物探方法在礦產(chǎn)預測中的應用

陰江寧，肖克炎，2

(1．中國地質(zhì)科學院礦產(chǎn)資源研究所，北京 100037;2．長江大學地球科學學院，湖北 荊州434023)

物探方法在礦產(chǎn)預測中的應用

陰江寧1，肖克炎1，2

(1．中國地質(zhì)科學院礦產(chǎn)資源研究所，北京 100037;2．長江大學地球科學學院，湖北 荊州434023)

在綜合信息礦產(chǎn)預測中，物探方法在劃分大地構(gòu)造單元，識別斷裂構(gòu)造、地層和巖體信息方面可發(fā)揮獨特作用，重磁可以作為預測要素參與綜合信息找礦預測和評價，也可在識別隱伏礦、深部礦方面發(fā)揮很好的作用。總結(jié)了重磁方法在礦產(chǎn)預測方面的技術(shù)特點和流程。

重力;磁法;礦產(chǎn)預測

0 引言

應用地質(zhì)、物探、地球化學、遙感等資料進行綜合信息成礦預測是目前找礦工作發(fā)展的一個重要趨勢(葉天竺等，2011)。在成礦預測中，物探的諸多方法都可直接或間接地發(fā)揮作用，但在中、大比例尺成礦預測中主要使用重力與磁法。

根據(jù)礦產(chǎn)預測的一般過程，物探資料在成礦預測中的應用主要體現(xiàn)在兩個方面：一方面是用于基礎(chǔ)地質(zhì)構(gòu)造研究，主要是識別有物性差異的隱伏、半隱伏構(gòu)造(包括斷裂構(gòu)造、褶皺構(gòu)造、火山構(gòu)造、沉積盆地和接觸蝕變帶)、巖體(侵入巖體)和地層(火山巖地層、變質(zhì)巖地層、沉積巖地層和結(jié)晶基底)，對預測區(qū)的綜合地質(zhì)構(gòu)造(尤其是隱伏地質(zhì)構(gòu)造)進行分析，從而參與成礦有利地段圈定;另一方面是作為異常找礦信息研究，為找礦遠景區(qū)提供直接或間接的找礦標志，從而參與靶區(qū)圈定和資源量估算(肖克炎等，2010)。

1 重磁數(shù)據(jù)處理方法

1．1 重磁數(shù)據(jù)處理及解譯工作流程

圖1 重磁數(shù)據(jù)處理及解譯工作流程圖

重磁數(shù)據(jù)處理及解譯工作流程如圖1所示。

(1)資料收集包括重磁資料和其他物探、地質(zhì)資料。(2)物性(密度和磁性)資料的收集和實測。巖石的物性研究是正確開展物探工作的基礎(chǔ)，是物探與地質(zhì)相聯(lián)系的紐帶，也是能否完成地質(zhì)任務的關(guān)鍵。(3)預處理。在地面觀測的重磁數(shù)據(jù)中，由于一般均含有觀測誤差和地表、淺層不均勻干擾，特別是在高精度測量數(shù)據(jù)中，采樣點密，畸變點數(shù)值高，形態(tài)復雜。因此，要對原始資料進行預處理，盡可能壓制或消除表層、淺層干擾，或統(tǒng)一測網(wǎng)、統(tǒng)一基點，形成數(shù)據(jù)處理前的基礎(chǔ)資料。(4)網(wǎng)格化數(shù)據(jù)。由于計算機處理重磁資料是輸入的規(guī)則網(wǎng)數(shù)據(jù)信息，因此要把重磁場變成規(guī)則網(wǎng)位場數(shù)據(jù)。(5)重磁場頻率域位場轉(zhuǎn)換和濾波包括各種分量變換、微積分變換、向上或向下延拓，及地球物理場的各種濾波，進行區(qū)域場和局部場，以及各種功能參數(shù)提取。在具體運用中可根據(jù)測區(qū)特征和地質(zhì)任務選擇幾種能說明問題的參數(shù)。通過對航磁資料分析(主要包括平面剖面圖和平面等值線圖)和對它們進行處理，這些處理包括化極(針對航磁)、向上延拓、水平一階求導、垂向一階求導、垂向二階求導、剩余異常處理、區(qū)化平、濾波等以及其他轉(zhuǎn)化處理等，可以對航磁資料所反映的地質(zhì)和找礦信息(尤其是在深部)有一個更為全面的認識。

