重磁技術(shù)在河南師靈地區(qū)鐵礦調(diào)查中的應(yīng)用

劉家橘，劉家橙，喬天榮，張 棟，朱德勝，張馨元

（1.河南省地質(zhì)調(diào)查院，河南 鄭州 450001；2.河南省城市地質(zhì)工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450001）

河南省師靈地區(qū)自20世紀(jì)80年代已投入勘查工作，通過(guò)不同的工作手段相繼開(kāi)展鐵礦勘查工作，從區(qū)域地質(zhì)調(diào)查和航磁測(cè)量入手，到航磁異常查證等，對(duì)該區(qū)的航磁異常進(jìn)行了定性評(píng)價(jià)，為工作區(qū)調(diào)查提供了比較詳細(xì)的基礎(chǔ)資料[1-2]。本次工作系統(tǒng)地收集和采集了物性標(biāo)本和樣品，獲取了閃長(zhǎng)巖類(lèi)、花崗巖類(lèi)、安山巖類(lèi)、安山玢巖類(lèi)、角礫狀安山巖類(lèi)和含磁鐵礦角礫狀安山巖的物性參數(shù)。利用重磁剖面發(fā)現(xiàn)工作區(qū)的DC8、 DC9地磁異常，通過(guò)RGis軟件反演找到了較為理想的磁礦體，并采用鋯石制靶、頭反射、陰極發(fā)光測(cè)試方法取得了同位素年齡樣品，對(duì)巖石的形成時(shí)代進(jìn)行了初步測(cè)定。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

工作區(qū)位于華北陸塊南部，基本構(gòu)造格架表現(xiàn)為北西向片麻巖穹窿和北西與北東—北北東向斷裂交織的斷塊。區(qū)內(nèi)斷裂以大致平行地層走向的北西向斷裂和北東向斜切斷裂為主，其次為北北東向斷裂。北西向片麻巖穹窿在空間上控制著區(qū)內(nèi)太古宇沉積變質(zhì)鐵礦床的分布，地層產(chǎn)狀一般外傾， 傾角為20°～60°。北西向斷裂規(guī)模一般較大，長(zhǎng)數(shù)百米至數(shù)百千米，斷層性質(zhì)多為逆斷層或正斷層（圖1）。北東至北北東向斷裂規(guī)模相對(duì)較小，長(zhǎng)數(shù)百米至幾十千米，斷層性質(zhì)多為平移斷層或正斷層[3-4]。師靈工作區(qū)內(nèi)前新生界地層由老到新為薊縣系云蒙山組碎屑巖系、震旦系碎屑巖系、寒武—奧陶系海陸交互相碳酸鹽巖和碎屑巖系組合、白堊系大營(yíng)組陸相火山巖組合。巖漿活動(dòng)具有一定的規(guī)模，主要巖性為鉀長(zhǎng)花崗巖、二長(zhǎng)花崗巖等。根據(jù)重力場(chǎng)和剩余重力異常及其變化趨勢(shì)，對(duì)區(qū)內(nèi)的斷裂構(gòu)造進(jìn)行了推測(cè)，共圈出斷裂構(gòu)造多條，斷裂構(gòu)造的組合方式總體呈棋盤(pán)格子狀。

圖1 師靈工作區(qū)基巖地質(zhì)略圖

2 巖（礦）石物性特征

從密度特征可以看出，花崗巖類(lèi)密度均值為2.62×103kg/m3，安山巖類(lèi)密度均值為2.74×103kg/m3，均比地表同類(lèi)的區(qū)域標(biāo)本密度高，主要是埋深較大所致。它們有一定的密度差異，如果安山巖地層中侵入規(guī)模較大的花崗巖體，能引起重力低異常。從磁性特征分析，花崗巖類(lèi)磁化率和剩余磁化強(qiáng)度在3 000×10-5～4 000×10-5SI、2 000×10-3～3 000×10-3A/m；安山巖類(lèi)在淺部磁性與花崗巖類(lèi)差不多， 而在深部有明顯的增加，可達(dá)6 000×10-5～7 000×10-5SI、7 000×10-3～13 000×10-3A/m，特別是含磁鐵礦角礫狀安山巖的剩余磁化強(qiáng)度可達(dá)70 000×10-3A/m[5]。規(guī)模較大安山巖地層能引起較大的磁異常，如果花崗巖體侵入規(guī)模較大的安山巖地層中能引起相對(duì)低磁異常。本次在尋找重力局部異常時(shí)，利用磁異常強(qiáng)弱，判斷磁礦石位置。在物探勘查工作中，應(yīng)用重磁電物探方法尋找鐵礦具備有較好的前提，本次共采集物性標(biāo)本373塊，主要巖石物性結(jié)果如表1所示。

