高精度磁測(cè)在吉林西葫蘆溝硼礦找礦工作中的應(yīng)用

楊 雷

（中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心吉林總隊(duì)，吉林 長(zhǎng)春 130033）

1 區(qū)域地質(zhì)概況

1.1 大地構(gòu)造位置

本區(qū)大地構(gòu)造位置處于中朝準(zhǔn)地臺(tái)(Ⅰ)、遼東臺(tái)隆(Ⅱ)、太子河—渾江褶斷束(Ⅲ)、清河臺(tái)穹(Ⅳ)。

1.2 工區(qū)地層

勘查區(qū)區(qū)域地層見表1。

表1 勘查區(qū)區(qū)域地層

1.3 構(gòu)造

褶皺為劉家鋪?zhàn)印骱J倒轉(zhuǎn)背斜，屬于臺(tái)上—東葫蘆—礦山村同斜復(fù)式褶皺的一部分，是形成硼礦的有利部位。核部為螞蟻河組一段，南翼為螞蟻河組二段和三段。

區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，主要有三組，即近東西向推覆斷層，北西向平移斷層，北東向逆沖斷層。其中走向近東西斷層為推覆斷層，被后期斷層錯(cuò)斷。三組斷層形成順序是：東西向推覆斷層最早，北西向平移斷層次之，北東向逆沖斷層形成最晚，錯(cuò)斷了東西向及北西向斷層。區(qū)內(nèi)所有斷層對(duì)礦層有破壞作用。

1.4 工區(qū)地球物理?xiàng)l件

本次物性工作采用非定向標(biāo)本測(cè)量及露頭法直接測(cè)量，使用的儀器為捷克生產(chǎn)的SM-30，該設(shè)備共有6種模式可以對(duì)標(biāo)本的磁化率進(jìn)行測(cè)量。共采集各類巖石標(biāo)本283塊。從物性標(biāo)本及露頭磁性測(cè)量結(jié)果上看，本次勘探的目的層既不是磁性最高的也不是最低的，是中間偏低的磁性。從測(cè)區(qū)整體上看，果松組火山巖體整體高磁性；螞蟻河組二段整體表現(xiàn)為低磁性，局部由于夾有斜長(zhǎng)角閃巖表現(xiàn)為高磁性。巖石標(biāo)本磁性測(cè)量統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2。

2 方法技術(shù)與質(zhì)量評(píng)價(jià)

2.1 方法技術(shù)

測(cè)網(wǎng)布置在工區(qū)內(nèi)開展了點(diǎn)距20m的地面高精度磁測(cè)剖面工作。測(cè)線布設(shè)方向以前期收集到的相關(guān)資料為依據(jù)，以基本垂直已知礦體走向?yàn)樵瓌t，實(shí)際工作沿174°布置。

2.2 儀器性能指標(biāo)

根據(jù)規(guī)范要求，在野外工作前后要對(duì)投入生產(chǎn)的所有設(shè)備進(jìn)行全面的檢驗(yàn)和校正，內(nèi)容包括：儀器性能測(cè)定、一致性校正、基點(diǎn)選擇、日變站選擇、校正點(diǎn)選擇等。工作中采用加拿大的GSM-19T型質(zhì)子磁力儀。

表2 磁參數(shù)磁化率統(tǒng)計(jì)結(jié)果

GSM-19T型質(zhì)子磁力儀主要技術(shù)參數(shù)如下：

靈敏度：＜0.1nT；

分辨率：0.01nT；

絕對(duì)精度：1nT；

動(dòng)態(tài)范圍：10 000～120 000nT；

梯度容限：＞7 000nT/m；

采樣率：每3～60s一個(gè)讀數(shù)。

2.3 儀器性能檢驗(yàn)與校正

2.3.1 儀器噪聲水平的測(cè)定

在工作區(qū)選擇無(wú)人為干擾，地電結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定的弱磁區(qū)以及日變較小時(shí)段做儀器噪聲的測(cè)定。為了減小儀器之間的相互影響，將儀器相距＞20m，做近似同步日變觀測(cè)。觀測(cè)周期選擇5s，連續(xù)讀取102個(gè)數(shù)據(jù)，按下式計(jì)算每臺(tái)儀器的噪聲均方根S。

