高精度磁測(cè)在老礦山深部及外圍找礦中的應(yīng)用

梁源珠，陳永寧，汪 曉，王利民

(安徽省地質(zhì)調(diào)查院，安徽合肥230001)

地質(zhì)勘查經(jīng)過(guò)數(shù)十年的高速發(fā)展，出露地表及淺層的礦產(chǎn)已越來(lái)越少，找礦的難度也越來(lái)越大，為滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展要求，急需開(kāi)展深部隱伏礦產(chǎn)勘查工作［1］。磁法勘探以巖石磁性差異為基礎(chǔ)，探測(cè)地層、巖性的不同磁性，通過(guò)磁異常來(lái)推斷地質(zhì)構(gòu)造或地層空間分布情況，是物探最常用的方法之一[2]。高精度磁測(cè)儀器的靈敏度提高了，比常規(guī)的磁測(cè)擁有更高的精度，因此其解釋的準(zhǔn)確度也提高了，該方法在直接或間接找礦中具有更廣泛的應(yīng)用［3］。

霍邱張莊鐵礦從開(kāi)采至今已有幾十年，面臨產(chǎn)量下降甚至資源枯竭的現(xiàn)象，為補(bǔ)充后備資源，實(shí)現(xiàn)資源可持續(xù)性開(kāi)發(fā)，需開(kāi)對(duì)礦山礦產(chǎn)資源進(jìn)行新一輪的勘查工作。因此根據(jù)實(shí)際工作要求，布置高精度磁法勘探工作，對(duì)其深部及外圍進(jìn)行礦體探測(cè)。

1 高精度磁法勘探的原理

地面磁法勘探是指通過(guò)儀器觀測(cè)地下介質(zhì)的磁性差異，進(jìn)而獲取地下介質(zhì)分布信息的一種勘探方法。具有磁性的巖(礦)石和其它地下物體,因?yàn)槠涓袘?yīng)磁化強(qiáng)度、剩余磁化強(qiáng)度，以及它們的埋深、形狀、規(guī)模等因素差異的影響，能在地表產(chǎn)生不同的磁場(chǎng)。通過(guò)磁測(cè)儀器觀測(cè),解譯磁場(chǎng)異常，達(dá)到直接或間接的找礦目的[4]。

高精度磁測(cè)工作是指磁測(cè)總誤差小于或等于5nT的磁法測(cè)量工作。磁測(cè)總誤差是觀測(cè)均方誤差（含測(cè)點(diǎn)觀測(cè)及點(diǎn)位誤差、儀器噪聲均方誤差、儀器一致性誤差）、日變改正、總基點(diǎn)、正常場(chǎng)與高度等各項(xiàng)改正誤差的總和[5]。實(shí)際工作中，設(shè)計(jì)總誤差一般為5nT,其誤差分配見(jiàn)表1。

表1 磁測(cè)精度分配統(tǒng)計(jì)表

2 成礦地質(zhì)特征和地球物理特征

2.1 成礦地質(zhì)特征

霍邱鐵礦田由包括張莊鐵礦在內(nèi)的數(shù)個(gè)鐵礦組成?；羟耔F礦田北部為華北地臺(tái)，西部為小秦嶺北坡—豫中—皖中的基底構(gòu)造，大部分區(qū)域是第四系覆蓋區(qū)，僅在西南部分布有少量的青白口系八公山群、震旦系徐淮群和寒武系地層，覆蓋區(qū)基巖以新太古界霍邱群變質(zhì)巖系和部分中生代地層為主，其中霍邱群、八公山群是主要的含鐵層位[6]。

區(qū)內(nèi)基底褶皺形成于2個(gè)時(shí)期，早期主要是緊閉型的復(fù)式褶皺，走向?yàn)槟媳毕?；晚期則為平緩開(kāi)闊型褶皺，走向?yàn)闁|西向。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造都較發(fā)育，分布有較多斷層、節(jié)理、裂隙和片理等。區(qū)內(nèi)巖漿巖較發(fā)育，主要有花園組的中基性噴發(fā)巖；呂梁期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)生成的混合花崗巖；以及分布在草樓、吳集和重新集等礦床內(nèi)的小型巖體。據(jù)前人研究的資料表明，霍邱凹陷可能是一個(gè)規(guī)模較大的花崗巖彎隆，而吳集和重新集礦床往東的大片區(qū)域，可能是一個(gè)火山沉積凹地（馬連民等，1992；桑寶梁等，1981；陳靜靜等，2010）。