1．2 區(qū)域重磁解譯分析遵循的基本原則

區(qū)域重磁異常是一個復雜的疊加異常場，既有局部異常，也有區(qū)域性異常;既有不同時代的異常，也有由于區(qū)域構(gòu)造運動引起的異常遷移。因此，在區(qū)域礦產(chǎn)資源評價中主要研究的是異常群體，而不拘泥某個異常，而且重點是通過重磁信息研究區(qū)域控礦地質(zhì)問題。按照綜合信息礦產(chǎn)資源評價和區(qū)域重磁分析的基本原理，重磁解譯分析遵循的基本原則如下。

1．2．1 重磁解譯應以區(qū)域地質(zhì)為先驗前提 重磁解譯應結(jié)合地質(zhì)進行綜合分析。一方面要充分考慮收集區(qū)域不同巖石建造的物性資料，了解區(qū)域巖石的磁性、密度參數(shù)，同時也要利用GIS空間分析技術(shù)，將物探異常與區(qū)域地質(zhì)圖進行疊加分析，統(tǒng)計各個地質(zhì)單元與物探異常的對應關(guān)系，為物探定性確定異常性質(zhì)作準備;另一方面，在解譯過程中，對解譯的構(gòu)造和巖漿巖要結(jié)合地表地質(zhì)現(xiàn)象進行綜合分析。礦產(chǎn)資源評價的重磁解譯地質(zhì)先驗前提還應該以成礦模型為指導。

1．2．2 重磁解譯要遵循地球物理方法學科的基本原理 重磁勘探分析和測定的是重磁異常，重磁成礦信息分析的本質(zhì)是研究重磁異常與地質(zhì)體的對應規(guī)律和聯(lián)系。在區(qū)域成礦分析中，要遵循重磁分析基本原理進行統(tǒng)計分析：(1)由于區(qū)域重磁場群體疊加復雜性，只有通過地質(zhì)綜合分析，統(tǒng)計定性各異常的地質(zhì)意義;(2)大部分埋藏較深的區(qū)域性異?？梢院喕癁闊o限延深的厚板體;(3)利用不同延拓高度可以確定異常的規(guī)模大小，進行異常的分解，但隨著上延高度增加，異常范圍會擴大，極值減小，特征線范圍會擴大;(4)水平方向?qū)?shù)可以大致確定重磁變化急變帶，垂向二階導零線可以圈定異常邊界;(5)局部串珠狀異常群可能由大斷裂反映，異常場形態(tài)、走向改變也可能是斷裂構(gòu)造引起;(6)異常急變帶往往是深大斷裂反映;(7)對于無限延深的厚板，磁性體向異常變化較緩的一端傾斜，對于有限延深的厚板磁性體向異常變化較陡并向負異常一端傾斜。

2 用重磁解譯信息研究基礎(chǔ)地質(zhì)構(gòu)造

斷裂構(gòu)造是最重要的一種構(gòu)造類型，它不但是劃分大地構(gòu)造單元的重要界線，在成巖成礦過程中也為導礦(巖)和容礦(巖)過程提供了通道和空間。斷裂構(gòu)造是區(qū)域構(gòu)造研究的重要內(nèi)容，區(qū)域性斷裂一般具有較大的橫向位移和垂向位移，或沿斷裂帶強烈的巖漿活動，造成斷裂帶及其兩側(cè)明顯的密度差異和磁性差異，從而產(chǎn)生區(qū)域性的重磁異常。在中、小比例尺的重磁異常圖上，區(qū)域性斷裂帶表現(xiàn)為等值線梯度帶、重磁異常特征分區(qū)界線、狹長的局部異常帶、等值線有規(guī)律地扭曲、錯位、中斷和交叉等特征。利用重磁資料研究區(qū)域斷裂的常規(guī)方法是依據(jù)這些標志定性解釋，劃出相應的特征線，對比地質(zhì)資料和其他物探資料，確定斷裂的存在，還可輔以簡單的正、反演計算，估計斷裂的有關(guān)參數(shù)。近年來，重磁數(shù)據(jù)反演和統(tǒng)計分析方法用于斷裂定量研究，也取得了較好效果。

2．1 區(qū)域性重力資料的分析研究

區(qū)域性重力異常源自殼內(nèi)密度不均勻(如大型巖體或區(qū)域性巖相變化)和地殼運動造成的密度界面形態(tài)變化等因素。作為單極子場，重力異常與場源的對應關(guān)系明確，地質(zhì)解釋簡單。通常，區(qū)域重力異常高反映基巖隆起、背斜褶皺帶、斷塊翹起或地壘等正向構(gòu)造;區(qū)域性重力異常低則反映沉積盆地、坳陷、斷塊傾斜或地塹等負向構(gòu)造。在條件有利地區(qū)，重力資料對圈定盆地范圍、估計蓋層厚度和基巖埋源、劃分構(gòu)造單元等都可取得良好效果。

