井-地磁測在松山鐵礦勘查中的應(yīng)用

韓雪平， 胡 芳， 蔡立信， 曾廣華， 林 洪

(1.江西省地勘局贛西地質(zhì)調(diào)查大隊，江西 南昌 330030;2.江西省地勘局九〇二地質(zhì)大隊，江西 新余 338000)

松山鐵礦位于江西省分宜縣松山鎮(zhèn),屬于老礦山。目前礦區(qū)淺部礦層不斷被挖掘，淺部鐵礦資源被利用殆盡，尋找深邊部礦已經(jīng)成為找礦的重中之重。大力開展深邊部勘查，井-地聯(lián)合磁測是鐵礦深邊部勘查必不可少的有效手段之一。磁法勘探是通過觀測和研究磁異常來尋找有用礦產(chǎn)或查明地下地質(zhì)構(gòu)造的一種地球物理方法(管志寧，2005；劉天佑，2007；吳曉峰等，2013)。通過對松山礦區(qū)開展井-地磁測工作，查明區(qū)內(nèi)磁異常分布特征，有效地圈定區(qū)內(nèi)磁異常和找礦靶區(qū)，并對井旁、井底盲磁性礦作出空間定位預(yù)測和驗(yàn)證，為礦區(qū)內(nèi)下一步工作提供物探異常依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

工作區(qū)屬于贛中整裝勘查區(qū)，位于欽-杭結(jié)合帶(肖光榮，2012；曾長育等，2015)東段，處于華夏板塊與揚(yáng)子板塊拼合帶的南緣。屬于華夏板塊東南造山帶北緣的武功山隆起帶與北武夷隆起帶2個2級構(gòu)造單元，北側(cè)少量歸屬萍鄉(xiāng)—樂平凹陷，是控制南華紀(jì)“新余式”鐵礦生成、定型、展布的主體構(gòu)造。礦區(qū)鐵礦為火山沉積變質(zhì)型，習(xí)稱“新余式”鐵礦(曾書明等，2011；肖光榮等，2013)。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

松山礦區(qū)主要出露地層為南華系下坊組、大沙江組變質(zhì)巖系。地層層序正常。位于神山倒轉(zhuǎn)背斜南西翼(曾書明等，2011)。礦區(qū)內(nèi)總體構(gòu)造為走向北北西—南南東，傾向南西西，傾角50°～70°的單斜構(gòu)造。次級褶皺構(gòu)造發(fā)育(發(fā)育不同程度同斜緊閉褶皺和不協(xié)調(diào)共軛褶皺)，及復(fù)雜的形態(tài)的單斜構(gòu)造。褶皺構(gòu)造從北西向南東由簡單到復(fù)雜、淺繁深簡，地質(zhì)構(gòu)造總的特征以褶皺為主，斷層次之(韓雪平，2014)。

3 地球物理特征及工作布置

3.1 巖礦石物理特征測定

礦區(qū)巖(礦)石標(biāo)本可分為三類共計181組。第一類為砂巖、石英巖、千枚巖等無磁性；第二類為含磁鐵石英巖有磁性；第三類鐵礦石英巖有很強(qiáng)磁性。對在工作區(qū)采集的巖(礦)石標(biāo)本進(jìn)行了物性參數(shù)測定(劉良志等，2012)，主要巖礦磁參數(shù)統(tǒng)計如表1。

表1 工作區(qū)巖礦石磁性參數(shù)統(tǒng)計表

3.2 工作方法及技術(shù)

根據(jù)礦區(qū)地質(zhì)和地球物理特征，在礦區(qū)投入1∶1萬地面高精度磁法測量工作，磁測按基本線距100 m、點(diǎn)距20 m的網(wǎng)度進(jìn)行施測，測線方位角為238°。其中，西南部測區(qū)偶數(shù)測線為北小南大、測點(diǎn)編號東北小西南大；東北部測區(qū)奇數(shù)測線南小北大、測點(diǎn)編號西南小東北大(圖1)。在對研究區(qū)62線ZK6209孔進(jìn)行井中磁測的基礎(chǔ)上，開展井-地磁測資料聯(lián)合反演解釋，研究地下地質(zhì)、地球物理模型(向杰等，2016；張寶林等，2017)。

圖1 松山測區(qū)地面磁測工程布置圖Fig.1 The ground magnetic survey project plan in Shongshan survey area1.第四系；2.松山組上段；3.松山組下段；4.楊家橋組上段；5 楊家橋組下段；6.鐵礦層；7. 磁測樁線號

4 成果解釋

4.1 地面磁測成果解釋

在完成野外原始數(shù)據(jù)收集之后，對磁異常進(jìn)行了化極、濾波、向上延拓等處理。其目的是壓制和去除干擾異常，避免高頻率的干擾異常影響礦致異常，同時劃分和提取有用異常信息，以更好地分析和提取地下有用地質(zhì)信息。

