔標(biāo)高228米，最低點(diǎn)海拔標(biāo)高204米，相對高差最大28米，一般小于100米，屬低山丘陵區(qū)。

1.2 地區(qū)地質(zhì)特征

該區(qū)出露地層?xùn)|部主要為二郎坪群劉山巖組和張家大莊組并層。張家大莊組為絹云石英片巖、變粒巖、薄層石英夾細(xì)碧巖，偶見完整的巖枕構(gòu)造，其排列方式指示地層層序正常。局部石英巖夾薄層炭質(zhì)片巖；劉山巖組與下伏張家大莊組（Pt2z）呈整合接觸。巖性以火山巖為主，下部較復(fù)雜，相變明顯，為變質(zhì)基性火山碎屑巖、細(xì)碧巖夾少量石英角斑巖；中部為凝灰?guī)r、硅質(zhì)巖和少量熔巖夾層，上部為變質(zhì)基性火山巖、變細(xì)碧巖夾少量淺粒巖。第四系黃土、亞粘土、殘坡積物主要出現(xiàn)于該區(qū)溝谷及坡地內(nèi)。

該區(qū)內(nèi)地層傾向南東，傾角25-35度，斷裂構(gòu)造較為發(fā)育，主要特征分述如下：F：位于礦區(qū)北中部。在礦區(qū)內(nèi)出露，走向北西—南東向，傾向42度，傾角65度，出露長度100多米，斷裂構(gòu)造帶內(nèi)主要為石英脈和碎裂巖組成，石英脈嚴(yán)格受斷裂控制，呈斷續(xù)薄脈狀、透鏡狀。金屬礦化以黃鐵礦化、褐鐵礦化為主，呈團(tuán)塊狀、細(xì)脈狀，圍巖蝕變以硅化為主，次為絹云母化。該區(qū)內(nèi)巖體、巖脈發(fā)育，主要描述如下：東南部為桃園巖體，外圍為華力西早期第二次侵入似斑狀中粒黑云母花崗巖，內(nèi)部為晚期第二次侵入的細(xì)粒黑云母花崗巖。北部發(fā)育有閃長巖脈。主要圍巖蝕變常見黃鐵礦化、褐鐵礦化、硅化、綠泥石化、綠簾石化、絹云母化、高嶺土化、碳酸鹽化等。這是區(qū)內(nèi)礦床主要的找礦標(biāo)志。

1.3 地球物理特征

巖（礦）石的磁性差異是磁法勘探的地球物理前題，因此，磁法測量前的實測標(biāo)本數(shù)據(jù)是必不可少的。從實測標(biāo)本數(shù)據(jù)上可以看出：含磁鐵巖礦體為高磁性、高密度體；火成巖類為中磁性、中密度體；變質(zhì)巖類為相對低磁性、低密度體。由此可見，本區(qū)域內(nèi)的巖石磁性差別明顯，是適合使用高精度磁測的。具備了高精度磁測的地球物理條件。

表1 馮莊礦區(qū)主要巖礦石磁性參數(shù)一覽表

31 斜長角閃巖 607.94 132.83 3.18 0.68 32 矽卡巖鐵礦 11518.00 31415.00 3.83 1.33 33 細(xì)碧巖 580.41 18.78 3.00 0.50 34 矽卡巖鐵礦 31892.00117360.00 4.12 1.62 35 石英片巖 486.51 29.99 2.80 0.30 36 大理巖 557.43 44.88 2.84 0.34 37 變粒巖 512.44 78.46 2.91 0.41 38 變粒巖 191.40 205.28 2.93 0.43 39 斜長角閃片巖 203.21 337.98 2.91 0.41 40 閃長巖 312.67 1203.70 1.97 0.53 41 閃長巖 144.22 97.43 2.73 0.23 42 閃長巖 1031.80 136.97 2.98 0.48 43 斜長角閃片巖 196.95 62.80 2.86 0.36 44 斜長角閃片巖 87.09 30.74 2.88 0.38

2 方法及技術(shù)

主要開展地面高精度磁力ΔT測量。

2.1 物探測網(wǎng)及測深點(diǎn)位敷設(shè)

首先要進(jìn)行磁法的面積性勘探，即磁法掃面工作。磁法測網(wǎng)可以采用常用的100×20m矩形測網(wǎng)，由2條基線、36條測線構(gòu)成，控制面積6.58km2。測網(wǎng)基線長3500m，方位90°；測線最長為1880m，方位0°。測網(wǎng)的測線編號為100—450線，測點(diǎn)標(biāo)號為100—188。以測網(wǎng)100線的100點(diǎn)為測網(wǎng)的起算點(diǎn)，該點(diǎn)的坐標(biāo)：X=3615980，Y=444900。其他測線（點(diǎn)）的坐標(biāo)依據(jù)上述剖面設(shè)計計算求得。

