納米比亞北部隱伏斷裂構(gòu)造的航磁異常解釋

嚴文婕, 劉小胡, 朱文斌, 張　會, 張　云, 李　富,, 高　勇, 林建明, 鄭　偉

(1.南京大學地球科學與工程學院，江蘇南京210093； 2.江蘇省有色金屬華東地質(zhì)勘查局，江蘇南京210007)

納米比亞北部隱伏斷裂構(gòu)造的航磁異常解釋

嚴文婕1，2, 劉小胡2, 朱文斌1, 張會2, 張云2, 李富1,2, 高勇2, 林建明2, 鄭偉2

(1.南京大學地球科學與工程學院，江蘇南京210093； 2.江蘇省有色金屬華東地質(zhì)勘查局，江蘇南京210007)

摘要：對納米比亞北部EPL4305礦權(quán)區(qū)及外圍的航磁異常數(shù)據(jù)，采用多種不同的方法進行處理，并對比處理前后的異常特征，結(jié)合地質(zhì)資料，推斷了多條斷裂構(gòu)造帶。在重點地段切取圖切剖面，進行2.5D正反演計算，以進一步驗證推斷的隱伏斷裂構(gòu)造帶的可靠性。

關(guān)鍵詞：航磁；化極；延拓；2.5D正反演；納米比亞

doi:10.3969/j.issn.1674-3636.2015.03.456

中圖分類號：P631.2+4

文獻標識碼：A

文章編號：1674-3636(2015)03-0456-06

收稿日期：2014-12-22；修回日期：2015-03-02；編輯：陸李萍

基金項目：國外礦產(chǎn)資源風險勘查項目“納米比亞EPL4305礦權(quán)區(qū)銅多金屬礦普查”(蘇財建(2010)366號)

作者簡介：嚴文婕(1985—)，女，工程師，碩士，構(gòu)造地質(zhì)專業(yè)，主要研究方向為構(gòu)造與成礦，E-mail：53405863@qq.com

0引言

通過研究地球物理場特征，可推斷解釋找礦有關(guān)地質(zhì)問題，查明構(gòu)造層分布與接觸關(guān)系、容礦層與含礦層物性特點，了解隱伏巖體埋深產(chǎn)狀，研究隱伏褶皺與斷裂，查明火山盆地深度與火山機構(gòu)。磁法作為地球物理方法中的一種重要勘探方法，是通過分析巖礦石的磁性差異和磁場特征，探測和研究地質(zhì)體構(gòu)造和礦產(chǎn)資源分布形態(tài)的一種物理方法(熊光楚,1994;盧吉成等,2012)。

21世紀以來，國外航磁數(shù)據(jù)處理技術(shù)的發(fā)展非常迅速(Ross et al,1996)，澳大利亞 Encom Technology公司開發(fā)了 ModelVision Pro、Profile Analyst Pro、QuickMag Pro等多套處理解釋軟件(郭良德,2000)。ModelVision Pro 9.0能夠?qū)崿F(xiàn)復雜地質(zhì)條件下各種航空重磁數(shù)據(jù)的三維建模，并能達到快速正演模擬的目的; QuickMag Pro能根據(jù)所選航磁異常實現(xiàn)快速三維自動反演計算，生成一個符合地質(zhì)規(guī)律并與所選磁異常最為匹配的三維地質(zhì)體系，并能給出該地質(zhì)體的埋藏深度、延伸范圍、磁性特征等參數(shù)(張洪瑞等,2007;Crawford et al,2010)。在此基礎(chǔ)上，Profile Analyst Pro 6.0提供了一個集成測線、地質(zhì)圖等輔助條件在內(nèi)的三維交互式解釋環(huán)境(張洪瑞等,2007)。

我國使用的軟件有加拿大地球物理、地球化學專業(yè)軟件Oasis montaj 5.1.4，俄羅斯MENTA-05成礦預測軟件，MapGIS 6.7軟件，Encom Technology的ModelVision、3D Voxler軟件及中國地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心自主研發(fā)的RGIS軟件。我國航空磁測技術(shù)在推斷隱伏構(gòu)造方面卓有成效。