從圖2可見，松山測區(qū)東部和中南部磁異常變化相對平穩(wěn)，而其他地區(qū)則為強(qiáng)磁異常，幅值高達(dá)數(shù)千nT，局部超10 000 nT，異常形態(tài)大都呈等軸狀或似等軸狀線性展布。根據(jù)區(qū)內(nèi)地質(zhì)礦產(chǎn)特征和調(diào)查結(jié)果，區(qū)內(nèi)磁鐵礦床，采礦場、選礦場、尾礦庫等礦干擾和采礦選礦設(shè)施、廠房等非礦干擾是引起該區(qū)強(qiáng)磁異常的主要因素。測區(qū)中部北西向的異常分界線恰好對應(yīng)分宜東坑鐵礦、大坪上鐵礦、山西坑鐵礦和分宜正榮鐵礦位置。

根據(jù)巖礦石物性測定結(jié)果及磁異常所處的地質(zhì)背景、找礦意義和以往工作成果，全區(qū)圈出7處局部磁異常區(qū)，圈定一個找礦靶區(qū)(圖2)。并按照物探異常分類原則，屬“甲類”異常3個、“乙類”異常3個、“丙類”異常1個(表2)。

圖2 松山測區(qū)磁異常綜合成果解釋圖Fig.2 Explanation of the synthesis of magnetic anomalies in Shongshan survey area

C1-1：位于測區(qū)北部，為一中等正磁異常，△T化極異常極大值以1 000 nT圈出，異常等值線呈似等軸狀，異常范圍小。該異常在上延100 m圖上沒有反映，說明C1-1異常為淺源異常。異常區(qū)出露第四系，推斷為地表或淺部磁性干擾體所致，屬丙類異常。

C1-2：位于測區(qū)北部，為一強(qiáng)磁正異常，△T化極異常極大值以10 000 nT圈出，異常等值線呈橢圓狀東西向展布，其周邊均為明顯的負(fù)異常。該異常在上延100 m、300 m圖上仍有明顯的反映，但在上延500 m圖上跡象消失，說明C1-2異常為中深源異常。異常區(qū)出露南華系上統(tǒng)松山群大沙江組和第四系，異常處有鐵路、公路通過并有大片房屋建筑，因此，該異常應(yīng)為地表鐵路房屋等人文設(shè)施干擾所致，但不排除地下有磁性地質(zhì)體或礦體的存在，屬乙類異常。

C1-3：位于測區(qū)中部，為一強(qiáng)磁正異常，由多個圈異常組成的異常區(qū)，△T化極異常極大值以15 000 nT圈出，異常等值線呈等軸狀、似等軸狀，其周邊均為明顯的負(fù)異常。該異常在上延100 m圖上仍有明顯的反映，但在上延300 m圖上留有跡象，說明C1-3異常為淺源異常。異常區(qū)出露第四系，異常處有鐵路、公路通過并有大片房屋建筑，因此，該異常應(yīng)為地表鐵路房屋等人文設(shè)施干擾所致，但不排除地下有磁性地質(zhì)體或礦體的存在，屬乙類異常。

C1-4：位于測區(qū)中部，為一強(qiáng)磁正異常，△T化極異常極大值以15 000 nT圈出，異常等值線呈似等軸狀，異常范圍較大，東南部出測區(qū)范圍而異常不完整，其周邊均為明顯的高值負(fù)異常。該異常在上延100 m、300 m、500 m圖上仍有明顯的反映，說明C1-4異常為中深源異常。異常區(qū)出露南華系上統(tǒng)松山群下坊組和大沙江組，見鐵層層通過異常中心，異常處下坊組和大沙江組地層接觸帶上，地表強(qiáng)磁干擾相對較少。因此，該異常應(yīng)為鐵礦層的反映，礦層延深較大，屬甲類異常。

C1-5：位于測區(qū)中南部西側(cè)，為一強(qiáng)磁正異常，由多個圈異常組成的異常區(qū)，△T化極異常極大值以5000 nT圈出，異常等值線呈橢圓狀近東西向展布，西側(cè)出測區(qū)范圍而異常不完整。該異常在上延100 m、300 m、500 m圖上仍有明顯的反映，說明C1-5異常為中深源異常。異常區(qū)出露南華系上統(tǒng)松山群大沙江組第四系，異常西側(cè)有鐵路、公路通過并有大片房屋建筑，因此，該異常應(yīng)為地表鐵路房屋等人文設(shè)施干擾和中深部磁性地質(zhì)體或礦體的綜合反映，屬乙類異常。

C1-6：位于測區(qū)中南部東端，為一強(qiáng)磁正異常，△T化極異常極大值以15 000 nT圈出，異常等值線呈橢圓狀北東向展布，異常范圍較小，東部出測區(qū)范圍而異常不完整，其周邊均為明顯的高值負(fù)異常環(huán)繞。該異常在上延100 m圖上仍有明顯的反映，上延300 m圖上留有跡象，說明C1-6異常為淺源異常。異常區(qū)出露南華系上統(tǒng)松山群下坊組和大沙江組，東部見北西向鐵層，地表強(qiáng)磁干擾相對較少。因此，該異常應(yīng)為鐵礦層的反映，屬甲類異常。

