井中三分量磁測(cè)在魯西大張深覆蓋區(qū)鐵礦勘查中的應(yīng)用

郝興中，張華平，李英平，吳立新，智云寶，王立功

(1.山東省地質(zhì)調(diào)查院，山東 濟(jì)南 250014；2.山東省土地質(zhì)量地球化學(xué)與污染防治工程技術(shù)研究中心，山東 濟(jì)南 250014)

魯西地區(qū)鐵礦勘查工作表明，在濟(jì)南、淄博、萊蕪、德州等地區(qū)發(fā)育有矽卡巖型鐵礦[1-4]；近年來(lái)德州市東南部的齊河—禹城深覆蓋區(qū)在深部礦產(chǎn)勘查工作中取得了重大找礦突破，山東省地質(zhì)調(diào)查院、山東省煤田地質(zhì)規(guī)劃勘察研究院、中化地質(zhì)礦山總局山東地質(zhì)勘查院等多個(gè)地勘單位，對(duì)齊河縣潘店次級(jí)磁異常、禹城市李屯次級(jí)磁異常和齊河縣大張次級(jí)磁異常開展的異常查證過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)了潘店、李屯、大張鐵礦床[4-7]，屬于“厚度大、品位高、埋藏深、儲(chǔ)量多”的矽卡巖型鐵礦床。在德州地區(qū)矽卡巖型鐵礦勘查過(guò)程中使用“地質(zhì)—磁法—重力—電法—地震—鉆探—測(cè)井—綜合研究”等找礦方法，效果明顯。在鉆孔中實(shí)施的井中三分量磁測(cè)工作為研究區(qū)提供了大量深部地質(zhì)、物探勘查信息，促進(jìn)了區(qū)內(nèi)鐵礦勘查工作的順利推進(jìn)。本文通過(guò)總結(jié)齊河大張地區(qū)異常查證中井中三分量磁測(cè)成果，研究了井中三分量磁測(cè)方法在該區(qū)鐵礦勘查工作的必要性和有效性。

1 研究區(qū)地質(zhì)特征

研究區(qū)位于山東省西北部，行政區(qū)劃屬德州市管轄；其大地構(gòu)造位置屬華北板塊(Ⅰ級(jí))、魯西隆起區(qū)(Ⅱ級(jí))、魯中隆起(Ⅲ級(jí))、泰山—濟(jì)南斷隆(Ⅳ級(jí))、齊河潛凸起(Ⅴ級(jí))；該區(qū)發(fā)育有第四系、新近系、白堊系、二疊系、石炭系、奧陶系和寒武系等[8-10]；區(qū)域發(fā)育的巖漿巖主要有中生代中基性侵入巖和新太古代酸性侵入巖；區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈。

1.1 成礦地質(zhì)條件

研究區(qū)新生界埋深約560～900m，其下發(fā)育的二疊紀(jì)、石炭紀(jì)、奧陶紀(jì)地層為該區(qū)鐵礦控礦地層；區(qū)內(nèi)燕山晚期巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，可分為李屯巖體、潘店巖體、大張巖體及薛官屯巖體(圖1)[4,9]，其巖性以閃長(zhǎng)巖為主；區(qū)內(nèi)斷裂發(fā)育，呈NE向、NNW向和近SN向，局部褶皺亦發(fā)育，走向?yàn)镹NE向、NNW向。

區(qū)域航磁異常明顯，1∶5萬(wàn)航磁異?？煞譃槔钔?、潘店、大張和薛官屯4個(gè)次級(jí)磁異常[4,8-9]；其中大張次級(jí)磁異常及化極異常明顯，呈NE向橢圓狀(圖2)，重力異常較為發(fā)育，區(qū)內(nèi)“重磁異常同源性”明顯。

1—正磁異常曲線；2—零磁異常曲線；3—負(fù)磁異常曲線；4—見礦鉆孔及編號(hào)；5—未見礦鉆孔及編號(hào)

1.2 鐵礦體特征

研究區(qū)內(nèi)大張鐵礦位于大張次級(jí)磁異常區(qū)SW側(cè)，鐵礦體呈層狀、似層狀、透鏡狀、脈狀、囊狀及不規(guī)則狀等(圖3)；鐵礦體附近蝕變特征顯著，由巖體到地層方向，總體蝕變分帶特征為“閃長(zhǎng)巖帶—蝕變閃長(zhǎng)巖帶—內(nèi)矽卡巖帶—鐵礦帶—外矽卡巖帶—大理巖化帶—灰?guī)r帶”，且?guī)r礦石顏色變化明顯。