加密測量主要在異常區(qū)進(jìn)行，目的是為了進(jìn)一步確定異常區(qū)的范圍、走向及產(chǎn)狀等重要信息。加密測量的方法是在原測線之間加密一條測線。加密后的測線距為50m，點(diǎn)距20m。加密的工作方法同原測網(wǎng)一致。加密工作區(qū)位于測線110—150、測點(diǎn)190—200之間；坐標(biāo)范圍是X：3616480-3616980，Y：445000-445800。

2.2 測網(wǎng)及測深點(diǎn)定位施測

采用的坐標(biāo)系統(tǒng)：平面坐標(biāo)系為1954年北京坐標(biāo)系；高程系統(tǒng)為1956年黃海高程系。使用衛(wèi)星全球定位系統(tǒng)（GPS）時，直接將WGS-84坐標(biāo)與橢球面大地高程轉(zhuǎn)換成本次工作的坐標(biāo)與高程系統(tǒng)。測網(wǎng)布設(shè)定位方法采用手持式GPS定位。利用基準(zhǔn)點(diǎn)（測網(wǎng)的100/100）的理論坐標(biāo)作為物探測網(wǎng)的起算點(diǎn)，依據(jù)測線的方位與線距、點(diǎn)距分別計算出每個測點(diǎn)的理論坐標(biāo)，輸入到GPS內(nèi)。然后利用GPS導(dǎo)航，實地確定每條測線及測點(diǎn)的具體位置。

2.3 地面磁力（ΔT）測量技術(shù)

2.3.1 日變站選擇

日變站選擇在駐地附近的位置。該點(diǎn)位離駐地較近、且遠(yuǎn)離車輛通行。該點(diǎn)同時作為本次工作的基點(diǎn)，并與儀器的校驗點(diǎn)在同一位置。經(jīng)檢測，該點(diǎn)沿水平位置在3m內(nèi)的變化≤2nT；在垂向0.5m的高度內(nèi)，梯度變化≤2nT，磁場比較穩(wěn)定，符合5nT設(shè)計精度的規(guī)范要求。

2.3.2 儀器噪聲試驗

高精度磁測工作共投入4臺GSM-19T質(zhì)子磁力儀磁力儀，分別為1號、2號、3號和4號。開工前對儀器穩(wěn)定性檢測。儀器檢測在測區(qū)附近進(jìn)行，4臺儀器在同一位置（二臺儀器之間間距離約30m）、同一時刻開始；將4臺儀器之間的系統(tǒng)差減去后，其檢測結(jié)果如圖1。

圖1 GSM-19T質(zhì)子磁力儀噪聲檢測觀測數(shù)據(jù)對比示意圖

儀器噪聲用均方根值S進(jìn)行評價，公式如下：

式中：ΔXi—第i時的觀測值Xi與此同時起始觀測值X0的差值；—所有儀器同一時間觀測差值ΔXi的平均值；n—單臺儀器總觀測數(shù)，i=1，2，……n。

從圖中可以看出，4臺儀器的工作狀態(tài)十分穩(wěn)定，數(shù)據(jù)跳躍一般在0.2nT；僅有1號機(jī)出現(xiàn)了一個約0.7nT的躍點(diǎn)。對儀器噪聲觀測連續(xù)取53個觀測數(shù)據(jù)，利用上述公式對4臺儀器的噪聲統(tǒng)計結(jié)果見下表。

表2 儀器噪聲試驗統(tǒng)計結(jié)果表

從表中統(tǒng)計的結(jié)果看，各臺儀器的工作噪聲均在0.17nT以下，說明儀器工作狀態(tài)良好，滿足本次5nT均方誤差要求，4臺儀器都可以使用。在4臺儀器中,4號機(jī)的均方誤差最小，選為在本次工作中進(jìn)行日變觀測。

2.3.3 儀器精度及一致性

儀器一致性試驗在礦區(qū)進(jìn)行，共觀測了30個物理點(diǎn)；數(shù)據(jù)變化在150nT以上。觀測一致性數(shù)據(jù)剖面見下圖（圖2）。

圖2 一致性試驗觀測數(shù)據(jù)對比示意圖

經(jīng)統(tǒng)計，1號、4號和5號儀器對8號機(jī)的一致性均優(yōu)于0.5nT（見表6），滿足規(guī)范相應(yīng)條款要求，可以不進(jìn)行一致性。

表3 儀器一致性試驗統(tǒng)計結(jié)果表

2.3.4地面磁力測量工作技術(shù)措施

1）日變觀測

日變觀測設(shè)專職日變觀測員，使用4號磁力儀進(jìn)行日變觀測工作。在工作日，日變觀測人員與剖面施測人員同時出工，并首先開始日變觀測。結(jié)束后，通知日變觀測員終止當(dāng)日的日變觀測。日變觀測由儀器自動完成，自動記錄，讀數(shù)間隔設(shè)定為20s。

