高精度磁測間接尋找鉛鋅礦的效果

孟昌忠，李才明，呂紹玉，趙慶剛，張 海，文紹強(qiáng)

(1.貴州省地礦局 一一三地質(zhì)大隊(duì)，六盤水 553000；2.成都理工大學(xué)，成都 610059)

0 引言

經(jīng)多年地質(zhì)勘查及少量物探工作，在貴州耿家寨鉛鋅礦區(qū)，近地表僅發(fā)現(xiàn)少量鉛鋅礦(化)體(帶)，盡管該礦區(qū)存在長度達(dá)幾公里、寬幾百米、含不同溫度環(huán)境的鉛鋅礦化的斷裂帶，但至今沒有找到規(guī)模較大的礦。從該礦區(qū)地下坑道中見到石英脈及硅化的特征來看，可能反映了本區(qū)深部存在鉛鋅礦的可能。因此對該礦區(qū)開展1∶1 000高精度磁測、幅頻激電工作，目標(biāo)是搜尋淺部的盲礦(化)體；開展點(diǎn)距50 m、線距100 m到200 m的音頻大地電磁測深(AMT)確定該礦區(qū)控礦斷裂破碎帶的延深情況(見圖1工作布置及地質(zhì)圖)，試驗(yàn)綜合地質(zhì)、物探方法找礦的有效性，并為深部找礦工程驗(yàn)證提供建議。圖1中測網(wǎng)密度最大的是高精度磁測(20*50(m2))，其次是雙頻激電(20*10(m2))，音頻大地電磁測深作了4條剖面。這里僅就利用高精度磁測確定淺部盲礦的效果作介紹。

1 方法選擇的依據(jù)

據(jù)地質(zhì)工作成果，本礦區(qū)鉛鋅礦(化)集中分布于石炭系大埔組(C1-2d)、黃龍組(C2h)、馬平組(C2m)等地層中，與構(gòu)造關(guān)系密切，受層位及斷裂控制。礦(化)體受F1、F2、F3、F4斷層或其次級斷層、層間破碎帶或節(jié)理裂隙控制，所以利用高精度磁測結(jié)合已有地質(zhì)資料，確定區(qū)內(nèi)斷層的分布及鉛鋅礦(化)體上的磁異常特征,就是利用高精度磁測間接尋找鉛鋅礦取得好效果的關(guān)鍵。開展大比例尺高精度磁測方法的基礎(chǔ)在于，近礦蝕變巖石往往具有磁性，而鉛鋅礦一般無磁性，兩者之間具有磁性差異，因此能在鉛鋅礦兩側(cè)測得較強(qiáng)磁異常，而在鉛鋅礦上則無磁異常，如耿家寨鉛鋅礦地面采坑?xùn)|側(cè)磁測試驗(yàn)剖面(點(diǎn)距2 m)地磁場變化曲線如圖2所示。在采坑的北側(cè)與南測,地磁場均比采坑上高,幅度70 nT～60 nT,異常寬度 4 m～5 m。兩個(gè)異常間的磁場低值帶寬度 28 m,與鉛鋅礦采坑直徑相當(dāng)。

圖1 耿家寨礦區(qū)AMT、雙頻激電及高精度磁測實(shí)際材料及地質(zhì)圖Fig．1 The geological map and the position of high-precision magnetic surveydouble-frequency IP and AMT profiles on Gengjiazhaiore field

圖2 耿家寨鉛鋅礦采坑?xùn)|側(cè)磁測試驗(yàn)剖面Fig．2 The test profile of high-precision magnet -ic survey near Gengjiazhai Lead Zinc ore pit(方位由北向南,點(diǎn)距2 m)

此試驗(yàn)結(jié)果表明,由于鉛鋅礦屬弱到無磁性礦物,在其上測出地磁場無變化,而與其緊鄰的蝕變巖石含磁性礦物而具有磁性,因而能夠測到地磁場的變化。借此，用高精度磁測方法圈定蝕變巖石的分布范圍，可達(dá)到間接找礦目的[8-10]。