利用重力異常資料研究區(qū)域構(gòu)造的主要依據(jù)包括異常形態(tài)、輪廓、分布型式、方位展布、幅度和梯度等特征。區(qū)域重力異常是大地水準面以下所有密度界面和密度不均勻的綜合效應，包含了不同層次的物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造信息。采用位場分離和反演技術(shù)，同樣可以計算從莫霍面至新生界底界等特定的密度界面，以定量研究區(qū)域構(gòu)造，這種方法已在劃分大地構(gòu)造單元盆地等得到成功的應用。

2．2 區(qū)域航磁資料的分析研究

區(qū)域性航磁資料具有受地表地形和淺層磁性體干擾小、覆蓋程度均勻、多層結(jié)構(gòu)信息量大等優(yōu)點，廣泛應用于研究構(gòu)造分區(qū)、基底構(gòu)造格架和蓋層構(gòu)造等方面。不同大地構(gòu)造單元的磁性結(jié)晶基底的成分、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造不同，區(qū)域性航磁異常特征也不同，據(jù)此可進行大地構(gòu)造單元分區(qū)。

斷裂構(gòu)造在航磁異常圖上表現(xiàn)為多種形式。如不同磁場區(qū)的分界線往往是規(guī)模較大的斷裂或斷裂帶，它們是劃分大地構(gòu)造單元的重要依據(jù);磁異常梯度帶往往是上下兩盤發(fā)生錯動，形成臺階狀磁性體的斷裂;串珠狀磁性異常帶往往反映存在有充填各種巖漿巖體的深大斷裂;線性異常帶(可以是正異常、負異常或正負交替出現(xiàn)的異常)往往反映具有明顯方向的斷裂;磁異常的突變帶和錯動帶往往預示著斷裂作用而形成的;雁行狀異常帶和放射狀異常帶往往是由于復雜的構(gòu)造作用所形成的與巖漿活動有關(guān)的斷裂帶或破碎帶。以上各種類型的磁異常特征是提取構(gòu)造信息的重要依據(jù)，磁場區(qū)分界線的中間位置或者以上各種磁異常的中間位置往往是斷裂構(gòu)造的中心線，可據(jù)此將構(gòu)造信息提取出來的褶皺構(gòu)造主要包括向斜、背斜和穹隆構(gòu)造，它們是由于巖石受應力發(fā)生彎曲而形成的，也是一種重要的容礦構(gòu)造，尤其是在它們的傾伏端、側(cè)伏端以及核部更是有利的成礦部位。沉積盆地在磁場上表現(xiàn)為相對周圍呈低緩的弱磁異常區(qū)、高背景場中的寬緩異常區(qū)或負磁場區(qū)。只有沉積盆地存在磁性基底時才能圈定，否則，不能圈定沉積盆地。

2．3 巖體信息的提取

巖體信息的提取主要包括巖漿巖(侵入巖)和次火山巖體和部分變質(zhì)巖(主要是正變質(zhì)巖，磁性較強)。磁法配合以重力是有效識別侵入巖體、巖漿巖帶和次火山巖體的重要手段，尤其在識別隱伏、半隱伏深部巖體方面更是其他方法所無法比擬的。各類侵入巖體在重磁異常圖上常常表現(xiàn)為不同的特征?；院统詭r體一般同步顯示高的磁力和重力異常，異常強度和規(guī)模都較大;中性巖體一般顯示磁力高，重力弱高或無異常顯示，異常規(guī)模通常較大;酸性巖體一般同步顯示磁力低與重力低，異常規(guī)模通常巨大;巖體與圍巖的接觸帶所形成的環(huán)形異常往往也是識別巖體的重要標志;不論是基性巖體還是酸性巖體，其提取或圈定方法基本相同，具體為：通常以磁異常的梯度陡變帶為巖體的邊界;對規(guī)模較小的磁性體，可按磁異常一階導數(shù)零值線圈定;對規(guī)模較大的磁性體，可采用二階導數(shù)零值線來圈定;對巖體本身磁性較弱，但因接觸蝕變后磁性增強而引起磁異常時(如矽卡巖)，通常使用環(huán)狀磁異常內(nèi)側(cè)的梯度陡變帶來圈定。

