井中三分量磁測在舊縣鐵礦普查中的應用

李兆令，王石

(山東省第五地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 泰安 271000)

0 引言

舊縣鐵礦位于山東省東平縣，以往開展過多次地質(zhì)、物探、鉆探工作，見礦情況均不理想。2014年，勘查單位對前期發(fā)現(xiàn)的高磁異常進行了1∶2000高精度磁測剖面測量，經(jīng)分析、解釋，施工了ZK302，ZK308，ZK408鉆孔，其中ZK302孔自1010.60m開始見磁性體38.70m；ZK308孔自485.40m處見磁性體24m；ZK408孔在713m處見磁性體4m。

ZK408設計孔深750m，平行于ZK308布設，以期控制礦體走向，實際見礦深度與厚度皆未達預期目的。根據(jù)測井結(jié)果，認為井底下部存有盲礦，應繼續(xù)鉆進，最終在879m見磁性體。該孔前后共進行4次測井，終孔深度1032.53m。井中三分量磁測在該孔礦體的發(fā)現(xiàn)中起了重要作用[1-3]。

1 工作區(qū)地質(zhì)特征

普查區(qū)主要為寒武—奧陶紀九龍群出露區(qū)，山間低洼地帶發(fā)育第四系；F1斷裂從區(qū)內(nèi)穿過，斷裂東側(cè)出露1處閃長玢巖巖株。

1.1 地層

區(qū)內(nèi)廣泛分布九龍群及第四系松散堆積物，根據(jù)鉆孔揭露，長清群隱伏于九龍群以下。泰山巖群隱伏于寒武紀地層之下，蓋層厚約400m(圖1)。

泰山巖群山草峪組在普查區(qū)內(nèi)為一套隱伏的變質(zhì)含礦巖系，變質(zhì)程度以低角閃巖相為主。普查區(qū)遭受區(qū)域變質(zhì)作用和不同程度的混合巖化作用，片麻理發(fā)育，走向NW，傾向SW，為區(qū)內(nèi)主要的賦礦層位。主要巖石類型為黑云變粒巖、黑云斜長變粒巖、斜長角閃巖、磁鐵角閃石英巖。磁鐵石英巖類賦存于山草峪組中下部。隱伏分布在洪范池、上水河、梁林等地，呈薄板狀、層狀、似層狀產(chǎn)出。泰山巖群山草峪組和上覆朱砂洞組呈角度不整合接觸[4-9]。

1—臨沂組；2—大站組；3—三山子組；4—炒米店組；5—崮山組；6—張夏組；7—銅漢莊單元；8—實測及推 斷正斷層；9—地層產(chǎn)狀；10—△T等值線；11—見礦鉆孔；12—未見礦鉆孔圖1 工作區(qū)地質(zhì)簡圖

長清群僅發(fā)育朱砂洞組、饅頭組。朱砂洞組與下伏泰山巖群呈角度不整合接觸，饅頭組與下伏朱砂洞組整合接觸[4-9]。

九龍群地層主要有張夏組、崮山組、炒米店組及三山子組，分布于區(qū)內(nèi)的南部及東部。各組與其下伏地層均為整合接觸關系[4-9]。

第四系主要發(fā)育大站組、臨沂組。大站組出露于普查區(qū)中北部，以褐黃色砂質(zhì)黏土為主。臨沂組主要分布于普查區(qū)東北角。巖性以褐黃色、土黃色含黏土粉砂層、細砂層、中粉砂層為主[6-8]。

1.2 構造

區(qū)內(nèi)僅發(fā)育F1斷裂構造，位于工作區(qū)北部，走向為NNE向，傾向NW，傾角70°左右，區(qū)內(nèi)長度約4km左右。上盤為寒武紀灰?guī)r、頁巖，下盤為寒武紀灰?guī)r、頁巖及銅漢莊單元的石英閃長玢巖。破碎帶由斷層角礫巖、灰質(zhì)碎裂巖等組成，帶寬0.3～1.5m。該斷層屬張性正斷層。該斷層離鐵礦體較遠，對礦體無影響。

1.3 巖漿巖

工作區(qū)北部發(fā)育燕山期沂南序列銅漢莊單元，呈脈狀沿NNE向斷裂分布，產(chǎn)狀與構造一致，傾向E，傾角70°。脈狀產(chǎn)出，出露長度約1km左右，寬約90～170m。