2.2 地球物理特征

2.2.1 巖石磁性特征

礦區(qū)分布的地層主要有吳集組和周集組地層。吳集組下段主要巖性是角閃斜長(zhǎng)片麻巖間夾斜長(zhǎng)角閃巖；上段為斜長(zhǎng)角閃巖、角閃黑云斜長(zhǎng)變粒巖及角閃石英磁鐵礦。周集組下段主要巖性是黑云斜長(zhǎng)變粒巖、混合巖及閃石類石英磁鐵礦層；上段是云英片巖、磁-鏡鐵礦層等；最頂部是白云巖大理巖。兩組地層中一些典型巖石的磁性參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 霍邱礦集區(qū)吳集組和周集組巖礦石物性統(tǒng)計(jì)表

2.2.2 航磁特征

覆蓋測(cè)區(qū)的1∶5萬(wàn)航空磁力測(cè)量成果，反映了本區(qū)磁場(chǎng)特征，見(jiàn)圖1。區(qū)內(nèi)有NE方向的異常帶穿過(guò)，長(zhǎng)度超過(guò)30km，正負(fù)異常伴生特征明顯，異常上分布有多處礦產(chǎn)地。異?？煞譃槟媳眱刹糠郑耗喜慨惓榻隳媳毕虺省按椤睜罘植?，負(fù)異常環(huán)繞正異常，異常中心強(qiáng)度達(dá)3000nT以上，區(qū)內(nèi)分布有周油坊礦、范橋礦、草樓礦等鐵礦；北部異常為完整的帶狀異常，異常規(guī)模大，異常中心強(qiáng)度達(dá)3500nT以上，區(qū)內(nèi)分布有張莊礦、周集礦等鐵礦。磁場(chǎng)往東、往西均逐漸減弱，位于磁梯度帶及扭轉(zhuǎn)變換的區(qū)域也有少量礦產(chǎn)地分布，如李集礦、李老莊礦。低磁背景較平緩，無(wú)雜亂或明顯跳躍現(xiàn)象，磁場(chǎng)在0～-300nT之間，與無(wú)磁沉積巖分布相符。

本次剖面（L1、L2）所在位置為張莊磁高異常區(qū)，該局部異常平面呈橢球狀，走向北東，異常中心即為已在開(kāi)采的張莊鐵礦，其北西側(cè)為負(fù)異常所伴生，且異常規(guī)模超過(guò)了正異常；其東北側(cè)、東側(cè)為等值線較緩的正異常，亦為北東向分布。

圖1 張莊地區(qū)航磁異常圖（附剖面位置）

3 磁測(cè)方法及數(shù)據(jù)處理

3.1 野外工作方法技術(shù)

磁測(cè)儀器為加拿大的GSM-19T，該儀器是一種高靈敏度的磁測(cè)量裝置，其觀測(cè)值即該時(shí)段該觀測(cè)點(diǎn)的地磁場(chǎng)總強(qiáng)度T。在野外生產(chǎn)開(kāi)始前、結(jié)束后均按高精度磁測(cè)技術(shù)規(guī)程要求進(jìn)行儀器性能測(cè)定，選擇符合條件的基點(diǎn)、日變站、校正點(diǎn)。野外作業(yè)觀測(cè)探頭高度1.9m，觀測(cè)過(guò)程中如遇到干擾，合理進(jìn)行避讓，相鄰測(cè)點(diǎn)數(shù)值變化大時(shí)，進(jìn)行重復(fù)觀測(cè)，并做記錄，保證觀測(cè)質(zhì)量。質(zhì)量檢查堅(jiān)決遵循“一同三不同”原則。

3.2 數(shù)據(jù)處理

原始數(shù)據(jù)是以野外觀測(cè)值經(jīng)日變改正、基點(diǎn)改正、高度改正和正常場(chǎng)改正后獲得的數(shù)據(jù)（ΔT）為基礎(chǔ)。正常場(chǎng)改正采用2010年高斯球諧系數(shù)，并考慮年變率。使用中國(guó)地調(diào)局軟件Rgis2012進(jìn)行ΔT的化極和局部、區(qū)域場(chǎng)異常的分離處理。磁場(chǎng)的局部異常和區(qū)域異常的分離采用小波多尺度分解方法，經(jīng)對(duì)比選取分解尺度為三階。

4 磁測(cè)成果解譯

張莊地區(qū)的局部磁異常主要為該處鐵礦體引起，該礦體賦存于周集倒轉(zhuǎn)向斜的西翼。由于該向斜西翼也發(fā)生倒轉(zhuǎn)，巖層向西傾斜，礦體也隨著埋深加深，也由東向西延伸，所測(cè)磁場(chǎng)值也隨之減弱。而霍邱地區(qū)大型鐵礦主要分布于周集向斜的西翼，其中已知礦外圍的一些低值、負(fù)值異常也有可能因?yàn)榈V體埋深加深、不連續(xù)等引起，故對(duì)低值負(fù)值異常亦需要引起關(guān)注。對(duì)2條剖面進(jìn)行解譯，并對(duì)L2剖面異常做了反演推斷。