1—第四系；2—新近系；3—二疊系；4—石炭系；5—奧陶系；6—閃長(zhǎng)巖體；7—實(shí)測(cè)及推測(cè)地質(zhì)界線；8—鐵礦體及編號(hào)；9—鉆孔位置及編號(hào)；10—推測(cè)構(gòu)造破碎帶

研究區(qū)鐵礦體賦存形式多樣，可分為接觸帶賦存式、層間充填式、斷裂充填式、裂隙貫入式、捕虜體構(gòu)造式5種賦存形式[9,11]，鐵礦石品位較高，多達(dá)50%以上，研究區(qū)內(nèi)各鐵礦床控礦特征詳見表1。

表1 大張地區(qū)鐵礦體特征

1.3 鐵礦石特征

研究區(qū)內(nèi)鐵礦石類型多樣，主要為致密塊狀磁鐵礦石，條帶狀、浸染狀、脈狀磁鐵礦石。主要呈灰黑色，此外呈暗綠色、淺黃褐色等，為致密塊狀構(gòu)造、浸染狀構(gòu)造、蜂窩狀構(gòu)造、角礫狀構(gòu)造等，呈半自形—他形粒狀結(jié)構(gòu)等。礦石中金屬礦物主要為磁鐵礦，含少量黃鐵礦、磁黃鐵礦、黃銅礦、鏡鐵礦、閃鋅礦等，非金屬礦物為透輝石、透閃石、石榴石、綠簾石、方解石、綠泥石等；圍巖蝕變主要類型為鈉長(zhǎng)石化、矽卡巖化、黃鐵礦化、綠簾石化、綠泥石化等。

2 測(cè)井依據(jù)與儀器選擇

2.1 鐵礦石物性特征

該區(qū)巖礦石物性參數(shù)分析表明，鐵礦石較研究區(qū)其他巖石具有“高磁、高重、低阻、高極化”的特征；通過(guò)對(duì)研究區(qū)及區(qū)域相關(guān)鐵礦勘查成果[4,11-15]分析研究，總結(jié)了該區(qū)矽卡巖型鐵礦地球物理找礦預(yù)測(cè)模型(表2)。運(yùn)用“地質(zhì)—磁法—重力—電法—地震—鉆探—測(cè)井—綜合研究”等工作手段，取得了顯著的鐵礦勘查工作效果。

表2 大張鐵礦區(qū)矽卡巖型鐵礦地球物理特征

2.2 井中三分量磁測(cè)儀器設(shè)備性能

井中三分量磁測(cè)是鉆孔施工過(guò)程中在鉆孔中對(duì)深部及旁側(cè)磁性體進(jìn)行的深部探測(cè)工作，當(dāng)檢測(cè)到井中旁側(cè)及井底盲礦體時(shí)，其矢量的指向具有發(fā)散、匯聚的特征，通過(guò)其指向可判斷礦體的范圍及空間位置，進(jìn)而指導(dǎo)后續(xù)礦產(chǎn)勘查工作[16-18]。山東省地質(zhì)調(diào)查院在大張磁異常區(qū)西側(cè)施工的DZK1鉆孔見到2層鐵礦體，在該區(qū)東側(cè)施工的DZK2鉆孔未見礦，各鉆孔均進(jìn)行了井中三分量磁測(cè)工作。測(cè)井工作采用重慶地質(zhì)儀器廠JGS-1B智能綜合數(shù)字測(cè)井系統(tǒng)、JCX-3型井中三分量磁力儀探管和H411型磁化率探管，采取自動(dòng)觀測(cè)并采集數(shù)據(jù)，井中三分量磁測(cè)點(diǎn)距為1m，磁化率測(cè)井點(diǎn)距為0.2m。

3 井中三分量磁測(cè)成果

在成礦有利部位進(jìn)行鉆探施工并開展井中三分量磁測(cè)工作可較為直接地了解深部地質(zhì)單元信息，同時(shí)可以探測(cè)鉆孔底部和旁側(cè)一定范圍內(nèi)的磁性體[19-23]，并為下一步勘查工作提供依據(jù)。