巖性為石英閃長玢巖，呈黑灰色，斑狀結(jié)構，塊狀構造，斑晶主要為斜長石、普通角閃石，基質(zhì)為顯微粒狀結(jié)構[7-8]。

1.4 礦體特征

工作區(qū)內(nèi)共圈定2個鐵礦體，編號分別為Ⅰ礦體、Ⅱ礦體。礦體呈層狀，賦存于新太古代泰山巖群山草峪組中下部，為沉積變質(zhì)型鐵礦，賦礦巖石為條帶狀磁鐵石英巖。礦體產(chǎn)狀與圍巖一致，礦體與圍巖界線明顯。

Ⅰ號礦體呈薄層狀，走向NW，產(chǎn)狀近似直立，由ZK305單工程控制，沿傾向控制斜深約200m，沿走向延伸約200m。礦體真厚度1.04m，mFe平均品位18.25%，TFe品位24.55%。

Ⅱ號礦體為區(qū)內(nèi)主礦體，由ZK302，ZK308，ZK408控制。賦存標高-356m～-993m。呈層狀，走向NW，產(chǎn)狀近似直立。沿傾向控制延深約640m，沿走向延伸約433m。礦體真厚度1.44～7.86m，mFe最高品位36.30%，最低品位15.12%，平均品位20.22%，品位變化系數(shù)48.41%；礦體TFe最高品位39.43%，最低品位17.43%，平均品位23.60%，品位變化系數(shù)55.45%。

1.5 地球物理特征

1.5.1 地磁場特征

2008年，山東省第五地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院在工作區(qū)內(nèi)進行了1∶5000高精度磁測工作，根據(jù)高精度磁測ΔT等值線平面圖顯示，工作區(qū)磁場等值線分布比較均勻，規(guī)律性較好，變化比較穩(wěn)定，高磁異常位于工作區(qū)中部，走向NW，異常極大值為535nT，以1/2極大值等值線圈定異常范圍，異常形態(tài)呈近橢圓形，異常南端未封閉(圖2)。對ΔT進行化極處理后，異常整體向北西位移200m左右，磁場值變大，極大值為766nT，以1/2極大值圈定異常范圍，異常形態(tài)基本未變，仍然呈近橢圓形，長軸約1900m，短軸約1000m。異常強度由中心向外圍逐漸減弱[10-11]。

1—高磁剖面；2—未見礦鉆孔；3—見礦鉆孔圖2 高精度磁測ΔT化極等值線平面圖

1.5.2 巖礦石磁性參數(shù)

普查區(qū)大部分被第四系覆蓋，該次巖石物性參數(shù)測定以巖芯標本測定為主[11-13]，結(jié)合鄰近洪范池礦區(qū)的物性資料，得到山東省東平縣舊縣地區(qū)巖礦石物性參數(shù)(表1)。

從表1可以看出，區(qū)內(nèi)巖礦石磁化率差異明顯，根據(jù)磁化率大小，可將區(qū)內(nèi)巖礦石分為兩類，一類是低磁化率巖石，主要為灰?guī)r、頁巖、黑云變粒巖、花崗偉晶巖等，此類巖石磁化率極低，均在100×4π·10-6·SI以下，剩余磁化強度極小，最大不超過15×10-3A/m；另一類為高磁化率巖石，主要為磁鐵石英巖，磁化率值在20000×4π·10-6·SI之上，最大達73200×4π·10-6·SI，這類巖石剩余磁化強度也較大，最低為3020×10-3A/m，最大達53300×10-3A/m，不同標本差異較大。根據(jù)表1可知，區(qū)內(nèi)只有磁鐵石英巖為高磁化率巖石，不管是磁化率還是剩余磁化強度，其相對于蓋層的灰?guī)r和作為圍巖的黑云變粒巖，均高出3～4個數(shù)量級，磁性差異顯著，為井中磁測提供了較好的地球物理前提。

表1 山東省東平縣舊縣地區(qū)巖礦石物性參數(shù)

2 井中三分量磁測工作

2.1 儀器設備

測井工作采用了中裝集團重慶地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)的JGS-1B智能綜合數(shù)字測井系統(tǒng)、JCX-3型井中磁力儀探頭。JGS-1B智能綜合數(shù)字測井系統(tǒng)是由主機、絞車控制器及絞車、探頭、筆記本電腦及測井軟件組成。