1地質(zhì)背景

在大地構(gòu)造上，納米比亞位于著名的剛果克拉通的西北部(圖1)，境內(nèi)新元古代達馬拉(Damara)造山帶是泛非造山帶體系的一部分，是在穩(wěn)定克拉通基底上形成的典型內(nèi)陸造山帶(李強等,2013)。納米比亞EPL4305礦權(quán)區(qū)在大地構(gòu)造上位于北部碳酸鹽臺地(NP)。區(qū)域內(nèi)主要出露下元古界—古生界地層，以納米比亞系Nosib群及Otavi群為主，局部出露瓦連(Vaadian)系Epupa變質(zhì)雜巖、納米比亞系Mulden群、Karoo大群的Dwyka組。平地除河谷切割出露地層外大多被新生界古近系和第四系覆蓋。

研究區(qū)整體是一個向斜構(gòu)造，主要分布上元古—下古生界納米比亞系，向斜核部出露Otavi群較新地層，兩翼為Nosib群較老地層。主要出露地層從老到新為Nosib群第一段(NN1)石英砂巖、長石石英砂巖；Otavi群Abenab亞群(NA)泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)頁巖、黑色頁巖和塊狀灰?guī)r，白云巖；礦權(quán)區(qū)北部局部覆蓋Karoo大群Dwyka組(Cd)中細粒石英砂巖和含礫石英砂巖；古近系鈣質(zhì)礫巖主要分布在北部平地及礦區(qū)中部山間平地。區(qū)內(nèi)唯一出露的巖漿巖為礦權(quán)區(qū)北部的一條花崗巖脈，長約500 m，寬20～30 m，走向北東侵入Abenab亞群泥質(zhì)粉砂巖中，與圍巖接觸帶未見礦化蝕變。

圖1　研究區(qū)區(qū)域地質(zhì)簡圖Fig.1　Simplified regional geological map

2巖石物性特征

巖石的物性參數(shù)是研究、解釋物探異常的橋梁。要對地球物理場異常作出符合實際的地質(zhì)解釋，就必須了解和掌握巖石的物理性質(zhì)。研究區(qū)的物性標本共采集了15個層位計450塊物性標本，包括工作區(qū)出露的各地層以及脈體、標志層等，每類巖石標本采集30塊，且盡可能采集新鮮巖石，采集標本位置均勻分布，并按照層位劃分進行編號，以保證每個層位的各巖性段采集具有統(tǒng)計意義。

2.1　磁參數(shù)的測定

對標本分別測定了磁化率和剩余磁化強度參數(shù)。利用SM-20型數(shù)字磁化率儀對野外露頭的磁化率進行現(xiàn)場測定；后期對部分樣品采用HKB-1高精度磁化率儀及DSM-2數(shù)字旋轉(zhuǎn)磁力儀測定磁化率及天然剩磁。測試結(jié)果見表1。

表1　納米比亞EPL4305地層巖石磁參數(shù)統(tǒng)計表

2.2　物性參數(shù)測定質(zhì)量評定

SM-20型磁化率儀測定巖石標本450塊，檢查了50塊，質(zhì)檢率為11%，測定磁化率的平均相對誤差為8.48%；HKB-1高精度磁化率儀及DSM-2數(shù)字旋轉(zhuǎn)磁力儀共測定巖石15塊，檢查了4塊，質(zhì)檢率為26.6%，測定磁化率的平均相對誤差為2.22%，剩余磁化強度的相對誤差為1.19%。

其中構(gòu)造角礫巖磁性最強，磁化率平均值為254×10-5SI，剩磁幾何平均值為956×10-3A/m，最大值達到121 000×10-3A/m；CD石英砂巖磁性次之；除此之外的NA粉砂質(zhì)頁巖、NA泥質(zhì)粉砂巖、NA長石石英砂巖、NA黑色頁巖均帶有微弱的磁性(野外地質(zhì)工作中發(fā)現(xiàn)這幾類巖石中有少量鐵砂)。通常而言，第四系未分選沉積物是無磁性的。根據(jù)巖石物性對比不難發(fā)現(xiàn)，區(qū)內(nèi)磁性相對較強的磁性體依次是構(gòu)造角礫巖、NA長石石英砂巖、NA泥質(zhì)粉砂巖、NA粉砂質(zhì)頁巖，據(jù)此分析認為，區(qū)內(nèi)淺部規(guī)模較大、低強度的磁異常，主要由構(gòu)造角礫巖引起，并與長石石英砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)頁巖產(chǎn)生的弱異常相互疊加。