3.1 DZK1鉆孔測(cè)量成果

(1)DZK1鉆孔概況

該孔自上而下揭露了第四系、新近系、二疊系、石炭系、奧陶系、鐵礦體、蝕變閃長(zhǎng)巖和閃長(zhǎng)巖等，并揭露了多層薄煤層和2層鐵礦體(表3、圖4)，在鐵礦體及其附近的巖礦石中發(fā)育有磁鐵礦化、黃鐵礦化、矽卡巖化、鈉長(zhǎng)石化、大理巖化等現(xiàn)象。

表3 大張地區(qū)鐵礦體特征信息

(2)DZK1鉆孔井中三分量磁測(cè)

該孔在0～594.40m處為鉆孔套管位置，未開展測(cè)井工作。由圖5可知，594.40～828.00m處為三分量磁測(cè)值和磁化率值等均較弱，磁化率變化范圍為(2986.00～4018.45)×10-6SI，均值為3098.01×10-6SI，△H′值變化范圍多為-1827.42～-196.42nT，均值為-777.54nT，且三分量磁測(cè)無(wú)明顯發(fā)散和匯聚現(xiàn)象，其對(duì)應(yīng)巖性為石炭紀(jì)—二疊紀(jì)碎屑巖、奧陶紀(jì)碳酸鹽巖，由此表明在儀器測(cè)量范圍內(nèi)，該井段旁側(cè)未發(fā)現(xiàn)發(fā)育強(qiáng)磁性體。828.00～837.00m與844.50～854.00m處均顯示強(qiáng)磁異常(圖4)，磁化率變化范圍為(18192.01～27612.52)×10-6SI，均值為27458.79×10-6SI，△H′值變化范圍多為1682.33～42779.01nT，均值為16904.44nT，△T′幅值顯示具有強(qiáng)烈的發(fā)散和匯聚特征反應(yīng)，與所揭露的鐵礦體具有高度對(duì)應(yīng)性，為鐵礦及其展布形態(tài)的綜合反映。854.00m至孔底處三分量磁測(cè)值和磁化率值等均較弱，磁化率變化范圍為(3149.97～3934.91)×10-6SI，均值為3339.14×10-6SI，△H′值變化范圍多為-2481.25～513.20nT，均值為-230.78nT，且三分量磁測(cè)無(wú)明顯發(fā)散和匯聚現(xiàn)象，該井段對(duì)應(yīng)巖性為蝕變閃長(zhǎng)巖體和閃長(zhǎng)巖體，由此推斷該井段旁側(cè)及孔底在儀器可控制范圍內(nèi)無(wú)強(qiáng)磁性體存在。

1—新生界；2—砂質(zhì)泥巖；3—泥(頁(yè))巖；4—灰?guī)r；5—大理巖；6—蝕變閃長(zhǎng)巖；7—閃長(zhǎng)巖；8—矽卡巖；9—煤層；10—鐵礦體

3.2 DZK2鉆孔測(cè)量成果

(1)DZK2鉆孔概況

該孔自上而下揭露了第四系、新近系、二疊系、石炭系、奧陶系、蝕變閃長(zhǎng)巖和閃長(zhǎng)巖等(圖5)，在石炭-二疊系中發(fā)育了多層薄煤層；其中844.72～1038.92m處主要為奧陶紀(jì)大理巖化灰?guī)r、大理巖等；1038.92～1041.20m處為淺灰白色鈉長(zhǎng)石化蝕變閃長(zhǎng)巖；1041.20～1232.00m處為角閃閃長(zhǎng)巖體，局部地段略具綠簾石化蝕變。

1—新生界；2—砂質(zhì)泥巖；3—泥(頁(yè))巖；4—灰?guī)r；5—大理巖；6—蝕變閃長(zhǎng)巖；7—閃長(zhǎng)巖；8—矽卡巖

(2)DZK2鉆孔井中三分量磁測(cè)