3 重磁資料在區(qū)域礦產(chǎn)資源評價中的應用

在礦產(chǎn)資源評價中，必須充分應用重磁斷解釋資料，對隱伏侵入體，火山機構(gòu)、隱伏或隱蔽構(gòu)造進行定量反演，大致確定隱伏侵入體的埋深，以重磁資料為基礎(chǔ)編制區(qū)域礦產(chǎn)預測要素圖。使用重磁資料遙感信息識別各種線性構(gòu)造，使用構(gòu)造交會部、巖體影響緩沖區(qū)及地球化學異常圈定預測區(qū)，使用巖漿巖、地層、區(qū)域構(gòu)造、地球化學、遙感異常、地球物理特征等多要素優(yōu)選預測區(qū)。對于有磁性礦床(或其他具有磁性的礦床)，可以用三維反演方法，采用現(xiàn)代計算機重磁三維反演軟件，快速估算各磁性異常的三維空間形狀、大小、埋深和體積等，根據(jù)鐵礦類型、品位噸位分布計算資源量。

由于地質(zhì)作用的復雜性、地質(zhì)觀察研究的不統(tǒng)一性、物化遙信息的多解性等，需要將多種綜合信息集成，揭示區(qū)域礦產(chǎn)的分布規(guī)律。把航磁推斷地質(zhì)構(gòu)造圖和地質(zhì)圖、重力推斷地質(zhì)構(gòu)造圖以及遙感推斷地質(zhì)構(gòu)造圖有機綜合在一起形成綜合地質(zhì)構(gòu)造圖，用作礦產(chǎn)預測的底圖;作為直接找礦標志，礦致異常航磁異常圖可以直接參與靶區(qū)圈定、資源量估算(主要針對鐵礦)，并為下一步地質(zhì)找礦工作部署提供參考依據(jù)。

4 結(jié)論

物探資料可以根據(jù)物性差異的推斷隱伏構(gòu)造、斷裂構(gòu)造，巖體(侵入巖體)和地層(火山巖地層、變質(zhì)巖地層、沉積巖地層和結(jié)晶基底等，在深部礦調(diào)和

礦產(chǎn)勘查預測方面等方面都有著不可替代的作用。對預測區(qū)開展深入的物探解譯和研究工作，可以提取潛在的有價值的找礦信息，可以對預測區(qū)、靶區(qū)的圈定有很好的指示作用，對于磁性體還可以進行三維反演，從而估算預測區(qū)資源量。目前，重磁數(shù)據(jù)處理和信息提取已由傳統(tǒng)的延拓求導等線性方法向神經(jīng)網(wǎng)絡、小波變換、混沌理論等非線性方法進行拓展，資料解釋的趨勢也由二維向三維的方向發(fā)展，最近幾年，新的物探手段逐漸投入應用比如衛(wèi)星重力測量，衛(wèi)星磁法測量等?？傊瑸榱丝碧介_發(fā)地質(zhì)礦產(chǎn)資源，高分辨率、高精度、多學科、多方位技術(shù)的集成應用將成為物探發(fā)展的必然趨勢。

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Application of geophysical exploration method in mineral resources prediction

YIN Jiang-ning1，XIAO Ke-yan1，2

(1．Institute of Mineral Resources，Chinese Academy of Geological Sciences，Beijing 100037，China;2．School of Geosciences，Yangtze University，Jingzhou 434023，Hubei)

In mineral resources prediction with comprehensive information，geophysical prospecting played an unique role in the fields of delineating geotectonic units，identifying fractures，strata ，rock bodies and concealed ores or deep deposits．In which，gravity and magnetic method could be served as prediction factor to participate the prediction and evaluation of the comprehensive information;it also played an important role in delineating the concealed ores and deep deposits．The authors summarized the technical characteristics and procedures of geophysical prospecting in the text．

Gravity;Magnetic method;Mineral resources prediction

P631;P62

A

1674－3636(2012)03－0333－04

10．3969/j．issn．1674-3636．2012．03．333

2012－05－20;編輯：陸李萍

中央公益性科研院所基本科研業(yè)務費項目(K1014)和中國地質(zhì)調(diào)查局項目“全國重要礦產(chǎn)總量預測”(1212010733806)資助

陰江寧(1975— )，男，助理研究員，博士，主要從事數(shù)學地質(zhì)和礦產(chǎn)資源評價研究，E-mail：mark-johnson@163．com