式中：ΔXi——第i 時(shí)的觀測(cè)值Xi與起始觀測(cè)值X0的差值；

n——總觀測(cè)數(shù)，i =1、2……n。

開工前與完工后儀器噪聲精度見表3、表4。

表3 開工前儀器噪聲水平試驗(yàn)

表4 完工后儀器噪聲水平試驗(yàn)

2.3.2 探頭一致性試驗(yàn)

所有投入生產(chǎn)使用的探頭均需要進(jìn)行探頭試驗(yàn)，將每個(gè)探頭編上號(hào)，然后用兩臺(tái)儀器同時(shí)做秒級(jí)同步日變觀測(cè)，而且使兩臺(tái)儀器保持一定的距離，以免互相影響，兩個(gè)探頭位置應(yīng)保持一致，其中臺(tái)站型儀器及一個(gè)探頭固定不變，即以臺(tái)站上的儀器探頭為基準(zhǔn)進(jìn)行比較，另一臺(tái)儀器分別輪換同其他兩個(gè)探頭相連接，在換探頭時(shí)主機(jī)不能關(guān)機(jī)及調(diào)諧場(chǎng)應(yīng)保持不變。每個(gè)探頭讀數(shù)30次以上，而后分別求取相應(yīng)與臺(tái)站儀器讀數(shù)差值，并計(jì)算各探頭差值數(shù)的算術(shù)平均值，比較各個(gè)探頭計(jì)算的平均值，判斷它們的一致性。通過探頭試驗(yàn)結(jié)果選擇一致性較好的探頭用于野外觀測(cè)。

2.3.3 儀器一致性試驗(yàn)

選擇磁場(chǎng)變化較大地段，無(wú)人為干擾地區(qū)，布設(shè)一條剖面，在剖面上等間距布設(shè)50個(gè)點(diǎn)，在日變較小時(shí)段將生產(chǎn)所需的各臺(tái)儀器在該剖面上做2次往返觀測(cè)(開始于第一個(gè)點(diǎn)，終止于第一個(gè)點(diǎn)，并用該點(diǎn)的差值進(jìn)行混合零點(diǎn)漂移校正。下面的觀測(cè)值均指進(jìn)行了混合零點(diǎn)漂移校正后的值)，要求用全部?jī)x器重復(fù)觀測(cè)值算出的總觀測(cè)均方誤差≤2nT。用下式計(jì)算多臺(tái)儀器的一致性觀測(cè)均方誤差。

式中：ε——多臺(tái)儀器的一致性觀測(cè)均方誤差；

V(i，j，k)——第k臺(tái)儀器在第i個(gè)點(diǎn)的第j次觀測(cè)值；

V(i)——第i個(gè)點(diǎn)所有觀測(cè)值的平均值；

m——觀測(cè)次數(shù)；

P——儀器臺(tái)數(shù)；

n——觀測(cè)點(diǎn)數(shù)。

開工前儀器一致性精度總均方誤差為0.311nT，小于總觀測(cè)均方誤差2nT，說明儀器的一致性良好，可以保證采集數(shù)據(jù)的可靠性。完工后儀器一致性精度總均方誤差為1.75nT。

2.3.4 日改精度

取日變變化大的一天數(shù)據(jù)，按七點(diǎn)圓滑取平均值計(jì)算日變改正均方差為0.27nT。

2.3.5 校正點(diǎn)誤差

本次地面高精度磁測(cè)工作，每天各臺(tái)儀器在校正點(diǎn)開工前與收工后的測(cè)量值，經(jīng)統(tǒng)計(jì)計(jì)算后，校正點(diǎn)誤差為±0.11nT。

2.4 基點(diǎn)的選擇

本次工作選擇了一個(gè)總基點(diǎn)，總基點(diǎn)選擇了測(cè)區(qū)內(nèi)四周無(wú)干擾的正常場(chǎng)區(qū)域，滿足規(guī)范要求。

