坦桑尼亞條帶狀含鐵建造磁化率參數(shù)統(tǒng)計(jì)特征及其應(yīng)用

李水平，楊東朝，程 華，張愛玲，謝彥軍

(河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，河南鄭州 450001)

巖礦石的物性差異是地球物理勘探應(yīng)用的前提，也是成果解釋的物質(zhì)基礎(chǔ)。對(duì)于磁力勘探來(lái)說(shuō)，磁性參數(shù)的利用貫穿于磁測(cè)工作的始終，編寫設(shè)計(jì)、布置工作、估算異常的大小、定性和定量解釋都離不開磁性參數(shù)，因此，正確合理地取得巖礦石的磁性參數(shù)并研究其磁性特征，對(duì)磁力勘探來(lái)說(shuō)是很必要的(李金銘，2004)。

坦桑尼亞聯(lián)合共和國(guó)位于非洲東部、赤道以南(南緯1°～11.5°)。該國(guó)金礦資源豐富，近年來(lái)資源量和產(chǎn)量均居非洲前列，其中90%以上為太古界綠巖帶型金礦，此類型金礦與太古界尼安薩群(Nyanzian)的條帶狀含鐵建造(Banded Iron Formation，簡(jiǎn)稱為BIF)關(guān)系密切，金礦體多位于含鐵建造內(nèi)部或接觸帶附近或剪切帶內(nèi)(李水平，2009)。因此研究含鐵建造的磁性參數(shù)特征，探討磁化率對(duì)尋找含鐵建造型(BIF型)金礦的指示作用，提出進(jìn)一步的找礦信息及標(biāo)志，對(duì)應(yīng)用磁力勘探間接尋找金礦具有重要作用。

1 BIF地質(zhì)特征

條帶狀含鐵建造(BIF)在坦桑尼亞屬于太古界尼安薩群(Nyanzian Supergroup)，尼安薩群由鎂鐵質(zhì)熔巖、長(zhǎng)英質(zhì)熔巖、中性火山熔巖、少量凝灰?guī)r、條帶狀含鐵建造(BIF)構(gòu)成。變質(zhì)程度較低，為綠片巖相，局部變質(zhì)為鐵鋁榴石角閃巖相。受多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，褶皺發(fā)育，為坦桑尼亞金礦主要賦存層位。其上為Kavirondian群，為變質(zhì)巖沉積建造，主要包括粗顆粒的長(zhǎng)石砂巖、礫巖、石英巖。它們不整合于尼安薩群之上。

條帶狀含鐵建造為火山沉積產(chǎn)物，是含鐵建造型金礦的賦礦巖石，深灰色、灰黑色，隱晶質(zhì)－細(xì)粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，它的組成礦物主要有磁鐵礦，磁黃鐵礦，赤鐵礦，菱鐵礦，鐵硅酸鹽，石英和白云石，含少量輝石、角閃石、斜長(zhǎng)石、絹云母。石英與磁鐵礦各自聚集呈條帶狀，兩者呈互層狀相間分布，形成黑白相間的條帶。

2 BIF磁化率測(cè)定方法

2.1 測(cè)量?jī)x器

測(cè)量?jī)x器為捷克進(jìn)口的SM－30型便攜式磁化率儀，測(cè)量范圍:0.000～999×10－3SI，自動(dòng)調(diào)整測(cè)量范圍，靈敏度可達(dá)到10－7SI，最大測(cè)量值1SI，測(cè)量時(shí)間:基本模式每點(diǎn)不長(zhǎng)于5 s數(shù)字顯示，漂移糾正模式8s左右。SM－30特別用在野外地質(zhì)勘探和快速實(shí)驗(yàn)室分析，對(duì)巖石或鉆孔巖心樣品進(jìn)行分析和分類。能測(cè)出順磁性、反磁性、鐵磁性巖石的細(xì)微差別并精確地給出磁化率。通過(guò)使用精確復(fù)雜的信號(hào)處理方式，有效地減少外部電磁和各種電路板的影響，以上特點(diǎn)使該儀器處于世界領(lǐng)先地位(王磊等，2009)。