2 實(shí)測結(jié)果

據(jù)圖3(a)所示實(shí)測ΔT剖面平面圖可將全區(qū)分為異常曲線比較光滑，與呈鋸齒狀跳躍的兩種特征區(qū)域，其中異常曲線較光滑、跳躍程度比較低的兩個(gè)區(qū)域,分別位于測區(qū)北部及中東部，它們的范圍都較小。此類異常的北部區(qū)內(nèi)出露石炭系上統(tǒng)馬平組(C2m)灰色薄至中厚層泥晶灰?guī)r，中東部多為石炭系下-上統(tǒng)大埔組(C1-2d)灰、深灰色厚層-塊狀細(xì)至粗晶白云巖，夾淺灰色厚層灰?guī)r、亮晶生物屑灰?guī)r、白云石化灰?guī)r，局部含泥質(zhì)及鐵質(zhì)，偶見燧石結(jié)核；呈鋸齒狀跳躍區(qū)范圍較大，分布在測區(qū)的中部及南部，測區(qū)中部呈北東走向的鋸齒狀跳躍異常帶反映了耿家寨—打廠坪子斷層F3所處碎裂巖帶特征，而測區(qū)南部兩個(gè)近于三角形區(qū)域的磁異常跳躍區(qū)，出露或分布石炭系上統(tǒng)黃龍組第二段(C2h2)的灰色薄至中厚層含燧石微晶灰?guī)r，含生物屑亮晶灰?guī)r。

圖3 耿家寨實(shí)測ΔT剖面平面圖與平面等值線圖Fig．3 ΔT flat profile map and contour map of magnetic anomaly on Gengjiazhai(a)平面圖; (b)等值線圖

上述特征各異的磁異常的分區(qū)及其界線，可能代表了不同時(shí)代地層分布的界線，或構(gòu)造分布的特點(diǎn)。

圖3(b)示出的本區(qū)實(shí)測ΔT平面等值線圖也反映了測區(qū)地層與構(gòu)造的不同分布特征，測區(qū)內(nèi)ΔT平面等值線圈閉較多，且呈串珠狀分布；正、負(fù)伴生的磁異常圈閉也較多，尤其在測區(qū)西南部較多。

無論從磁測ΔT異常剖面平面圖或平面等值線圖，都很難找到與鉛鋅礦古采坑附近試驗(yàn)時(shí)獲得的兩高(蝕變帶上)夾一低(對應(yīng)鉛鋅礦坑上)的磁異常地帶，說明在本測區(qū)范圍內(nèi)，近地表的淺部鉛鋅礦(化)帶較少。

3 小波斷裂分析

為根據(jù)本區(qū)磁異常特征，結(jié)合地質(zhì)特點(diǎn)確定斷裂的分布，對磁異常進(jìn)行小波斷裂分析[4]。小波變換能夠?qū)⑿盘杅(x)轉(zhuǎn)換為不同特征的頻率或不同尺度的信號成分，通過伸縮、平移聚焦等方式將信號f(x)的細(xì)節(jié)加以分析，突出其反映的磁場的細(xì)節(jié)特征[5]。

利用小波多尺度分解Ma11at塔式算法的低階細(xì)節(jié)不變性，可將由埋藏深度、磁性不同的場源體引起的疊加磁異常分離出來[7]。設(shè)疊加磁異常值構(gòu)成的矩陣為K，將其作n階(n≥2)離散小波變換后，獲得小波細(xì)節(jié)K1、K2、…、Kn-1，Kn和n階逼近Bn，其中小波細(xì)節(jié)K1、K2、…、Kn-1，Kn不隨n的增大而改變。無論怎么選擇階數(shù)n，變換出來的低階小波細(xì)節(jié)都一樣，即小波細(xì)節(jié)的個(gè)數(shù)和n階逼近。