2.5 日變點(diǎn)的選擇與測(cè)量

日變點(diǎn)附近無(wú)任何磁性干擾物，特別是可移動(dòng)磁性干擾物，并遠(yuǎn)離建筑物和工業(yè)設(shè)施。本次工作的日變點(diǎn)選擇了測(cè)區(qū)內(nèi)四周無(wú)干擾的正常場(chǎng)區(qū)域，滿足規(guī)范要求。

2.5.1 野外磁測(cè)工作

磁法資料的野外采集、室內(nèi)處理與解釋推斷，在執(zhí)行物探設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，嚴(yán)格執(zhí)行DZ/T0071-1993《地面高精度磁測(cè)技術(shù)規(guī)程》、DZ/T0153-2014《物化探工程測(cè)量規(guī)范》等規(guī)范要求。

2.5.2 日變測(cè)量

(1) 日變觀測(cè)采樣時(shí)間間隔20s，測(cè)量方式為循環(huán)方式，儀器自動(dòng)測(cè)量和記錄。

(2) 日變站的T0值使用總基點(diǎn)的T0值。

(3) 一個(gè)工作日內(nèi)，日變站儀器必須最先啟動(dòng)，最后停機(jī)，并有專人進(jìn)行負(fù)責(zé)。

(4) 在日變觀測(cè)規(guī)程中，負(fù)責(zé)日變觀測(cè)的人員必須隨時(shí)注意周圍情況變化，嚴(yán)禁任何移動(dòng)物體接近日變站。

2.5.3 野外測(cè)量

本次野外工作采用總場(chǎng)測(cè)量方式，觀測(cè)參數(shù)為磁場(chǎng)總場(chǎng)強(qiáng)度，采用儀器校正點(diǎn)—觀測(cè)點(diǎn)—儀器校正點(diǎn)的閉合方式進(jìn)行。本次測(cè)量每天在校正點(diǎn)上早、晚各讀數(shù)兩次，校正點(diǎn)早、晚各兩次讀數(shù)經(jīng)過日變改正后的平均值、絕對(duì)差值均小于兩倍的觀測(cè)均方誤差。操作人員都經(jīng)嚴(yán)格去磁，不會(huì)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生影響。在觀測(cè)過程中，操作員在遇到相鄰點(diǎn)之間磁場(chǎng)變化較大時(shí)進(jìn)行了重復(fù)觀測(cè)或檢查觀測(cè)，并視情況對(duì)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行了加密。

2.6 質(zhì)量評(píng)價(jià)

2.6.1 測(cè)地工作質(zhì)量評(píng)述

本次測(cè)地工作的GPS采用集思寶MG7系列，儀器性能如下：

工作溫度：-20～+60℃；

存儲(chǔ)溫度：-30～+70℃；

抗震：1.5m自然跌落至地面；

整機(jī)功耗：約0.5W；

存儲(chǔ)：128MB SDRAM，256M NAND Flash；

冷啟動(dòng)：29s；

實(shí)時(shí)定位：＜2～5m(2DRMS)；

電源：3 000mAh鋰離子電池；外接接口實(shí)現(xiàn)供電切換；

工作時(shí)間：10h。

大地工作測(cè)量點(diǎn)數(shù)約為600個(gè)，測(cè)地檢查點(diǎn)數(shù)為283個(gè)，檢查點(diǎn)均勻分布全區(qū)。質(zhì)量檢查比例為47%＞3%，相鄰點(diǎn)距離的相對(duì)誤差值公式如下：

算得η=12%，相對(duì)誤差＜25%，符合規(guī)范要求。

2.6.2 磁法工作誤差計(jì)算

本次磁法工作測(cè)量點(diǎn)數(shù)為598個(gè)，質(zhì)量檢查點(diǎn)數(shù)為286個(gè)，檢查區(qū)域?yàn)楫惓^(qū)，分別為13線、11線、7線、5線、3線、1線、0線、4線、6線、8線、10線、12線。按照同點(diǎn)位、不同儀器、不同人、不同時(shí)間的“一同三不同”方法進(jìn)行了質(zhì)量檢查，質(zhì)量檢查比例為48%＞3%。