對每天的日變數(shù)據(jù)要進(jìn)行回放和檢查，主要檢查儀器工作時間是否完整，儀器工作有無中斷、是否存在掉格及磁暴、有無鐵磁性物體影響等。對檢查無誤的數(shù)據(jù)存檔待用。

2）數(shù)據(jù)觀測

地面磁力測量的工作采用擔(dān)負(fù)式，一臺儀器一人工作。觀測前對觀測員進(jìn)行了去磁處理，不攜帶手機(jī)、鑰匙等鐵磁性物件或可以產(chǎn)生電磁信號的物體。

工作使用2m探桿，每個測點(diǎn)在觀測時保持探桿觸地，保證了探頭高度的一致性。觀測時，探頭上的“N”極指北（測線大號點(diǎn)方向），保證了探頭指向的一致性。

工作時，將當(dāng)日開始作業(yè)的第一個測點(diǎn)作為當(dāng)日的校正點(diǎn)；觀測結(jié)束時，返回到校正點(diǎn)進(jìn)行當(dāng)日的最后一次觀測。

數(shù)據(jù)觀測一般讀數(shù)2次，當(dāng)2次的讀數(shù)差≤2nT時，存入第二次的觀測數(shù)據(jù)。當(dāng)讀數(shù)差＞2nT時進(jìn)行多次觀測，并選擇常見值存入儀器。對于讀數(shù)不穩(wěn)定的測點(diǎn)，檢查了影響因素，并進(jìn)行了點(diǎn)位及異常情況記錄。

3）數(shù)據(jù)改正

數(shù)據(jù)改正工作主要是將觀測的地磁總場數(shù)據(jù)（T）改正為工作區(qū)的相對異常數(shù)據(jù)（ΔT）。改正公式如下：

ΔT=T-T0-Tr

式中：T0為礦區(qū)基點(diǎn)改正；Tr為日變改正

①日變及基點(diǎn)改正

本次工作的基點(diǎn)取日變觀測站位置的磁場（T0），則日變站觀測的日變數(shù)據(jù)為TR，且有Tr＝T0＋Tr。因此，進(jìn)行日變TR改正時，同時改正了T0及Tr。TR改正直接用剖面觀測數(shù)據(jù)直接減去日變數(shù)據(jù)完成。

②背景場改正

依據(jù)T0改正所得到的正常場是區(qū)域性的，可能不滿足礦區(qū)的異常背景。從初步的改正數(shù)據(jù)圖分析，其背景明顯偏高。經(jīng)分析研究，最后確定對上述基本數(shù)據(jù)進(jìn)行-200nT的區(qū)域背景改正。

加密異常部分沒有進(jìn)行背景場改正。

3 物探異常特征概述

3.1 異常分布概述

測區(qū)地面高精度磁測ΔT異常的數(shù)據(jù)等值線比較簡單，異常分布比較規(guī)律（見圖3）。

圖3 馮莊礦區(qū)地面磁測（ΔT）異常等值線平面圖

在全測區(qū)異常圖上，ΔT等值線具有明顯帶狀延伸趨勢。異常背景較低，有明顯負(fù)值異常帶發(fā)育；正值背景寬闊，局部異常不發(fā)育，僅在測區(qū)西部有局部異常ΔT1顯示，異常規(guī)模小，強(qiáng)度不大。其它部位異常變化一般在100～300nT之間。

圖4 馮莊礦區(qū)地面磁測DT1加密異常等值線平面圖

DT1異常大致呈帶狀，長約500m，寬約40～60m，整體上具北西—南東走向。該異常中心部位強(qiáng)度高，與外側(cè)異常差異較大，似由不同異常疊加形成。異常中心強(qiáng)度最高2435nT，外側(cè)異常峰值600～1000nT。

測區(qū)南西角及北東角的串珠狀變化由由高速公路等干擾引起。

為了更好地控制DT1異常，便于分析研究異常體征和推斷解釋，我們對該異常進(jìn)行了加密觀測，觀測網(wǎng)度50×20m。整理后的異常見圖4。

加密后的異常特征更加清晰，主體特征不變。中心異常依然清晰，大致由1100nT圈定，長約100m。外圍異?；静蛔儭?/p>

3.2 異常數(shù)據(jù)處理

本次對加密的DT1異常進(jìn)行了化極處理，其目的是研究在垂直磁化條件下的異常特征?；瘶O標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)：東經(jīng)113°25′，北緯 32°41′；化極后參數(shù)是：地磁傾角 90°（垂直磁化）；地磁偏角0°?；瘶O后異常經(jīng)低通濾波的結(jié)果見圖5。