2.2 測(cè)量方法

磁化率的測(cè)定是在野外現(xiàn)場(chǎng)直接用SM－30型磁化率儀測(cè)量的。在巖礦石露頭好的地方，找一平整光滑表面，首先將磁化率儀設(shè)置工作模式，根據(jù)工作模式確定補(bǔ)償和接收步驟，使測(cè)量點(diǎn)位于儀器探頭的正下方，并且與儀器外殼保持密切接觸和相對(duì)穩(wěn)定。啟動(dòng)測(cè)量后，儀器將自動(dòng)測(cè)量數(shù)據(jù)，按下中間鍵進(jìn)行保存。

SM－30測(cè)定鉆孔條帶狀含鐵建造巖心時(shí)，由于其磁化率較高，退磁作用導(dǎo)致非線型的發(fā)生，因此，儀器所測(cè)的數(shù)據(jù)均需乘以與巖心直徑、長(zhǎng)度有關(guān)的更正系數(shù)進(jìn)行更正，具體更正系數(shù)由儀器說(shuō)明書所列的巖心直徑與巖心長(zhǎng)度表1中查出(北京地森?？萍及l(fā)展有限公司，SM－30磁化率儀操作手冊(cè))，最終計(jì)算得到該巖心的真正磁化率值。

鉆孔巖心直徑為55mm，表1中，列出了巖心直徑為55mm、不同巖心長(zhǎng)度的更正系數(shù)，行 1..3(0.001，0.01，0.1(SI))顯示的是退磁影響對(duì)更正因素影響不大，這表明選擇哪一行不是關(guān)鍵的。

表1 更正系數(shù)表Table 1 Correction coefficients

3 BIF磁化率統(tǒng)計(jì)方法及磁性特征

自然界中各種巖礦石的生成地質(zhì)條件是復(fù)雜的，因而呈現(xiàn)的磁性特征也是變化很大的，亦即磁性參數(shù)是受復(fù)雜地質(zhì)因素制約的一種隨機(jī)變量(管志寧，2005);為了求得條帶狀含鐵建造(BIF)巖石磁參數(shù)特征數(shù)，本次測(cè)定了大量的同類標(biāo)本，采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法來(lái)求出其磁參數(shù)值(譚承澤等，1983)，以此做為推算BIF總體的磁參數(shù)數(shù)據(jù)。本次工作用Excel表來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)BIF的磁化率數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與統(tǒng)計(jì)。

條帶狀含鐵建造(磁鐵石英巖)磁化率數(shù)據(jù)，來(lái)源于筆者對(duì)十幾個(gè)礦權(quán)區(qū)近五年的測(cè)定，具有較強(qiáng)的代表性。

地表?xiàng)l帶狀含鐵建造(BIF)由于長(zhǎng)期遭受風(fēng)化、巖石破碎，鉆孔中的BIF為原生的，新鮮致密，由于二者測(cè)定的磁化率數(shù)值差別較大，因此本次含鐵建造磁化率的統(tǒng)計(jì)，是把地表測(cè)定的磁化率和鉆孔中測(cè)定的磁化率數(shù)值分開進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。圖1為鉆孔中測(cè)定的BIF頻率分布和累積頻率直方圖。該圖顯示了磁化率數(shù)據(jù)分組后的頻率分布情況，磁化率變化范圍較大，并且呈多峰分布，說(shuō)明了組成巖石的礦物成份種類與含量不穩(wěn)定，導(dǎo)致同一巖石物性參數(shù)具有一定的變化范圍(王磊等，2012)。

圖1 BIF頻率分布直方圖和累積頻率圖Fig.1 Histogram showing frequency distribution and cumulative frequency of the BIF