表1 主要巖礦石物性統(tǒng)計(jì)表

3 重磁異常特征

3.1 重力異常特征

師靈工作區(qū)相對(duì)較高西部重力布格異常極值為8.5 mGal，較低南部重力布格異常極值為-9.3 mGal（圖2），經(jīng)研究實(shí)測(cè)布格異常和舞陽(yáng)-西平-平輿重力高帶與地質(zhì)信息對(duì)比基本形態(tài)一致；披露的老地層隆起帶吻合，表明實(shí)測(cè)異常中的4個(gè)重力高分別對(duì)應(yīng)太古界隆起，2個(gè)重力異常低值區(qū)分別對(duì)應(yīng)重力高帶兩側(cè)的凹陷區(qū)。據(jù)密度資料，太古界變質(zhì)地層的平均密度最高，高于2.7 g/cm3，花崗巖巖體的密度一般低于2.68 g/cm3[6-7]，若巖體穿插于太華群變質(zhì)地層中，異常反映則應(yīng)為局部重力低；圍繞太古界分布的主要是震旦至下古生界地層，密度略低于太古界，對(duì)以太華群變質(zhì)地層為中心的重力高的形態(tài)產(chǎn)生影響較小。于是，引起局部重力異常形成的主要因素可歸納為：①巖性密度界面地層界面或斷裂面形態(tài)的局部較劇烈變化；②較小規(guī)模巖漿巖體的穿插；③礦體或礦化分布帶。

圖2 師靈工作區(qū)重力布格場(chǎng)示意圖

3.2 剩余重力異常特征

通過(guò)區(qū)域異常提取、分析和不同波段的濾波處理，結(jié)合本次工作區(qū)地質(zhì)特征，將九階趨勢(shì)剩余、上延1 000 m剩余和匹配濾波淺源異常作為測(cè)區(qū)反映局部構(gòu)造的剩余重力異常，以反映基底內(nèi)部密度橫向變化所引起的剩余重力異常形態(tài)。工作區(qū)剩余重力異常走向?yàn)镹W向，與區(qū)域構(gòu)造線方向基本一致。局部正負(fù)異常的幅度基本在-0.5×10-5～0.5×10-5ms-2之間，共圈出10多個(gè)剩余重力異常。根據(jù)重力異常和剩余重力異常及其變化趨勢(shì)，對(duì)師靈工作區(qū)的斷裂構(gòu)造進(jìn)行了推測(cè)，共推測(cè)出斷裂構(gòu)造7條（圖3），斷裂構(gòu)造的組合方式總體呈棋盤(pán)格子狀。北西向構(gòu)造形成早于北東向，且有一定的斷距，為鉆探施工做了基礎(chǔ)工作。

圖3 師靈工作區(qū)剩余重力與推斷斷裂構(gòu)造示意圖

3.3 地磁異常特征

師靈工作區(qū)在地磁異常圖上呈現(xiàn)多個(gè)封閉高磁異常，面積可達(dá)200 km2。該磁異常為NE走向，形成DC9、DC8南北異常，異常強(qiáng)度為150～450 nT，東部異常規(guī)模最大、強(qiáng)度最高（圖4）。零等值線圈閉的DC8異常，形似菱角，走向北西至南北，向東南延伸出測(cè)區(qū)，嚴(yán)格受兩條北西向磁力梯級(jí)和一條北東向磁力低值帶所控制。北東側(cè)等值線較密集，南東向稀疏，場(chǎng)強(qiáng)減弱而成條帶狀，說(shuō)明該異常為地下多個(gè)磁性體的綜合反映，異常北西至南東在區(qū)內(nèi)長(zhǎng)達(dá)6.0 km，寬1.5～3.0 km，磁異常大于490 nT。通過(guò)極值中心剖面，利用切線法求得磁性體頂板埋深為650～900 m[8-10]。通過(guò)前期工作和對(duì)應(yīng)基巖地質(zhì)圖發(fā)現(xiàn)，兩區(qū)域異常均對(duì)應(yīng)太古界地層，推測(cè)兩異常為向東南陡傾斜的板狀磁鐵礦層所引起或是由太古代地層隆起所致，認(rèn)為是尋找磁礦體的有利區(qū)，待進(jìn)一步驗(yàn)證。