C1-7：位于測區(qū)中南部東端，為一強(qiáng)磁正異常，△T化極異常極大值以10 000nT圈出，異常等值線呈橢圓狀近東西向展布，異常范圍較小，東部出測區(qū)范圍而異常不完整，其周邊均為明顯的高值負(fù)異常環(huán)繞。該異常在上延100 m圖上仍有明顯的反映，上延300 m圖上跡象消失，說明C1-7異常為淺源異常。異常區(qū)出露南華系上統(tǒng)松山群下坊組和大沙江組，東部見北西向鐵層，地表強(qiáng)磁干擾相對較少。因此，該異常應(yīng)為鐵礦層的反映，屬甲類異常。

表2 松山測區(qū)磁異常分類一覽表

4.2 井-地聯(lián)合反演

在礦區(qū)開展1∶1萬地面高精度磁測，由于地形復(fù)雜，地面干擾大，資料處理解釋推斷難度大，地面磁測縱向分辨率較差，通過聯(lián)合井中磁測來提高其縱向分辨率，發(fā)現(xiàn)井旁盲磁性礦，預(yù)報井底盲礦，確定礦體形狀、產(chǎn)狀、規(guī)模以及進(jìn)行空間定位預(yù)測(蔡柏林等，1989；劉冬節(jié)等，2016；陶德益等，2011)。通過對礦區(qū)62線ZK6209孔進(jìn)行井-地磁測資料聯(lián)合反演，綜合解釋地下地質(zhì)體模型。

62線剖面鉆孔控制的已知鐵礦層最深在426 m左右，ZK6209實(shí)際鉆探深度745 m。由于62線磁異常受高壓線、公路和房屋等干擾，低緩異常受壓制，剔除干擾點(diǎn)后，基本恢復(fù)出異常的形態(tài)。在測線南端橫坐標(biāo)400～600 m有一個幅值150～200 nT的弱磁異常，異常寬緩，可能為深部磁性體的反映。

圖3 正演模型△T⊥矢量圖Fig.3 The forward model Of △T⊥vector diagram

通過正演磁化強(qiáng)度為40 A/m，總磁化傾角42°，測線方位為57.7°的磁鐵條塊，所產(chǎn)生△T⊥矢量變化情況，不斷伸縮磁鐵條塊長度，來重復(fù)擬合ZK6209實(shí)測三分量△T⊥矢量形態(tài)(圖3)。并對62線進(jìn)行2.5 D人機(jī)交互反演，對鉆已知礦體正演計算它們產(chǎn)生的磁異常值，如圖4中的紅線(正演異常)。通過不斷擬合，在剖面南部添加了磁性體的擬合結(jié)果，表明添加一磁性體，并同時將62線礦體下延至1 000 m以下可以較好地擬合實(shí)測異常。

圖4 62線井地聯(lián)合反演Fig.4 Joint inversion in figure 62 line well

根據(jù)地質(zhì)、地面磁測資料及井中磁測資料綜合處理解釋分析，得出相關(guān)地下地質(zhì)、地球物理模型，較準(zhǔn)確反演出礦體形狀、產(chǎn)狀以及空間定位見圖4。通過對以往地質(zhì)、鉆探資料收集，有效控制已知礦層深度，再根據(jù)62線磁測剖面資料分析，選擇磁異常有利成礦部位布置鉆孔ZK6209，通過鉆探和井中磁測進(jìn)一步控制深部鐵礦層深度，預(yù)報井底盲礦，確定礦體形狀、產(chǎn)狀以及進(jìn)行空間定位預(yù)測。為研究區(qū)深部找礦提供依據(jù)和模式。

5 結(jié)論

通過對礦區(qū)開展1∶1萬地面高精度磁測及井中磁測，對磁異常特征分析和 2.5 D反演，有效進(jìn)行井-地聯(lián)合反演，分析和總結(jié)前人研究區(qū)的地質(zhì)成礦理論和成礦模式的基礎(chǔ)上，得到以下結(jié)論：

(1)查明了測區(qū)范圍內(nèi)的磁異常分布特征。共圈出了7處磁異常，并對測區(qū)7處磁異常進(jìn)行了分類，劃分出礦致異常“甲類”異常3個，具有找礦或特殊地質(zhì)意義“乙類”異常3個，干擾引起的“丙類”異常1個。在測區(qū)圈定了一處找礦靶區(qū), 為下一步地質(zhì)找礦工作部署提供了物探參考資料。

(2)對礦區(qū)ZK6209進(jìn)行井-地聯(lián)合反演，較準(zhǔn)確的探明地下地質(zhì)體空間位置、形態(tài)及產(chǎn)狀；并很好的驗(yàn)證了地面磁異常特征，為礦區(qū)找礦及下一步勘查工作提供良好的基礎(chǔ)和依據(jù)。

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