均方誤差計(jì)算公式(當(dāng)個(gè)點(diǎn)的觀測(cè)次數(shù)都算兩次時(shí))：

式中：δi——第i點(diǎn)的原始觀測(cè)值與檢查觀測(cè)值之差；

i ——第i點(diǎn)上某次觀測(cè)值；

n——參與誤差計(jì)算的點(diǎn)數(shù)。

將質(zhì)檢數(shù)據(jù)代入上式中得到ε＝0.544nT＜2nT，滿足規(guī)范精度要求。

2.6.3 巖石標(biāo)本磁性測(cè)定質(zhì)量評(píng)述

此次采集標(biāo)本數(shù)為283塊和露頭處物性測(cè)量均參與磁性參數(shù)測(cè)定質(zhì)量檢查，檢查率100%＞10%。根據(jù)算術(shù)平均誤差公式：

式中：δAi——第i 塊標(biāo)本的原始觀測(cè)值與檢查觀測(cè)值之差；

i ——第i 塊標(biāo)本的某次觀測(cè)值；

n ——為檢查標(biāo)本塊數(shù)。

將標(biāo)本測(cè)量數(shù)據(jù)代入上式可得u=15.24%＜20%。

2.6.4 磁法工作質(zhì)量評(píng)述

高精度磁測(cè)實(shí)達(dá)及各項(xiàng)分精度均達(dá)到規(guī)范要求，見表5。

表5 高精度磁測(cè)精度統(tǒng)計(jì)(nT)

3 磁異常解釋推斷

3.1 異常特征描述

本次地面高精度磁測(cè)成果顯示，測(cè)區(qū)內(nèi)主要表現(xiàn)為平緩的正磁異常，局部異常特征表現(xiàn)磁異常梯度帶的特征；而測(cè)區(qū)內(nèi)低緩的負(fù)磁異常區(qū)出露的巖性主要為正長(zhǎng)花崗巖及二長(zhǎng)花崗巖。本次地面磁測(cè)工作范圍較小，各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行了日變改正和基點(diǎn)改正，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了化極以及解析延拓處理，選擇4線和11線的磁測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了磁源深度計(jì)算。

3.1.1 磁異常的劃分

如圖1所示，由于測(cè)區(qū)范圍限制，劃分的磁異常均未封閉，通過地面磁測(cè)圈定磁異常4處，編號(hào)分別為C1、C2、C3、C4。結(jié)合物性標(biāo)本資料，以低緩的正磁異常區(qū)為進(jìn)一步工作重點(diǎn)區(qū)域，通過對(duì)磁異?；瘶O前后的對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)化極后的磁異常范圍呈現(xiàn)向北位移現(xiàn)象，化極后磁異常的形態(tài)簡(jiǎn)單。具體磁異常描述如下。

C1：位于測(cè)區(qū)西南，形態(tài)不規(guī)則，異常面積約0.29km2，表現(xiàn)為平緩的正磁異常，幅值0～200nT，局部出現(xiàn)梯度變化較大的正負(fù)磁異常，幅值在-200～1 000nT。初步推斷引起該異常的主要原因?yàn)檎L(zhǎng)、二長(zhǎng)花崗巖中局部夾斜長(zhǎng)角閃巖。該異常區(qū)域地表見小面積螞蟻河組地層。

C2：位于測(cè)區(qū)中南部，形態(tài)不規(guī)則，異常面積約為0.24km2。異常為平緩正異常，幅值在100～200nT，局部出現(xiàn)400～700nT的高磁異常。異常的范圍界線與輝長(zhǎng)巖脈巖的界線大約一致。推斷引起該異常的主要原因?yàn)榛詭r，該輝長(zhǎng)巖巖體磁性相對(duì)較高，與含硼地層無(wú)關(guān)。