圖2 BIF概率分布圖Fig.2 Probability distribution of BIF

對(duì)于大量的BIF磁化率測(cè)定數(shù)據(jù)，為合理準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)出地表和鉆孔中BIF的磁化率常見值和變化范圍，這次作者采用制作的概率分布圖來(lái)求得。圖2為鉆孔中BIF的概率分布圖。從圖上可以看出，添加的趨勢(shì)線與累積頻率散點(diǎn)連線進(jìn)行對(duì)比，累積頻率點(diǎn)在概率圖上近似于一條直線，說(shuō)明其被統(tǒng)計(jì)的BIF標(biāo)本的累積頻率服從正態(tài)分布，那么，概率圖上50%坐標(biāo)的交點(diǎn)的橫坐標(biāo)，即是BIF的磁化率常見值;其變化范圍則根據(jù)15.9%或84.1%的交點(diǎn)橫坐標(biāo)與常用值之差來(lái)計(jì)算得出(管志寧，2005)。用同樣類似的方法，統(tǒng)計(jì)出了地表測(cè)定的BIF和區(qū)域上其它巖石磁化率的常用值和變化范圍。其統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2。表2內(nèi)集中了BIF(地表和鉆孔)以及區(qū)域上其它巖石的磁化率統(tǒng)計(jì)值。

表2 巖石磁化率統(tǒng)計(jì)表Table 2 Statistics of magnetic susceptibility parameters for rocks

從磁化率統(tǒng)計(jì)結(jié)果表2中可看出，不同的巖石具有不同的磁化率，即具有不同的磁性;說(shuō)明巖石中鐵磁性礦物的有無(wú)、含量多少、顆粒的大小及其分布情況，與巖石的磁性直接相關(guān)(黃仲良，2004)。

各種巖石磁化率數(shù)值偏低，變化不大，只有與金礦有關(guān)的條帶狀含鐵建造磁化率數(shù)值較大，即它們之間磁性相差較大，條帶狀含鐵建造的磁性要比其它巖石磁性高出3～5個(gè)級(jí)次。含鐵建造巖為本區(qū)磁性最強(qiáng)的巖石，具中強(qiáng)磁性。并且鉆孔中含鐵建造BIF的磁化率數(shù)值，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于地表含鐵建造BIF的磁化率數(shù)值，說(shuō)明了地表含鐵建造(BIF)由于長(zhǎng)期遭受風(fēng)化、巖石破碎及蝕變，BIF的磁性明顯降低(曹燁等，2007)，但與其它巖石的磁化率數(shù)值相比，仍比區(qū)域上其它巖石，如輝綠巖、花崗巖等的磁性要高的多;因此，本區(qū)其他巖石在地表不會(huì)引起梯度變化很大的異常(一般都是平穩(wěn)場(chǎng))，而只有條帶狀含鐵建造則會(huì)引起梯度較大的異常，即具有一定規(guī)模和強(qiáng)度的磁異常應(yīng)當(dāng)與該類巖石有關(guān)。利用含鐵建造磁化率的這種特性，建立BIF磁化率模型，為間接找金奠定了基礎(chǔ)。

鉆孔中BIF的磁化率統(tǒng)計(jì)值才能真正體現(xiàn)BIF磁化率的實(shí)際參數(shù)值，對(duì)于隱伏的BIF，將應(yīng)用鉆孔中統(tǒng)計(jì)的磁化率數(shù)值對(duì)磁異常進(jìn)行正反演計(jì)算。

4 BIF磁化率參數(shù)的應(yīng)用

圖3為Mwamumora金礦區(qū)的地面ΔT磁異常圖，由于低磁緯度區(qū)處在以水平磁化為主的環(huán)境下，磁性體產(chǎn)生的ΔT異常主要由水平分量Ha構(gòu)成的，所以該礦區(qū)ΔT磁異常以負(fù)磁異常為主，負(fù)異常為主體異常，正異常為伴生異常(方迎堯等，2006);ΔT磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)以北正南負(fù)為特點(diǎn)，為主體的負(fù)磁異常將代表著磁性體(BIF)的真實(shí)深度。

圖3 Mwamumora金礦區(qū)的地面ΔT磁異常圖Fig.3 Ground ΔT magnetic anomaly contours of the gold mining area in Mwamumora，Tanzania