圖4 師靈工作區(qū)地磁異常示意圖

3.4 異常查證

重力數(shù)據(jù)處理包括進(jìn)行布格重力異常、位場(chǎng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理，提取局部異常、線性構(gòu)造異常、上延1 000 m剩余異常，分析布格重力異常、剩余重力異常特征，準(zhǔn)確劃分圈閉地質(zhì)體或?yàn)闃?gòu)造邊界提供依據(jù)。磁性資料處理包括各項(xiàng)改正、實(shí)測(cè)地磁△T原始異常值、離散數(shù)據(jù)網(wǎng)格化和化級(jí)。剖面計(jì)算時(shí)，首先依據(jù)重磁場(chǎng)的變化特征，分析制約重磁場(chǎng)變化的主導(dǎo)因素，然后利用濾波、延拓、導(dǎo)數(shù)換算等分析方法，結(jié)合對(duì)區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造的認(rèn)識(shí)，設(shè)計(jì)較合理的初始背景值，實(shí)現(xiàn)定性解釋?zhuān)蛔詈笸ㄟ^(guò)RGIS軟件對(duì)重磁場(chǎng)進(jìn)行2.5D反演擬合計(jì)算，完成定量解釋。

以2804線勘探線為例進(jìn)行重磁反演，采用RGIS軟件中的反演程序，對(duì)完成的高磁剖面進(jìn)行了半定量計(jì)算，磁化強(qiáng)度J=20 000×10-3A/m、磁化傾角為52°、磁偏角為-4.9°，二度體兩側(cè)外延為1～2 km。在物探推斷過(guò)程中，充分利用鉆孔資料、重力剖面和可控源音頻大地電磁法測(cè)量成果作為約束條件。綜合重力、磁異常推斷太古界埋深為500～1 000 m，上覆新生界地層，在南部隱伏有花崗巖體。在重磁擬合較好的情況下，認(rèn)為磁性體水平傾斜板狀體頂部埋深約為1.2 km的磁性體引起異常，該區(qū)域磁性體異常較為可靠（圖5）。根據(jù)ZK2804鉆孔驗(yàn)證650～1 300 m為花崗閃長(zhǎng)巖、花崗巖、斜長(zhǎng)角閃巖；經(jīng)過(guò)RGIS2.5D軟件反演，推測(cè)該花崗巖巖體埋深為1～1.4 km，寬約為2 km，延伸約為3 km；經(jīng)過(guò)正反演證明磁性體頂板埋深為1.2 km以下。根據(jù)ZK4416鉆孔驗(yàn)證560～1 470 m為白堊紀(jì)火山巖，主要巖性為安山巖、安山玢巖、角礫狀安山巖夾含磁鐵礦角礫的角礫狀安山巖，磁鐵礦角礫狀安山巖層位為1 232.70～1 251.00 m，厚度為18.30 m。

根據(jù)“河南臨汝大營(yíng)二幅區(qū)調(diào)成果大營(yíng)組火山巖年齡值分別為127.74±0.62和127.6±1.4”以及《河南省地層典》（2013）大營(yíng)組安山玢巖、輝石安山巖K-Ar同位素年齡值分別為114.0 Ma、117.0 成果[11-12]分析本次揭露出來(lái)的火山巖，分別采用鋯石制靶、頭反射、陰極發(fā)光等測(cè)試方法，確定同位素年齡樣品，得到ZK4416加權(quán)平均值為120±1 Ma；ZK2804加權(quán)平均值為121±1 Ma。

研究結(jié)果表明，工作區(qū)覆蓋層之下的火山巖成巖年齡為120～123 Ma，成巖時(shí)代為早白堊，與上述大營(yíng)組具有可對(duì)比性；對(duì)比發(fā)現(xiàn)師靈工作區(qū)的重磁異常是由白堊紀(jì)大營(yíng)組含磁鐵礦角礫的安山巖引起的，說(shuō)明含磁鐵礦角礫的角礫狀安山巖是該區(qū)鐵礦床的最主要信息。

圖5 師靈工作區(qū)28勘探線重磁反演剖面圖

4 結(jié) 語(yǔ)

1）綜合分析查明重磁異常的原因?yàn)榇鬆I(yíng)組火山噴發(fā)安山巖，主要巖性為角礫狀安山巖、含磁鐵礦角礫狀安山巖等。含磁鐵礦安山巖是尋找鐵礦床的重要信息，是本區(qū)找礦的主攻礦床類(lèi)型。

2）根據(jù)巖石的重磁技術(shù)與礦化的空間分布關(guān)系，圈定重磁異常的展布、強(qiáng)度、規(guī)模、形態(tài)等特征；通過(guò)對(duì)比兩條剖面可知，重磁剖面反演磁性體深度與實(shí)測(cè)地質(zhì)剖面鉆孔驗(yàn)證情況基本吻合；因此利用磁力異常高、重力異常相對(duì)較低的特點(diǎn)，在師靈地區(qū)尋找鐵礦體將會(huì)取得進(jìn)一步的找礦突破。