3航磁資料的處理解釋

3.1　航磁資料數(shù)據(jù)處理

航磁數(shù)據(jù)來自Geoterrex公司于1994—1995年開展的納米比亞航磁測量。數(shù)據(jù)利用IGRF(1990 模型)進行校正，參考前人的數(shù)據(jù)處理經(jīng)驗(袁照令等,1998;施興等,2009)，研究采用的數(shù)據(jù)處理步驟：(1) 將磁異常ΔT轉(zhuǎn)換為垂直分量Za，再將Za數(shù)據(jù)經(jīng)過化極處理(化向磁南極)后，獲得垂直分量化極Za⊥數(shù)據(jù)；(2) 對Za⊥采用向上延拓、正則化濾波、小波變換等多種處理方法，并對結(jié)果進行比對，獲得區(qū)域異常(選擇向上延拓結(jié)果)；(3) 對航磁資料進行了垂向二次導數(shù)、小子域濾波、水平方向?qū)?shù)及線性增強的處理，確定隱伏斷裂構(gòu)造帶的位置；(4) 對重點地段切取圖切剖面，進行2.5D正反演計算，驗證解釋結(jié)論。

3.2　航磁異常解釋

3.2.1航磁ΔT異常區(qū)內(nèi)有2條不同方向展布的串珠狀異常帶(圖2)。一條位于研究區(qū)西部為北西向展布的串珠狀異常帶，該帶上有2個規(guī)模、峰值不等的圈閉異常，其中一個圈閉異常長1 500 m，寬400 m；另一個長1 000 m，寬400 m，兩者平面形態(tài)均似橢圓狀，長軸均為北北西向展布，二者水平梯度皆較陡，峰值分別為280、260 nT。另一條位于研究區(qū)中部為北東向展布的串珠狀異常帶，該帶上有4個規(guī)模不等、走向各異的圈閉異常，其中在礦權(quán)區(qū)中部的3個圈閉異常規(guī)模較小，位于礦權(quán)區(qū)東北角的圈閉異常規(guī)模較大，4個圈閉異常水平梯度相對較緩，異常峰值分別為160、180、120、260 nT。

圖2　磁力ΔT異常圖Fig.2　Magnetic anomaly (ΔT) map

3.2.2航磁Za⊥異常研究區(qū)位于南半球低緯度地區(qū)，根據(jù)區(qū)內(nèi)中心坐標計算得到EPL4305礦權(quán)區(qū)的地磁傾角為-59.5°，地磁偏角為-12.2°。由于斜磁化的影響，磁性體往往產(chǎn)生相伴生的正負異常，在磁北半球正異常出現(xiàn)在磁性體的南側(cè)，負異常出現(xiàn)在磁性體的北側(cè)；在磁南半球則反之。正負異常的中心均會偏離磁性體中心，偏移距離隨著磁性體的規(guī)模、頂面埋深的增大而增大。異常的偏移給異常的識別和分析增加了困難，有時甚至會導致認識的錯誤。為了削弱這種影響，更好地了解磁性體分布狀況，需對Za異常進行化極處理?；瘶O后異常中心均往南位移，且?guī)讉€圈閉異常亦向南位移了一定距離，但是異常的平面形態(tài)、走向以及分布范圍等特征基本保持了原貌(圖3)。

圖3　磁力垂直分量化極(Za⊥)異常圖Fig.3　Map showing vertical component of the magnetic pole anomaly (Za⊥)

3.2.3航磁區(qū)域異常區(qū)域異常主要是分布范圍較廣的中、深部地質(zhì)因素所引起，其特征是異常幅度大、水平梯度變化較緩慢，向上延拓可以削弱局部干擾異常，反映深部異常。對研究區(qū)做了向上延拓1、4 km的處理(圖4、圖5)，當上延4 km后，剩余異常均消失，異常概貌已相當簡潔，可作為區(qū)域異常結(jié)果。區(qū)域場異常值西北角最高、中部—北東部較高，其余地區(qū)相對較低，異常水平梯度變化緩慢。通過上延各種不同高度的Za⊥異常形態(tài)及地質(zhì)資料的分析，推測礦權(quán)區(qū)中部—北東部的正磁異?？赡苁巧畈看判缘刭|(zhì)體(中酸性巖體)的反映，磁性地質(zhì)體向北東方向延伸。

圖4　磁力垂直分量化極上延1 km異常圖Fig.4　Anomaly map of magnetic vertical component with an upward continuation of 1 km

圖5　磁力垂直分量化極上延4 km異常圖Fig.5　Anomaly map of magnetic vertical component with an upward continuation of 4 km