圖5 馮莊礦區(qū)ΔT化極濾波異常平面圖

從圖面上看化極后的異常在平面位置上變化很小，異常中心及規(guī)?；静蛔?；異常北側(cè)的負(fù)異常（帶）略有變化，在150線東側(cè)出現(xiàn)明顯負(fù)異常中心。

上述異常體征表明地磁體磁性主要集中于地表附近，向下延伸不大；地磁體磁性以感磁為主；地磁體產(chǎn)狀直立。

4 主要成果

依據(jù)物性資料，ΔT異常主要由磁鐵礦引起；異常強(qiáng)度的大小與磁鐵礦的品位和規(guī)模有關(guān)。其它地層、巖性一般不引起異常。綜合以上初步分析，推斷認(rèn)為DT1異?？赡苡设F磁性礦物富集引起，具有磁鐵礦成礦的可能性；其它部位的磁性變化主要與巖性變化有關(guān)，不具有找（磁鐵）礦的意義。依據(jù)DT1的異常特征，推斷其場源形態(tài)為囊狀，可近似視為球體。對其埋深用可用4種方法估計。

1）運(yùn)用切線法估計磁性體埋深約43m，具體計算見下圖（圖 6）。

2）運(yùn)用切線法估計磁性體的頂板埋深約32m（見圖7）。

圖6 DT1異常反演計算圖示（1）

圖7 DT1異常反演計算圖示（2）

3）運(yùn)用特征點(diǎn)法估計磁性體的中心埋深約36m （見圖7）。

圖8 DT1異常反演計算圖示（3）

4）利用復(fù)梯度振幅法估計深度約23m（見圖6）。

圖9 DT1異常反演計算圖示（4）

通過在地面的磁力ΔT測量和對DT1異常進(jìn)行的加密測量從而圈定ΔT異常1個，推斷可能由磁鐵礦（化）引起，依據(jù)異常反演結(jié)果推斷其場源形態(tài)可能為囊狀體，可近似視為球體。并對地磁體的埋深、形態(tài)等參數(shù)進(jìn)行了估計得出埋深20～30m，半徑 10～20m；中心埋深 30～40m，若取半徑 15m 則體積為v=4*3.14*15*15*15/3=14137m3，取礦石的比重為4，則礦石量=4*14137=56548t，也就是5～6萬噸。

5 結(jié)論與啟示

通過磁法物探工作在馮莊地區(qū)的開展，可以總結(jié)出一下經(jīng)驗與啟示：

5.1 高精度磁法的工作方法很重要

本次物探工作在馮莊區(qū)域內(nèi)完成了地面磁力ΔT測量面積達(dá)到了6.58km2。如此大面積的掃面工作必須要與對重點(diǎn)異常進(jìn)行的加密測量相結(jié)合，只有這樣才能更具體、形象、準(zhǔn)確的反應(yīng)出該區(qū)域內(nèi)的高磁異常體的地質(zhì)信息。

在實際工作中，要結(jié)合多種物探方法或測量方式，選取最有利于尋找或確定異常體信息的方法。各種物探方法也要綜合利用，靈活運(yùn)用，往往比單一方法效果更佳。

5.2 要保證物探工作的正確、規(guī)范，確保數(shù)據(jù)質(zhì)量的可靠

在工作過程中，工作方法及工作程序要確保正確，不能有遺漏，不能違反規(guī)范進(jìn)行操作。儀器設(shè)備需狀態(tài)穩(wěn)定，數(shù)據(jù)觀測質(zhì)量也需符合規(guī)范要求。實際工作中，一定要實行完善的野外記錄與管理制度，確保第一手?jǐn)?shù)據(jù)的質(zhì)量。在后期數(shù)據(jù)處理及成圖中，只有所有數(shù)據(jù)資料可靠，才可以利用。

5.3 多注意地質(zhì)與物探的綜合分析

在實際工作中，要注意地質(zhì)與物探工作的相互結(jié)合。地質(zhì)信息是物探工作開展的前提與基礎(chǔ)，而良好的物探工作可以進(jìn)一步明確地質(zhì)信息，為下一步鉆探等工作提供依據(jù)。兩者相輔相成，缺一不可，所以在實際工作中，要注重地質(zhì)與物探資料的綜合分析，這樣才可以少走彎路，提高效率。

在鐵礦尋找難度不斷增加，資源瓶頸制約日益嚴(yán)重的形勢下，準(zhǔn)確合理利用高精度磁測的各種方法，并結(jié)合地質(zhì)信息進(jìn)行綜合分析，為類似馮莊鐵礦地質(zhì)條件的區(qū)域內(nèi)尋找礦產(chǎn)提供了重要的借鑒意義。

［1］河南省泌陽縣馮莊礦區(qū)物探工作總結(jié)[R].2011，4.