測井主機數(shù)字傳輸信號頻率9600bif/s，工作頻率50Hz，測井速度0～30m/min可調(diào)，該次測井速度控制為9.5m/min。

JCX-3型三分量磁力儀探頭測量范圍為-99999nT～+99999nT，X,Y磁敏感元件轉(zhuǎn)向差≤400nT，Z磁敏感元件轉(zhuǎn)向差≤300nT，靈敏度較高。由于傾角和方位角在強磁環(huán)境中的讀取會受到干擾，故利用JTG-1光纖陀螺測斜儀對鉆孔進行了測斜，以對鉆孔的傾角和方位角進行修正。JTG-1光纖陀螺測斜儀傾角測量范圍為0°～65°，誤差≤0.1°；方位角測量范圍為0°～360°，誤差≤2°，精度較高。

2.2 主要技術方法

開工前確認儀器和探頭可以正常使用后，用絞車將探頭送至井下，在自動測量記錄中，隨時觀察水平分量X，Y，垂直分量Z的曲線和數(shù)值變化情況，并對磁測結(jié)果做出初步分析，以獲得最佳資料[14-16]。觀測方式采用自動連測，采樣點距為0.5m，測量方式為提升采樣，采取參數(shù)為頂角、方位角、水平分量X，Y，垂直分量Z。鉆孔傾角和方位角測量使用JTG-1光纖陀螺測斜儀完成，采集方式為手動點測，記錄采樣點距50m，每一觀測點測量穩(wěn)定時間≥2min，用絞車控制器控制下降深度。

2.3 資料處理

工作區(qū)基點選在磁測異常區(qū)外側(cè)磁場值低緩、平穩(wěn)、均勻處，用JCX-3型三分量磁力儀探頭實地測量取得基點磁場值為：

Z0=41218nTH0=29727nT

依據(jù)實際磁測結(jié)果，按下式計算磁異常分量：

ΔZ=Z-Z0ΔH′=(X2+Y2)1/2-H0

對計算結(jié)果進行濾波處理后，利用mapGIS制圖軟件繪制ΔZ曲線、ΔH′曲線和ΔT矢量線，得到舊縣地區(qū)ZK408孔三分量磁測成果圖(圖3)[14-17]。

3 井中三分量磁測資料解釋

3.1 測井曲線特征分析

(1)157m以上，曲線呈雜亂無章的鋸齒狀劇烈變化，異常強度大，是井中套管的反應。

(2)當井段在無磁性或弱磁性的灰?guī)r和黑云變粒巖中時，ΔH′和ΔZ曲線都比較平直，無明顯變化，ΔT矢量線比較均勻，指向單一。

(3)該孔共檢測到4處磁異常，黑云變粒巖的磁性為灰?guī)r的40倍左右，兩者接觸部位形成明顯的磁性差異界面，推斷Ⅰ號異常即是該界面的反應。Ⅱ號、Ⅲ號、Ⅳ號3處異常均為礦致異常，礦體實際厚度小于異常厚度，局部異常為黑云變粒巖中的磁性體顆粒引起(表2)。

磁異常形態(tài)呈鋸齒狀，變化劇烈，去除套管處的數(shù)據(jù)以后，整個井孔在712.95m處測得ΔH′的極大值為62669.68nT，在876.95m處測得ΔZ極大值56162nT，2個極大值均是在礦層處檢測到。通過鉆孔的三分量磁測成果圖可以看到，鉆孔在礦層檢測到的ΔH′與ΔZ均在3000nT以上，在黑云變粒巖處檢測到的ΔH′與ΔZ均不超過100nT，可見礦層與圍巖磁性差異非常明顯。

在礦層內(nèi)，由于巖(礦)石磁化強度和磁鐵礦含量不均勻以及夾層的存在，造成ΔT矢量比較紊亂，矢量方向沒有規(guī)律性。矢量方向的紊亂既反映了磁性體內(nèi)部磁場變化情況，也反映了礦體分布的不連續(xù)性和不均勻性[14,18-20]。

1—ΔZ曲線；2—ΔH′曲線；3—ΔT矢量線；4—異常編號圖3 ZK408孔井中三分量磁測成果圖

(4)410m左右，曲線發(fā)生突變，ΔH′和ΔZ均顯著變大，出現(xiàn)明顯的波峰，ΔZ自波峰開始強度快速降低，該位置與鉆孔揭露的九龍群與泰山巖群接

表2 井中磁測異常統(tǒng)計

觸面相吻合，推斷突變應是接觸面的反映。ΔT矢量呈現(xiàn)出明顯的收斂現(xiàn)象，指示鉆孔南西側(cè)有磁性體存在，該推斷磁性體為ZK308孔所揭露(ZK308孔自485.40m處見磁性體，巖芯長度24m，mFe平均品位20.36%，TFe平均品位23.47%)。在415m左右形成的正交點大致指示了磁性體端部的位置[19-20]。