從圖3可以看出，磁異常長(zhǎng)軸近南北向，異常幅值高，梯度變化大，異常形態(tài)規(guī)正;根據(jù)磁異常特征，在區(qū)內(nèi)劃分出了三條磁異常帶C1、C2、C3(圖中虛線所示)，它們都由三至四個(gè)負(fù)磁異常或正負(fù)磁異常組成，異常帶走向?yàn)榻媳焙捅睎|向;由于該礦區(qū)處于季節(jié)性沼澤地帶，沒有基巖出露，因此根據(jù)區(qū)域地質(zhì)特征、異常特征和巖石物性特征定性推測(cè)該異常為條帶狀含鐵建造引起的異常(李水平，2009)。在磁異常中心位置布置了兩條(630線和634線)東西向精測(cè)剖面(圖3)，借助磁法勘探軟件，進(jìn)行低緯度化極處理(趙百民等，2009;駱遙等，2010)，南半球化極后，正負(fù)磁異常整體互換(張?jiān)频龋?010)，利用測(cè)定的含鐵建造磁化率參數(shù)值，計(jì)算出條帶狀含鐵建造的感應(yīng)磁化強(qiáng)度為28000×10－3A/m，對(duì)磁異常進(jìn)行 2.5維人機(jī)交互反演擬合(劉天佑，2009)，由圖4、圖5可見計(jì)算曲線與實(shí)測(cè)曲線擬合程度較好，進(jìn)一步說(shuō)明了該異常應(yīng)當(dāng)為條帶狀含鐵建造引起的。后經(jīng)鉆探驗(yàn)證得到了證實(shí)，在所打的60多個(gè)傾斜鉆孔(傾角70°)中均見到了目標(biāo)體BIF(李水平等，2012)，現(xiàn)已成為金礦詳查礦區(qū)，C1、C2兩條磁異常帶現(xiàn)已分別命名為1號(hào)和2號(hào)金礦脈，預(yù)計(jì)提交(332+333)金資源量20t。C3磁異常帶已列入后續(xù)勘探中。

圖6為Macheira礦區(qū)的地面ΔT磁測(cè)異常圖，該礦區(qū)也是被沼澤性黑土覆蓋，從圖上可以看出，礦區(qū)西邊存在著兩條窄而陡的南北向磁異常帶C4、C5，東部為北西向磁異常帶C6(圖中虛線所示)，西邊兩異常帶內(nèi)，單個(gè)磁異常單元，均為封閉和半封閉的橢圓型異常圈，圓心周圍等值線非常勻稱，初步標(biāo)明BIF產(chǎn)狀較陡，很類似于Mwamumora礦區(qū)的磁異常特征，根據(jù)25線精測(cè)剖面(圖6)，化極后，利用BIF的磁化率參數(shù)值，對(duì)其單個(gè)異常進(jìn)行了正演計(jì)算，圖7為25線正演計(jì)算結(jié)果，實(shí)測(cè)和計(jì)算曲線比較吻合，推斷該兩條異常帶也是由BIF引起的，根據(jù)磁異常特征，后對(duì)其進(jìn)行了斜孔(傾角70°)鉆探驗(yàn)證，目前已初見成效，被定為普查礦區(qū)，第一個(gè)鉆孔于90m處見到條帶狀含鐵建造，發(fā)現(xiàn)礦化段3m多，金品位平均6g/t;后續(xù)將對(duì)C6磁異常開展鉆探驗(yàn)證，現(xiàn)已列入計(jì)劃之中。

5 結(jié)論

(1)條帶狀含鐵建造(BIF)具有高磁化率數(shù)值，與其它巖石相比，高出幾個(gè)數(shù)量級(jí)，依據(jù)它的這種強(qiáng)磁性特征，利用高精度磁力勘探方法所獲得的磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)清晰明朗，反映了不同巖性的空間分布特征(梁德超等，2000)，對(duì)圈定和追索條帶狀含鐵建造來(lái)達(dá)到間接找金之目的具有重要意義。

(2)利用統(tǒng)計(jì)的含鐵建造(BIF)磁化率參數(shù)值，可以對(duì)含鐵建造引起的磁異常，比較合理、準(zhǔn)確地給予定性和定量解釋，對(duì)尋找含鐵建造型(BIF型)金礦具有一定的指示作用。

圖4 Mwamumora金礦區(qū)630線正演計(jì)算Fig.4 Forward calculation of lines 630 in the gold mining area in Mwamumora，Tanzania

圖7 Macheira礦區(qū)25線正演計(jì)算Fig.7 Forward calculation of lines 25 of the gold mining area in Macheira，Tanzania

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