圖1 化極后ΔT等值線平面圖

C3：位于測(cè)區(qū)以西，東側(cè)未封閉，表現(xiàn)為東西兩個(gè)較高的正磁異常圈閉，異常幅值在150～500nT，局部峰值1 440nT，該異常區(qū)西側(cè)地表主要出露螞蟻河組二段地層，異常區(qū)的東側(cè)出露有果松組安山巖及玄武巖，因此，引起該異常的原因是火山巖中具有高磁特征的暗色礦物。該異常區(qū)域的西側(cè)經(jīng)過地表工程見6條含硼的礦體，而通過物性測(cè)量統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析可知，含硼的巖礦石標(biāo)本常見值磁性相對(duì)較弱，因而該異常對(duì)含硼地層的劃分不具備指導(dǎo)作用。

C4：位于測(cè)區(qū)東北部，東側(cè)未封閉，表現(xiàn)為相對(duì)較高的正磁異常，異常幅值在100～200nT，局部峰值達(dá)到800nT左右，通過地質(zhì)測(cè)量，該異常區(qū)南部地層為螞蟻河組二段，二段內(nèi)磁性較高的巖性為斜長(zhǎng)角閃巖，推斷該異常是由螞蟻河組二段地層中磁性相對(duì)較高的斜長(zhǎng)角閃巖引起的。

3.1.2 ΔT剖面平面圖解釋

如圖2所示，多數(shù)剖面兩端磁性高，中間低，高磁異常推斷為螞蟻河組二段地層中斜長(zhǎng)角閃巖及果松組火山巖引起的高磁異常，低磁異常則主要反映了花崗質(zhì)片麻巖、淺粒巖、大理巖的磁性特征，由于大理巖與含硼蛇紋石化大理巖在磁性方面沒有明顯的差異，因而劃分難度較大。

3.2 磁異常位場(chǎng)轉(zhuǎn)換處理

為了進(jìn)一步在定性分析基礎(chǔ)上建立礦體深度概念，也就是在定量的角度上估算礦體頂板埋深，通過RGIS剖面磁源深度計(jì)算，本系統(tǒng)采用功率譜方法計(jì)算磁性場(chǎng)源體深度。功率譜方法是對(duì)磁異常數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉變換，再計(jì)算變換后的對(duì)數(shù)功率譜。對(duì)數(shù)功率譜曲線的特點(diǎn)是：深源場(chǎng)響應(yīng)的低頻段快速衰減，而近地表場(chǎng)源的響應(yīng)曲線下降較緩。依據(jù)功率譜對(duì)頻率的關(guān)系可以近似計(jì)算磁性體頂面的平均深度。該功能模塊主要用于通過剖面異常進(jìn)行粗略計(jì)算，對(duì)于孤立異常，結(jié)果基本可靠。

這種常規(guī)計(jì)算的是磁性較高斜長(zhǎng)角閃巖的磁源深度，而根據(jù)物性特征可知，含硼地層表現(xiàn)為弱磁性特征，因而高磁異常對(duì)在本地區(qū)尋找含硼地層的指示作用十分有限。

圖2 ΔT剖面平面圖

4 分析結(jié)論

(1) 本區(qū)巖礦石標(biāo)本、露頭磁性測(cè)量結(jié)果說明目的體與圍巖的磁性差異不明顯，但開展高精度磁法測(cè)量工作劃分了巖體、斷裂構(gòu)造及地質(zhì)界線，為下一步工作提供了部分構(gòu)造信息。

(2) 結(jié)合物性測(cè)量和巖樣鑒定的成果，對(duì)勘查區(qū)內(nèi)地面1/1萬(wàn)高精度磁測(cè)圈定的4處異常區(qū)進(jìn)行分析。

(3) 該區(qū)域內(nèi)含硼巖(礦)石類型為硼鎂石—蛇紋石型，其中不含磁鐵礦化、磁黃鐵礦化，其巖石標(biāo)本的磁性特征表現(xiàn)為變化較平緩的弱磁異常。因此，在本次工作中，地面高精度磁法不具備利用磁場(chǎng)變化圈定異常體的地球物理?xiàng)l件，磁異常對(duì)下一步地質(zhì)工作不具指導(dǎo)意義。