824m左右處的矢量線收斂方向指向鉆孔北東側(cè)，可見鉆孔北東側(cè)有磁性體存在，鉆孔在878.13～887.73m見到巖芯長度9m的磁性體，即是該推斷磁性體的驗證。由于矢量線并未出現(xiàn)收斂交點，判斷磁性體有繼續(xù)向上延伸的趨勢，鉆孔所揭露的應為磁性體的下部。結(jié)合矢量線收斂方向相對鉆孔位置和矢量異常下部見礦情況，可對磁性體的傾向作出定性推斷。

3.2 井底盲礦的推斷

根據(jù)井中三分量磁測曲線判斷井底是否存在盲礦是井中磁測的重要功能[1-2,14-16]，也是該孔開展井中磁測的主要目的。ZK408孔鉆進至不同深度時共進行4次井中三分量磁測，具體如圖4所示。

1—ΔZ曲線；2—ΔH′曲線；3—ΔT矢量線圖4 ZK408孔分次井中磁測成果示意圖

(1)鉆孔鉆進至827m時，進行了第一次測井，測井深度822m，測井曲線顯示，自800m左右開始，ΔH′幅值逐漸變大，ΔZ變?yōu)樨撝担覕?shù)值越來越小，曲線形成一個明顯的負張口，同時ΔT矢量出現(xiàn)明顯的收斂現(xiàn)象，推斷井底存在盲礦，建議鉆孔繼續(xù)鉆進[19-20]。當鉆進至879～888m時，鉆孔見到巖芯長度9m的磁性體。

(2)鉆孔鉆進至960m時，進行了第二次測井，測井深度955m，孔底測井曲線顯示，ΔH′,ΔZ,ΔT矢量強度都比較小，未見明顯異常，但ΔH′幅值出現(xiàn)變大趨勢，ΔZ幅值出現(xiàn)減小趨勢，兩線發(fā)生交叉。為了測得更明顯異常，建議加深鉆孔。

(3)鉆孔鉆進至991m時，進行了第三次測井，測井深度989m，此時孔底測井曲線與第一次測量的孔底曲線顯示出相似特征，ΔH′幅值明顯變大，ΔZ幅值快速降低變?yōu)樨撝?，曲線形成一個明顯的負張口，ΔT矢量出現(xiàn)明顯的收斂現(xiàn)象，推斷井底存在盲礦，建議繼續(xù)鉆進。當鉆進至1014.30～1014.90m時，鉆孔見到礦芯長度0.6m的磁性體。

(4)鉆孔鉆進至1031m時，進行了第四次測井，測井深度1030m，此時孔底測井曲線顯示，ΔH′，ΔZ，ΔT矢量強度都比較小，曲線平直，變化穩(wěn)定，無異常顯示。推斷井孔下部在可探測深度內(nèi)存在大型強磁性體的可能性較小，建議停止鉆進。

4 結(jié)論

井中三分量磁測在東平縣舊縣鐵礦普查中發(fā)揮了較大作用，不但揭露了ZK408孔未在上部見礦的原因(415m處ΔT矢量收斂且出現(xiàn)正交點，顯示磁性體位于鉆孔南西側(cè))，還準確預測了井底盲礦的存在，為鉆孔繼續(xù)鉆進與否的決斷提供了可靠依據(jù)，在保證不漏掉磁性體的前提下減少了鉆探工作量，節(jié)約了生產(chǎn)成本。同時，對磁性體的賦存狀態(tài)和空間位置做出了合理推斷，為后續(xù)鉆孔的施工提供了參考和地球物理依據(jù)。

井中三分量磁測是配合鉆探尋找地下深部磁性體的有效手段，該研究獲得了大量井中磁測的第一手資料，為以后同類項目的開展提供了寶貴經(jīng)驗。將井中磁測資料與地質(zhì)、鉆探、其他物化探資料相結(jié)合，可以大大增強對礦體賦存狀態(tài)認知的準確性，提高地質(zhì)找礦工作效率，有效降低生產(chǎn)成本。