4.1 L1剖面磁異常特征及解釋

L1剖面經(jīng)過(guò)張莊局部磁異常的北東端，與異常走向垂直。自西向東（最西端為0m），地磁ΔT曲線緩慢下降，至5500m后達(dá)最低值，之后呈陡直上升趨勢(shì)，直至6000m后變?yōu)榫徛仙?，并?700m處達(dá)到峰值，進(jìn)而總體呈緩慢下降趨勢(shì)，只在8200m左右存在一個(gè)次級(jí)峰值，推斷為二級(jí)疊加異常引起，見(jiàn)圖2?；瘶O之后異常向西位移約200m，幅值提高較大，多級(jí)異常疊加特征更為明顯。經(jīng)小波分解后，區(qū)域場(chǎng)和局部場(chǎng)分離，地磁化極在5900m、6500m和8100m附近形成3個(gè)局部異常。5900m處異常峰值最高，達(dá)360nT,且西側(cè)伴生有負(fù)異常，東側(cè)則為峰值較低6500m處的局部異常；8100m處的異常則基本對(duì)稱分布，但峰值不高，不到100nT。此外，對(duì)地磁化極進(jìn)行了一階導(dǎo)數(shù)處理，其峰值出現(xiàn)在5600m左右，說(shuō)明引起礦體或構(gòu)造的邊緣就在該位置附近。

圖2 L1剖面磁測(cè)異常圖

4.2 L2剖面磁異常特征及解釋

L2剖面經(jīng)過(guò)張莊局部磁異常的中心，與異常走向垂直。該剖面為典型的異常對(duì)稱剖面，剖面兩端異常曲線較平緩，僅在中部6500m處出現(xiàn)一個(gè)異常，異常峰值達(dá)5700nT,該位置對(duì)應(yīng)的即為張莊鐵礦位置，見(jiàn)圖3?；瘶O之后異常向西位移不大，但是幅值提高很大，達(dá)8000nT，表現(xiàn)為明顯礦致異常。經(jīng)小波分解后，區(qū)域場(chǎng)和局部場(chǎng)得到了分離，三階細(xì)節(jié)異常顯示出淺部存在磁性體，與已知礦對(duì)應(yīng)。而三階逼近異常反映出深部依然有磁性體存在的可能。依據(jù)上述定性分析認(rèn)為該磁異常除淺部已知礦體外，深部還存在磁性鐵礦體。為此，對(duì)該異常進(jìn)行了定量計(jì)算。

對(duì)該剖面地磁化極三階細(xì)節(jié)異常進(jìn)行2.5度反演，根據(jù)已知的地質(zhì)資料和物性參數(shù)，建立反演模型， 見(jiàn)圖4。

圖3 L2剖面磁測(cè)異常圖

圖4 L2地磁化極小波分解三階細(xì)節(jié)異常反演推斷圖

給定鐵礦體的磁化率60000×10-6SI,定量反演結(jié)果顯示：已知礦體西側(cè)深部及東側(cè)即向斜的東翼深部均存在磁性鐵礦體，2處鐵礦體埋深較大，主體在1000m以下，傾向與傾角與已知礦體基本一致。由圖中可知，擬合曲線與實(shí)測(cè)曲線吻合得較好。

據(jù)地質(zhì)資料，吳集巖組主要分布向斜兩翼，礦體的多層性、復(fù)雜性給予了異常的疊加和高值特征。反演的過(guò)程中，給定的參數(shù)部分是人為設(shè)定的，部分參考地質(zhì)斷面信息，因而在模型埋深、規(guī)模上和實(shí)際情況有一定的差異。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)位于張莊鐵礦磁異常2條磁剖面勘查，更加明確了礦體埋藏位置與磁異常的對(duì)應(yīng)關(guān)系，有利于分析判斷老礦山礦體的外延情況。一般而言，離礦體越近，異常曲線就越高陡；離礦體越遠(yuǎn)，異常曲線就顯得越低緩。雖然本地區(qū)已經(jīng)在較淺部探明了鐵礦，但是深部就較大的礦體在地表亦可能只有微弱的磁異常，故在已知礦深部，早期褶皺的疊加復(fù)合部位可能隱伏有“深部霍邱鐵礦”。因此存在較好的深部及外圍找礦前景。

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