4隱伏斷裂構(gòu)造推測

4.1　利用航磁異常推測隱伏斷裂

對航磁資料進行垂向二次導數(shù)、小子域濾波、水平方導數(shù)及線性增強的處理，其目的是確定隱伏斷裂構(gòu)造帶的位置。利用磁異常在斷裂構(gòu)造中的主要標志(孫少才等,2006；曾凱等,2013;劉建生,2014)，諸如異常特征的分界線、線性梯度帶、線性異常、異常的錯動、異常等值線的規(guī)則性扭曲以及串珠狀異常等，推測區(qū)內(nèi)的隱伏斷裂構(gòu)造帶。該區(qū)側(cè)重利用以下2點來圈定隱伏斷裂：(1) 呈線性展布的串珠狀高磁異常帶。此類高磁異常帶可能是沿斷裂侵入的巖體或磁性體引起，可作為劃分斷裂的一項依據(jù)；(2) 不同異常強度的磁場區(qū)分界處。斷裂構(gòu)造形成的上下盤錯動以及兩側(cè)巖性明顯差異可以在磁場上形成不同異常強度的磁場區(qū)，因此，場區(qū)分界處可作為劃分斷裂的一項依據(jù)。

推測2條串珠狀異常附近分別有3條主斷裂構(gòu)造帶，分別命名為F1、F2、F3(圖6)。其中F1位于研究區(qū)西側(cè)，為北北西向，長約11.5 km；F2位于研究區(qū)中部，自西往東，由近東西向轉(zhuǎn)為北東向，長約6.7 km；F3位于F2下方，為北東向，長約7.5 km。此外，在南部低緩異常西側(cè)亦可能存在1條北西向的斷裂構(gòu)造F4，長約8 km。在F1、F2、F3構(gòu)造后期又形成次一級構(gòu)造，分別以F5、F6、F7命名，3條次級斷裂分別切割F1、F2、F3主斷裂。

圖6　航磁推斷隱伏斷裂斷構(gòu)造帶綜合解釋圖Fig.6　Comprehensive interpretation of buried fault structural belts from aeromagnetic data

對航磁垂直分量化極(Za⊥)及區(qū)域場數(shù)據(jù)進行了垂向二次導數(shù)處理，提取淺部及深部磁性體位置。從數(shù)學的角度出發(fā)，垂向二次導數(shù)是突出異常曲面的凸凹性，從物理角度出發(fā)，是突出地質(zhì)體上部異常分布特征，其零值線一般反映了地質(zhì)體的邊界在水平面的投影位置。

研究區(qū)內(nèi)的淺部磁性體位于2條串珠狀異常帶上(處在構(gòu)造角礫巖、泥質(zhì)粉砂巖等地層上方)，除礦權(quán)區(qū)外西南角和西北角2處磁性體邊界未封閉外，其余的磁性體分布界限均各自封閉。單個磁性體規(guī)模大小不等、形態(tài)各異，為構(gòu)造角礫巖及中酸性巖體的反映。研究區(qū)內(nèi)的深部磁性體，推測可能與中酸性巖體有關(guān)。

4.2　剖面2.5D正反演計算

在ΔT異常平面圖上切取剖面并做正反演計算，其主要目的有以下3點：(1) 建立地質(zhì)體-物性參數(shù)-航磁異常之間的關(guān)系；(2) 推斷隱伏磁性體形態(tài)、空間分布及埋深變化；(3) 驗證隱伏斷裂構(gòu)造推測成果。

對EPL4305地區(qū)的區(qū)域地質(zhì)、礦區(qū)地質(zhì)、地球物理等成果資料進行系統(tǒng)整理分析，了解工作區(qū)及周邊地區(qū)的地層、巖體、斷裂構(gòu)造分布及其物性特征、礦床成因類型及分布形成規(guī)律性認識。對工作區(qū)航磁異常進行多方法的常規(guī)處理，強化引起航磁異常的地下構(gòu)造與巖性信息，分析剖面的航磁異常曲線特征，推斷剖面地層分布與厚度變化、磁性地質(zhì)體分布范圍，并指導建立航磁異常剖面的地質(zhì)模型，進而確定初始地質(zhì)-磁性模型，其流程如下：(1) 通過對區(qū)域地質(zhì)、礦區(qū)地質(zhì)資料的歸納與分析，形成對研究區(qū)地層、成礦類型的初步認識，并指導初始地質(zhì)模型建立。(2) 充分利用已有地質(zhì)資料，以已知勘探線工程為依托，建立初始地質(zhì)模型。在地質(zhì)模型建立過程中，對模型進行簡化處理與適當歸并處理。(3) 系統(tǒng)地研究地層巖(礦)石物性資料，建立起地質(zhì)體-物性參數(shù)-航磁異常之間的內(nèi)在聯(lián)系。(4) 以已知磁測數(shù)據(jù)作為約束，地質(zhì)-地球物理模型為指導，進行2.5D磁力異常剖面正反演擬合計算，推斷隱伏磁性地質(zhì)體形態(tài)、空間分布與埋深變化。