該孔在0～590.00m處為鉆孔套管位置，未開展測(cè)井工作。由圖5可知，590.00～1010.00m處井段三分量磁測(cè)值和磁化率值等極弱，磁化率變化范圍為(2513.79～3187.04)×10-6SI，均值為2583.87×10-6SI，△H′變化范圍多為-1675.07～-54.23nT，均值為-1022.18nT，且三分量磁測(cè)無(wú)明顯發(fā)散和匯聚現(xiàn)象，該井段處對(duì)應(yīng)巖性為石炭紀(jì)—二疊紀(jì)碎屑巖和奧陶紀(jì)碳酸鹽巖等無(wú)磁性巖石，由此推斷在儀器探測(cè)范圍內(nèi)，該井段處無(wú)旁側(cè)盲礦體存在。1010.00～1052.00m處井段三分量磁測(cè)值和磁化率值等亦極弱，磁化率變化范圍為(2521.99～3414.26)×10-6SI，均值為2694.95×10-6SI，△H′值由負(fù)變正，其變化范圍多為73.51～5753.52nT，均值為2166.02nT，其對(duì)應(yīng)巖性為奧陶紀(jì)碳酸鹽巖地層、蝕變閃長(zhǎng)巖及閃長(zhǎng)巖；△H′曲線呈“>”型、△Z曲線呈反“S”型(圖5)，△T′幅值呈明顯的匯聚反應(yīng)，焦點(diǎn)深度為1034.00m，由于1038.92m處主要為奧陶紀(jì)地層和蝕變閃長(zhǎng)巖接觸帶，由井中三分量磁測(cè)數(shù)據(jù)并綜合地表重磁異常特征推斷該井段NW側(cè)距孔壁水平距離約17m處存在一盲礦體，且礦頂埋深約1034.00m。1052.00m至孔底處井段，三分量磁測(cè)值和磁化率值等均較弱，磁化率變化范圍為(2505.60～3893.49)×10-6SI，均值為3233.37×10-6SI，△H′變化范圍多為-1944.38～-116.28nT，均值為-662.96nT，且三分量磁測(cè)無(wú)明顯發(fā)散和匯聚現(xiàn)象，亦無(wú)明顯磁異常存在，對(duì)應(yīng)井段為弱磁性的閃長(zhǎng)巖體，由此推斷該井段旁側(cè)及孔底在儀器可控制范圍內(nèi)無(wú)強(qiáng)磁性體存在。

4 結(jié)語(yǔ)

在成礦有利部位進(jìn)行鉆探并開展井中三分量磁測(cè)可較為直接地了解深部地質(zhì)單元、鉆孔孔底和旁側(cè)隱伏磁性體，為下一步勘查工作提供依據(jù)。研究區(qū)內(nèi)石炭紀(jì)—二疊紀(jì)碎屑巖、奧陶紀(jì)碳酸鹽巖地層和蝕變閃長(zhǎng)巖的井中三分量磁測(cè)異常極弱，而閃長(zhǎng)巖的井中三分量磁測(cè)異常則較弱，在鉆孔中井中三分量磁測(cè)發(fā)現(xiàn)的強(qiáng)磁異常對(duì)與鐵礦體密切對(duì)應(yīng)。

在大張異常區(qū)鐵礦勘查過(guò)程中，該異常西半環(huán)取得了較好的成果，在DZK1鉆孔井中三分量磁法測(cè)量顯示古生代地層中地層磁化率低，且△H′值絕大多數(shù)為負(fù)值；在礦體內(nèi)磁化率值極大，同時(shí)△H′值由負(fù)變正，變化劇烈，同時(shí)△T′具有顯著的發(fā)散和匯聚現(xiàn)象；而在巖體內(nèi)部磁化率呈鋸齒狀變化，但總體相對(duì)較低，△H′值變化不明顯，△T′沒有明顯的發(fā)散和匯聚現(xiàn)象。利用DZK2鉆孔對(duì)大張異常東半環(huán)開展的異常查證工作中未揭露到富鐵礦體；在井中三分量磁法測(cè)量中顯示全孔中地層和巖體的磁化率低，但在奧陶紀(jì)地層和巖體接觸帶附近△H′值由負(fù)變正，呈“>”形，且△T′呈明顯的匯聚特征，由此顯示在孔壁NW側(cè)具明顯的磁異常特征，極可能為一礦致異常。

綜上所述，大張磁異常東半環(huán)的異常查證工作為今后勘查工作提供了勘查方向的同時(shí)，也顯示該區(qū)有較好的找礦潛力。在研究區(qū)矽卡巖型鐵礦勘查工作中，在鉆孔中開展井中三分量磁測(cè)工作是十分必要且有效的。

致謝：對(duì)多年來(lái)與作者一起在齊河地區(qū)開展矽卡巖型鐵礦勘查工作的項(xiàng)目組全體成員致以最衷心的感謝！