要將磁異常分解為“區(qū)域”與“局部”異常，首先假設(shè)n=3，小波分析后取得小波細(xì)節(jié)K1、K2、K3和3階逼近B3；B3為區(qū)域場，KL=K1+K2+K3為局部場。觀察B3是否滿足區(qū)域場的特征；若未達(dá)到區(qū)域場的要求，則可進(jìn)一步進(jìn)行高階逼近B4(區(qū)域異常)；KL=K1+K2+K3+K4為局部異常。若未滿足要求，則令n=5,…，依此類推，進(jìn)行更高階的小波分解，直到Bn滿足區(qū)域異常的要求為止。

圖4 小波多尺度分解結(jié)構(gòu)圖Fig．4 The structurechart offour-step wavelet multiple decomposition

φ(x，y)=φ(x)·φ(y)

小波函數(shù)

Ψh(x,y)=Ψ(x)·Θ(y)

Ψv(x,y)=Θ(x)·Ψ(y)

Ψd(x,y)=Ψ(x)·Ψ(y)

式中

而

這樣對于二維磁異常，可以進(jìn)行小波多尺度分解

Δt(x,y)=B0f(x,y)=B3f(x,y)+

Δt(x)=B4T+K4T+K3T+K2T+K1T

式中B4T反映4階小波變換之低頻部分；KiT(水平方向、垂直方向和對角線方向三個(gè)細(xì)節(jié)部分之和)是第i(i=1，2，3，4)階小波變換的高頻細(xì)節(jié)。

利用小波多尺度分解對耿家寨磁異常所作的兩階小波斷裂分析推斷圖如圖5(a)所示,從圖5可見，小波斷裂分析所得串珠狀異常特征較圖5(b)所示實(shí)測異常的要明顯清晰得多，推斷斷裂更細(xì)致一些，較實(shí)測異常在研究區(qū)最南邊多推了一條斷裂，仔細(xì)分析圖5(b)可見，多推此斷裂也有一定依據(jù)，即在兩階小波斷裂分析推斷斷裂經(jīng)過的地帶，隱隱約約也能勾出串珠狀異常帶與其對應(yīng)。與圖1所示地質(zhì)測定斷裂比較，根據(jù)實(shí)測異常推斷的三條斷裂中間的那條與地質(zhì)測定的耿家寨-打廠坪子斷層F3—致。其余兩條經(jīng)地質(zhì)踏勘驗(yàn)證，為隱伏斷層，根據(jù)小波斷裂分析多推斷的一條可能是地面不易發(fā)現(xiàn)的隱伏斷裂，或是地層分界線的反映。結(jié)合圖6所示耿家寨起伏地形上實(shí)測ΔT等值線圖可見，盡管起伏地形對磁異常的影響較小，但從串珠狀異常所處部位地形變化普遍較大,而且與推斷斷裂的相關(guān)性較強(qiáng)，這也為推斷斷裂的可能存在提供另一方面的依據(jù)。

4 結(jié)論

高精度磁測方法在耿家寨鉛鋅礦區(qū)的應(yīng)用，進(jìn)一步證明了該方法在間接尋找弱到無磁性礦產(chǎn)的有效與實(shí)用性[11-12]。實(shí)際工作中要對探測對象的規(guī)模大小有所了解或判斷，以保證采用的數(shù)據(jù)采集方法、選擇合適的比例尺及測網(wǎng),獲得最強(qiáng)的探測目標(biāo)物所產(chǎn)生的磁異常信息。最好的方法應(yīng)是按照從已知到未知的原則[1-3]，在已知礦點(diǎn)上施測試驗(yàn)確定。此外針對不同的需要，選擇恰當(dāng)?shù)?、突出某方面信息的處理方法對?shí)測資料作處理，可獲更好的效果。

圖5 小波斷裂分析推斷斷裂與實(shí)測異常推斷斷裂對比圖Fig．5 The comparison diagram of inferred faults with waveletanalysis and observed anomaly(a)小波斷裂分析推斷斷裂; (b)實(shí)測異常推斷斷裂

圖6 起伏地形上實(shí)測ΔT等值線圖Fig．6 ΔT contour map of magnetic anomaly on rugged terrains

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