在ΔT異常平面圖上切取1條剖面線，長5 300 m，編號Ⅰ(位置見圖6)。該剖面位于礦權(quán)區(qū)內(nèi)部，有詳細的地質(zhì)編錄、地質(zhì)勘探信息。剖面曲線正負異常完整、形態(tài)為反對稱曲線，是本次2.5D處理較為理想的剖面線，并通過公式計算獲得該剖面的有效磁化傾角。

圖7　Ⅰ剖面2.5D 正反演解釋推斷剖面圖Fig.7　Inferred profile I through 2.5D forward and inversion

按照建立的初始地質(zhì)-地球物理模型(李相民等,2009;婁德波等,2013)，利用2.5D人機交互軟件，對圖切剖面進行正反演定量擬合計算。在正反演擬合計算過程中，多次反復修改調(diào)整模型及磁性參數(shù)，盡可能擬合到最佳程度。該剖面由北向南，異常變化較平穩(wěn)，異常峰值不高。剖面1.0～2.6 km處的航磁異常為構(gòu)造破碎帶內(nèi)構(gòu)造角礫巖的反映，其接觸面呈不平整起伏狀(圖7)。推斷構(gòu)造角礫巖左右兩側(cè)分別為F2、F3斷裂構(gòu)造線，其中F2構(gòu)造線向南東方向傾斜，F(xiàn)3構(gòu)造線向北西方向傾斜，在平面圖上北東向高磁異常沿F2、F3斷裂線分布。

5結(jié)論

航空磁測方法可用于直接找礦、間接找礦、推斷地質(zhì)構(gòu)造、大比例物探測量、地質(zhì)填圖、尋找地下水方面等等，在解釋方法技術(shù)上引進了國外眾多高新技術(shù)以及相關(guān)的解釋系統(tǒng)軟件，對我國航空物探事業(yè)有很大的推動作用(線紀安,2003)。航磁圖上展示的直線型磁力異常帶、塊狀及弧形塊狀磁場區(qū)與大型、超大型礦床的形成有成因上的關(guān)系；且航磁反映的深大斷裂與成礦帶關(guān)系密切(張云等,2010)。通過對航磁平面數(shù)據(jù)的處理及解釋，并結(jié)合研究區(qū)的地質(zhì)情況分析，得到隱伏斷裂位置及走向，并在后期的剖面2.5D正反演計算工作成果中得到了進一步印證，達到了本次研究目的。

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An interpretation of magnetic anomalies of the buried faults in north Namibia

YAN Wen-jie1，2, LIU Xiao-hu2, ZHU Wen-bin1, ZHANG Hui2, ZHANG Yun2, LI Fu1,2, GAO Yong2, LIN Jian-ming2, ZHENG Wei2

(1.School of Earth Sciences and Engineering, Nanjing University, Nanjing 210093, Jiangsu, China; 2. East China Mineral Exploration and Development Bureau, Nanjing 210007, Jiangsu, China)

Abstract：The aeromagnetic survey method can be applied to direct prospecting, indirect prospecting, inferring geological structures, large-scale geophysical measurement, geological mapping and searching for groundwater. Its interpretation methods have introduced many foreign high-technology and related interpretation system software, which greatly promotes China′s airborne geophysical prospecting. The linear magnetic anomaly zones, blocky and arc-shaped blocky magnetic field regions displayed in aeromagnetic maps are genetically associated with large and super-large deposits, and deep faults reflected by aeromagnetic anomalies are closely related to metallogenic belts. This study processed the aeromagnetic data of the mine EPL4305 and its adjacent regions in north Namibia with a variety of different methods, and inferred a number of fault structural belts through a comparison of the pre-processing and processed anomalies and integrating with geological data. In addition, cutting sections were obtained in key blocks for 2.5D forward and inversion, to further validate the reliability of these inferred buried fault belts.

Keywords：aeromagnetic; reduction to the pole; extension; 2.5D forward and inversion; Namibia